Geolistrik

I. PENDAHULUAN

I.1. UMUM

Eksplorasi Geolistrik adalah salah satu metoda eksplorasi Geofisika yang menggunakan sifat kelistrikan untuk mempelajari keadaan bawah permukaan seperti stratigrafi, struktur geologi, distribusi sifat material dan lain-lain.

Metoda geolistrik terdiri dari bermacam metoda yang berbeda satu dan lainnya, baik pada tata cara pengerjaannya, akurasi, kendala dan kriteria sifat kelistrikan yang digunakan. Secara keseluruhan metoda Geolistrik dapat dibagi menjadi 3 kelompok besar, yaitu : Metoda Potensial, Metoda Elektromagnetik, Metoda Radio Freq (Heiland 1963).

Dari macam sumber yang digunakan metoda geolistrik ini dapat dikelompokan menjadi dua kelompok besar yaitu metoda geolistrik yang mempelajari sifat kelistrikan dari sumber alam sendiri dan metoda yang memanfaatkan reaksi terhadap arus listrik yang diinfeksikan ke dalam bumi.

Berdasarkan hal tersebut, Dobrin dan Savit (1988) membuat klasifikasi seperti terlihat pada tabel 1.

Tabel 1. Prominent Electrical and Electromagnetic Geophysical Methods

Natural field source Artifical controlled source

A. magnetotelurics (MT) A. Electrical resistivity (DC)

Tellurics-MT (TMT) B. Transient soundings (TEM)

Audio-frequency MT (AMT) C. Induced polarization (IP)

Audio-frequency magnetic (AFMAG) D. EM Induction

Telluric current E. Ground penetrating radar (GPR)

B. EM array profilling (EMAP)

C. Self-potential (SP)

Nabighian dan Corbett (1987) membuat klasifikasi berdasarkan hubungan antara pemancar (transmitter) dan penerima (Receiver) yang ditabulasikan pada tabel 2.

Tabel 2. Klasifikasi metoda Geolistrik dan elektromagnetik

Transmitter Receiver

Grounded wire Both wire and small coil Small coil (ground) Small coil (air)

Ground wire

Galvanic Resistivity (IP) Magnetometric resistivity (MMR)

Magnetic IP (MIP)

Inductive Eltran Controlled source AMT (CSAMT) Some TEM systems

Small loop Slingram

Horizontal loop EM

Vertical loop EM

Tilt angle method

Some TEM systems

Coincident loop

Borehole configurations Airbone EM

Time domain towed – bird

Helicopter rigid - boom

Large loop (long wire) Large loop systems Turam

Many TEM systems

Borehole configurations

Plane wave

Vertical antenna VLF-resistivity VLF VLF

Natural geomagnetic field Telluric currents Magnetotellurics

Sedangkan metoda elektromagnetik juga terdiri dari bermacam-macam metoda yaitu :

Electromagnetic profiling dengan dipolar systems

Inductive large loop systems

Electromagnetic soundings

Time domain electromagnetic techniques

Magnetotelluric (MT) method

Controlled Source Audio Magnetotelluric (CSAMT) techniques

Very low frequency (VLF) techniques

Magnetometric resistivity (MMR) methods

High-frequency techniques (radar, etc.)

Borehole techniques

Aiborne electromagnetic systems

Underwater electromagnetic methods

Eksplorasi geolistrik menggunakan besar bermacam-macam lebar frekuensi mulai dari 5-10 hertz yang diklasifikasikan sebagai metoda frekuensi rendah, dari 200-1000 hertz sebagai metoda frekuensi menengah, dan 10-80 kilohertz dianggap metoda frekuensi tinggi, sedang mulai dari 10 kilohertz sebagai metoda yang termasuk ke dalam frekuensi radio. Frekuensi rendah umumnya digunakan pada metoda potensial, frekuensi menengah digunakan pada metoda potensial dan EM, frekuensi tinggi pada metoda EM. Metoda radio metoda frekuensi tinggi jarang digunakan karena daya penetrasinya rendah.

Pada buku ini hanya membahas metoda eksplorasi Geolistrik yang berhubungan dengan metoda potensial listrik yang terbentuk pada suatu media batuan, maupun kondisi Geologi tertentu, atau metoda tahanan jenis. Metoda equipotensial, induced potensial, self potensial dan sebagainya.

Seperti dibahas di atas bahwa metoda Geolistrik adalah metoda ekplorasi geofisika untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan, dengan memanfaatkan sifat kelistrikan batuan, sifat itu adalah :

1. Tahanan jenis ( specific resistivity )

2. Conductifity

3. Dielectrical constant

4. Kemampuan menimbulkan potensial listrik sendiri

5. Kemampuan menimbulkan medan induksi

6. Kemampuan menyimpan muatan listrik dan lain - lain.

Metoda geolistrik menempati tempat yang unik pada klasifikasi metoda geofisika, meliputi metoda - metoda eksplorasi sangat beragam. Ada metoda yang dapat dimasukkan dalam kategori dinamis, akan tetapi ada juga yang dapat dimasukkan kedalam kategori satatis.

Salah satu keunikan lain metoda eksplorasi ini bahwa metoda ini terpecah - pecah menjadi macam - macam mazhab (school), yang berbeda satu sama lain.

Berdasarkan batasan diatas maka metoda Geolistrik dapat dibagi menjadi 2 bagian besar, yaitu: i) Metoda Dinamis, yaitu metoda Geolistrik yang diamati berdasarkan reaksi terhadap “Injeksi” arus listrik, lalu dengan mempelajari “Response” bumi dan dari padanya dipelajari sifat kelistrikan media dibawah permukaan, kemudian dilakukan interpretasi Geologi untuk membuat model Geologi bawah permukaannya berdasarkan sifat kelistrikan tadi (Parasnis, 1963). Pada metoda dinamis interpretasi Model Geologi bentuk permukaan harus dilakukan lebih berhati-hati karena mudah sekali terjadi gangguan akibat kopling, noise atau lainnya yang diakibatkan atau ditimbulkan bukan oleh kondisi Geologi bawah permukaan akan tetapi lebih kapada masalah fisika, alat, dan lain-lain. ii) Metoda Statis yaitu metoda eksplorasi geolistrik dengan mempelajari potensial listrik yang ditimbulkan oleh alam sendiri, lalu melakukan interpretasi keadaan geologi bawah permukaan berdasarkan sifat itu tadi.

Metoda-Metoda Geolistrik Potensial

A. Metoda Tahanan Jenis (Resistivity Method)

B. Metoda “Equipotential“

C. Potensial Drop Ratio

D. Induced Polarization

E. Metoda Potensial Diri (Self Potential)

1.2 Sejarah Perkembangan Eksplorasi Metoda Geolistrik

Eksplorasi metoda tahanan jenis adalah suatu Seni (art) untuk mempelajari geologi bawah permukaan; penyebaran batuan, struktur geologi, stratigrtafi berdasarkan perbedaan sebaran tahanan jenis spesifik dengan cara mengukur potensial tersebut. Metoda ini telah dikembangkan sejak 2 abad yang lalu dengan menggunakan alat yang sederhana, konsep pendekatan brilian yang sekarang menjadi suatu konsep eksplorasi yang utuh.

Penggunaan sifat kelistrikan untuk maksud eksplorasi sudah dikenal peradaban manusia lebih dari beberapa abad yang lalu. Yang mula-mula memakai cara geolistrik untuk maksud eksplorasi adalah : Gray dan Wheeler pada tahun 1720 melakukan pengukuran konduktivitas listrik batuan serta membakukan tabel konduktivitas listrik bermacam batuan. Watson (1746) menemukan bahwa tanah merupakan konduktor dimana potensial yang diamati pada titik-titik diantara dua elektroda yang diletakan sejauh 2 mil, bervariasi akibat adanya perbedaan kondisi geologi setempat, dibandingkan arus listrik yang diamatinya melalui kabel langsung. Robert W. Fox, th. (1989-1877) yang mula-mula mempelajari hubungan sifat listrik dengan keadaan geologi, temperatur, terrestrial electric dan panas tahanan tinggi pada medan panas Bumi. Fox mempelajari sifat-sifat tersebut ditambang Corn Wall Inggris, dimana beliau mempelajari sifat-sifat kelistrikan yang dikaitkan dengan keadaan geologi batuan setempat, beliau juga yang menentukan adanya gradien geothermal di Bumi. Perkembangan Selanjutnya berlanjut secara bertahap-tahap antara lain : Tahun 1847 Charles Matteucci. Tahun 1871 W. Skey, Tahun 1882 Carl Barus, Tahun 1891 Brown, Tahun 1897 Bernfield, Tahun 1912 Gotchalk, Tahun 1914 R. C. Wells, Tahun 1914 George Ottis dan lain-lain.

Perkembangan agak berbeda setelah Conrad Schlumberger dan R. C. Well dimana metoda tahanan jenis berkembang di dua benua, dengan cara dan sejarah yang berbeda. Akan tetapi diujung perkembangan tersebut kedua mazhab ini bertemu lagi, terutama dalam menggunakan konsep matematik yang sama yang diterapkan pada teori interpretasi masing-masing. Sejarah perkembangan eksplorasi geolistrik merupakan perkembangan yang paling unik dari seluruh sejarah geofisika eksplorasi, karena dalam perkembangannya metoda ini terbagi menjadi beberapa Mazhab (school). Perbedaan-perbedaan tersebut terletak pada : Tata cara kerja; Konfigurasi elektroda, Interpretasi. Alat yang digunakan (Sebetulnya tiap alat dapat dipakai untuk mazhab apapun, akan tetapi perbedaan konfigurasi elektroda yang dipakai mempengaruhi daya penetrasi alat) Data Processing masing-masing metoda berbeda pula. Banyak mazhab yang berkembang antara lain : Prancis, Amerika, Rusia, Swedia, Norwegia, akan tetapi yang lebih menonjol adalah Mazhab Prancis dan Amerika.

Mazhab Perancis ( French School )

Mazhab Prancis (French school) mula-mula berkembang dari hasil study Conrad Schlumberger (1878-1936). Sebagai orang serba bisa (Geologis, physicist, Insinyur Tambang) Conrad Schlumberger meletakan dasar baru dalam menggunakan aspek kelistrikan untuk eksplorasi geologi bawah permukaan. Conrad Schlumberger yang mula-mula menggunakan konsep perbedaan antara media homogen dan non homogen

berdasarkan studi ini Conrad Schlumberger membuat peta isopotensial yang dilakukan pada endapan Pyrite di daerah Rhone saint – Bel pada tahun 1918. Pada tahun 1920 Conrad Schlumberger mengembangkan konsep pengukuran tahanan jenis mengikuti suatu aturan elektroda tertentu yang dikemudian hari dikenal sebagai aturan elektroda Schlumberger (1915).

Aturan elektroda dan tatanan interpretasi dipatenkannya sebagai paten Perancis untuk metoda eksplorasi tahanan jenis pada 15 September 1925, yang kita kenal sebagai aturan

Schlumberger. Pada tahun 1918 Conrad Schlumberger berhasil mengukur lapisan yang mengandung endapan biji besi di cekungan May – Saint – Andie (lihat Gambar 1.1).

Pada tahun 1923 dia berhasil melakukan pengukuran pada kubah Ariste di Rumania, sejak saat itu beberapa kubah garam berhasil ditemukannya yang membawanya masuk kedalam Eksplorasi Minyak Bumi. Pada masa the Conrad Schlumberger dibantu oleh saudaranya dan kelompoknya yang nanti menjadi terkenal yaitu : H.G. Doll, E.G. Leonardon, S.S Stefanesco, Raymond Maillet, V.A. Kostitzin, dan lain - lain.

Sejak Marcel Schlumberger ikut dalam Schlumberger , tekanan study sekolah Perancis lebih ditekankan kepada pengukuran geolistrik di lubang bor. Pada tahun 1927 kelompok Schlumberger memulai mencoba metoda Geofisika lubang bor dan berhasil di Venuezuela, Amerika, Rusia dan seluruh dunia. Pada tahun 1928 kelompok ini melakukan penelitian pertama di Indonesia di Telaga said di cekungan minyak Sumatra. Sejak saat itu banyak sumbangan metoda yang dikerjakan kelompok ini antara lain, metoda telluric, Magneto telluric, dan lain-lain.

Mazhab Amerika (Amerika School)

Seperti perkembangan metoda ini didapatkan dari hasil studi Wells (1914), yaitu eksplorasi dengan menggunakan tahanan listrik oleh Brown (1883) yang dikembangkan selanjutnya oleh ke Clatchey (1927). Leo Daft dan Alfred Williams mengajukan patent pada tahun 1902, untuk eksplorasi tahanan jenis menggunakan perbedaan potensial dari dua elektroda pada tahun 1902. Tahun 1927 Mc. Clatckey mendapatkan patent untuk alat dan cara eksplorasi yang lebih baik dan lebih sempurna.

Konsep maupun interfretasi eksplorasi tahanan jenis Mazhab ini pada awalnya adalah pendekatan kualitatif saja adalah Wenner (1912) adalah orang pertama yang mengembangkan pendekatan dan interfretasi berdasarkan pendekatan kwalitatif di Amerika Serikat, Frank Wenner seorang ahli fisika yang bekerja pada jawatan standart di Amerika seperti jawatan Tera di Indonesia, yang terbiasa mengukur tahanan listrik secara akurat, dia menurunkan teori tahanan jenis melalui empat elektroda (tahanan jepit) yang diterapkan pada eksplorasi menghasilkan teori tentang reciprocity penggunaan empat elektroda. Sumbangan Wenner yang terbesar adalah konsepnya tentang aturan elektroda terkenal sebagai aturan elektroda Wenner. Pekerjaan ini dilanjutkan oleh Mc. Collum dan Logan (1913) yang menganalisa korosi akibat elektrolit, dia menggunakan metoda tahanan jenis untuk menganalisa hal tersebut. Mc. Collum dan Ahl born (1916) memulai penggunaan elektroda yang tidak terpolarisasi (non polarized) yang dikembangkan oleh Mateucue (1965) Konsep perkembangan Mazhab ini juga dikembangkan oleh H.R. Conklin (1917), S.F. Kelly (1922)., Gish (1923)., Ronney (1924)., Eve, Keys, Lee, (1929)., Cros By dan Leonardo (1928)., S.H. Swartz (1931)., dan lain-lain.

Perkembangan Setelah Perang Dunia Ke II Sampai Sekarang

Sejak penemuan metoda ekplorasi, sampai perang dunia I dan II, interpretasi Wells terhadap hasil pendugaan geolistrik masih dilakukan dengan cara coba-coba antara lain : merubah cycles, log, linier, dan metoda-metoda empiris lainnya seperti ; Morre, Barnes, dll.

Dasar interpretasi secara matematis mula-mula dikembangkan oleh Hummel di Jerman dan King di Inggris. Selama orang lain sibuk mencari dan memanfaatkan interfretasi empiris. Mazhab Perancis membentuk team riset yang terdiri dari Raymond Maillet, Stefanesco, Kostitzin dll. Hasil kerja team ini mengembangkan suatu team interfretasi matematis yang mendapatkan patent, tanggal 25 September 1925. Hasil kerja team inilah yang yang sekarang merupakan landasan baru bagi interfretasi modern. Di Amerika even ini dijawab oleh Gish & Rooney 16 Septemer 1925, untuk patent kurva baku dari lapisan-lapisan horizontal terhadap kedalaman berbeda.

Tahun 1933 L. B. Slichter, memecahkan fungsi matematis untuk lapisan horizontal yang dikenal sebagai fungsi Kernel. Tahun 1964, J. C. Van Dam menurut metoda pembuatan kurva standart dari penurunan efek cermin, perkembangan yang paling revolusioner adalah penemuan fungsi transform oleh gosh, yang diajukan pada tesis doktornya. Dia memanfaatkan sifat dari Wenner Filter (Minimum Least Square filter). Gosh dapat memecahkan masalah yang sejak dulu tidak/belum dapat dipecahkan oleh pendahuluannya. Gosh muncul dengan interfretasi Direct Interpretation Method, atau Transform Method. Keofoed (1968). Yang banyak tulisannya tentang metoda tahanan jenis menerangkan Aplikasi Fungsi Kernel untuk interfretasi metoda tahanan jenis “Sounding”. G.M Habberjam (1976) dari universitas Leeds, inggris mengusulkan metoda “Apparent Resistivity” menggunakan teknik aturan elektroda Bujur Sangkar.

1.3 Aplikasi

Berbeda dengan metoda geofisika ekplorasi lain seperti gaya berat, seismik dan lain-lainnya, dimana metoda-metoda tersebut erat sekali kaitannya dengan ilmu induknya, Metoda ekplorasi geolistrik berkembang agak terpisah dari ilmu induknya, metoda ini mempunyai acuan yang hampir berdiri sendiri.

Perkembangan metoda ini mempunyai hubunga sangat erat dengan bidang yang memanfatkan ilmu ekplorasi tersebut.

Ekplorasi geolistrik banyak digunakan pada ekplorasi sebagai berikut :

a. Regional geologi : - Struktur

- Stratigrafi

- Sedimentologi dan lain-lain

b. Geohydrogeologi : - Muka air tanah

- Aquifer

- Intrusi air asin dan lain-lain.

c. Geologi Teknik : - Struktur Geologi

- Fondasi; kontruksi dan lain-lain.

- Permeabilitas, porositas dan lain-lain

- Kedalaman batuan dasar dan lain-lain.

d. Pertambangan : - Penyebaran vein kwarsa, vein sulfida, mineralisasi

- Stratigrafi

- Struktur geologi

- Penyebaran / mineral deposite dan lain-lain.

e. Archeologi : - Dasar candi

- Candi terpendam

- Tanah-tanah galian lama dan lain-lain.

f. Panas Bumi : - Kedalaman, penyebaran, low resistivity daerah-daerah panas bumi dll.

g. Minyak : - Struktur

- Oil, water, contact

- Porositas, water satu ration zone (well logging geophysic)