Geolistrik Konfigurasi Schlumberger

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.   LATAR BELAKANG PENELITIAN

Air tanah adalah semua air yang terdapat pada lapisan mengandung air (akuifer) di bawah permukaan tanah, termasuk mata air yang muncul di permukaan tanah. Peranan air tanah semakin lama semakin penting karena air tanah menjadi sumber air utama untuk memenuhi kebutuhan pokok hajat hidup orang banyak. Sumber air tanah berasal dari air yang ada di permukaan tanah (air hujan, danau, dan sebagainya) kemudian meresap ke dalam tanah/akuifer di daerah imbuhan (recharge area) dan mengalir menuju ke daerah lepasan (discharge area). Airtanah terdapat pada lapisan tanah pengandung air yang disebut dengan akuifer.  Kedalaman air tanah di suatu daerah tidak sama dengan daerah lainnya, tergantung dari tebalnya lapisan di atasnya dan kedudukan akuifernya.  Daerah aliran airtanah terdapat pada cekungan airtanah.  Pada cekungan airtanah terjadi proses pengimbuhan, pengaliran dan pelepasan airtanah.  Cekungan airtanah merupakan lapisan tanah yang mengalasi wadah airtanah (akuifer).  Cekungan airtanah tersusun dari lapisan batuan yang kedap air (batuan beku) atau yang mempunyai daya meloloskan air yang rendah, seperti lapisan lempung.

Lapisan tanah suatu daerah tergantung dari kondisi geologi dan iklim. Hal tersebut mengakibatkan kondisi struktur batuan di kawasan DAS (Daerah Aliran Sungai) Serayu beraneka ragam. Jika dilihat secara topografi, sungai Serayu terdiri dari wilayah-wilayah pegunungan, perbukitan dan dataran rendah^[1]. DAS Serayu zona Karangrena dan Karangkemiri termasuk kawasan dataran rendah memiliki satuan tanah asal proses Aluvial . Pada bentuk lahan asal aluvial berasal dari material campuran dari hasil pelapukan berbagai batuan induk yang terdapat pada hulu sungai^[1]. Oleh sebab itu, perlu di ketahui arah aliran air tanah pada daerah ini untuk dapat dimanfaatkan oleh masyarakat maupun pemerintah  setempat untuk kebutuhan rumah tangga, pertanian maupun industri.

Aliran air tanah di dalam akuifer dari daerah imbuhan ke daerah lepasan cukup lambat, memerlukan waktu lama bisa puluhan sampai ribuan tahun tergantung dari jarak dan jenis batuan yang dilalui. Untuk mengetahui jenis batuan yang dilalui oleh air tanah dengan mencari resistivitas suatu batuan di bawah permukaan tanah dengan menggunakan metode geolistrik tahanan jenis^[2]. Penelitian pendahulun yang terkait dengan pemodelan pola aliran air tanah di lakukan oleh teti zubaidah tahun 2008 tentang metode geolistrik konfigurasi schlumberger pada skala laboratorium untuk investigasi keberadaan air tanah.

Penelitian ini menggunakan metode geolistrik dapat memberikan gambaran mengenai struktur bawah permukaan tanah aliran sungai serayu di kecamatan maos kabupaten cilacap. Kelebihan dari metode geolistrik yaitu tidak merusak lingkungan, biayanya yang relatif murah dan juga mampu mendeteksi sampai kedalaman beberapa  meter sesuai dengan panjang lintasan pada pengambilan data di lapangan^[3]. Dari beberapa  konfigurasi elektroda pada metode geolistrik, konfigurasi schlumberger menjadi pilihan terbaik dikarenakan jangkauannya paling dalam. Metode geolistrik dilakukan dengan menginjeksikan arus listrik ke dalam bumi melalui dua buah elektroda arus, kemudian mengukur nilai tegangan tanggapan dari dalam bumi melalui dua elektroda beda potensial.

1.2.   TUJUAN PENELITIAN

          Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Manfaat yang diharapakan dari hasil penelitian ini adalah

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.       GEOLISTRIK RESISTIVITAS

Metode geolistrik tahanan jenis adalah salah satu metode pada survei geofisika yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan tanah dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah permukaan tanah ^[4] . Sesuai dengan hukum Ohm, maka arus (I) yang mengalir dalam material sebanding dengan potensial (V) jika hambatan (R) konstan^[5].  Secara matematis, menurut Ohm diperoleh kaitan antara V dan I, yaitu :

                                                                                                                 (2.1)

Dengan V menyatakan potensial (V), I menyatakan kuat arus (A) dan R menyatakan hambatan/resistansi (Ω).

Tahanan jenis merupakan parameter yang menggambarkan perbedaan nilai hambatan untuk masing-masing material/menggambarkan karakteristik dari suatu material^[5].  Sebagai contoh, rumus tahanan jenis listrik pada silinder pejal dengan panjang L (m), luas penampang A (m²) dan hambatan R (Ω) adalah :

dengan ρ menyatakan tahanan jenis listrik (Ωm).

Kebalikan dari tahanan jenis listrik adalah konduktivitas listrik yang pada kasus silinder pejal dinyatakan dengan :

                                                                              (2.3)

Dengan  menyatakan konduktivitas listrik (Ωm), J menyatakan rapat arus (A/m²) dan E menyatakan medan listrik (V/m).

Persamaan (2.3) menyatakan tentang hubungan antara rapat arus dan medan listrik dalam suatu medium yang berbanding lurus^[5].

Prinsip kerja metode geolistrik dilakukan dengan cara menginjeksikan arus listrik ke permukaan tanah melalui sepasang elektroda dan mengukur beda potensial dengan sepasang elektroda yang lain.  Bila arus listrik diinjeksikan ke dalam suatu medium dan diukur beda potensialnya (tegangan), maka nilai hambatan dari medium tersebut dapat diperkirakan. Pola arus listrik yang dipancarkan oleh elektroda arus tunggal di permukaan medium setengah tak berhingga disajikan dalam

Gambar 2.1 Distribusi arus oleh elektroda arus tunggal ^[6].

Dari persamaan (2.3), diperoleh :

                                                                                   (2.4)

    dengan                                     atau                             (2.5)              

Sehingga potensial di suatu titik sejauh r dari pusat arus adalah:

                                                                           (2.6)

Berdasarkan Gambar 2.2, besarnya potensial yang terukur pada elektroda P₁ akibat arus pada elektroda C₁  adalah :

                                                                                                     (2.7)

dengan  menyatakan jarak dari C₁ ke P_1.

Sedangkan potensial yang terukur pada elektroda P₁ akibat arus pada elektroda C₂ adalah :

                                                                                      (2.8)

dengan  menyatakan jarak dari C₂ ke P_1.

Sehingga potensial yang terukur pada elektroda P₁ akibat arus pada elektroda C₁ dan C₂ adalah :

                                                                            (2.9)              

Besar potensial yang terukur pada elektroda P₂ akibat arus pada elektroda C₁ adalah :

                                                                                                (2.10)

dengan  menyatakan jarak dari C₁ ke P_2.

Sedangkan potensial yang terukur pada elektroda P₂ akibat arus pada elektroda C₂ adalah :

                                                                                                 (2.11)        

dengan  menyatakan jarak dari C₂ ke P_2.

Sehingga potensial yang terukur pada elektroda P₂ akibat arus pada elektroda C₁ dan C₂ adalah :

                                                                            (2.12)

Dengan demikian, beda potensial (tegangan) yang terukur oleh voltmeter antara elektroda P₁ dan P₂ adalah:

                                                                         (2.13)         

Untuk beda potensial yang dinyatakan pada persamaan (2-13) dapat langsung diketahui pada alat, namun untuk tahanan jenis batuan perlu dihitung, sehingga besarnya nilai tahanan jenis suatu materi adalah :

                                                                         (2.14)

Nilai tahanan jenis batuan yang dihitung menggunakan persamaan (2.14) merupakan nilai tahanan jenis semu/nilai tahanan jenis terukur (apparent resistivity), jadi bukan merupakan nilai tahanan jenis yang sebenarnya.  Besarnya nilai resistivitas semu dan faktor geometri dituliskan dengan persamaan:

                                                                                           (2.15)                                                                                      

                                                                 (2.16)

Dimana ρ_a adalah resisitivitas semu (Ohm-meter).  K adalah faktor geometri (meter).  Faktor geometri merupakan fungsi kekedudukan terhadap elektroda arus dan elektroda potensial.  Oleh sebab itu setiap susunan atau konfigurasi elektroda mempunyai faktor geometri yang berbeda-beda.  Konfigurasi elektroda ada enam jenis yaitu: konfigurasi elektroda Pole-Pole, Pole-Dipole, Dipole-Dipole, Wenner dan Schlumberger serta Wenner-Schlumberger.

          Teknik pengukuran geolistrik ada tiga macam yaitu mapping, sounding dan imaging. Masing-masing teknik pengukuran geolistrik dapat dilakukan untuk tujuan yang berbeda. Untuk tujuan penentuan airtanah, struktur gelologi, litologi dan penyelidikan mineral-mineral logam, maupun untuk keperluan geoteknik, teknik pengukuran geolistrik yang digunakan adalah teknik sounding. Istilah sounding diambil dari Vertical Electrical Sounding (VES), yaitu teknik pengukuran geofisika yang bertujuan untuk memperkirakan variasi resistivitas sebagai fungsi dari kedalaman pada suatu titik pengukuran. Konfigurasi elektoda yang sering digunakan dalam teknik sounding yaitu konfigurasi Schlumberger. Konfigurasi Schlumberger memiliki jangkauan yang paling dalam dibandingkan konfigurasi yang lain.

Konfigurasi Schlumberger menggunakan dua elektroda arus yang sering dinamakan A , B dan dua elektroda potensial yang dinamakan M, N.  Pada konfigurasi Schlumberger, dua elektroda potensial (MN) diletakkan di antara dua elektroda arus (AB).  Jarak elektroda potensial (MN/2) dibuat tetap, tetapi jarak antara elektroda arus (AB/2) diubah-ubah agar diperoleh banyak informasi tentang bagian dalam bawah permukaan tanah.  Untuk mengetahui struktur bawah permukaan yang lebih dalam, maka jarak masing-masing elektroda arus (AB/2) dan elektroda potensial (MN/2) dapat ditambah secara bertahap, sehingga efek penembusan arus ke bawah semakin dalam.  Faktor geometri konfigurasi elektroda Schlumberger yaitu:

                                                           (2.17)

dimana dan

Maka resistivitasnya

                                                                          (2.18)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1.   Waktu Dan Tempat Penelitian

Kegiatan penelitian telah dilakukan selama tiga bulan, mulai dari bulan April sampai dengan Juni 2010.  Proses akuisisi data dilakukan di daerah Kecamatan Maos Kabupaten Cilacap.  Pengolahan data dilakukan di Laboratorium Fisika Eksperimen, Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto.

3.2.   Prosedur Penelitian

Peninjauan lokasi penelitian dilakukan untuk mengetahui gambaran umum dan menggali informasi di lokasi penelitian. Hal ini dilakukan untuk membuat desain survei di lokasi yang sesungguhnya. Hal yang perlu dilakukan dalam survei pendahuluan ini adalah penentuan lintasan, jumlah titik yang diambil adalah 3 titik sounding dengan panjang lintasan 240 meter. Posisi lintasan dan panjang lintasan untuk pengambilan data sangat menentukan jarak antar spasi elektroda dan posisi penempatan peralatan survei. Dalam sebuah penelitian tidak lepas dari perizinan dari instansi yang berwenang. Perizinan penelitian ditujukan kepada kepala Bakesbanglinmas (Badan Kesatuan Bangsa dan Perlindungan Masyarakat) Kabupaten Cilacap.

Tahap pelaksanaan meliputi akuisisi data geolistrik resitivitas di lokasi yang telah ditentukan pada survei pendahuluan.  Untuk menentukan kedalaman akuifer dan airtanah, proses akuisasi data resistivitas menggunakan konfigurasi Schlumberger dengan teknik vertical electrical sounding, sehingga akan diperoleh nilai resistivitas lapisan-lapisan batuan bawah permukaan secara vertikal.  Pengukuran geolistrik dimulai dari titik tengah lintasan, yaitu dengan menyusun empat buah elektroda dengan konfigurasi Schlumberger di tengah-tengah lintasan dan mengatur posisi resistivity meter di pertengahan lintasan.  Setelah arus diinjeksikan ke dalam tanah melalui resistivity meter, parameter yang diukur dan yang dicatat yaitu arus listrik (I) dan beda potensial (∆V) yang terbaca dari resistivity meter.  Untuk  pengukuran geolistrik selanjutnya, elektroda arus AB dipindahkan sesuai dengan jarak yang telah ditentukan, sedangkan elektroda potensial MN tidak dipindah dan hanya dipindahkan jika jarak MN/2 adalah 1/5 jarak AB/2.  Data lapangan yang diperoleh yaitu beda potensial (ΔV), arus listrik (I) dan K. Berikut ini adalah contoh rangkaian elektroda dan resistivity meter pada pengukuran pertama, dimana elektroda beda potensial dilambangkan dengan MN dan elektroda arus adalah AB, dengan AB/2 = 3 meter dan MN/2 = 1 meter. 

Setelah tahap pengambilan data dilakukan maka tahap selanjutnya adalah tahap pengolahan data. Pengolahan data dimulai dari menghitung nilai faktor geometri (K) dan nilai resistivitas semu (ρ_a).  Kemudian untuk menentukan nilai resistivitas batuan sesungguhnya dilakukan proses perhitungan inversi menggunakan bantuan Software Progress Version 3.0.  Input data Software Progress Version 3.0 yaitu nilai resistivitas semu (ρ_a) dan ½ AB.  Hasil dari proses inversi diperoleh nilai resistivitas batuan dan kedalaman dari masing-masing lapisan batuan bawah permukaan. 

Proses pemodelan dilakukan dengan menghubungkan  nilai-nilai resistivitas batuan yang memiliki tahanan jenis yang relatif sama berdasarkan interpretasi 1D dan informasi geologi yang telah diketahui. Pembuatan pemodelan dilakukan secara manual dengan mempertimbangkan aspek geologi bawah permukaan yang telah diketahui dan topografi yang telah di ketahui di lapangan^[16]. Sehingga di peroleh informasi tentang arah aliran air tanah yang berkembang di daerah tersebut. Setelah itu melakukan penyusunan laporan hasil.

Berdasar uraian pada Prosedur Penelitian, bahan dan peralatan yang diperlukan pada penelitian ini adalah:

a)  Alat dan Bahan di Lapangan

- Resistivity Meter, merk NANIURA model NRD 22S

- Elektroda stainless steel

- Elektroda tembaga

- Accu 12 V

- Palu 4 buah

- Kabel 300 meter

- Pita ukur 250 meter

- Global Positioning System (GPS)

- Kamera digital

- Lembar kerja

-Peta Geologi Lembar Cilacap

- Peta Topografi Lembar Cilacap

b).  Alat dan Bahan di Laboratorium

DAFTAR PUSTAKA

[3]         Byantoro A, Wahyudi dan Suyanto I. 2004. Pemetaan Akuifer Airtanah dengan Metode Resitivitas Sounding Desa Petapa, Pelawa, dan Binangga, Kec. Parigi, Kab. Parigi Moutong, Sulawesi Tengah. Prosiding Himpunan Ahli Geofisika Indonesia 2004.

[4]         Departemen Pekerjaan Umum. 2009. Peta Indikasi Potensi Air Tanah dan Daerah Irigasi Kabupaten Cilacap Propinsi Jawa Tengah

[7]         Popi Rejekiningrum dan Fadhlullah Ramadani. 2008. Cara Mudah, Cepat dan Akurat dalam Mendetaksi Airtanah Dalam. Warta Penelitian Dan Pengembangan Pertanian Vol. 30. No.3 2008. Balai Penelitian Agroklimat Dan Hidrologi Bogor.