Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling)

Transkripsi

1 Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) SKRIPSI diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi MIPA (S1) dan mencapai gelar Sarjana Sains Oleh Vicky Nur Amry Effendy NIM JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2012

2 Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) SKRIPSI diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi MIPA (S1) dan mencapai gelar Sarjana Sains Oleh Vicky Nur Amry Effendy NIM JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2012 ii

3 PERSEMBAHAN Syukur Alhamdulillah hamba panjatkan pada-mu ya Allah, Tuhan pencipta alam semesta, serta sholawat dan salam yang selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Skripsi ini saya persembahkan kepada : 1. Ayahanda Amier Fatah dan Ibunda Siti Nur Hidayati, yang selalu setia mendukung dan berdoa tiada henti serta mendidik dengan penuh sayang dan kesabaran; 2. Istriku tercinta Zusniar Nur Afida, yang tiada henti memberi support dan doa yang tak pernah putus; 3. Adikku Bentham Zanuar Fatahillah dan Devina Amirta Sari. Terima kasih untuk semua bantuan, dukungan dan kasih sayangnya; 4. Seluruh keluarga besar Madiun dan Jember yang selalu memberi keceriaan, motivasi, dan nasehat yang sangat membangun; 5. Almamater Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. iii

4 MOTTO Hidup adalah kegelapan jika tanpa hasrat dan keinginan. Dan semua hasrat dan keinginan adalah buta jika tidak disertai pengetahuan. Dan pengetahuan adalah hampa jika tidak diikuti pelajaran. Dan setiap pelajaran akan sia-sia jika tidak disertai cinta (Kahlil Gibran) *) *) Kahlil Gibran iv

5 PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Vicky Nur Amry Effendy NIM : menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya tulis ilmiah yang berjudul Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika dalam pengutipan substansi disebutkan sumbernya, dan belum pernah diajukan pada institusi manapun, serta bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika ternyata di kemudian hari pernyataan ini tidak benar. Jember, 31 Januari 2012 Yang menyatakan, Vicky Nur Amry Effendy NIM v

6 SKRIPSI Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-Dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) Oleh Vicky Nur Amry Effendy NIM Pembimbing Dosen Pembimbing Utama Dosen Pembimbing Anggota : Puguh Hiskiawan, S,Si., M.Si. : Sutisna, S.Pd., M.Si. vi

7 PENGESAHAN Skripsi berjudul Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) telah diuji dan disahkan oleh Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember pada: hari : tanggal : tempat : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember Ketua (DPU), Tim Penguji Sekretaris (DPA), Puguh Hiskiawan, S.Si., M.Si. NIP Sutisna, S.Pd., M.Si. NIP Penguji I, Anggota Tim Penguji Penguji II, Nurul Priyantari, S.Si., M.Si. NIP Endhah Purwandari, S.Si., M.Si. NIP Mengesahkan, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Prof. Drs. Kusno, D.E.A., Ph.D. NIP vii

8 RINGKASAN Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling); Vicky Nur Amry Effendy, ; 2012: 63 halaman; Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Mangan merupakan salah satu dari 12 unsur mineral logam terbesar yang terkandung dalam kerak bumi. Sifat dari mineral golongan logam ini mempunyai konduktivitas listrik yang sangat baik dan mempunyai nilai resistivitas listrik yang rendah. Karena sifat kelistrikan ini, mangan dapat diidentifikasi menggunakan aplikasi metode geolistrik. Metode geolistrik resistivitas bertumpu pada analisa distribusi resistivitas batuan. Data yang diperoleh merupakan data nilai resistivitas bawah permukaan. Berdasarkan data tersebut kemudian dilakukan perhitungan inverse sehingga diperoleh variasi resistivitas dari suatu pelapisan tanah yang berasosiasi dengan struktur geologi di bawah permukaan. Metode geolistrik memiliki beberapa konfigurasi salah satunya adalah metode geolistrik konfigurasi Dipoledipole. Penelitian dengan menggunakan metode geolistrik dapat dilakukan secara modeling atau dilakukan di laboratorium. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan gambaran letak kedalaman mangan (Mn) dalam skala laboratorium. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Geofisika, Jurusan Fisika Fakultas MIPA. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, sumber arus AC, 2 multimeter digital, 2 elektroda arus, 2 elektroda potensial, meteran, kabel penghubung, lampu, dan bak pasir. Bahan yang dibutuhkan adalah 3 buah batuan mangan (Mn) dan pasir homogen. Penelitian dilakukan dengan 3 variasi pengukuran pada 1 lintasan dengan panjang lintasan pengukurannya 2 meter dan spasi yang digunakan sebesar 0,05 meter. Pengolahan data dilakukan dengan software Res2Dinv untuk memodelkan bawah permukaannya secara 2 dimensi. viii

9 Dari ketiga hasil pengukuran didapatkan bahwa nilai resistivitas yang didapatkan menunjukkan bahwa dengan metode geolistrik konfigurasi Dipole-dipole dapat menentukan letak dan posisi kedalaman batuan mangan. Namun pada penelitian ini penggambarannya kurang maksimal, hal ini dikarenakan perbedaan kekerasan pasir antar lapisan dan kedalaman titik datum pengukuran yang ditentukan sehingga pada pengukuran ketiga pencitraan batuan mangannya kurang begitu terlihat tidak seperti pada pencitraan pengukuran kedua. ix

10 PRAKATA Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan berkah dan rahmatnya sehingga skripsi yang berjudul Aplikasi Metode Geolistrik Konfigurasi Dipole-dipole untuk Mendeteksi Mineral Mangan (Physical Modeling) dapat terselesaikan. Skripsi ini disusun untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) pada Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Jember. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Prof. Kusno D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember; 2. Bapak Dr. Edy Supriyanto, S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember; 3. Bapak Agus Suprianto, S.Si., M.T. selaku Dosen Pembimbing Utama dan Bapak Agung Tjahjo Nugroho, S.Si., M.Phill. sebagai Dosen Pembimbing Anggota, tanpa bimbingan beliau berdua skripsi ini tidak dapat berjalan dengan baik; 4. Bapak Puguh Hiskiawan, S.Si., M.Si. dan Bapak Sutisna, S.Pd., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Utama dan Dosen Pembimbing Anggota pengganti Dosen Pembimbing sebelumnya, tanpa bantuan, bimbingan serta kritik dan saran beliau berdua skripsi ini tidak dapat terselesaikan pada waktunya. 5. Ibu Nurul Priyantari, S.Si., M.Si. selaku Penguji I dan Dosen Pembimbing Akademik, yang telah memberikan banyak kontribusi, kritik, dan saran sekaligus tidak bosan-bosannya memberikan banyak sekali motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini; 6. Ibu Endhah Purwandari, S.Si., M.Si. selaku penguji II, yang telah memberikan banyak kritik, saran, dan motivasi dalam penyelesaian skripsi ini; x

11 7. Budiono, Taufik Usman Wibowo, Edy Sutrisno, Sunarto, serta staf-staf dan karyawan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember yang telah membantu dalam hal administrasi maupun bukan; 8. sahabat-sahabatku, Abdul Haris Nasution S.Si., Ayudha Candra Permana SE., Mahrus Ali Rafsanjani S.Si., Muhamad Yanuar Muslim S.Si. yang telah banyak memberi support; 9. Anang, Alfa, Arif, Beta, Caca, Rovin, Wawan yang telah memberikan banyak sekali bantuan tenaga, pikiran, dan selalu ada waktu dalam membantuku dalam pengambilan data menyelesaikan skripsi ini; 10. teman-teman Geophysics Club Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember atas bantuannya; 11. teman-teman angkatan 2004 Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember; 12. semua pihak yang tidak disebutkan satu persatu. Penulis juga menerima kritik dan saran dari semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat benar-benar bermanfaat. Jember, 31 Januari 2012 Penulis xi

12 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN SAMPUL... i HALAMAN JUDUL... ii HALAMAN PERSEMBAHAN... iii HALAMAN MOTTO... iv HALAMAN PERNYATAAN... v HALAMAN PEMBIMBING... vi HALAMAN PENGESAHAN... vii HALAMAN RINGKASAN... viii HALAMAN PRAKATA... x DAFTAR ISI... xii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat... 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Mineral Mangan (Mn) Metode Geolistrik Metode Konfigurasi Dipole-Dipole BAB 3. METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Alat dan Bahan xii

13 3.3 Pengambilan Data Gambar Rangkaian dan Tabel Data Pengamatan Gambar Rangkaian Tabel Pengamatan Pengolahan dan Analisa Data Pengolahan Data Analisa Data BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Data Hasil Pengamatan Konversi Hasil Data Penelitian Pembahasan BAB 5. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pola aliran arus dan bidang ekipotensial antara dua elektroda arus dengan polaritas berlawanan Gambar 2.2 Elektroda arus dan potensial pada konfigurasi Dipole-dipole Gambar 3.1 Konfigurasi elektroda Dipole-dipole Gambar 3.2 Rangkaian alat percobaan xiv

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Nilai resistivitas berbagai bahan mineral bumi... 7 Tabel 3.1 Data pengamatan xv

16 DAFTAR LAMPIRAN A. Data hasil pengamatan 27 B. Foto penelitian. 46 Halaman xvi

17 BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang kaya akan sumber daya alam, baik itu mineral logam, mineral non logam maupun mineral energi. Mineralmineral seperti tembaga, besi, emas, perak, timah, nikel, mangan, aluminium tergolong sebagai mineral logam. Fosfat, mika, belerang, fluorit termasuk golongan mineral non logam sedangkan yang termasuk mineral energi adalah minyak, gas dan batubara (Soeharto, 2000). Ada 12 unsur mineral terbesar yang terkandung dalam kerak bumi, salah satu contoh unsur tersebut adalah mangan (Mn). Mangan mempunyai warna abu-abu besi dengan kilap metalik sampai submetalik, kekerasan 2 6, berat jenis 4,8, massif, reniform, botriodal, stalaktit, serta kadang-kadang berstruktur fibrous dan radial. Sebagian besar mineral mangan banyak dijumpai di sekitar batu gamping atau batuan malihan yang sangat keras. Mangan tersebut membentuk suatu jalur diantara rekahan batu gamping atau berupa bolder. Singkapan mineral mangan ini bisa terlihat di lereng bukit dan tepian sungai di batuan malihan atau diantara jalur rekahan batu gamping. Di Indonesia, cadangan mangan cukup besar dan tersebar di berbagai lokasi. Potensi tersebut terdapat di Pulau Sumatera, Kepulauan Riau, Pulau Jawa, Pulau Kalimantan, Sulawesi, Maluku, Nusa Tenggara, dan Papua (Anonim : Tahapan Tahapan Eksplorasi Mineral, Januari 2011). Mangan ditemukan sebagai unsur bebas dalam sifat dasarnya dan sering dicampur dengan besi, seperti mineral-mineral lainnya. Sebagai unsur bebas, mangan adalah logam yang penting dalam penggunaan dengan campuran logam-logam industri, terutama di dalam baja-baja anti karat. Oleh karena itu mangan juga dapat berfungsi sebagai penghantar listrik (konduktor) yang baik. Sifat dari mineral golongan logam ini mempunyai konduktivitas listrik yang sangat baik dan 1

18 2 mempunyai nilai resistivitas listrik yang rendah. Karena sifat kelistrikan ini mangan dapat diidentifikasi menggunakan aplikasi metode geolistrik Metode geolistrik yaitu salah satu metode yang cukup banyak digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah karena resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya. Sebenarnya ide dasar dari metode ini sangatlah sederhana, yaitu dengan menganggap bumi sebagai suatu resistor. Metode geolistrik resistivitas berdasarkan tujuan penelitiannya dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu metode resistivity mapping dan metode resistivity sounding. Metode geolistrik banyak digunakan dalam eksplorasi mineral maupun masalah lingkungan (Reynold, 1997). Metode geolistrik meliputi beberapa metode pengukuran kelistrikan seperti metode Self Potential (SP), resisitivitas, elektromagnetik (EM), Induced Polarization (IP) dan lain-lain. Metode geolistrik resistivitas bertumpu pada analisa distribusi resistivitas batuan. Data yang diperoleh merupakan data nilai resistivitas bawah permukaan. Berdasarkan data tersebut kemudian dilakukan perhitungan inverse sehingga diperoleh variasi resistivitas dari suatu pelapisan tanah yang berasosiasi dengan struktur geologi di bawah permukaan (Loke, 1995). Pada metode ini dikenal banyak konfigurasi elektroda, diantaranya yang sering digunakan adalah konfigurasi Wenner, konfigurasi Schlumberger, konfigurasi Wenner-Schlumberger, konfigurasi mise-a-lamasse dan konfigurasi Dipole-dipole. Metode geolistrik resistivitas konfigurasi Dipole-dipole adalah salah satu dari beberapa metode geolistrik yang digunakan untuk menentukan nilai resistivitas (R) pada obyek yang diteliti. Metode ini dapat diterapkan untuk tujuan mendapatkan gambaran bawah permukaan pada obyek yang penetrasinya relatif lebih dalam dibandingkan dengan metode sounding lain seperti konfigurasi Wenner dan konfigurasi Schlumberger (Loke, 1995). Aplikasi dari metode geolistrik resistivitas konfigurasi Dipole-dipole ini pernah dilakukan di daerah Takaoi Kabupaten Kahayan Hulu, Kalimantan Tengah yang menunjukkan dengan jelas adanya 3 lapisan yaitu lapisan tanah penutup dengan

19 3 ketebalan rata-rata 3 meter, lapisan aluvium dengan ketebalan rata-rata 7 sampai 10 meter, dan batuan dasar pada kedalaman antara 10 sampai 15 meter (Priatna, 2000). Di daerah Srati Kecamatan Ayah Kabupaten Kebumen Jawa tengah juga pernah dilakukan penelitian eksporasi mineral mangan menggunakan metode geolistrik dipole-dipole yang hasilnya menyatakan bahwa di daerah tersebut terdapat keberadaan mangan pada kedalaman 5-40 meter (Winarti dan Ansori, 2009). Dan pada tahun 2006, Cahyani melakukan penelitian berobyek mangan dengan metode geolistrik konfigurasi dipole-dipole di daerah Baban Kecamatan Silo, Jember dengan skala lapang. Berangkat dari beberapa penelitian di atas saya melakukan penelitian secara physical modeling dengan metode geolistrik konfigurasi dipole-dipole menggunakan obyek batuan yang diletakkan pada pasir homogen mangan untuk mengetahui nilai resistivitas semu yang bertujuan untuk mengetahui letak dan kedalaman mangan menggunakan skala laboratorium. 1.2 Perumusan Masalah Rumusan permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana menentukan letak dan kedalaman mangan menggunakan aplikasi metode geolistrik konfigurasi dipole-dipole dengan physical modeling. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Posisi mangan yang diletakkan secara acak dengan kedalaman yang berbedabeda. 2. Konfigurasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah konfigurasi dipoledipole dengan skala laboratorium. 3. Pengolahan data menggunakan software Res2Dinv.

20 4 1.4 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan nilai resistivitas obyek sehingga dapat mengetahui letak dan kedalaman mangan menggunakan metode geolistrik konfigurasi dipole-dipole secara physical modeling dengan skala laboratorium. 1.5 Manfaat Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan suatu informasi bagi masyarakat tentang metode geolistrik konfigurasi dipole-dipole menggunakan physical modeling dan dapat memberi informasi tambahan bagi ilmu pengetahuan khususnya di bidang geofisika dan pertambangan.

21 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Mineral adalah senyawa alami yang terbentuk melalui proses geologis. Istilah mineral termasuk tidak hanya bahan komposisi kimia tetapi juga struktur mineral. Mineral termasuk dalam komposisi unsur murni dan garam sederhana sampai silikat yang sangat kompleks dengan ribuan bentuk yang diketahui (senyawa organik biasanya tidak termasuk). Ilmu yang mempelajari mineral disebut mineralogi (Anonim : Mineral, Februari 2011). Istilah mineral dapat mempunyai bermacammacam makna, sulit untuk mendefinisikan mineral dan oleh karena itu kebanyakan orang mengatakan, bahwa mineral ialah satu frase yang terdapat dalam alam. Sebagaimana kita ketahui ada mineral yang berbentuk : lempeng, tiang, limas, kubus (Anonim : Daftar Mineral, Februari 2011). Istilah dalam arti geologi yaitu mineral merupakan sumber daya sebagai bahan utama penyusun tanah, sumber daya mineral terbentuk sebagai hasil reaksi unsur kimiawi di dalam tanah. Sumber daya mineral tipe daerah pegunungan selatan Jawa merupakan sumber daya mineral tipe urat kwarsa epitermal yang mengandung logam mulia berasosiasi dengan logam dasar, dengan karakteristik sering ditemukannya logam mangan (Soeharto, 2000). Selain itu Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Indonesia menyatakan bahwa mangan termasuk unsur terbesar yang terkandung dalam kerak bumi. 2.1 Mineral Mangan (Mn) Mangan adalah kimia logam aktif, abu-abu merah muda yang ditunjukkan pada simbol Mn dan nomor atom 25. Ini adalah elemen pertama di Grup 7 dari tabel periodik. Mangan merupakan 12 unsur paling berlimpah di kerak bumi (sekitar 0,1%) yang terjadi secara alamiah. Mangan merupakan logam keras dan sangat rapuh. Sulit untuk meleleh, tetapi mudah teroksidasi. Mangan bersifat reaktif ketika murni, dan 5

22 6 sebagai bubuk itu akan terbakar dalam oksigen, bereaksi dengan air dan larut dalam asam encer, menyerupai besi tapi lebih keras dan lebih rapuh (Halimah, 2010). Dalam tabel periodik unsur kimia, mangan memiliki lambang Mn dengan nomor atom 25. Unsur kimia adalah zat kimia yang tidak dapat dapat diubah menjadi zat kimia lain dengan cara biasa dan tidak dapat dipisah menjadi zat yang lebih kecil. Unsur-unsur kimia dalam bentuk tabel ditampilkan dalam bentuk tabel periodik unsur-unsur kimia. Nomor atom adalah angka yang menunjukkan jumlah proton dalam inti atom yang berarti bahwa Mangan memiliki 25 jumlah proton dalam inti atomnya. Mangan ditemukan sebagai unsur bebas dalam sifat dasarnya dan sering dicampur dengan besi, seperti mineral-mineral lainnya. Sebagai unsur bebas, mangan adalah logam yang penting dalam penggunaan dengan campuran logam-logam industri, terutama di dalam baja-baja anti karat. Mangan mempunyai warna putihkelabu dan menyerupai besi. Mangan berkilap metalik sampai submetalik, kekerasan 2 6, berat jenis 4,8, reniform, massif, botriodal, stalaktit, dan kadang-kadang berstruktur radial dan berserat. Mangan adalah logam keras dan sangat rapuh, bisa dileburkan dan disatukan walaupun sulit, tetapi sangat mudah untuk mengoksidasi mangan. Logam mangan dan ion-ion mempunyai daya magnet yang kuat. Lapisan bijih terpenting dalam mangan adalah pyrolusite (MnO2). Sebagian besar dari lapisan bijih mangan yang termasuk penting secara ekonomis berhubungan dekat dengan lapisan bijih besi. Sumber-sumber dari pengelolaaan di daratan termasuk besar dan dapat ditemukan di Afrika Selatan, Ukraina, dan persediaan mangan-mangan penting lainnya ada di Australia, Cina, India, Brazil dan Gabon (Anonim : Produksi Mangan, Februari 2011). Mineral mangan termasuk unsur logam peralihan pada sistem tabel periodik. Sifat dari mineral golongan logam ini mempunyai sifat konduktivitas listrik yang sangat baik dan mempunyai nilai resistivitas listrik yang rendah. Resistivitas merupakan suatu parameter yang bergantung pada sifat-sifat material penghantar. Resistivitas juga merupakan perbandingan antara kuat medan listrik dengan rapat

23 7 arus, dengan teori arus dapat mengalir bila ada beda potensial atau diberikan medan listrik (dalam suatu konduktor) sehingga rapat arus yang timbul : E J 2.1 dimana : = Resistivitas (Ω ) E = Medan arus listrik ( ) J = Rapat arus ( ) Disebutkan nilai resistivitas mineral mangan pada tabel material-material tanah berikut : Tabel 2.1 Nilai resistivitas berbagai bahan mineral bumi. Material Resistivitas pada 20 0 C (Ωm) Udara 0 Air asin 0,2 Air tanah 0,5-200 Lempung Pasir Tembaga 1,7 Magnesium 4,2 Besi 10,1 Khrom 13,2 Aluvium Mangan Kerikil Batu Pasir Gamping Karbon 3000 (Sumber : Telford, 1990)

24 8 Hal ini bertolak belakang dengan formasi background dari potensi ini yaitu formasi batu gamping. Batu gamping mempunyai nilai konduktivitas listrik yang sangat rendah dan nilai resistivitas listrik yang tinggi. Konduktivitas listrik adalah kemampuan dari batuan dalam menghantarkan arus listrik. Berdasarkan harga resistivitasnya, batuan dapat digolongkan menjadi tiga golongan, yaitu: Konduktor baik : 10-6 < < 1 m Konduktor pertengahan : 1 < < 10 7 m Isolator : > 10 7 m 2.2 Metode Geolistrik Metode pengamatan geofisika pada dasarnya adalah mengamati gejala-gejala gangguan yang terjadi pada keadaan normal. Gangguan ini dapat bersifat statik dapat juga bersifat dinamik, yaitu gangguan yang dipancarkan ke bawah permukaan bumi. Gejala gangguan yang terdapat pada keadaan normal disebut dengan anomali. Metode Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dengan cara pendeteksian di permukaan bumi. Diantaranya meliputi pengukuran potensial, pengukuran arus medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alami maupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Oleh karena itu metode geolistrik mempunyai banyak macam, termasuk di dalamnya yaitu : Metode Potensial Diri / Self Potential (SP), Metode Resistivitas / Tahanan Jenis, Arus Telluric, Magnetotelluric, Potensial terimbas (Reynold, 1997). Metode geolistrik resistivitas merupakan salah satu dari metode geolistrik yang mempelajari sifat resistivitas dari lapisan batuan di dalam bumi. Pada metode ini arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua buah elektroda arus dan dilakukan pengukuran beda potensial melalui dua buah elektroda potensial, hasilnya berupa beda potensial yang terukur pada elektroda di permukaan. Dari beda potensial

25 9 yang diukur dapat ditentukan variasi resistivitas masing-masing lapisan di bawah titik pengukuran (Reynold, 1997). Di dalam metode geolistrik resistivitas ini terdapat 2 macam metode dalam pengambilan datanya, yaitu : metode geolistrik resistivitas mapping dan metode geolistrik resistivitas sounding. Metode resistivitas mapping merupakan metode resistivitas yang bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas lapisan tanah bawah permukaan secara horizontal. Sedangkan metode geolistrik resistivitas sounding bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas batuan di dalam permukaan bumi secara vertikal. Penggunaan metode geolistrik pertama kali digunakan oleh Conrad Schlumberger pada tahun Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika untuk mengetahui perubahan resistivitas lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara mengalirkan arus listrik DC (Dirrect Current) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2 buah elektroda arus A dan B yang ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan lebih dalam (Damtoro, 2007:5). Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan tegangan listrik di dalam tanah. Tegangan listrik yang terjadi di permukaan tanah diukur dengan menggunakan multimeter yang terhubung melalui dua buah elektroda tegangan M dan N yang jaraknya lebih pendek daripada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektroda MN ikut berubah sesuai dengan informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi pada kedalaman yang lebih besar. Menurut Damtoro (2007:5) dengan asumsi bahwa kedalaman lapisan batuan yang bisa ditembus oleh arus listrik ini sama dengan separuh dari jarak AB yang biasa disebut AB/2 (bila digunakan arus listrik DC murni), maka diperkirakan dari injeksi ini berbentuk setengah bola dengan jari-jari AB/2. Umumnya metode geolistrik yang sering digunakan adalah yang menggunakan 4 buah elektroda yang

26 10 terletak dalam satu garis lurus serta simetris terhadap titik tengah, yaitu 2 buah elektroda arus (AB) di bagian luar dan 2 buah elektroda tegangan (MN) di bagian dalam. Gambar di bawah ini adalah ilustrasi garis equipotential yang terjadi akibat injeksi arus ditunjukkan pada dua titik arus yang berlawanan di permukaan bumi. Gambar 2.1 Pola Aliran arus Dan Bidang Equipotential Antara Dua Elektroda Arus Dengan Polaritas Berlawanan (Sumber : Bahri, 2005) Pada Gambar 2.1 yang menyerupai setengah lingkaran dapat dilihat sebaran arus pada permukaan akibat arus listrik yang dikirim ke bawah permukaan. Garis tegas menunjukkan arus yang dikirim mengalami respon oleh suatu lapisan yang homogen. Sedangkan arus putus-putus menunjukkan arus normal dengan nilai yang sama. Garis-garis tersebut disebut dengan garis equipotential. Dimana medan listrik titik sumber di dalam bumi dianggap memiliki simetri bola (Rosyidah, 2005:6). Hukum Ohm yang berlaku pada medium homogen yang menghubungkan rapat arus J (current density) dengan medan listrik E (dalam Volt/meter) melalui persamaan : J E 2.2 Dalam bentuk yang identik dengan hukum Ohm untuk rangkaian listrik sederhana (V = R I) persamaan dapat dituliskan sebagai :

27 11 E J 2.3 Mengingat medan listrik adalah gradien potensial listrik ( E = V) sehingga persamaan (2.2) menjadi : J V 2.4 Jika tidak ada sumber arus (current source) pada suatu volume yang dilingkupi oleh permukaan A maka J = 0 sehingga : J ( V ) Dengan menggunakan teorema vektor, ( A) = A A didapat : 2 V V Sehingga didapat persamaan untuk ruang homogen isotropis, yang juga merupakan persamaan Laplace : 2 V Sedangkan permukaan yang dilalui arus I adalah permukaan setengah bola pada gambar 2.7 dengan luas 2 r, dan ditinjau dari suatu medium yang homogen maka arus I yang melalui sutu elemen luas da adalah : I J da sehingga, 2.8 V I 2 r 2 2 A r V dimana J = rapat arus listrik = r

28 12 Untuk konstanta integrasi A dalam setengah bola yaitu : I A A I 1 V r r V 2 r 2.11 I Kombinasi dari jarak AB/2, jarak MN/2, besarnya arus listrik yang dialirkan serta tegangan listrik yang terjadi akan didapat suatu harga resistivitas semu (Apparent Resistivity). Disebut resistivitas semu karena resistivitas yang terhitung tersebut merupakan gabungan dari banyak lapisan batuan di bawah permukaan yang dilalui arus listrik. Resistivitas semu dapat dikatakan sebagai resistivitas medium homogen ekivalen. Artinya jika medium setengah-ruang tak-homogen digantikan oleh suatu medium homogen dengan harga resistivitas ρ a maka arus sebesar I akan menghasilkan potensial sebesar V pada elektroda-elektroda dengan faktor geometri K. Meskipun resistivitas semu tidak mencerminkan secara langsung resistivitas medium, distribusi harga resistivitas semu hasil pengukuran mengandung informasi mengenai distribusi resistivitas medium. Bila satu set hasil pengukuran resistivitas semu dari jarak AB terpendek sampai terpanjang tersebut digambarkan pada grafik logaritma ganda dengan jarak AB/2 sebagai sumbu-x dan resistivitas semu sebagai sumbu-y, maka akan didapat suatu bentuk kurva data geolistrik. Dari kurva tersebut bisa dihitung dan diduga sifat lapisan batuan di bawah permukaan. Metode geolistrik lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan di kedalaman lebih dari 2000 m atau 4000 m. Kegunaan metode ini untuk mengetahui karakteristik lapisan bawah permukaan sampai kedalaman m, sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan aquifer yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya yang dicari adalah confined aquifer yaitu lapisan aquifer yang diapit oleh lapisan batuan kedap air (misalnya lapisan lempung) pada bagian

29 13 bawah dan bagian atas. Confined aquifer ini mempunyai recharge yang relatif jauh, sehingga ketersediaan air tanah di bawah titik bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca setempat. Geolistrik ini dapat mendeteksi adanya lapisan tambang yang mempunyai kontras resistivitas dengan lapisan batuan pada bagian atas dan bawahnya. Bisa juga untuk mengetahui perkiraan kedalaman bedrock untuk fondasi bangunan. Metode geolistrik juga dapat untuk menduga adanya panas bumi atau geotermal di bawah permukaan. Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis metode geolistrik resistivitas. 2.3 Metode Konfigurasi Dipole-Dipole Metode geolistrik resistivitas konfigurasi dipole-dipole dapat diterapkan untuk tujuan mendapatkan gambaran bawah permukaan pada obyek yang penetrasinya relatif lebih dalam dibandingkan dengan metode sounding lainnya seperti konfigurasi wenner dan konfigurasi schlumberger. Metode ini sering digunakan dalam surveisurvei resistivitas karena rendahnya efek elektromagnetik yang ditimbulkan antara sirkuit arus dan potensial (Loke, 1999). Susunan elektroda konfigurasi dipole-dipole dapat dilihat pada gambar 2.2. Spasi antara dua elektroda arus dan elektroda potensial sama yaitu a. Konfigurasi ini mempunyai faktor lain yaitu n yang merupakan rasio jarak antara elektroda C 1 dan P 1 ke C 2 C 1 atau P 1 P 2 dengan jarak pisah a. Pengukuran ini dilakukan dengan memindahkan elektroda potensial pada suatu penampang dengan elektroda arus tetap, kemudian pemindahan elektroda arus pada spasi n berikutnya diikuti oleh pemindahan elektroda potensial sepanjang penampang seterusnya hingga pengukuran elektroda arus pada titik terakhir di penampang itu