KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA DISERTASI Oleh RITA JULIANI 118108003/FIS ROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
i
ii PERNYATAAN ORISINALITAS KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA DISERTASI Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar Medan, November 2015 Rita Juliani NIM 118108003
iii PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Rita Juliani NIM : 118108003 Program Studi : Doktor Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Disertasi Demi pengembangan ilmu pengetahuan,menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (non- Exclusive Royalty Free Right) Atas Disertasi saya yang berjudul : Karakterisasi Kawasan Karst Di Desa Sulkam Kabupaten Langkat Sumatera Utara Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti Non- Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,mengalih media,memformat,mengelola, dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan sebagai pemilik hak cipta Demikian pernyataan ini diperbuat dengan sebenarnya Medan, November 2015 Rita Juliani
iv Telah diuji pada Tanggal : 18 Agustus 2015 PANITIA PENGUJI DISERTASI Ketua : Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc Anggota : 1. Dr. Mester Sitepu, MSc, M.Phill 2. Prof. Drs.Motlan, M.Sc, PhD 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
v RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap : Rita Juliani, S.Si, M.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Medan 15 Juli 1969 Alamat Rumah : Jl. Surya Haji Komplek Taman Surya Indah Blok A No. 9 Lau Dendang HP : 081396014353 Email : julianiunimed@gmail.com Instansi Tempat Bekerja : Universitas Negeri Medan Alamat Kantor : Jl. Willem Iskandar Ps. V Medan Estate Telepon : (061) 6613365 DATA PENDIDIKAN SD : SD N 066046 Tamat : 1983 SMP : SMP N 16 Medan Tamat : 1986 SMA : SMA N 10 Medan Tamat : 1989 Strata-1 : Universitas Sumatera Utara Tamat : 1995 Strata-2 : Universitas Gadjah Mada Tamat : 2002
vi KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Allah Subhana Wata ala, karena dengan limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga disertasi ini dapat terselesaikan. Dengan selesainya disertasi ini, diucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Subhilhar, Ph.D atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Doktor Ilmu Fisika. Rektor Universitas Negeri Medan, Prof. Dr. Syawal Gultom, M.Pd dan Rektor Universitas Negeri Medan sebelumnya Prof. Dr. Ibnu Hajar, M.Si atas kesempatan dan ijin belajar untuk mengikuti program pendidikan Doktor Ilmu Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr, Sutarman, MSc yang telah memberikan kesempatan menjadi mahasiswa Program Doktor pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Ketua program Studi Doktor Fisika Dr. Nasruddin MN,M,Eng.Sc dan Komisi Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor. Sekretaris Program Studi Doktor Fisika Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Komisi Dewan Penguji Ujian Promosi Doktor beserta seluruh Staff Pengajar pada Program Studi Doktor Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang tak berhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc, selaku Promotor, dengan perhatian, kesabaran memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi, demikian juga Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill, selaku Co-Promotor I dalam memberikan dukungan, fasilitas dan selalu meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan dan motivasi, Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD, selaku Co-Promotor II yang telah
vii memberikan masukan bimbingan dan arahannya serta semangat atas terselesaikannya disertasi ini. Kepala Desa Sulkam Herryson Bangun, SE, yang pemberian izin melakukan penelitian dan memfasilitasikan keperluan lapangan, warga desa Sulkam yang membantu dalam proses pengambilan data lapangan. Kepada semua Dosen FMIPA USU dan Unimed serta Dosen KDBK Fisika Bumi Unimed khususnya atas dukungan dan motivasinya. Kepada ibunda tercinta Nursiah, suami tersayang Rahmatsyah dan anakku terkasih Riri Syavira, Rayhan Fadhurrahman, Rasyad Tanzilurrahman. Terima kasih atas segala pengorbanan baik moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas hanya di serahkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa. Wassalam Medan, November 2015 Rita Juliani
viii KARAKTERISASI KAWASAN KARST DI DESA SULKAM KABUPATEN LANGKAT SUMATERA UTARA ABSTRAK Telah di lakukan penelitian untuk mengkarakterisasi kawasan karst di desa Sulkam kabupaten Langkat Sumatera Utara untuk memperoleh kontur resistivitas secara lateral dan vertikal, mencari ketidak tampakan lau Ketuken, kandungan mineral, unsur dan morfologi serta kuat tekan batu gamping. Metode yang digunakan adalah dengan memadukan metode geolistrik konfigurasi Wenner-Schlumberger untuk mengetahui perlapisan batuan yang ada di bawah permukaan. Sampel batuan singkapan diuji dengan XRD untuk mengetahui kandungan mineral, EDX untuk menentukan kandungan unsur batuan, SEM dan sayatan tipis untuk morfologi batuan, serta kuat tekan batuan menggunakan compression machine. Kontur resistivitas secara lateral pada kedalaman 1,25 m hingga 30 m berupa lapisan batuan batu gamping, tanah permukaan dan lempung. Batu gamping terutama di bagian Barat desa Sulkam. Lapisan batuan lau Ketuken berupa batuan pasir lempung, batu lempung, batu pasir dan batu gamping yang bersifat meloloskan dan sebagai reservoar sehingga lau Ketuken tidak tampak di permukaan. Kontur resistivitas secara vertikal pada lintasan horizontal terdapat lapisan tanah permukan diantarai batu gamping, batu gamping, dan lapisan tanah serta lempung. Kontur resistivitas secara vertikal berupa batu gamping dan lempung, tanah hadir diantara lempung. Bahagian Selatan dekat dengan daerah lau Ketuken memiliki lapisan batu gamping dan terdapat rongga. Kandungan mineral batuan diperoleh CaCO 3 dengan komposisi 74,1 wt.% - 100 wt.% dengan rata-rata 96 wt %. Kandungan unsur batuan berupa mineral kalsit dengan unsur Ca, C dan O dan pengotor Si. Komposisi rata-rata pada sampel batu gamping O = 46,56%; Ca = 27,37 %; C = 25,94%; Si = 0,34%. Morfologi batuan dengan tekstur rapat, berbutir halus dan kasar dengan ukuran butir 2.201 µm sampai 4.150 µm dengan penyusun batuan mikrit, kalsit dan bioklas. Sifat mekanik batu gamping berdasarkan SII 0378-80 termasuk batu gamping lunak dan digunakan sebagai penutup lantai atau trotoar. Kata kunci : Geolistrik, kawasan karst, batu gamping
ix CHARACTERIZATION OF KARST AREAS IN VILLAGE SULKAM LANGKAT NORTH SUMATRA ABSTRACT Research has been done to characterize the karst area in the village Sulkam Langkat district of North Sumatra to obtain resistivity contour laterally and vertically, minerals, elements and morphology, compressive strength as well as search for lau Ketuken loss. Geo-electiric resistivity contour is gained by the Wenner-Schlumberger configuration to identify the rock layers in the surface area. The samples of the rocks are analyzed by using XRD and EDX, in order to determine the kind of rock for each layer and the mineral properties, respectively. Meanwhile, SEM and thin slice are employed to observe the rock morphology. Furthermore, compressive strength of the rock is tested using compression machine. Resistivity contour laterally at a depth of 1,25 m to 30 m is in the form of a layer of limestone rocks, soil and clay surfaces. The limestone rocks are especially founded in the western part of the village Sulkam. Ketuken lau rock layers are made up from sandstone clay, clay stone, sandstone and limestone, redirects the water and reservoir so that lau Ketuken lost on the surface. Resistivity contour vertically on a horizontal track surface layers of soil are mediated by limestone. The limestone and a layer of soil and clay form a cavity. Resistivity contour vertically is in the form of limestone and clay. There is soil is among the clays. The Southern part of lau Ketuken area is founded some layers of limestone, and a cavity. The mineral content of the rocks consist of CaCO 3 with the composition of 96 wt % in average (from 74,1% - 100 wt%). The properties of rock elements are in the form of mineral calcite rock which is consist of Ca, C and O, as well as impurities Si. The average composition of the limestone samples are O = 46,56%; Ca = 27,37%; C = 25,94%; Si = 0,34%. Tight textures of the rock morphology is fine-grained and coarse which have grain size 2.201 μm to 4.150 μm. Its constituent are micrit rock, calcite and bioclas. The mechanical properties of limestone based on SII 0378-80 are soft limestone category. It is used to apply as a cover of the floor or pavement. Keywords: Geo-electric, karst areas, limestone
x DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PERSETUJUAN PUBLIKASI PENETAPAN PANITIA PENGUJI RIWAYAT HIDUP KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN Halaman i ii iv v vi viii ix x xii xiii xvi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. Latar Belakang Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 1 5 6 6 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 8 2.1. 2.2. 2.3. Kawasan Karst Karstifikasi Batu Gamping 8 8 10 2.3.1. Susunan Batu Gamping Klasifikasi Batu 11 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.3.2. Penggunaan Batu Gamping Metode Geolistrik Resistivitas Batuan Mekanika Batuan Klasifikasi Batu Gamping BAB III METODOLOGI PENELITIAN 27 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Tempat Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Diagram Alir Penelitian Resistivity Meter 27 27 29 30 3.5. 3.6. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. Pengambilan Data Resistivity Meter Kontur Permukaan Lokasi Penelitian Pengolahan Data Resistivity Meter X-Ray Difraction (XRD) Scanning Electron Microsopy (SEM) 13 18 18 25 25 31 33 33 36 37
xi 3.7. 3.8. Sayatan Tipis Uji Mekanik 38 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 42 4.1. Pola Penyebaran Resistivitas Batuan Bawah 42 Permukaan 4.1.1. 4.1.2. Analisa Sayatan Lateral Analisa Sayatan Vertikal 43 67 4.2. 73 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. Kandungan Mineral Batu Gamping dengan Uji XRD Morfologi dan Kandungan Unsur Batu Gamping dengan Uji SEM Morfologi Batu Gamping dengan Sayatan Tipis (Thin Slice) Uji Mekanik Batu Gamping Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 93 5.1. 5.2. Kesimpulan Saran 93 94 78 82 86 88 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 95 98
xii DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman 2.1. 2.2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 4.12. Sifat Mineral Batuan Karst Klasifikasi Batu Gamping Alat dan Bahan Spesifikasi Resistivity Meter model ARES-G4.v47. Nilai Hambatan Jenis Listrik Batuan menurut Literatur dan Hasil Penetapan Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 1,25 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 5 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole pada Kedalaman 10 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole Kedalaman 15 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole Kedalaman 20 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole Kedalaman 25 meter Nilai Resistivitas dan Jenis Batuan di titik Bore Hole Kedalaman 30 meter Perlapisan Batu Gamping dari Kedalaman 1,25-30 meter di Desa Sulkam Langkat Hasil Analisis Kadar Mineral dengan XRD Komposisi Sampel Batu Gamping dengan EDX Penyusun Batu Gamping Kuat Tekan Batu Gamping Desa Sulkam 11 13 27 30 35 45 48 51 53 55 58 61 65 76 81 85 86
xiii DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 2.2. 2.3 2.4. 2.5. 2.6. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. Pembentukan Karst Klasifikasi Dunham Klasifikasi Embry dan Klovan Konfigurasi Schlumberger Susunan Elektroda pada Konfigurasi Wenner dan Schlumberger Perbandingan Cakupan Data antara Konfigurasi Wenner dan Wenner-Schlumberger Diagram Alir Penelitian Alat Resistivy Meter model ARES-G4.v47 dan GPS Peta Geologi Daerah Penelitian Grid Pengambilan data Geolistrik Kontur Daerah Penelitian dengan Altitude Kontur Resistiviti Pseudodepth Section X Ray Difraction (XRD) Scanning Electron Microsopy (SEM) Batuan Singkapan Uji Thin Slice Sampel Pengujian Kuat Tekan Compression Machine Peta Pseudeseki Hasil Olahan Data dengan Res2DinV Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1.25 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1.25 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 1.25 meter. Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5 meter. Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 5 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 5 m eter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 10 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 10 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 10 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15 10 14 16 23 24 25 29 30 31 32 33 35 37 38 38 40 40 42 44 44 46 47 47 49 50 50 51
xiv 4.12. 4.13. 4.14. 4.15. 4.16. 4.17. 4.18. 4.19. 4.20. 4.21. 4.22. 4.23. 4.24. 4.25. 4.26. 4.27. 4.28. 4.29. 4.30. 4.31. 4.32. 4.33. 4.34. 4.35. 4.36. 4.37. 4.38. 4.39. 4.40. Sambungan daftar gambar meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 15 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 15 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20 meter Pola Resistivitas lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 20 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 20 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 25 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran Lapisan Batuan pada Kedalaman 25 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 30 meter Berdasarkan Ketinggian Pola Sebaran lapisan Batuan pada Kedalaman 30 meter Lau Ketuken Grid antara Lau Ketuken Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Daerah Lau Ketuken Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter Pola Resistivitas Lapisan Bawah Permukaan Kedalaman 1,25 meter hingga 30 meter dengan Bore Hole Pola Topografi dengan Garis Tampang Lintang AB, CD, EF dan GH desa Sulkam Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan AB Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan CD Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan EF Tampang Lintang Resistivitas Sepanjang Lintasan GH Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan AB Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan CD Pola Sebaran Lapisan Batuan Sepanjang Lintasan EF Pola Sebaran Batuan Lapisan Sepanjang Lintasan GH Keberadaan Gua di Daerah Tampang Lintang GH Pola XRD Sampel T72, T73 dan T77 Pola XRD Sampel T86, T88 dan T89 Pola XRD Sampel T92, T95 dan T102 Pola XRD Sampel T111, T112 dan T113 52 52 54 54 55 56 57 57 59 60 60 62 62 63 63 66 68 68 69 69 69 70 70 71 71 73 74 74 75 75
xv 4.41. 4.42. 4.43. 4.44. 4.45. 4.46. 4.47. 4.48 4.49. 4.50. 4.51. 4.52. Sambungan daftar gambar SEM Morfologi Sampel Batu Gamping SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 15 Kx SEM Morfologi Sampel Dengan Perbesarn 32,49 Kx Hasil EDX Sampel T112 Diagram Batang Rata-rata Persen Berat Sampel Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Floatstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Chrystalline Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Wackstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Bounstone Sayatan Tipis Sampel Batu Gamping Jenis Mudstone Kuat Tekan Batu Gamping dengan Variasi Ukuran Hubungan Kuat Tekan Batu Gamping dengan Beban Maksimum 78 78 79 80 81 82 83 83 83 84 87 88
xvi Nomor Lampiran A B C D E F G H I DAFTAR LAMPIRAN Judul Peta Geologi Lokasi Penelitian Koordinat dan Altitude Lintasan Data Pseudoseksi Geolistrik Deskripsi Lintasan Resistivitas Batuan Dokumentasi Hasil SEM-EDX Hasil XRD Data Bore Hole Halaman 98 99 103 105 112 115 122 124 131