1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Desa Sulkam berada di kecamatan Kutambaru kabupaten Langkat provinsi Sumatera Utara dengan posisi 419125 me-423125 me dan 366000 mn 368125 mn. Desa Sulkam memiliki bentang alam dengan morfologi dataran dan perbukitan ditandai adanya cekungan-cekungan tertutup atau lembah kering dalam berbagai ukuran, bukit-bukit kecil, langka atau tidak terdapatnya drainase atau sungai permukaan, sungai-sungai yang nampak dipermukaan hilang dan terputus ke dalam tanah, terdapatnya gua dari sistem drainase bawah tanah dan lereng terjal. Morfologi dengan bentang alam yang memiliki karakteristik relief permukaan (eksokarst) dan drainase yang khas (endokarst), terutama disebabkan derajat pelarutan batuan yang intensif merupakan suatu kawasan karst (Ford dan William, 2007). Kawasan karst merupakan formasi geologi yang dibentuk oleh pelarutan batuan karbonat yang secara umum adalah batu gamping dengan kandungan mineral kalsit, aragonit, dolomit dan magnesit. Batu gamping merupakan bahan galian yang mengandung MgO dan CaO. Kawasan desa Sulkam berbatasan dengan kabupaten Karo. Kabupaten Karo memiliki bahan galian mengandung dolomit dengan kandungan MgO dan CaO antara 23,13% 37,42%. Perkiraan sumber daya hipotetik di tiga daerah, yaitu di desa Mardingding, kecamatan Tiganderket dengan luas 32 Ha, ketebalan 50 m sebanyak 45.600.000 ton, antara desa Susuk dan Kutakepar kecamatan Tiganderket dengan luas 9.120 Ha dan ketebalan 100 m sejumlah 2.600.000.000 ton, dan desa Jinabun, desa Kutabuluh Gugung, dan desa Laubuluh, kecamatan Kutabuluh dengan luas 500 Ha dan ketebalan 75 m sebanyak 1.070.000.000 ton (Sukyar, 2011). Kawasan karst di desa Sulkam memiliki potensi yang cukup besar untuk dikembangkan karena batu gamping merupakan jenis bahan galian non logam yang menjadi bahan baku utama di dalam pembuatan semen, bahan bangunan diantaranya agregat dalam pembuatan beton, pondasi bangunan, jalan raya dan
2 lantai. Batu gamping merupakan sumber utama dari senyawa kalsium karbonat murni umumnya merupakan kalsit atau aragonit yang secara kimia keduanya dinamakan kalsium karbonat dan magnesium dalam batu gamping. Potensi kawasan karst desa Sulkam dapat diestimasi pemanfaatannya dengan melakukan karakterisasi dengan berbagai metode. Karakterisasi kawasan karst yang unik dan langka diestimasi pemanfaatannya dengan melihat dari berbagai sisi, diantaranya mengetahui penyebaran keberadaan batu gamping dan mencari ketidak tampakan lau Ketuken di daerah Kejaren dengan menerapkan metode geolistrik yang merupakan metode geofisika yang didasarkan pada penerapan konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Tujuan metode geolistrik adalah memperkirakan sifat listrik medium atau formasi batuan di bawah-permukaan terutama kemampuannya untuk menghantarkan atau menghambat arus listrik (konduktivitas atau resistivitas). Metode geolistrik untuk menginvestigasi struktur bawah permukan pada lantai doline di kawasan karst Divaca Slovenia dengan melihat struktur bawah permukaan karst dengan nilai resistivitas 1.000 Ωm, lempung kurang dari 150 Ωm, tanah permukaan 250 Ωm -1.000 Ωm dan tanah ditutupi tanaman resistivitas mendekati 500 Ωm-600 Ωm (Andres dan Uros, 2012). Tanah permukaan yang tidak mengandung pasir lempung 214 Ωm-502 Ωm (Ahzegbobor, dkk, 2014). Daerah gua yang tidak diisi dengan sedimen tidak terdeteksi dengan pencitraan resistivitas, sehingga perbedaan resistivitas antara daerah gua dan tingginya resistivitas pada lapisan karbonat terlihat jelas. Gua yang berisi lempung dapat dibedakan dari resistivitasnya yang rendah di lapisan batuan karbonat (Andres dan Uros, 2012). Metode geolistrik digunakan untuk memperkirakan sifat kelistrikan medium atau formasi batuan bawah permukaan di kawasan karst untuk membedakan daerah lempung dan karbonat melalui resistivitas (Farooq, dkk, 2012; Gambetta, dkk, 2011). Resistivitas batuan dan endapan bervariasi dari 1 Ωm sampai kurang dari 10.000 Ωm (Raynolds, 1997), bergantung pada derajat kejenuhan, jenis cairan yang mengisi pori dan persen kandungan lempung. Lempung cenderung mengurangi resistivitas karena partikel lempung yang
3 bermuatan negatif sehingga resistivitas nya kurang dari 250 Ωm (Telford, dkk, 1990). Batuan karbonat secara umum memiliki resistivitas yang lebih tinggi berkisar antara 500 Ωm sampai dengan 10.000 Ωm. Resistivitas yang tinggi terutama disebabkan oleh rendahnya porositas dan interkoneksi antara pori (Raynolds, 1997). Penggunaan metode geofisika untuk mengetahui lapisan batuan bawah permukaan terutama pada daerah lau Ketuken yang hilang pada musim kemarau dipadukan dengan batuan singkapan untuk mengetahui batu gamping dengan karakteristiknya sehingga dapat diketahui jenis batuan dan penyebarannya sehingga direkomendasikan untuk berbagai industri serta penyebab hilangnya lau Ketuken. Batu gamping yang berasal dari singkapan yang ada di desa Sulkam di karakterisasi dengan menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), thin slice dan pengujian mekanik sehingga diperoleh potensi batu gamping desa Sulkam. Batu gamping mengandung kalsium karbonat yang memiliki warna kuning, abu-abu, kuning tua, abu-abu kebiruan dan hitam. Batu gamping dalam keadaan murni mempunyai bentuk kristal kalsit yang terdiri dari CaCO 3 dan memiliki densitas 2,6 gr cm -3 2,9 gr cm -3 (Lailiyah, dkk, 2012; Alaabed, dkk, 2014). Morfologi batu gamping dilihat dengan menggunakan SEM dimana batu gamping memiliki porositas rendah serta mengetahui kandungan unsur dengan menggunakan Energy Dispersive X-Ray (EDX), (Hariharan, dkk, 2014; Won Yu- Ho, dkk, 2010). Batu gamping mengandung mineral kalsit dan dolomit memiliki sifat yang berbeda dapat mempengaruhi kelarutannya. Kandungan kalsit yang tinggi menyebabkan kawasan karst menjadi mudah dalam pembentukan karstifikasi karena sifatnya mudah larut sehingga dapat membentuk rongga, saluran dan gua dalam tanah. Kandungan dolomit yang tinggi pada batuan di kawasan karst menyebabkan batuan lebih kuat. Untuk mengetahui struktur kandungan batuan pada kawasan karst ditentukan dengan menggunakan XRD yang merupakan metode untuk menganalisa mineral batuan melalui difraksi yang dihasilkan mineral dari batuan (Al Farraj, 2011; Alaabed, dkk, 2014). Analisa batuan dari
4 kawasan karst dilakukan dengan metode XRD dengan melihat pola difraksi yang di hasilkan berupa puncak intensitas maksimum yang mengandung kalsit dan dolomit dari sampel batuan singkapan daerah karst. Hasil XRD dari 10 sampel coring memperlihatkan kalsit adalah mineral dominan hingga 90% dengan beberapa puncak lain seperti kuarsa, gipsum feldspar dan dolomit di daerah batu kapur Euphrates, daerah Al-Najaf, Selatan Iraq (Mautaz, dkk, 2013). Kandungan batuan dari kawasan karst berupa CaCO 3 terbentuk pada proses geokimia pada tekanan parsiel tertentu dan terendapkan sebagai mineral kalsit. Batuan dari kawasan karst mengandung mineral kalsit dengan unsur Ca, C dan O. Unsur Ca 2+ di alam memiliki tingkat kelarutan yang lebih besar dan mineral kalsit sangat dominan dalam batu gamping sehingga bila terdapat mineral yang mudah larut dalam air maka dapat menimbulkan saluran gua atau sungai bawah tanah. Untuk mengetahui jenis atau unsur mineral yang terkandung dalam batu gamping di lakukan analisa secara kuantitatif dan kualitatif dengan EDX. Hasil dari SEM-EDX berupa morfologi struktur permukaan dari sampel dan grafik antara nilai energi dengan cacahan (kev). Hasil SEM pada dolomit, morfologi kristal berbentuk rhombohedral dengan lingkaran bercahaya dan hitam di pusat, butiran partikel terakumulasi pada tekstur (Gao, dkk, 2012). Batuan dari kawasan karst secara umum dapat dimanfaatkan dengan mengetahui kandungan unsur dan sifat mekanik batuan. Sifat mekanik batuan dapat dilakukan dengan melakukan uji fisik untuk mengetahui kuat tekan batuan. Analisa mekanik pada batu gamping daerah Jaya Aceh mendapatkan kualitas batu gamping digunakan sebagai pondasi hinggga batu hias sesuai SII 03-6861 sebagai standar mutu baku batu alam (Raihan, 2012). Analisa mekanik batuan serpentinit berupa kuat tekan dan abrasi yang dibandingkan dengan SII 03-6861 diperoleh kualitas batu sebagai pondasi hingga batu hias (Sarah, 2012). Nilai kekuatan batu gamping sebagai agregat pengerasan jalan di daerah Penida, Bali (Widana dan Suwarsa, 2010). Karakterisasi kawasan karst dengan memadukan metode geolistrik, XRD, SEM-EDX dan thin slice hingga pengujian sifat mekanik. Metode geolistrik di gunakan untuk mengetahui sifat fisik batuan yang ada di bawah permukaan,
5 keberadaan batu gamping, zona batu gamping dengan fokus daerah batu gamping prospek dengan melihat lapisan bawah permukaan dengan resistivitas semu untuk daerah kawasan karst secara global dan secara khusus untuk daerah lau Ketuken dan menggunakan sampel batuan singkapan untuk memperkuat kandungan batuan dari kawasan karst dengan melakukan uji kandungan mineral dengan XRD, morfologi, ukuran butir, matriks dan pori batuan dengan SEM dan thin slice, kandungan unsur dengan SEM-EDX, uji fisik untuk mengetahui kuat tekan batuan. Hasil yang diperoleh akan memperlihatkan karakterisasi kawasan karst yang ada di desa Sulkam secara keseluruhan dan secara khusus menjawab hilangnya lau Ketuken di daerah Kejaren dengan berbagai metode yang menjadi satu kesatuan. Mengangkat penelitian ini dengan judul Karaktererisasi Kawasan Karst di Desa Sulkam Kabupaten Langkat Sumatera Utara. 1.2. Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Penelitian dilakukan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat disesuaikan dengan kondisi topografi. 2. Resistivitas batuan di bawah permukaan kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat diperoleh dengan menggunakan metode geolistrik. 3. Ketidak tampakkan lau Ketuken di daerah Kejaren diidentifikasi perlapisan batuan bawah permukaan dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 4. Kandungan mineral batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat diperoleh dengan menggunakan XRD. 5. Unsur batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat diperoleh dengan menggunakan EDX. 6. Morfologi batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan SEM dan thin slice. 7. Kuat tekan batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan compression machine.
6 1.3. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang, maka masalah yang dibahas dirumuskan sebagai berikut : 1. Bagaimana kontur resistivitas secara lateral di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 2. Bagaimana kontur resistivitas secara vertikal di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 3. Bagaimana perlapisan batuan lau Ketuken di daerah Kejaren dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 4. Bagaimana kandungan mineral yang terkandung pada batuan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan XRD. 5. Bagaimana kandungan unsur yang terkandung pada batuan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan EDX. 6. Bagaimana morfologi batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan SEM dan thin slice. 7. Bagaimana kuat tekan batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan compression machine. 1.4. Tujuan Penelitian Dari rumusan masalah, maka penelitian ini bertujuan : 1. Memperoleh kontur resistivitas secara lateral di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 2. Memperoleh kontur resistivitas secara vertikal di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger. 3. Mencari ketidak tampakan lau Ketuken di daerah Kejaren dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger.
7 4. Memperoleh kandungan mineral yang terkandung pada batuan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan XRD. 5. Memperoleh kandungan unsur yang terkandung pada batuan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan EDX. 6. Memperoleh morfologi batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan SEM dan thin slice. 7. Memperoleh kuat tekan batuan dari singkapan di kawasan karst desa Sulkam kabupaten Langkat dengan menggunakan compression machine. 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui keberadaan jenis batuan terutama batu gamping yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dan daerah yang memiliki gua atau lubang yang tidak dapat di dirikan bangunan diatasnya. 2. Memperoleh jawaban atas ketidak tampakan lau Ketuken di daerah Kejaren. 3. Mengetahui kualitas batu gamping dari kandungan mineral, unsur dan susunan batuan sehingga dapat digunakan untuk keperluan industri. 4. Mengetahui sifat fisis batuan berupa kuat tekan batuan yang dapat di dimanfaatkan secara langsung untuk bangunan maupun untuk kajian geoteknik penambangan batu gamping.