METODE INDUKSI POLARISASI UNTUK LINGKUNGAN (Geofisika Teknik Lingkungan)
Oleh Kelompok 9 Achmadi Hasan Nasution
(1115051002) (1115051002)
Dian Nur Rizkiani
(1115051012) (1115051012)
Rahmi Alfani Putri
(1115051027) (1115051027)
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2014
METODE INDUKSI POLARISASI UNTUK LINGKUNGAN (Geofisika Teknik Lingkungan)
2
Achmadi Hasan Nasution , Dian Nur Rizkiani
12
, Rahmi Alfani Putri
27
Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung
ABSTRAK
Metode geofisika yang biasanya digunakan untuk eksplorasi mineral logam adalah metode induksi polarisasi. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineralmineral logam di bawah permukaan bumi. Salah satu aplikasi dekat permukaan potensi metode IP, yaitu karakterisasi litologi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Pada studi kasus pertama membahas interpretasi bawah permukaan di daerah Ojo Obadore, Nigeria dan studi kedua membahas tanggapan dari batu-batu yang terkontaminasi sehingga dapat digunakan untuk ciri dan identifikasi kontaminan suatu daerah. Data chargeability pada studi kasus pertama diperoleh dengan memplotkan nilai-nilai terhadap pemisahan elektroda. Kata kunci : induksi polarisasi, karakterisasi litologi, chargeability.
I. PENDAHULUAN
Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran arus di dalam bumi dan bagaimana mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah maupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Metode geolistrik dibagi menjadi beberapa bagian berdasarkan parameter yang diukur, antara lain metode self-potensial (SP), metode magneto-telluric (MT), metode induced polarization (IP), metode control source audio magneto-telluric (CSAMT) dan metode resistivity (tahanan jenis).
Metode geofisika yang biasanya digunakan untuk eksplorasi mineral logam adalah Metode Induksi Polarisasi. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineralmineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah vertikal dan horizontal.
Dalam metoda polarisasi terimbas ada 4 macam metoda pengukuran yaitu pengukuran dalam domain waktu, domain frekuensi, pengukuran sudut fasa dan Magnetic Induced Polarization (MIP). Metoda polarisasi terimbas ini terutama dipahami dalam eksplorasi logam dasar (Base Metal) dan penyelidikan air tanah (Ground Water).
II. TEORI DASAR
Metode polarisasi terimbas (IP) merupakan salah satu dari metode geolistrik yang didasarkan oleh konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Akan tetapi metode ini juga memiliki kaitan yang erat terhadap metode tahanan jenis karena pada hakekatnya metode IP adalah pengembangan lebih lanjut dari metode tahanan jenis yang mampu memberikan informasi tambahan ketika tidak ditemukan kontras tahanan jenis yang memadai. Aliran listrik pada suatu formasi batuan terjadi terutama karena adanya fluida elektrolit pada pori-pori atau rekahan batuan. Oleh karena itu resistivitas suatu formasi batuan bergantung pada porositas batuan serta jenis fluida pengisi pori-pori batuan tersebut. Batuan poros yang berisi air atau air asin tentu lebih konduktif (resistivitas-nya rendah) dibanding batuan yg sama yg pori-porinya hanya berisi udara (kosong). Temperatur tinggi akan lebih menurunkan resitivitas batuan secara keseluruhan karena meningkatnya mobilitas ion-ion penghantar muatan listrik pada fluida yg bersifat elektrolit. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah vertikal dan horizontal.
Metode IP merupakan salah satu metode geofisika yang relatif baru dan sedang berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi mineral ekonomis dan geofisika lingkungan.
Metode IP pada dasarnya adalah merupakan pengembangan dari metode geolistrik resistivity dan metode IP terbukti mampu menutupi kelemahan-kelemahan metode resistivity pada berbagai kasus. Oleh karena metode IP merupakan pengembangan dari metode resistivity maka teknis dan cara pengambilan data atau pengukuran dilapangan tidak jauh berbeda. Efek polarisasi terinduksi merupakan elemen dasar yang terjadi pada metode IP, dimana gejala polarisasi terinduksi dapat diilustrasikan sebagai berikut, jika suatu pengukuran tahanan jenis dengan konfigiurasi empat elektroda (standar), dimana pada elektroda arus (C1 dan C2) dialiri arus searah (DC) maka pada elektroda potensial (P1 dan P2) akan terukur beda potensial (ΔV). Ketika aliran arus pada elektroda (C1 dan C2) dimatikan, pada waktu t0 maka nilai beda potensial tidak langsung kembali menjadi nol, melainkan secara perlahan mengalami penurunan beda potensial menuju nol. Grafik yang menggambarkan efek polarisasi terinduksi dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.1 Grafik penurunan potensial (Reynolds,1997)
Sumber efek polarisasi Fenomena suatu proses polarisasi dan mekanisme elektrokimia yang terjadi didalam suatu batuan adalah benar-benar kompleks. Namun demikian mengenai polarisasi yang terjadi pada batuan dan soils adalah melingkupi penyebaran atau difusi ion-ion menuju mineral-mineral logam dan pergerakan ion-ion didalam pore-filling elektrolit. Yang menjadi efek utama atau mekanisme utama yang terjadi dalam suatu proses polarisasi adalah polarisasi elektroda atau electrode polarization dan polarisasi membrane atau membrane polarization.
Polarsisasi Elektroda Gambar 2.2 menggambarkan pergerakan ion-ion ketika kedua sisinya dialirkan arus. Pada bagian A menggambarkan arus yang mengalir pada seluruh ruang pori pori yang terisi larutan tanpa adanya sumbatan butiran mineral. Terlihat ion-ion positif dan negatif menyebar berdasar arus yang melewatinya, dimana elektrolit positif (+) mengalir searah dengan arah arus sedangkan elektrolit negatif (-) mengalir
berlawanan
dengan
arah
arus.
Sedangkan
pada
bagian
B
menggambarkan mineral logam yang mempunyai jaring pembatas yang saling berlawanan. Peristiwa ini dinamakan elektrolisis dimana ketika arus mengalir dan sebuah elektron berpindah tempat di antara logam dan larutan ion-ion pada bidang batas, dalam proses kimiafisika efek tersebut dinamakan polarisasi elektroda atau electrode polarization.
Gambar 2.2 Proses polarisasi elektroda (Reynolds,1997)
Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak mengandung senyawa logam. Pengukuran dengan metode IP dilakukan dalam dua cara yaitu Time Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan menghitung harga potential decay, dan Frequency Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan mengukur harga resistivitas sebagai fungsi frekuensi arus yang dimasukkan ke dalam medium.
III. STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN
KASUS I “
Interpretasi induksi polarisasi untuk karakterisasi bawah permukaan :
Studi kasus di daerah Obadore, Lagos State
”
Pencitraan induksi polarisasi ( IP ) dilakukan di Obadore di Daerah Ojo , Lagos State, untuk mengevaluasi potensi metode dengan menganalisis sifat struktur bawah permukaan. Lagos State terletak di Selatan - barat Nigeria dan formasi ini terjadi ditemukan dalam seri sedimen. Salah satu aplikasi dekat permukaan potensi metode IP, yaitu karakterisasi litologi. Studi ini menunjukkan bahwa pencitraan IP merupakan alat yang menjanjikan untuk pemetaan kontras litologi dalam sedimen yang tidak dikonsolidasi dan untuk memperjelas kesulitan dalam interpretasi litologi yang diamati dalam metode geofisika lainnya. Daerah Lagos ini ditujukan untuk menentukan nilai IP dalam menyelesaikan variabilitas litologi.
Induksi polarisasi merupakan efek kapasitansi
atau chargeability, yang
ditunjukkan oleh elektrik bahan konduktif. Sebuah hp 4 - pointlight dengan menggunakan daya tinggi induksi polarisasi bumi pada resistivity meter. Pengukuran IP dilakukan dimana pulsa arus listrik ke dalam bumi pada satu atau dua interval kedua melalui elektroda logam. Mineral konduktif disebarkan dalam tanah lalu menyalurkan energi listrik yang tersimpan selama siklus jeda. Tingkat kerusakan debit diukur dengan penerima IP. Tegangan kerusakan nol tidak ada yang terpolarisasi di bahan ini. Umumnya, baik pengukuran IP dan resistivitas dilakukan secara bersamaan selama survei. Sehingga kedalaman survei ditentukan oleh spasi elektroda .
Sebuah efek IP yang kuat diamati dalam sedimen yang mengandung lempung disebarkan pada permukaan biji-bijian yang lebih besar . Oleh karena itu , pasir serpih / debu dan pasir serpih biasanya menampilkan efek IP besar. Sebaliknya , tanah liat yang padat biasanya berhubungan dengan efek IP rendah, seperti konduksi ohmik yang mendominasi arus. Efek IP yang kecil terkait dengan pasir bersih dan kerikil.
Fenomena Induksi Polarisasi ( IP ) berasal dari elektrokimia, dan tergantung pada karakteristik permukaan dari struktur pori. Metode ini mengukur chargeability dari tanah, yaitu seberapa baik bahan yang cenderung mempertahankan muatan listrik. Parameter chargeability tergantung pada kedua mekanisme polarisasi permukaan dan bagian terbesar (volumetrik) konduksi mekanisme. Akibatnya, parameter yang mengkuantifikasi besarnya permukaan polarisasi chargeability dinormalisasi, dan didefinisikan sebagai chargeability dibagi
dengan besarnya
resistivitas. Chargeability normalisasi dan konten tanah liat diperluas untuk interpretasi 1 - D dan 2 – D disurvei lapangan IP. Dalam survei 2 - D, konduktivitas jelas dan data chargeability dinormalisasi digunakan untuk segmen gambar ke zona yang relatif tanah liat-bebas dan tanah liat-subur. Pendekatan yang serupa akhirnya dapat digunakan untuk memprediksi variasi relatif dalam isi bawah permukaan tanah liat, salinitas dan kemungkinan konsentrasi kontaminan. Profil diperoleh di daerah penelitian dengan menggambarkan gambar dua lapisan ; lapisan pertama yang tetap dan chargeability cukup tinggi dengan tanda-tanda di kedalaman 20m yang menunjukkan pembentukan pasir. Lapisan kedua diperkirakan menjadi tanah liat dengan efek IP rendah dengan mengamati berbagai kedalaman untuk semua profil.
Gambar 3.1 Kurva induksi polarisasi pada profil 1
Gambar 3.2 Kurva induksi polarisasi pada profil 2
KASUS II
“
LOKASI PENCEMARAN NON INVASIVE MENGGUNAKAN METODE ”
GEOFISIKA INDUKSI POLARISASI
Respon impedansi batu tanah adalah fungsi yang kompleks dari pori-pori solusi kimia, microgeometry atau gandum distribusi ukuran sampel batu tanah dan properti geo-kimia permukaan tanah/rock/pori fluida sistem. Respon dikendalikan oleh mekanisme permukaan secara fisikokimia yang mengakibatkan distribusi kali relaksasi yang luas. Respon frekuensi broadband sering disebut spektral diinduksi
polarisasi (SIP) dan respon langkah-fungsi disebut waktu domain induced polarization (TDIP).
Telah ditetapkan bahwa SIP tanggapan dari batu-batu yang terkontaminasi dapat digunakan untuk Ciri dan mengidentifikasi kontaminan dan dalam beberapa kasus memberikan informasi pada antarmuka kimia efek kontaminan organik dan anorganik pada tanggapan kompleks konduktivitas tanah liat, dan shaly Batu pasir sampel, selama rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103 hz.
Gambar 3.3 Distribusi pencemaran
Gambar 3.4 Perbandingan PCE anomaly dari PCE volumetric serta hasil inveri
dari ERL dari sepanjang Panel MES-2/MES-4
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil analisis data yang disesuaikan dengan hasil referensi induksi potensial dan kondisi geologi pada studi kasus pertama yang membahas studi kasus interpretasi induksi polarisasi (IP) untuk karakterisasi bawah permukaan di daerah Obadore, Lagos State menghasilkan data chargeability yang diperoleh dengan memplotkan nilai-nilai terhadap pemisahan elektroda. Hasil 1-D IP pencitraan sounding ini disajikan sebagai kurva chargeability pada gambar 3.1 yakni pada profil pertama. The 1-D sounding tidak memiliki resolusi yang cukup untuk membedakan berbagai sedimen lapisan. Namun, nilai-nilai chargeability yang diplot dapat berhubungan berdasarkan bentuk umum signature / tanda yang ditampilkan. Sebuah efek IP kuat diamati dalam sedimen yang mengandung lempung disebarkan pada permukaan yang lebih besar biji-bijian. Oleh karena itu, liat-pasir dan tanah liat berpasir biasanya menampilkan efek IP besar. Sebaliknya, tanah liat yang padat biasanya berhubungan dengan efek IP rendah, yang mendominasi konduksi ohmik aliran arus. Efek IP kecil berhubungan dengan pasir bersih dan kerikil.
Pada wilayah studi kasus pertama, semua profiles digambarkan dua lapisan ; lapisan pertama dimodelkan dengan konsisten tanda-tanda pada kedalaman ( AB / 2 ) antara 1-25 m kecuali untuk Profil 1 atas 25 m , model ini juga memprediksi chargeability cukup tinggi, dapat menunjukkan sedimen tanah liat. Peningkatan efek IP atau nilai chargeability diamati pada kedalaman (AB /2) dari 32m dan 100m di profil 2. Berdasarkan penafsiran kita pada tanda tanda chargeability di wilayah studi , kurva menggambarkan sedimen pasir yang diperkirakan pada 20m dengan indikasi liat – pasir dan sedimen berpasir - tanah liat.
Profil 1 menunjukkan efek IP yang kuat di berbagai kedalaman. Efek IP Rendah menunjukkan sedimen liat diperkirakan di berbagai kedalaman untuk semua profil.
Berdasarkan hasil analisis data yang disesuaikan dengan hasil referensi induksi potensial dan kondisi geologi pada studi kasus kedua yang membahas studi kasus Lokasi pencemaran non invasive menggunakan metode goefisika induksi polarisasi dapat disimpulkan bahwa SIP tanggapan dari batu-batu yang terkontaminasi dapat digunakan untuk ciri dan mengidentifikasi kontaminan dan dalam beberapa kasus memberikan informasi pada antarmuka kimia efek kontaminan organik dan anorganik pada tanggapan kompleks konduktivitas tanah liat, dan shaly Batu pasir sampel, selama rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103 hz. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa rentang frekuensi kepentingan melampaui 1khz. Sampel inti pada gambar 3.3 dan 3.4 menunjukkan bahwa kemampuan untuk membedakan kelas rendah diseminasi dan net-textured kompak bijih tergantung pada informasi tersebut berasal dari spektral tahap IP di atas 1 khz mungkin untuk invert untuk biji-bijian ukuran distr ibusi dari cukup broadband minum data dan karena itu dapat secara efektif de- geo-chemically dikendalikan beberapa
tanggapan
mempertimbangkan
dari
microgeometry
sumber-sumber
yang
kebisingan
dikendalikan.
Dalam
digabungkan
secara
elektromagnetis (emc) menunjukkan hal itu akan keterbatasan utama untuk menggunakan 3D bidang SIP pada frekuensi yang lebih ti nggi 100 Hz).
V. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis dan pembahasan pada studi kasus pertama dan kedua dapat disimpulkan bahwa : 1.
Metode IP adalah salah satu metode geofisika yang relatif baru dan sedang berkembang pesat terutama dalam bidang pertambangan yaitu eksplorasi mineral ekonomis dan geofisika lingkungan. Pada prinsipnya metode IP merupakan suatu metode yang mendeteksi terjadinya polarisasi listrik pada permukaan mineral-mineral logam di bawah permukaan bumi. Metode ini dapat mendeteksi adanya anomali resistivitas meski dalam jumlah yang sangat kecil, yang tidak terdeteksi oleh metode lain. Biasanya konfigurasi yang tepat untuk pengukuran ini adalah dipole-dipole karena dapat memberikan hasil variasi tahanan jenis dan chargeability-nya ke arah vertikal dan horizontal.
2.
Pada studi kasus pertama didapatkan hasil 1-D IP pencitraan sounding ini disajikan sebagai kurva chargeability pada gambar 3.1 yakni pada profil pertama. The 1-D sounding tidak memiliki resolusi yang cukup untuk membedakan berbagai sedimen lapisan. Untuk Profil 1 atas 25 m , model ini juga memprediksi chargeability cukup tinggi, yang menunjukkan sedimen tanah liat. Peningkatan efek IP atau nilai chargeability diamati pada kedalaman (AB /2) dari 32m dan 100m di profil 2. Berdasarkan penafsiran tanda tanda chargeability di wilayah studi , kurva ini menggambarkan sedimen pasir yang diperkirakan pada 20m dengan indikasi liat – pasir dan sedimen berpasir - tanah liat. Pengamatan didaerah Lagos ini bertujuan untuk menentukan nilai IP dalam menyelesaikan variabilitas litologi.
3.
Pada studi kasus kedua dapat disimpulkan bahwa SIP tanggapan dari batu batu yang terkontaminasi dapat digunakan untuk ciri dan mengidentifikasi kontaminan dan dalam beberapa kasus memberikan informasi pada antarmuka kimia efek kontaminan organik dan anorganik pada tanggapan kompleks konduktivitas tanah liat, dan shaly Batu pasir sampel, selama rentang frekuensi dari 10-1 untuk 103 hz.
DAFTAR PUSTAKA
Handayani, G. 1984. Tugas Akhir S-1 : Polarisasi Terimbas. Jurusan Fisika ITB. Bandung Reynolds, J.M.1997. Surface geophysical anomalies. Cambridge Summer, J.L. Principle of Induced Polarization for Geophysical Interpretation. Elsevier. Amsterdam Seigel, H. O. 1959. Geophysics,. Vol 24, No. 3, pp 547-565. Cambridge. Telford W and Sheriff, 1982. Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge.
