METODE INDUCED POLARISASI
Pendahuluan
Metode induced polarisasi atau polarisasi terimbas adalah salah satu metode geofisika yang pada umumnya digunakan untuk eksplorasi base metal dan logam. Meto Metode de indu induce ced d polar polaris isas asii ini ini term termas asuk uk di dala dalam m meto metode de geol geolis istr trik ik.. Dima Dimana na prinsipnya hampir sama yaitu dengan menginjeksika aruas melalui dua elektroda arus. Besar arus yang diinjeksikan dicata dan dua elektroda potensial digunakan untuk mengukur potensial yang dihubungkan dengan voltmeter. Metode induced polarisasi ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan metode geolistrik yang lainnya, yaitu hasil pengukuran dengan menggunakan metode indu induced ced pola polaris risas asii ini ini dapa dapatt meres merespo pon n atau atau meng menguk ukur ur resi resist stiv ivit itas as dan dan perc percen entt frequency effect (PFE) secara vertikal dan horizontal.
1.1
Fenome nomena na Indu Induce ced d Pola Polarrisas isasii
Secar Secaraa prak prakte tek, k, fenom fenomen enaa polar polaris isas asii teri terimb mbas as dapa dapatt dite diteran rangk gkan an dengan menggunakan empat elektroda A, B, M, dan N. Dimana A dan B sebagai elektr elektroda oda arus arus yaitu yaitu diguna digunakan kan untuk untuk mengin menginjek jeksik sikan an arus arus ke dalam dalam tanah tanah sedangkan M dan N sebagai elektroda potensial yang digunakan untuk mengukur besarnya beda potensial. Pada beberapa kasus, perbedaan potensial yang terukur tidak langsung naik atau turun secara drastis sesaat setelah arus diinjeksikan atau di matikan. Kurva variasi perbedaan potensial terhadap waktu yang dihasilkan berbentuk asimtotik dengan perbedaan potensial ( ∆V) mendekati tak hingga atau nol.
1.2
Sumbe mber Efe Efek k Ind nduc uceed Po Polar larisa isasi
Selama arus dialirkan ke dalam tanah, maka terjadi penyimpanan energi di dalam material yang dialiri oleh arus. Secara teori, penyimpanan ini akan terjadi dalam berbagai bentuk energi yaitu energi mekanik, energi listrik dan energi kimia. Namun dari hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa energi kimia ini mempunyai pengaruh yang cukup besar dalam proses terjadinya fenomena induced polarisasi.
Energi kimia ini tersimpan sebagai hasil dua peristiwa yaitu : 1.
Variasi mobilitas ion dalam cairan sepanjang struktur batuan Peristiwa ini akan menghasilkan suatu efek yang disebut dengan membran or electrolyte polarization atau normal IP effect. Peristiwa pertama ini dapat terjadi jika batuan tidak mengandung mineral metal (metallic mineral).
2.
Variasi ion dan konduktivitas elektronik Peristiwa ini dipengaruhi oleh keberadaan mineral logam dalam batuan, yang akan menimbulkan efek yang disebut dengan elektrode polarization or overvoltage.
1.3
Timbulnya Polarisasi Pada Batuan
Ada dua penyebab timbulnya polarisasi pada batuan yaitu : a.
Polarisasi Membran Polarisasi membran terjadi pada pori-pori batuan yang mengandung mineral lempung yang bermuatan negatif yang mengalami kontak dengan larutan. Karena muatannya negatif, mineral lempung akan mampu menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan positif disekitar permukaannya dan meluas pada elektrolit. Penumpukan muatan ini akan menghambat jalannya arus listrik yang melaluinya sehingga terjadilah hambatan disepanjang pori pori batuan yang mengandung mineral lempung. Dengan terbentuknya hambatan-hambatan berupa membran-membran, maka mobilitas ion akan berkurang sehingga terbentuklah gradien konsentrasi ion-ion yang menentang arus listrik yang melaluinya. Gejala ini menunjukkan adanya polarisasi.
a.
b.
(-)
(+)
Muatan Positif
Muatan Positif
Gambar 1. (a) Keadaan normal ion pada batupasir porous sebelum ada arus, (b) Polarisasi membran pada batupasir sesudah dialiri arus. Sumber: M. Telford (1990;704)
b.
Polarisasi Elektrode Polarisasi elektrode adalah polarisasi yang terjadi jika mineralnya konduktif dari batuan kontak dengan larutan didalam pori-pori batuan. Mineral batuan yang mengandung mineral konduktif dipandang sebagai suatu elektrode yang berada di dalam elektrolit, sehingga mula-mula akan terjadi proses oksidasi dan reduksi (reaksi redoks) karena timbulnya beda potensial antara mineral konduktif dengan larutan sampai terjadi keseimbangan. Dalam keadaan setimbang ini akan terjadi proses penggabungan dan pelepasan muatan antara logam dan larutan dalam jumlah yang sama, dan sama sekali tidak ada arus yang mengalir. Apabila ada gangguan luar, misalnya pengaruh arus yang dialirkan, maka keadaan setimbang akan terganggu sehingga akan timbul polarisasi pada elektrolit yang dikenal sebagai polarisasi elektrode.
a.
b.
(-)
(+)
Muatan Positif
Muatan Positif
Gambar 2. Efek polarisasi pada batuan. Gerak muatan di dalam elektrolit pada pori-pori (atas). Sumbatan oleh mineral logam menyebabkan polarisasi elektroda pori (bawah). Sumber: M. Telford (1990;704) 1.4
Prinsip Pengukuran
Ada tiga cara pengukuran dengan menggunakan metode induced polarisasi, yaitu : 1.
Pengukuran dalam kawasan waktu (Time Domain Measurement) Pengukuran dalam kawasan waktu ini menggunakan arus DC. Prinsip pengukuran dalam kawasan waktu adalah dengan mengalirkan arus listrik berbentuk persegi panjang melalui sepasang elektrode arus dan mengukur beda potensial yang timbul pada sepasang elektrode potensial setelah arus utama dimatikan, sehingga sampai ketingkat tanggap atau respon sekunder dan meluruh terhadap waktu.
Besaran pengukur derajat terpolarisasi terdiri dari : a.
Milivolt per volt dan prosen Induced Polarization (IP) Milivolt per volt dan prosen induced polarisasi merupakan besaran pengukur derajat terpolarisasi yang paling sederhana, yaitu mengukur tegangan residual pada waktu tertentu setelah arus diputuskan. Tegangan residual ini sangat kecil sehingga umumnya dinyatakan dalam milivolt, sedangkan tegangan normal dalam volt. Akibatnya efek IP yang timbul sering dinyatakan dalam milivolt per volt (mV/V).
b.
Chargeability Chargeability merupakan besaran makro yang tergantung pada jenis bahan dan selang waktu pengukuran, yang dapat didefinisikan : m
=
V o
−
V 1
(1)
V o
Dengan V1 adalah tegangan polarisasi pada saat arus diputus sedangkan Vo adalah tegangan pada arus mengalir. Namun, dalam prakteknya sulit menentukan V1 tetapi kita hanya dapat menentukan tegangan residual, V(t) pada waktu yang singkat setelah arus diputuskan sehingga persamaan (1) dapat dituliskan : m
2.
=
V o
−
V ( t )
V o
=
1
−
V ( t ) V o
=
1
−
1 IP (%) 100
(2)
Pengukuran dalam kawasan frekuensi (Frequency domain measurement) Pengukuran dalam kawasan frekuensi ini menggunakan arus AC. Prinsipnya adalah dengan mengalirkan arus listrik ke dalam tanah dalam dua frekuensi yang berbeda dalam waktu tertentu. Alasan penggunaan dua frekuensi yang berbeda ini adalah bahwa setiap bahan memiliki tanggap atau respon yang berbeda untuk jenis arus tertentu yang sama frekuensinya. Tegangan yang dihasilkan mencerminkan sifat polarisasi bahan yang bersangkutan. Biasanya range frekuensi yang digunakan dalam frequency domain measurement berkisar antara 0,1 sampai 10 Hz. Besaran pengukur derajat terpolarisasi terdiri dari : a.
Percent Frequency Effect (PFE)
Percent Frequency Effect (PFE) merupakan hubungan antara efek frekuensi dengan jumlah kandungan mineral sulfida (logam).
Definisi Frequency Effect dan Percent Frequency Effect dapat dilihat pada persamaan (3) dan (4), yaitu : fe
=
( ρ DC
−
ρ AC )
(3)
ρ AC
pfe
=
( ρ DC
−
ρ AC )
ρ AC
ρDC
Dengan
x100 %
adalah
(4)
resistivitas
yang
diukur
dengan
menggunakan arus DC dan ρAC merupakan resistivitas yang diukur dengan menggunakan arus AC. Namun pada prakteknya pengukuran dalam kawasan frekuensi dibuat dengan cara mengukur arus pada dua atau lebih frekuensi dalam range 0.1 – 10 Hz, dengan memakai asumsi
ρDC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi rendah sedangkan ρAC adalah resistivitas yang diukur pada frekuensi tinggi. Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai PFE adalah ukuran mineral konduktif, volume mineral terhadap kedalaman mineral dan tahanan rata-rata batuan background . b.
Metal Faktor (MF) Efek induced Polarization (IP Effect) bervariasi terhadap resistivitas efektif dari host rock, tipe elektrolit, suhu, ukuran pori dan lain-lain. Parameter Metal Faktor (MF) ini yang pertama kali diperkenalkan oleh Marshall&Madden (1959) digunakan untuk mengkoreksi beberapa variabel di atas. Parameter Metal Faktor (MF) ini didefinisikan melalui persamaan (5), yaitu : 2π x10 ( ρ DC 5
MF
=
ρ DC
−
−
ρ AC )
ρ AC
=
2π x10
5
ρ DC
fe
PFE =
( ρ DC / 2π )
x10 3
(5)
dengan satuan MF adalah mhos/ft atau mhos/m. Parameter Metal Faktor (MF) berguna untuk mendefinisikan daerah yang memiliki kandungan sulfida yang konduktif dan polarisabel yang ditunjukkan oleh harga PFE yang lebih tinggi dan ρDC yang lebih rendah daripada lingkungannya. c.
Pengukuran Sudut Phase (Phase Angle Measurement) Pengukuran sudut fase ini dilakukan dengan mengukur perbedaan sudut fase antara sinyal tegangan yang diterima dan
masukan bentuk gelombang ( waveform ) arus, dengan memakai asumsi bentuk gelombangnya adalah sinusoidal. Pada tahanan jenis, sudut fase adalah arcus tangen antara perbandingan komponen imajiner tahanan jenis dengan komponen realnya, didefinisikan : θ
1.5
=
tan
1
−
Im ρ Re ρ
(6)
Efek Gangguan dalam Pengukuran Metode Induced Polarisasi
Untuk memperoleh hasil pengukuran yang akurat, maka data yang pengukuran harus diusahakan bebas dari noise. Namun, hal ini tidaklah mungkin karena di alam noise tidak dapat dihilangkan. Untuk itu, kita harus mengenal beberapa efek gangguan dalam pengukuran metode induced polarisasi sehingga kita akan mendapatkan data lapangan yang seminimal mungkin dipengaruhi oleh noise ( good signal to noise ratio ).
1. Pengukuran dalam Kawasan Waktu ♦
Stray current Stray current ini berupa arus yang mempunyai frekuensi rendah, hanya beberapa Hz saja. Keberadaan stray current ini sangat berpengaruh terhadap keakuratan data hasil pengukuran.
♦
Self Potensial Keberadaan Self Potensial di alam diakibatkan oleh adanya vein-vein logam tertentu atau adanya fenomena filtrasi elektro. Arus alam ini akan menghasilkan perbedaan potensial yang besarnya dapat mencapai puluhan milivolt. Untuk meminimalisir efek self potensial dalam pengukuran dengan menggunakan metode induced polarisasi, maka yang harus dilakukan adalah tetap menjaga sinyal masukan tetap dalam batas skala pengukuran.
♦
Noise yang ditimbulkan oleh elektroda Sebelum dilakukan akuisisi data pada pengukuran dalam kawasan waktu, harus terlebih dahulu dipastikan bahwa elektrode potensial telah ditanamkan cukup dalam di dalam tanah. Hal ini
dilakukan untuk menghindari adanya fenomena elektrokimia pada saat terjadinya kontak antara elektrode dengan tanah. ♦
Arus tellurik Keberadaan arus tellurik ini dapat menyebabkan terjadinya kesulitan dalam pengukuran. Hal ini disebabkan karena keberadaan arus tellurik ini dapat menyebabkan kurva asimtotik zero polarisasi terimbas mempunyai variasi yang konstan terhadap waktu, cenderung mengikuti fluktuasi arus tellurik. Untuk meminimalkan efek ini, sebaiknya dilakukan pembacaan harga potensial beberapa kali dan memperkecil waktu untuk satu kali siklus pembacaan dilakukan karena arus tellurik mempunyai periode yang cukup besar.
♦
Noise akibat frekuensi dari arus di kabel pengukuran Jika kabel yang digunakan untuk menyambung elektrode potensial dan receiver terlalu panjang maka dapat memungkinkan terjadinya induksi yang disebabkan oleh medan magnet alam. Untuk mencegah noise ini sebaiknya receiver berpindah untuk setiap stasiun sehingga kabel yang digunakan untuk menyambungkan elektroda potensial dan receiver dapat sependek mungkin. 2. Pengukuran dalam kawasan Frekuensi Efek gangguan (noise) yang dapat timbul pada pengukuran dalam kawasan frekuensi adalah adanya arus yang mempunyai frekuensi yang lebih tinggi (sekitar 50-60 Hz) dari frekuensi yang digunakan dalam pengukuran metode induced polarisasi. Gangguan ini akan muncul, terutama, jika daerah penelitian merupakan kawasan industri.
1.6
Konfigurasi Elektrode Akuisisi Data Metode Induced Polarisasi
Konfigurasi elektrode yang sering digunakan dalam akuisisi data metode induced
poloarisasi
adalah
konfigurasi
dipole-dipole.
Konfigurasi
ini
menggunakan dua elektrode arus (A dan B) dan dua elektrode potensial (M dan N). Disebut dipole-dipole karena, misalkan l 1 = AB, l2 = MN dan L =xy spasi dengan x adalah titik tengah antara dua elektrode potensial (MN) dan y adalah titik tengah antara dua elektrode arus (AB). Dalam prakteknya, sering digunakan
simmetrical dipole-dipole array (konfigurasi dipole-dipole simetri) karena l1=l2 dan BM = xy – l= L – l =nl.
1.7
Pseudodepth Section
Pseudodepth Section merupakan gambaran penampang vertikal dari suatu irisan dimana terdapat titik-titik ploting (plotting points) yang digambarkan dalam suatu kedalaman yang berbeda berdasarkan posisi elektrode arus dan elektrode potensial. Titik tersebut membentuk suatu sudut sebesar 45oyang terletak antara posisi tengah receiver dan posisi transmitter yang berubah-ubah dengan kerapatan n. Hasil pengolahan data dapat ditampilkan dalam bentuk
Pseudodepth Section yang mana besarnya tahanan jenis semu (apparent resistivity) tergantung pada jarak spasi elektrode yang digunakan. Besarnya penetrasi yang didapatkan pada suatu kedalaman tertentu adalah : 1
Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 1 adalah
Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 2 adalah
Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 3 adalah a
Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 4 adalah 2a
Perlapisan bumi secara vertikal untuk n = 5 adalah
1.8
a
4 1
a
2
2
1 2
a
Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam pengambilan data dengan menggunakan metode polarisasi terimbas terdiri dari : o
Alat Induksi Polarisasi (IP) Merek Iris Model Syscal Junior
o
Sumber energi listrik cadangan (Accu)
o
2 Gulung kabel arus
o
2 Gulung kabel potensial
o
2 Elektroda arus
o
2 Elektroda potensial
o
Meteran @ 100 meter
o
Multitester
o
GPS (Global Positioning System )
o
Alat komunikasi (Handy Talky)
1.9
o
Kompas Geologi
o
Palu Geologi
o
Peta geologi daerah penelitian (skala 1: 100)
Akusisi Data
Prosedur pengambilan data lapangan metode induced polarisasi dalam kawasan waktu dengan konfigurasi dipole-dipole adalah : Prosedur pengambilan data lapangan metode induced polarisasi dalam kawasan waktu dengan konfigurasi dipole-dipole adalah :
Pertama-tama cek kabel dan alat apakah sudah sesuai dengan konfigurasi dipole-dipole
Cek bateray pada alat dengan tombol BATT baik internal maupun eksternal, dimana syarat toleransi untuk bisa dilakukan pengukuran adalah jika besar voltagenya
≥10,
dan jika voltagenya kurang dari 10
hasil pengukurannya sudah tidak baik.
Cek RS dengan RS CHECK agar dapat diketahui apakah hubungan antara alat,kabel dengan elektroda sudah baik atau belum. Dalam hal ini batas harga max RS Cek adalah 5.
Mengatur Mode dengan tombol MODE dan pilih menu Rho and IP mode dengan menggunakan tombol UP dan DOWN
Memilih susunan elektrode yang akan digunakan dengan tombol E.
ARRAY Pada pengukuran ini memilih menu dipole-dipole dengan menggunakan tombol
UP dan DOWN
Memilih Konfigurasi yang akan digunakan dengan tombol CONFIG, pada pilihan mode IP terdapat dua menu pilihan, yaitu o
Pilih
menu Raw apabila
ingin
menampilkan
harga
true
chargeability saat pengukuran. Konfigurasi Raw ini lebih umum digunakan. o
Pilih menu Normalize dimana harga chargeability yang ditampilkan akan di sesuaikan dengan kurva standar IP.
Pada pengukuran ini menu yang dipilih adalah menu Raw .
Mengatur spasi dengan tombol SPACING Alat ini mempunyai keunggulan yang tersendiri dibandingkan dengan
alat-alat resistivity model lain, yaitu alat tersebut sudah dilengkapi dengan perhitungan harga Konstanta konfigurasi untuk hampir semua macam konfigurasi yang ada dalam metode geolistrik. Pemilihan susunan elektrode akan berpengaruh pada tampilan layar monitornya, dalam penelitian ini karena susunan elektrode yang dipilih dipoledipole maka pada layar akan muncul harga XC, XP, D dan Line. XC merupakan jarak dari titik nol ke elektroda arus yang terdekat dengan elektroda potensial (MN). XP merupakan jarak dari titik nol ke elektroda potensial yang terdekat dengan elektroda potensial (AB). D adalah jarak spasi antara elektroda arus dengan arus sama engan jarak elektroda potensial dengan potensial. |D| = |AB| = |MN|
Dipole – dipole
D
0
D X Line
A
B
M
N
XC XP
Gambar 3. Konfigurasi dipole-dipole dengan jarak yang dimasukkan XC dan XP yang dimasukkan pada pengaturan spacing pada alat syscal(v 11.5++). Karena kelengkapan dari alat syscal ini maka hal yang sangat penting yang harus diperhatikan dan tidak boleh lupa adalah penggantian spasi untuk tiaptiap titik pengukuran. Apabila terjadi kelalaian maka akan mempengaruhi harga yang diperoleh tidak sesuai dengan harga konstanta konfigurasi dipole-dipole itu sendiri.
1.10
Data Yang di Ambil
Pada Metode Induced Polarisasi dalam kawasan waktu data yang dicatat berbeda dengan metode Induced Polarisasi dalam kawasan frekuensi. Data yang dicatat tersebut adalah besarnya harga beda potensial (V), arus (I) sehingga akan dapat diperoleh harga resistivitas semu, selainitu data yang dicatat adalah besarnya harga chargeability (M) dan self potensial (SP).
1.11
Pengolahan Data Lapangan
Tahapan-tahapan pengolahan data dalam metode induced polarisasi dalam kawasan waktu adalah : 1.
Menghitung resistivitas semu (Apparent resistivity) Pada pengolahan data ini resistivitas yang dihitung adalah resistivitas semu karena bumi memiliki bukanlah suatu tempat yang homogen. Resistivitas semu ini
dihitung dengan menggunakan
persamaan (7) di bawah ini. Persamaan (7) yang lebih dikenal dengan sebutan hukum ohm merupakan persamaan dasar dalam metode geolistrik. ρ app
=
K
V I
(7)
Dengan V adalah harga tegangan terukur, I adalah besar arus yang diinjeksikan dan K adalah faktor geometri dari konfigurasi elektroda dipole-dipole. Besarnya harga K ini dapat dihitung melalui persamaan (8) dibawah ini. K
=
π an ( n +1)( n + 2 )
(8)
Dengan a dalah spasi pengukuran, dan n adalah penetrasi.
2.
Chargeability Alat siscal sudah secara otomatis menghitung besarnya harga Chargeability sesuai dengan persamaan (1) dan (2). Harga chrgeability yang diperoleh dalam satuan milivolt per volt (mV/V). 3.
Mengukur posisi dan kedalaman titik pengukuran Posisi dan kedalaman ini dihitung dengan menggunakan rumusan yang dipakai oleh PT. Aneka Tambang, Tbk dalam pengolahan data metode IP dalam kawasan waktu.
4.
Membuat peta anomali penampang tegak resistivitas semu, dan chargeability dengan menggunakan RES2DINV
Mulai
Pengambilan data lapangan (konfigurasi dipole-dipole)
Data Lapangan I(mA), V(mV), SP (V) dan M (mV/V)
ρapp dan M Informasi Geologi
Pseudodepth section dengan RES2DIVN
Peta Kontur SP dengan Surfer (8)
Interpretasi
KESIMPULAN
Selesai
Gambar Diagram Alir Pengolahan Data Induced Polarisasi
