1 PENDAHULUAN

Metoda tahanan jenis (Resistivity) adalah merupakan sala satu dari beberapa metoda

geofisika yang umumnya digunakan untuk eksploraasi air tanah. Metoda tahanan

jenis ini telah dikenal pemakaiannya sejak tahun 1920 terutama didataran Eropa,

dimana sejak saat itu sampai sekarang metoda ini telah mengalami banyak

perkembangan baik dalam segi perangkat keras (Hardware) maupun dalam segi

perangkat lunak (Software) yang sudah tentu berpengaruh terhadap kecepatan dan

ketelitian dalam pekerjaan lapangan maupun didalam penafsiran data.

Pada dasarnya metoda tahanan jenis dilaksanakan dengan mengalirkan arus listrik

searah (Diriect current) atau bisa juga dengan menggunakan alat listrik bolak–balik

(Alternating current) berfrekuensi rendah kedalam tanah melalui dua buah elektroda

yang terbuat dari besi baja. Oleh karena bumi dianggap sebagai konduktor atau

penghantar arus, maka apabila didalam tanah terdapat perbedaan konduktivitas atau

daya hantar listrik yang disebabkan oleh sifat fisika batuan, hal ini akan

menyebabkan terjadinya perubahan besarnya aliran arus didalam bumi yang

mempengaruhi distribusi medan listrik. Jadi berdasarkan pengertian jalannya arus

listrik yang mengalir kedalam bumi tersebut, maka setiap lapisan batuan yang dapat

menghantarkan arus didalam tanah secara teoritis akan dapat ditentukan baik posisi,

ketebalan bahkan penyebarannya, sehingga metoda tahanan jenis ini sangat efektif

untuk digunakan dalam eksplorasi airtanah.

2 APLIKASI METODA TAHANAN JENIS

Dalam eksplorasi airtanah, metoda tahanan jenis umumnya digunakan untuk

menunjang kegiatan survey geohidrologi atau pemboran air diantarannya dalam

menafsirkan letak dan ketebalan lapisan akifer, penyebarannya dan kadang–kadang

menafsirkan batas intrusi air laut terhadap airtawar, juga melokalisir kondisi airtanah

pada suatu daerah, sehingga kesimpulan akhir dari hasil penyelidikan, kita dapat

menentukan lokasi pemboran pada daerah tersebut (Lihat Gambar 1.1). Untuk

mendapatkan hasil yang baik dalam penafsiran suatu survei tahanan jenis, diperlukan

suatu kisaran harga tahanan jenis batuan pada daerah tersebut yaitu dengan

melakukan kalibrasi pengukuran tahanan jenis dengan sumur bor yung telah ada

dimana kurva tahananan jenis semu yang diperoleh tersebut diiterpretasi secermat

mungkin, sehingga kisaran harga tahanan jenis mendekati harga tahanan jenis batuan

didaerah tersebut yang biasanya mencocokan ketebalan lapisan hasil interpretasi

dengan data ketebalan lapisan pada sumurbor tempat dilakukan kalibrasi. Apabila

data sumurbor tidak ada tidak ada, bisa dilakukan kalibrasi dengan kondisi geologi

daerah setempat atau dengan data yang ada misalnya data sumurgali, hidrogeologi

dan lain–lain.

Selain untuk menunjang kegaiatan survei hidrogeologi, metoda tahanan jenis bisa

juga digunakan untuk eksplorasi mineral, hidrokarbon, panas bumi dan endapan

bahan galian golongan C seperti endapan pasir, batuan andesit, marmer dan lain–lain.

Khusus untuk eksplorasi endapan bahan galian golongan C seperti pasir, metoda

tahanan jenis ini sangan efisien dan ekonomis karena disamping biaya operasi yang

cukup murah, juga hasilnya dapat diperoleh dengan cepat dalam areal yang cukup

luas. Dari hasil penyelidikan dengan metoda tahanan jenis ini, kita dapat menafsirkan

ketebalan (kedalaman) dan volume endapan pasir, sekaligus mengetahui ketebalan

dan volume dari pada tanah penutup (soil), sehingga kita dapat memperkirakan

sampai berapa tahun umur tambang pasir dalam satu wilayah. Penyelidikan tahanan

jenis juga dapat menelusuri alur – alur sungai purba yang tersembunyi didalam tanah,

dimana biasanya banyak mengandung endapan pasir (Lihat Gambar 2.1.), yaitu

dengan cara melakukan penyelidikan tahanan jenis dengan teknik Horizontal

Profiling (Mapping) seperti yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya.

3 KISARAN TAHANAN JENIS BATUAN

Tahanan jenis batuan atau lapisan batuan dibawah permukaan akan berbeda sesuai

dengan sifat – sifat fisika dari masing-masing batuan tersebut , dimana perbedaan

sifat-sifat fisika batuan ini tergantung pada beberapa faktor diantaranya, umur

batuan, kandungan air, kandungan elektrolit, kandungan mineral, porositas,

permeabilitas, salinitas dan lain-lain. Pada umunya batuan yang keras dan kering

akan menunjukan harga tahanan jenis yang tinggi, sedangkan batuan lunak yang

berporisitas tinggi akan mempunyai harga tahanan jenis yang lebih rendah.

Perbedaan kualitas dan jenis air yang terkandung dalam suatu batuan juga akan

menyebabkan terjadinya variasi tahanan jenis dari beberapa puluh sampai beberapa

ratus Ohm – meter. Kisaran harga tahanan jenis batuan tersebut akan lebih mudah

dipelajari apabila dilihat pada tabel dibawah ini.

Tipe / Jenis air Tahanan Jenis (Ohm – m)

- Air meteor berasal dari penguapan

- Air permukaan didaerah batuan beku

- Air permukaan didaerah batuan sedimen

- Airtanah di daerah batuan beku

30 – 1000

30- 500

10 –100

10 – 150

- Airtanah di daerah batuan sedimen

- Air laut

- Air untuk konsumsi manusia (dengan

kandungan Cl tertinggi 0,25 %

- Air untuk irigasi

Lebih besar dari 1

Kira – kira 0,1

Lebih besar dari 1,8

Lebih besar dari 0,65

Tabel 1.1. Variasi harga tahan jenis dari bermacam jenis air ( Sumber dari Kollert)

I. TEORI DASAR METODA TAHANAN JENIS

Penyelidikan geolistrik dengan metoda tahanan jenis dimulai dengan adanya

hukum Ohm, dimana dalam hukum Ohm dinyatakan bahwa tahana listrik suatu

konduktor (R) adalah berbanding terbalik dengan kuat arus yang dialirkan ( I ) dan

berbanding lurus dengan beda potensial diantara dua permukaan yang mempunyai

potensial tetap atau dapat ditulis dalam rumus Ohm sebagai berikut ;

R = ………………. ( 1 )

Dimana :

R = Tahanan antara dua permukaan

V = Beda potensial diantara dua permukaan dengan potensial konstant

I = Arus listrik yang mengalir dalam suatu konduktor.

Sedangkan pengertian tahanan jenis (resistivity) suatu media (gb.3) adalah jika dalam

sebuah kawat konduktor dialiri arus yang menembus satu unit luas (A), maka

tahanan jenisnya akan berbanding lurus dengan perkalian antara luas permukaan

bahan dengan tahanannya ( R ) dan berbanding terbalik dengan jarak antar dua

permukaan konduktor atau persamaannya dapat ditulis sebagai – berikut ;

= R .

……………………… ( 2 )

dimana :

(Rho) = Tahanan jenis suatu konduktor ( Ohm – meter )

R = Tahanan yang diukur di antar dua permukaan equipotensial yang dipisahkan

oleh jarak ( Ohm ).

L = Jarak dua permukaan equipotensial ( meter )

A = Luasa permukaan konduktor yang dialiri arus ( m2)

L

V

Gb. 3. Devenisi tahanan jenis (Resistivity)

Rumus 1 dan 2 tersebut diatas menganggap, bahwa media konduktor mempunyai

densitas arus sama (homogen), sehingga disepanjang konduktor tersebut tidak

terjadi perubahan potensial. Tetapi dalam prakteknya dilapangan kita akan

mengalirkan arus ke dalam yang pada umunya mempunyai densitas arus beragam

dan dalam cara mengalirkan arus kita akan selalu menindahkan elektroda –

elektroda arus dan potensial. Dengan adanya densitas, arus berbeda, maka akan

terjadi perubahan perubahan medan listrik dan perubahan harga tahanan jenis,

sedangkan dengan selalu berpisahnya elektroda arus dan kadang – kadang

elektroda potensial (Sehlumberger), maka untuk memperolah harga tahanan jenis

semu harus selalu tergantung terhadap faktor geometrisnya (K-fator) yang akan

diuraikan kemudian. Dalam aplikasi penyelidikan geolistrik dengan metoda

tahanan jenis, telah dikenal beberapa susunan elektroda diantaranya ;

1. Susunan elektroda Sehlumberger.

2. Susunan elektroda wener.

3. Susunan elektroda Dipole-Dipole.

4. Susunan elektroda Lee Partition.

Masing-masing susunan elektroda tersebut di atas mempunyai kelebihan dan

kekurangannya baik dalam hal pengoperasian di lapangan, maupun dalam

kerjanya, sehingga dalam pemilihannya sangat tergantung pada tujuan

penyelidikan, apakah penyelidikan tahanan jenis bertujuan untuk eksplorasi

airtanah, mineral atau geothermal, geologi teknik dan lain-lain. Tetapi susunan

elektroda yang umunya digunakan untuk eksplorasi airtanah adalah susunan

elektroda menurut susunan Schlmberger dan Wenner.

Susunan elektroda menurut aturan Schlumberger dalam prakteknya

dilapangan adalah dengan menempatkan dua buah elektroda potensial ( MN )

diantara dua buah elektroda arus ( AB ), gb. 1, dimana AO = BO = AB/2 dan MO

= NO = MN/2.

A M N B

L/2 O L/2

Gb. 4. Susunan elektroda menurut aturan Schlumberger

Elektroda arus AB selalu dipindahkan menjauhi titik pusat O dengan tujuan agar

penetrasi arus dapat semakin dalam kedalam tanah, sedangkan elektroda potensial

MN hanya dipindahkan pada jarak tertentu pada saat diperlukan dengan syarat bahwa

jarak MN/2 1/3 AB/2.

Seperti telah disinggung pada halaman sebelumnya bahwa elektroda arus dan

elektroda potensial selalu berubah, maka hukum Ohm untuk meperoleh harga

tahanan jenis semu akan selalu tergantung pada faktor geometrisnya ( K-faktor)

dimana untuk memperoleh faktor geometris dalam susunan elektroda Schlumberger

dapat dijelaskan melalui subtitusi geometris dalam susunan elektroda sebagai berikut

dibawah ini :

L/2 L/2

A M L/2 L/2 N B

r1 r2

r3 r4

Gb. 5. Faktor geometris dan aturan Schlumberger

Besarnya potensial pada elektroda M adalah :

Vm = I ( - ) …………….. (3)

Besarnya potensial pada elektroda N adalah:

Vn = I ( – ) ……………...(4)

Beda potensial (VmN ) = Vm - VN, sehingga untuk memperoleh harga tahanan jenis

semu dapat ditulis sebagai berikut :

a = K-faktor……..(5)

Untuk memperoleh harga tahanan jenis semu yang sesuai dengan susunan-susunan

elektroda-elektroda diatas permukan, maka rumus (5) harus disederhanakan lagi

melalui beberapa persamaan sebagai berikut :

r1 = - =

r2 = =

r3 = =

r4 =

K = =

=

=

=

=

K = ……………………(6)

Jadi persamaan untuk memperoleh harga tahanan jenis semu ( a) dalam susunan

elektroda Schlumberger adalah sebagai berikut :

a = K

……………………….(7)

Susunan elektroda Wenner dalam pelaksanaan dilapangan adalah dengan

mengatur jarak antara masing-masing elektroda sama panjang (AM = MN = NB),

dimana elektroda potensial MN selalu ditempatkan diantara aras elektroda AB.

A M N B

a a a

Gb. 6. Susunan elektroda Wenner.

Untuk memperoleh perswamaan faktor geometris dalam susunan Wenner, dapat

dijelaskan secara singkat berdasarkan beberapa persamaan dibawah ini :

=

=

Beda potensial (V) antara elektroda M dan N adalah :

=

=

= ……………………………………….( 8 )

Jadi untuk memperoleh harga tahanan jenis semu ( a) untuk susunan elektroda

Wenner dapat ditulis dalam persamaan berikut :

=

=

= ……………………………………. ( 9 )

II. METODA INTERPRESTASI

Sebelum membahas mengenai cara interprestasi data tahanan jenis,

sebaiknya kita mengenal secara umum tentang jenis survei tahanan jenis. Survei

geolistrik dengan menggukan metoda tahanan jenis terdiri dari dua macam yaitu

survei tahanan jenis untuk mengetahui perubahan litologi kearah vertikal

(Vertcal Electrcal Soinding) dan survei tahanan jenis untuk mengetahui

perubahan litologi kearah mendatar (Horizontal Profiling) misalnya survei

contact ( seperti dyke, patahan,endapan sulfida, urat kuarsa dan lain-lain) dan

endapan lainnya yang tersembunyi di bawah permukaan seperti lensa-lensa, goa-

goa dalam bati gamping, endapan pasir, sungai purba dan lain-lain.

a. Vertical Electrical Sounding (VES)

Interprestasi (penafsiran) VES dapat dilakukan dengan dua cara yaitu

secara kualitatif dan secara kuantitatif. Interprestasi secara kualitatif dilakukan

dengan mengamati bentuk kurva tahanann jenis semu hasil pengeplotan

dilapangan, dimana bentuk kurva ini terdiri dari empat macam yaitu kurva

maximum, kurva minimum, kurva double dessending dan kurva double

ascending seperti gambar dibawah ini :

- Kurva tahanan jenis semu yangbentuknya seperti gambar 7a, diartikan

sebagai lapisan pertama yang mempunyai tahanan jenis lebih rendah dari

pada lapisan kedua dan lapisan kedua mempunyai tahanan jenis lebih tinggi

dari pad lapisan ketiga.

- Kurva tahana jenis yang bentuknya seperti gb. 7b, diartikan sebagai lapisan

pertama mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan kedua dan lapisan

kedua mempunyai tahana jenis lebih rendah dari lapisan ketiga.

- Kurva tahanan jenis yang bentuknya seperti gb. 7c, diartikan sebagai lapisan

pertama mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan kedua dan lapisan

kedua mempunyai tahanan jenis lebih tinggi dari lapisan ketiga.

- Kuva tahanan jenis yang bentuknya seperti gb. 7d, diartikan sebagai lapisan

pertama mempunyai tahanan jenis lebih kecil dari lapisan ke dua dan lapisan

kedua mempunyai tahanan jenis lebih kecil dari lapisan ketiga.

Interprestasi VES secara kuantitatif dalam susunan elektroda

Schlumberger dapat dilakukan dengan metoda dua lapisan atau dengan metoda

beberapa laisan (multi layer). Dari kedua metoda ini yang akan dijelaskan disini

adalah metoda inter prestasi sederhana yaitu metoda dua lapisan melalui

pencocokan kurva (matching) dengan tahap tahap sebagai berikut ;

1. Tentukan harga-harga tahanan jenis semu hasil pengukuran

di lapangan dan dihitung dengan rumus ( 7 ) sehingga diperoleh harga

tahanan jenis semu kemudian di plot pada kertas logaritma ganda trasnparant

(lamp. 1) terhadap setengah jarak elektroda arus (AB/2).

2. Himpikan dan letakan kurva tahanan jenis semu tersebut

diatas kurva baku (lamp. 2), sehingga kedua kurva benaar – benar berimpit

atau dapat juga dilakukan interpolasi. Perhatikan bahwa sumbu XB dan YB

pada kurva baku dan sumbu XldanYL pada kurva lapangan selalu sejajar

(XB/ / XL dan YB / / YL).

3. Tandai dengan tanda silang (cross) yang ada di kurva baku

pada kurva lapangan ( lamp.3) sehingga diperoleh harga tahanan jenis

pertama (R1) dengan menarik garis sejajar sumbu X sampai berpotongan

sumbu Y melalui titik silang pertama (C1) dan ketebalan lapisan pertama

dengan menarik garis sejajar sumbu Y pada titik silang pertama sampai

berpotongan dengan sumbu X, perpotongan sumbu X dan Y pada titik D

adalah harga tahanan jenis pertama (PI) sedangkan perpotongan sumbu Y

dengan X pada titik E adalah ketebalan lapisan pertama. Untuk mengetahui

tahanan jenis lapisan kedua, kita harusmengalikan harga tahanan jenis

pertama dengan harga yang ada pada salasatu kurva induk yang berimpit

dengan kurva lapangan tadi.

4. untuk mengetahui harga tahanan jenis lapisan ketiga, kita

harus membuat tempat kedudukan tanda silang kedua dengan cara mencari

harga salasatu kurva bantu (lamp.3 atu 5) yangg harganya sama dengan sala

saatu kurva pada kurva baku yang berimpit dengan kurva lapangan tahap

pertama (garis a).

5. Membuat garis bantu (a) yang berpusat pada tanda silang

pertama (C1) .

6. Mengimpitkan kembali kurva lapangan lapisan ketiga

dengan kurva baku untuk memperoleh harga tahanan jenis lapisan ketiga, dan

apabila telah berimpit tandai tanda silang kedua (C2) pada gaaris bantu (a)

tadi.

7. Membaca harga tahanan jenis lapisanketiga dengan

mengalikan harga sala satu kurva pada kurva baku yang berimpit dengan

kurva lapangan lapisan ketigadengan haarga tahanan jenis yang diperoleh

daari hasil perpotongan sumbu X dan Y pada titik F melalui tanda silang 2

(C2) dan membaca kedalaman lapisan kedua dengan cara menghimpit

kembali kurva bantu dengan kurva lapangan yang berpusat pada titik silang

1(C1) dan mebuat garis (b) melalui titrk silang 2 (C2) dan seterusnya.

b. Horizontal profiling (Mapping)

Seperti telah disinggung pada bab sebelumnya bahwa penyelidikan tahanan

jenis dengan menggunakan teknik horizontal profiling atau sering disebut

pemetaan tahanan jenis adalah bertujuanuntuk mengetahui penyebaran

lapisan batuan ke arah mendatar. Interpretasi pemetaan tahanan jenis ini

hanya dapat dilakukan dengan cara kualitatip yaitu dengan mempelajari

penyimpangan (anomali) grafik tahanan jenis semu yang melintasi suatu

baatuan yang berbeda atau struktur batuan yang ada, dimana lintasan dari

pemetaan tahanan jenis ini harus diusahakan agar tegak lurus dengan arah

jurus kemiringan (Strike) daari suatu body, sehingga akan terbentuk suatu

grafik tahanan jenis semu yang ideal (gb.8). Dalam suatu grafik tahanan jenis

semu yang ideal (gb. 8). Dalam praktek dilapangan teknik ini dilakukan

dengan selalu memindahkan elektroda potensial dan elektroda arus bersama –

sama., tetapi jarak antara elektroda arus harus selalu sama sesuai dengan

tujuan kedalaman yang kita ketahui.

Gambar 8. Longitudinal and tranverses across a series of faukted strata

Illonois. USA (After Hubber 1934.)