1.1. Electrical Resistivity Tomography (ERT)
Metode Geolistrik adalah suatu teknik investigasi dari permukaan tanah untuk mengetahui lapisan-lapisan batuan atau material berdasarkan pada prinsip bahwa lapisan batuan atau masing-masing material mempunyai nilai resistivitas atau hambatan jenis yang berbeda-beda. Tujuan dari survei Geolistrik adalah untuk menentukan distribusi nilai resistivitas dari pengukuran yang dilakukan di permukaan tanah (Loke, 2000). Menurut Lowrie (2007), survei Geolistrik dibagi menjadi tujuh metode yaitu:
- Self Potential (SP),
- Telluric Current (TC),
- Vertical Electrical Sounding (VES),
Electrical Resistivity Tomography (ERT),
Induced Polarization (IP),- Electromagnetic Induction (EMI),
- Magneto Telluric Sounding (MTS).
ERT merupakan metode geolistrik multi elektroda yang dilakukan untuk mendapatkan informasi tentang kondisi material di bawah permukaan Bumi berdasarkan pola distribusi dari nilai resistivitas material di bawah permukaan Bumi (Lowrie, 2007). ERT juga sering disebut sebagai resistivity survey (Loke, 2003) atau resistivity profiling (Milsom, 2003) karena parameter utama yang dikaji adalah resistivitas dan hasil ERT merupakan profil nilai resistivitas material bawah permukaan Bumi. Metode ERT dapat dilakukan untuk memperkirakan atau menenentukan karakteristik material bawah permukaan bumi (McDowel et
al., 2002), sehingga kondisi material penyusun bentuklahan dapat diperkirakan atau diketahui berdasarkan ERT.
Survei ERT secara garis besar merupakan gabungan dari banyak pengukuran VES pada satu rentangan, seperti yang disajikan pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Pengukuran ERT (kiri) dan VES (Kanan) (Loke, 2000)
Data yang dihasilkan dari survei VES yaitu berupa data nilai resistivitas 1 Dimensi, sedangkan hasil ERT merupakan resistivity pseudosection atau model distribusi nilai resistivitas material bawah permukaan Bumi yang bersifat 2 Dimensi atau bahkan 3 Dimensi (Loke, 2003), seperti yang disajikan pada Gambar 1.2.
Gambar 1.2. Contoh Pseudosection (Loke, 2000)
Metode ERT secara umum dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu perencanaan, survei ERT, serta pengolahan dan interpretasi data (Loke, 2003). Terdapat beberapa variabel penting yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum tahap survei dalam ERT dilakukan yaitu panjang lintasan (L), jarak antar elektroda atau spacing (a), jumlah elektroda (N), jarak antar elektroda arus dan elektroda potensial (na), jarak antar elektroda arus (AB), jarak antar elektroda potensial (MN), kedalaman observasi (ze), azimut lintasan, faktor geometris (k), serta jumlah titik pengukuran yang disebut quadripole (Robain & Bobachev, 2004). Variabel-variabel diatas ditentukan berdasarkan tujuan dari ERT dan kedalaman yang diperlukan untuk mencapai tujuan (Loke, 2000). Data ERT dapat bersifat dua dimensional atau bahkan tiga dimensional (Lowrie, 2007). Data dua dimensional diperoleh jika lintasan ERT merupakan garis linear (Loke, 2003) dan data tiga dimensional diperoleh jika lintasan ERT merupakan jaring-jaring areal (Loke, 2009). Nilai resistivitas material yang diukur melalui ERT tidak dapat langsung diperoleh di lapangan (Reynolds, 1998). Nilai resistivitas diperoleh setelah nilai resistensi (R) dan resistivitas semu (ρa) dihitung terlebih dahulu. Resistensi merupakan nilai hambatan dari besaran beda potensial terhadap arus listrik tertentu (Serway & Jewett, 2004).
Konsep dasar pengukuran hambatan jenis dalam survei Geolistrik adalah hukum Ohm (Lowrie, 2007). Hubungan antara tegangan (V), kuat arus (I) dan hambatan/resistensi (R) dalam hukum Ohm adalah sebagai berikut:
V = I R …………………………….(1)
sehingga hambatan (R) dapat dihitung dengan persamaan:
…........................................(2)
Satuan tegangan yaitu volt (V), satuan untuk arus (I) yaitu ampere (A) dan satuan untuk hambatan atau resistensi adalah Ohm (Ώ). Berdasarkan hasil eksperimen diketahui bahwa hambatan (R) pada kawat yang pendek lebih kecil daripada kawat yang panjang dan hambatan pada kawat yang lebih lebar lebih besar daripada kawat yang lebih tipis atau kecil. Panjang kawat (L) dan luas kawat (A) mempengaruhi nilai hambatan (R). Berdasarkan hasil eksperimen tersebut maka dapat diformulasikan:
R =
………………………….…..(3)
dengan ρ merupakan hambatan jenis material. Nilai resistivitas (p) dapat dihitung dengan persamaan:
ρ = (Ohm-meter) …………………..……...(4)
Nilai apparent resistivity/resistivitas semu (ρa) dapat dihitung dengan persamaan:
ρa = K atau ρa = K R …………………….....(5)
dengan K merupakan faktor geometrik (geometric factor). Nilai faktor geometrik secara umum dihitung dengan persamaan:
…………………..…(6)
Keterangan: A = C1 (elektroda arus 1) B = C2 (elektroda arus 2)
M = P1 (elektroda potensial 1) N = P2 (elektroda potensial 2)
Nilai resistivitas atau sering disebut sebagai nilai resistivitas sebenarnya (ρ) diperoleh berdasarkan resistivitas semu (ρa) (Reynolds, 1998). Hubungan antara nilai resistivitas sebenarnya (ρ) dan nilai resistivitas semu (ρa) merupakan hubungan yang kompleks (Loke, 2000). Nilai resistivitas sebenarnya (ρ) diperoleh melalui melalui proses inversi nilai resistivitas semu (ρa). Inversi dalam ERT merupakan proses pemodelan nilai resistivitas sebenarnya (ρ) berdasarkan nilai resistivitas semu (ρa) (Loke, 2000).
Pengolahan data resistivitas hasil ERT dapat dilakukan dengan menggunakan komputer dan software Res2Dinv (Loke, 2003). Software Res2DInv menggunakan algoritma Least Square saat proses inversi dilakukan. Loke (2003), menyatakan bahwa algoritma Least Square dalam software Res2DInv terdiri atas dua macam algoritma yaitu:
- Standard Smoothness-Constrain Least Square Inversion, digunakan untuk zona dengan batas antar material cenderung gradual atau tidak memiliki kontak yang tajam.
- Robust Constrain Least Square Inversion, digunakan untuk zona dengan batas kontak antar material yang tajam misalnya zona patahan atau kontak batuan intrusif-lapisan mineral logam.
Hasil inversi merupakan model distribusi nilai resistivitas material bawah permukaan Bumi yang dapat disebut resistivity pseudosection atau inverse model resistivity section (Gambar 1.2) (Loke, 2000). Model yang diperoleh melalui proses inversi akan selalu memiliki nilai residual error atau root mean squared error (RMSE) (Roy, 2008). Iterasi dapat dilakukan beberapa kali untuk menurunkan nilai error yang ada. Iterasi merupakan proses perhitungan ulang dari data yang dimasukkan dalam fungsi matematis yang sama secara berulang-ulang untuk memperoleh hasil yang diinginkan (Sheriff, 2002). Nilai RMSE menunjukkan tingkat perbedaan dari pengukuran nilai resistivitas material terhadap nilai resisitivitas material yang sebenarnya (Loke, 2003). Semakin besar nilai RMSE maka model yang diperoleh dari proses inversi akan semakin halus. Model yang halus dengan nilai RMSE yang tinggi cenderung semakin tidak mewakili kondisi sebenarnya dilapangan (Loke, 2000 ). Interpretasi dari model distribusi nilai resistivitas material bawah permukaan Bumi dilakukan dengan mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi nilai resistivitas material dan pola distribusinya (Loke, 2000). Faktor-faktor tersebut antara lain jenis batuan dan komposisi.
1.2. Pelaksanaan Survei ERT
1.2.1. Perancanaan Survei ERT
Sebelum melakukan survei ERT terlebih dahulu dilakukan tahapan perencanaan. Tahapan perencanaan meliputi pemilihan konfigurasi (array) yang digunakan, survei lokasi dan pembuatan checklist survei ERT. Pemilihan konfigurasi (array) didasarkan atas tujuan survei ERT. Sebagai contoh, misalnya survei ERT dilakukan untuk mengidentifikasi pencemaran airtanah, maka konfigurasi yang sesuai yaitu Wenner karena memiliki resolusi vertikal dan kepekaan terhadap unhomogenitas yang baik. Kelebihan dan kelemahan beberapa konfigurasi disajikan pada Gambar 1.3.
Gambar 1.3. Perbandingan Beberapa Konfigurasi (Reynolds, 1997)
Setiap konfigurasi memiliki susunan elektroda dan jarak antar elektroda yang berbeda-beda. Perbedaan susunan dan jarak antar elektroda tersebut menyebabkan perbedaan factor geometrik. Susunan elektroda yang sering digunakan dalam survei geolistrik (ERT) disajikan pada Gambar 1.4.
Gambar 1.4. Susunan Elektroda Berbagai Konfigurasi (Loke, 2000)
Survei lokasi merupakan tahapan yang sangat penting sebelum survei ERT. Survei lokasi bertujuan untuk menggumpulkan informasi-informasi pendukung seperti data hidrologis (misal, kedalaman muka airtanah), data geologis (misal, data dip dan strike, dan kondisi litologi) dan panjang maksimum rentangan. Informasi mengenai panjang maksimum rentangan sangat diperlukan untuk mengetahui kedalaman maksimum survei ERT. Kedalaman investigasi survei ERT ditentukan oleh dua factor yaitu panjang rentangan dan konfigurasi elektroda yang digunakan. Kedalaman investigasi survei ERT dapat diketahui/dihitung dengan mengalikan panjang rentangan dengan median depth factor (ze). Setiap konfigurasi memiliki median depth factor yang berbeda-beda. Median depth factor (ze) dari beberapa konfigurasi disajikan pada Gambar 1.4.
Gambar 1.4. Median Depth Factor Beberapa Konfigurasi (Loke, 2000)
Checklist digunakan untuk mencatat data pengukuran survei ERT dilapangan. Data yang dicatat yaitu data nilai tegangan (V1 dan V2) dan data nilai arus (I1 dan I2). Checklist pada survei ERT dibuat berdasarkan perencanaan survei ERT yang meluputi konfigurasi yang digunakan, jumlah elektroda yang digunakan dan jarak antar elektroda dibuat pada software X2IPI, seperti yang disajikan pada Gambar 1.5.
Gambar 1.5. Pembuatan Planning Survei ERT Pada Software X2IPI
Gambar 1.6. Contoh Checklist
1.2.2. Electrical Sounding
Pelaksanaan Electrical Sounding meupakan salah satu kunci utama keberhasilan seluruh rangkaian survei ERT. Data yang dihasilkan dari pelaksanaan Electrical Sounding sangat menentukan hasil akhir dari survei ERT. Keberhasilan Electrical Sounding dipengaruhi beberapa faktor, antara lain kondisi lokasi, cuaca, peralatan dan sumberdaya manusia. Electrical Sounding tidak dapat dilakukan jika kondisi lokasi dalam keadaan tergenang/basah. Hal ini dikarenakan injeksi arus listrik pada media yang basah akan menyebabkan arus listrik yang diinjeksikan menjadi tersebar sehingga sensitivitasnya berkurang.
Kondisi cuaca juga sangat menentukan keberhasilan Electrical Sounding. Injeksi arus listrik juga tidak dapat dilakukan pada kondisi cuaca yang sedang hujan, karena membahayakan tim survei dan data yang dihasilkan mempunyai eror yang tinggi.
Gambar 1.7. Pelaksaan Electrical Sounding
Kondisi peralatan dan sumberdaya manusia juga berperan penting dalam keberhasilan tahapan ini. Peralatan yang bagus dan didukung oleh sumberdaya manusia yang memadai pelaksanaan tahapan ini dapat berjalan dengan baik.
1.2.3. Pengolahan Data
a. Perhitungan Nilai Resistensi (R) dan Resistivitas Semu (rho_a)
Hasil electrical sounding merupakan data besarnya arus listrik yang diinjeksikan ke bawah permukaan Bumi dan nilai beda potensialnya. Data tersebut kemudian disubtitusikan dalam persamaan berikut:
dengan V adalah tegangan (volt), I adalah arus (ampere) dan R adalah resistensi (ohm).
Perhitungan nilai resistivitas dimaksudkan untuk memperoleh gambaran distribusi spasial nilai resistivitas semu. Sebelum memasukkan data di software X2IPI, dilakukan penghitungan nilai resistivitas semu menggunakan software Microsoft Excel untuk memeperoleh besarnya nilai resistivitas semu seperti yang disajikan pada Gambar 1.8.
Gambar Pengolahan Data Lapangan Menggunakan Ms. Excel
Keterangan :
n : nomor pengukuran
A, M, N, B : elektroda potensial dan elektroda arus
V1, V2 : beda potensial (V)
I1, I2 : kuat arus (A)
Vbar : beda potensial rata-rata (V)
Ibar : kuat arus rata-rata (A)
k : faktor geometrik
R : resistensi, hasil pengukuran Vbar/Ibar (Ω)
ρa : (k.R) hambatan jenis material (Ωm)
- Input Nilai Resistivitas Semu
Input
nilai resitivitas semu dilakukan dengan software X2IPI (Gambar 1.9.). Input
nilai resistivitas semu dalam software X2IPI dilakukan untuk mendapatkan gambaran umum distribusi nilai resistivitas semu. Input
data dalam software X2IPI juga dilakukan untuk mempermudah input data resistivitas semu dan data elevasi elektroda dalam software Res2DInv.
Gambar 1.8. Input Nilai Resistivitas Pada Software X2IPI
Apabila pengukuran geolistrik dilakukan pada lintasan yang memiliki topografi yang bergelombang atau tidak datar, dapat dimasukkan data ketinggian tempat sehingga dapat dilihat topografi pada lintasan pengukuran geolistrik, seperti yang disajikan pada Gambar 1.9.
Gambar 1.9. Input data ketinggian pada software X2IPI
Setelah melakukan proses input data ρa dan data ketinggian maka data akan langsung diolah secara otomatis oleh software X2IPI. Data yang dihasilkan merupakan data nilai resistivitas semu. Hasil pengolahan data menggunakan software dapat dilihat dengan cara mengaktifkan tombol "show sections windows with topography" seperti pada Gambar 1.0., sehingga dapat dilihat hasil pengolahan data resistivitas semu.
Gambar 1.10. Hasil pengolahan data ρa dan data ketinggian dengan menggunakan software X2IPI
Setelah selesai, kemudian data tersebut diconvert dalam format ie2dp agar dapat diolah dengan software Res2dinv, seperti yang disajikan pada Gambar 1.11.
Gambar 1.11. Convert Data Dalam Format Ie2dp
Data yang sudah di convert kemudian dibuka dengan software Res2Dinv (Gambar 1.12.).
Gambar 1.12. Pemanggilan Data Pada Software Res2dinv
Setelah data di panggil maka dilanjutkan dengan proses selanjutnya yaitu proses inversi data seperti pada Gambar. Inversi nilai resistivitas dilakukan untuk mendapatkan nilai resistivitas material.
Gambar 1.13. Proses inversi data menggunakan alogaritma "Least-square inversion" pada software Res2Dinv
Data resistivitas hasil inversi memiliki nilai error yang disebut RMSE. Nilai RMSE merupakan nilai error yang menunjukkan perbedaan antara nilai resistivitas semu hasil pengukuran (measured apparent resistivity) dan nilai resistivitas semu hasil perhitungan (calculated apparent resistivity). Nilai RMSE dinyatakan dalam bentuk persen. Proses iterasi dilakukan untuk memperkecil perbedaan antara nilai resistivitas semu hasil pengukuran dan nilai resistivitas semu hasil perhitungan. Iterasi dilakukan hingga perubahan nilai RMSE tidak terjadi secara signifikan (Gambar 1.14)
Gambar 1.14. Proses iterasi untuk memperkecil nilai RMS error
Proses trimming dilakukan untuk menghilangkan data-data yang merupakan noise atau data-data dengan nilai ekstrim yang menyebabkan jangkauan atau range data menjadi semakin besar. Terdapatnya noise pada data merupakan penyebab utama tingginya nilai RMSE. Pada software Res2DInv proses trimming dilakukan dengan bantuan komputer untuk memilih data-data dengan nilai yang ekstrim. Data-data yang diduga merupakan noise juga dapat dipilih dan dihapus secara bebas tanpa bantuan komputer. Proses pemilihan dan eliminasi data yang diduga noise dalam software Res2DInv disebut sebagai proses bad data points extermination (Loke, 2003) seperti pada Gambar 1.15.
Gambar 1.15. Proses Trimming
1.2.3. Interpretasi Pseudosection
Interpretasi nilai resistivitas material dilakukan dalam beberapa tahap. Tahap pertama adalah menentukan nilai resistivitas material-
material penyusun litologi daerah kajian berdasarkan data resistivitas material hasil pengukuran dalam laboratorium yang dilakukan oleh Loke (2000), Milsom (2003), Telford et al (2004), dan Lowrie (2007) yang tersaji dalam Tabel 1.2. Tahap kedua adalah mempetimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi nilai resistivitas tersebut yaitu kandungan lempung, keterdapatan airtanah, jenis dan karakteristik fisik batuan, mineralogi batuan, dan lain sebagainya. Faktor-faktor tersebut dapat menyebabkan nilai resistivitas material mendekati nilai maksimum atau nilai minimum dari nilai interval yang tersaji dalam tabel. Nilai resistivitas material di lokasi kajian dapat diperkirakan dengan mempertimbangkan faktor-faktor pengaruh tersebut apakah memperbesar nilai resistivitas atau memperkecil nilai resistivitas hasil penentuan dari tabel nilai resistivitas material. Cara untuk mengetahui besarnya pengaruh faktor-faktor diatas terhadap nilai resistivitas material dalam litologi adalah dengan membuat Tabel Perubahan Nilai Resistivitas. Tahap selanjutnya adalah mengkorelasikan perkiraan nilai resistivitas material daerah kajian dengan resistivity pseudosection hasil pengolahan data ERT. Distribusi material diketahui berdasarkan nilai-nilai resistivitas pada resistivity pseudosection yang sama atau mendekati perkiraan nilai resistivitas material dalam litologi. Pola distribusi nilai resistivitas menunjukkan pola distribusi material dalam litologi.
Tabel Resistivitas Material
Sumber : Loke (2000)
Sumber : Lowrie (2007)
Sumber : Milsom (2003)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar