Penerapan Metode Self-Potential untuk Mengetahui Anomali Bawah Tanah pada Area Depan Gedung SCC ITS

Asrofi Khoirul Huda, Wildan Manggara Hidayatullah, Dicky Anggoro Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: asrofikh@gmail.com

   Abstrak— Telah dilakukan Percobaan Penerapan Metode Self-Potential untuk Mngetahui Anomali Bawah Tanah pada Area Depan Gedung SCC ITS. yang bertujuan untuk mengetahui anomali lapisan bawah tanah, mengetahui kegunaan dari metode Self-Potential, dan mengetahui prinsip kerja dari metode self-potential. Proses ini dimulai pada tahap akuisisi data dengan menentukan 4 line untuk 2 buah line melintang sepanjang 40 meter dan 2 line membujur sejauh 20 meter. Dua line tersebut sejajar, hanya saja berbeda letaknya sejauh 1 meter.  Pengukuran dilakukan setiap satu meter pada masing-masing lintasan. Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan 1 set alat SP metode diantaranya, 6 buah porous pots, 6 kabel penjepit, 2 buah palu geologi, 2 buah multimeter, 1 buah meteran panjang, dan larutan CuSO₄. Pengolahan data yang dilakukan dengan menggunakan Software Surfer 8. Hasil pengolahan data adalah berupa data kontur self potential dengan warna yang berbeda, dimana setiap warna menggambarkan anomaly tertentu. Dari data hasil percobaan, terlihat bahwa pada posisi x=697985 konduktivitasnya sangat tinggi. Hal ini kemungkinan karena adanya ion yang menumpuk sehingga kemungkinan adanya air di dalam tanah. Kemungkinan hal ini dikarenakan karena adanya kebocoran pipa di dalam tanah.

   Kata Kunci— Anomali, Line, Porous Pots, Self-Potential, Surfer 

I. PENDAHULUAN 

    Tanah indnesia yang subur salah satunya dipengaruhi oleh adanya kandungan air dalam tanah yang banyak. Kandungan air ini, nantinya akan di manfaatkan tanaman untuk berfotosintesis. Untuk mendeteksi kesuburan tanah inilah, digunakan salah satu metode geofisika yaitu metode Self Potential. Metode (Self Potential, SP) merupakan bentuk metode akuisisi data Geofisika yang bermanfaat untuk dapat mengeksplorasi sumberdaya alam bawah permukaan. Metode ini berdasarkan pada pengukuran potensial diri alami dalam kerak bumi tanpa harus menginjeksikan arus listrik ke dalam tanah, oleh karena itulah, metode ini disebut sebagai metode pasif. Metode Potensial Diri dapat digunakan untuk mendeteksi reservoir panas bumi, mineral logam, air bawah tanah, sumber air dan sebagainya. Selain itu, metode ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi rembesan limbah cair bawahpermukaan tanah (Sharma 1997).  

   Metode Self Potential (SP) merupakan salah satu metode geofisika yang prinsip kerjanya adalah mengukur tegangan statis alam (static natural voltage) yang berada pada titik - titik di permukaan tanah. Metode Self Potential (SP) merupakan metode dalam Geofisika yang paling sederhana dilakukan, karena hanya memerlukan alat ukur tegangan yang peka dan dua elektroda khusus (Porous Pot Electroda). Metode Self Potential merupakan metode pasif dalam bidang geofisika karena untuk mendapatkan informasi bawah tanah melalui pengukuran tanpa menginjeksi arus listrik melalui permukaan tanah (Revil 2013).  

   Potensial alami didalam bumi terdiri dari dua komponen, antara lain komponen yang selalu konstan dan tidak memiliki arah dengan komponen yang berubah-ubah terhadap waktu. Komponen yang konstan disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadididalam bumi sedangkan komponen yang berubah--ubah disebabkan oleh berbagai macam proses yang menyebabkan adanya potensial dan arus bolak-balik yang diinduksikan oleh petir dan perbedaan magnet bumi yang juga dipengaruhi oleh curah hujan yang tinggi.potensial diri dipengaruhi oleh beberapa lain, namun yang paling besar pengaruhnya adalah air tanah. Potensial air diproduksi oleh aliran air tanah dengan berperan sebagai elektrolit dan pelarut dari mineral yang berbeda. Ada tiga cara dalam mengkonduksikan listrik melalui batuan yaitu dengan cara dielektrik, elektrolitik dan konduksi elektronik. Pertama dengan potensial elektrokinetik, yang gerbentuk akibat pergerakan elektrolit melalui celah berpori atau kapiler. Dalam metode ini, potensial diukur sepanjang kapiler. Potensial yang dihasilkan dikelompokkan sebagai electrofiltration electrochemical dan streaming potential. Menurut hukum Helmhotz, aliran listrik terjadi karena gradient hidrolik dan kuantitas(kopling elektrofiltrasi) yang merepresentasikan sifat fisis dan kelistrikan dari elektrolit dan dari jaringan melalui medium elektrolit yang terlewati. Potensial akan cenderung meningkat dengan arah aliran air  sebagai muatan listrik yang mengalir pada arah yang berkebalikan. Dengan konsntrasi muatan negative sulit mengalir dan dapat menghasilkan anomali SP pada ketinggian topografi (Hamzah, Joko and Wahyudi 2008).

   Yang kedua yaitu potensial elektrokimia, perubahan potensial difusi secara transien dapat mencapai diatas nilai puluhan mV. Hal ini terjadi akibat pergerakan mobilitas dari elektrolit-elektrolit yang memiliki perbedaan konsentrasi pada air tanah potensial Nernst terjadi ketika perbedaan potensial diantara kedua lektroda yang dicelupkan pada larutan homogen dimana konsentrasi larutan tersebut berbeda-beda. Potensial elektrokimia dipengaruhi oleh temperature dan konsentrasi. Temperature dan konsentrasi yang tinggi akan membuat nilai potensial membesar maka dari itu pengukuran potensial diri sngat penting dalam eksplorasi sumber-sumber geothermal, dimana temperature benar-benar memiliki elevasi dan konsentrasi garam di dalam air tanah sangat tinggi. Selain itu ada pula potensial mineralisasi yang memilikiorde dari ratusan mV sampai dengan ribuan mV. Potensial mineralisasi terjadi manakala dua elektroda logam yang berbeda dicelupkan pada larutan yang homogen sehingga timbul beda potensial diantara kedua elektroda (Sudirhanto 2007).

   Potensial diri, umumnya berhubungan dengan pelapisan tubuh mineral sulfide(wheathering of sulphide mineral body), perubahan dalam sifat-sifat batuan(kandungan mineral) pada daerah-daerah kontak geologi, aktivitas bioelektrik dari material organic, korosi, perbedaan suhu, dan tekanan pada fluida di bawah permukaan dan fenomena-fenomena alam lainya (Applied Geophysics 1990).

   Potensial diri menggunakan tegangan statis alam yang terdapat di permukaan bumi, yang diakibatkan proses mekanik dan elektrokimia di bawah permukaan. Pada dasarnya potensial diri merupakan tegangan listrik searah (DC) yang terjadi di permukaan bumi yang bervariasi secara lambat.Kemunculan potensial diri terkait dengan pelapukan batuan/mineral, variasi mineral di dalam batuan, aktivitas biolistrik bahan organik, gradien tekanan dan temperatur pada permukaan cairan, serta gejala alam lainnya. Pada proses mekanik dihasilkan potensial difusi (liquid-junction), potensial shale dan potensial mineralisasi (Raharjo and Sehah 2011).

Gambar 1.1. Mekanisme Polarisasi Mineral

  Pada mulanya metode Potensial Diri digunakan untuk menentukan daerah yang mengandung mineral logam.Selanjutnya metode ini digunakan untuk mencari mineral logam yang terkait dengan sulfida, grafit, dan megnetit.Berdasarkan hal ini, para ahli geofisika mengungkapkan mekanisme potensial diri pada daerah mineral.Mekanisme polarisasi listrik spontan pada daerah mineral dapat dipahami dari teori dikembangkan oleh Sato dan Mooney pada tahun 1960.Mereka mengatakan bahwa di dalam tubuh mineral terjadi reaksi setengah sel elektrokimia, dimana anodanya berada di bawah permukaan air tana.Pada anoda terjadi reaksi oksidasi sehingga anoda merupakan sumber arus sulfida yang berada di bawah tanah.Sulfida mengalami oksidasi dan reduksi yang akibat reaksi H₂O dan O₂ di dalam tanah (Raharjo and Sehah 2011).

    Apabila sebuah elektroda ditancapkan ke tanah, maka resultan gaya elektrokimia pada bidang kontak antara elektroda dengan ion dalam  akan membentuk potensial palsu (spurious) meski tidak ada arus yang melaluinya. Potensial palsu ini mempunyai nilai berbeda-beda bergantung dari waktu pengambilan data, dan tempat pengambilan data, sehingga faktor koreksinya akan sangat sulit untuk di cari. Konsenkuensinya diperlukan yang bersifat non polarisasi, sehingga nilai potensialnya tidak dipengaruhi oleh arus yang melewatinya.Elektroda semacam ini dapat didesain dari logam penghantar yang dicelupkan ke dalam larutan jenuhnya, misalnya logam Cu dalam larutan CuSO4, logam Zn dalam larutan ZnSO4 dan sebagainya.Logam dan larutan tersebut dikemas dalam sebuah container berbentuk pot berpori (porous pot).Penggunaan pot berpori dimaksudkan agar larutan dapat merembes secara perlahan sehingga membuat kontak dengan tanah (Telford and Geldart 1990). 

   Pada suatu wilayah daerah yang banyak mengandung mineral, potensial kontak elektrolit dan potensial elektrokimia sering muncul dan dapat di ukur di permukaan dimana mineral itu berada. Potensial kontak elektrolitdapat dihasilkan bila ada dua macam logam dimasukan ke dalam suatu larutan homogeny. Potensial yang dihasilkan oleh dua macam proses terjadinya potensial itu disebut sebagai potensial mineralisasi. Besarnya nilai mineralisasi ini kurang dari 100 mV. Prinsip dasar dari jenis metode self potensial ini adalah pengukuran tegangan statis alam (Static Natura Voltage) pada permukaan tanah. Metode ini digunakan para ahli untuk mencari suatu daerah yang dapat menghasilkan mineral dan logam. Dengan metode ini, sudah banyak suatu tempat yang diketahui mengandung mineral dan logam, misalnya mineral (Telford and Geldart 1990) 

II. METODOLOGI PERCOBAAN

Dalam melakukan akuisisi data percobaan Penerapan Metode Self-Potential untuk Mngetahui Anomali Bawah Tanah pada Area Depan Gedung SCC ITS ini, digunakan alat dan bahan seperti satu buah GPS, satu buah meteran, tiga buah palu geologi, enam buah porous pots, 6 buah kabel, larutan CuSo₄dan tiga buah multimeter. Percobaan Penerapan Metode Self-Potential untuk Mngetahui Anomali Bawah Tanah pada Area Depan Gedung SCC ITS ini, bertujuan untuk untuk mengetahui anomali lapisan bawah tanah, mengetahui kegunaan dari metode Self-Potential, dan juga mengetahui prinsip kerja dari metode Self-potential. Langkah pertama percobaan yang dilakukan untuk pengambilan data adalah ditentukan lokasi untuk pengambilan data yang terletak di samping gedung SCC ITS atau samping Bank BNI ITS, berikut lokasinya berdasarkan google Map dan lintasan yang digunakan untuk pengambilan data 

Gambar 2.1 Area observasi

Keterangan:

BIRU       Lintasan 1

      MERAH  Lintasan 2

     Setelah lokasi ditentukan, dilanjutkan membuat pola lintasan pengambilan data. Sebanyak 4 lintasan yang sejajar yaitu 2 lintasan  sejajar 40 meter. Lintasan data harus sejajar, dan di usahakan lurus hal inii berhubungan dengan pengambilan data yang akan mengguunakan gps untuk menentukan (nilai x,y). Selanjutnya, menentukan Base yang ditanami 2 buah porous pots dengan jarak 2 meter antar porous pots dan berjarak 2 meter dari pannjang lintasan yang ditentukan. Setelah itu, porous pots yang digunakan sebagai base tadi di catat nilai beda potensialnya setiap 5 menit. Selanjutnya, dilakukan pengambilan data pada setiap lintasan. Pada lintasan yang pertama dan kedua, dilakukan penggalian tanah untuk menanam porous pots yang berpindah setelah pengambilan data. Lalu di tuangkan CuSo₄ ke porous pots. Lalu pada tiap lintasan dilakukan pengambilan data yang dengan menggunakan GPS untuk mencatat nilai koordinat x dan y di tiap titik setiap 2 meter. Langkah selanjutnya dilakukan penanaman porouspot dan dihitung beda potensial dengan menggunakan multimeter yang disediakan. Saat penanaman porouspot di usahakan porous pots tetap diam dengan cara tanah dibuat padat,. Data yang didapat berupa besar  beda potensial. Perlakukan tersebut berlaku untuk lintasan kedua 

    Setelah pengambilan data di lapangan selesai dilakukan, maka langkah selanjutnya adalah mengolah data yang telah di catat untuk di salin di excel. Selanjutnya data tersebut di lakukan pengolahan menggunakan  Software pengolah data bernama Surfer8. Software tersebut berfungsi untuk mengolah data secara kualitatif yang berupa angka-angka untuk di ubah dalam bentuk gambar anomaly anomaly.Selanjutnya, dari anomaly tersebut dibuat visualisasi sedemikian rupa, sehingga dapat dibedakan anomaly-anomali yang ada di dalam tanah.Ham ini akan mempermudah proses identifikasi anomaly yang berada di dalam tanah.

Gambar 2.2 Flow chart langkah kerja

III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan percobaan Penerapan Metode Self-Potential untuk Mngetahui Anomali Bawah Tanah pada Area Depan Gedung SCC ITS yang telah dilakukan, didapat gambar kontur tanah sebagai berikut : 

Gambar 3.1 Kontur tanah berdarkan data potensialnya

    Percobaan ini dilakukan di salah satu tempat di ITS. Tepatnya di samping barat gedung SCC. Letak tempat percobann secara jelas ditunjukan di gambar 2.1. Pada gambar tersebut, terlihat dua line dibuat saling sejajar satu sama lainya. Masing-masinbg ine mempunyai panjang 40 meter. Metode pengambilan data pada metode self-potential ini adalah metode fix base. Pada metode ini, digunakan dua titik referensi yang akan di ukur beda potensianya setiap lima menit. Pada saat yang bersamaan, dilakukan pengukuran beda potensial di setiap posisi dalam line dengan cara menentukan koordinat pengukuran dengan menggunakan gps. Pada gps, di catat posisi x dan posisi y dan waktu pengukuran. Waktu pengukuran di sini haus di ubah satuanya dalam satuan jam. Lalu, data yang sudah di dapat di olah dengan menggunakan software surfer 8. Surfer, merupakan software yang digunakan untuk menampilkan kontur sehingga di dapat tampilan pada gambar 3.1. Gambar 3.1. menggambarkan anomaly tanah dengan panjjang 40 meter dan lebar 2meter. Hal ini sesuai dengan lintasan pengukuran Dalam pengukuran digunakan line sepanjang 40 meter, dan jarak antara dua lintasan adalah 2 meter. Pada gambar 3.1, terlihat erdapat nilai variasi petensial yang sangat berfariasi. Dari gambar tersebut dapat diketahui jika pada lintasan yang diteliti, nilai potensial tanahnya bervariasi, pada posisi x=69780 berkisar antara -30 sampai 65. Warna-warna yang berbeda pada gambar 3.1 menunjukan nilai potensial pada lapangan yang diteliti. Semakin besar nilai potensial, maka nilainya akan semakin tinggi. Hal yang sama juga berlaku, semakin kecil nilai potensialnya, maka angka yang ditunjukan juga semakin kecil. Angka paling besar ditunjukan dengan warna putih dengan nilai 85. Sedangkan niai terkecil adalah -40 yang dilambangkan dengan warna ungu.  Pada line pertama daerah memiliki potensial tertinggi pada posisi 9194490 hingga 9194495. Sedangkan daerah dengan potensialnya paling rendah berada pada rentang 9194520. pada posisi x=697985 daerah dengan konduktivitas tertinggi berada pada y=9194490 sampai 9194495 dengan nilai potensial sebesar 80 yang dilambangkan dengan warna putih. Begitu juga pada x=967990 nilai potensial tertinggi 45 pada koordinat y=9194490 dan nilai potensial terendah adalah  –35 pada koordinat y=9194500.

    Potensial tanah dipengaruhi oleh kandungan ion-ion dalam tanah. Semakin banyak ion yang mengalir di dalam tanh, maka akan menimbulkan aliran ion. Aliran ion ini, maka akan menimbulkan arus listrik yang akan menimbulkan nilai beda potensial alami yang akan dicari niainya dengan metode ini. Olehkarena itulah, kelembaban tanah yang mempengaruhi kandungan ion akan mempengaruhi hasil pengukurn, Hal ini sejalan dengan letak matahari di atas bumi sehingga waktu pengambilan data harus diperhatikan dalam melakukan pengukuran.

    Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini, di antaranya adalah palu geologi, porous spots, meteran gulung, multimeter, gps, kabel, dan larutan CuSo₄. Palu geologi digunakan untuk menggalih lubang pada tanah yang akan ditanami porous spots. Meteran gulung digunakan untuk mengukur tanah yang akan digunaan untuk pengukuran. GPS digunakan untuk mengetahui tititk yang akan digunakan untuk mengukur. CuSo₄ digunakan sebagai larutan yang akan berinteraksi dengan tanah sebagai penyetabil yang akan menghasilkan proses elektrokimia sehingga beda potensial tanah bisa terbaca. Porous pots digunakan sebagai tempat untuk larutan CuSo₄. Multimeter digunakan untuk mengukur beda potensial dalam tanah yang bisa di deteksi dengan electrode pada porous pots. Sedangkan untuk menghubungkan electrode dengan multimeter, digunakan kabel.

    Percobaan dimulai dengan menyiapkan alat dan bahan di lab geofisika di G401. Alat disiapkan dengan mencoba gps, menambahkan CuSo₄ cair ke porous pots, dan menentukan jumlah alat yang digunakan. Selanjutnya alat-alat yang sudah disiapkan dibawa ke spot penelitian di samping SCC. Setelah itu, dibuat empat line dimana masing-masing terdiri dari dua line melintang dan dua line membujur. Masing-masing line, dilubangi setiap satu meter dengan menggunakan palu geologi. Tujuan proses pelubangan ini adalah sebagai tempat untuk menaruh porous spot. Dengan adanaya pelubangan ini, maka bagian bawah porous pots yang berpori akan memudahkan interaksi antara CuSo₄  dengan tanah. Selain berinteraksi dengan  tanah, CuSo₄  juga berinteraksi dengan elektrode pada porous pots. Pada setiap interaksi dengan tanah maupun dengan porous pots, CuSo₄  melakukan pertukaran ion. Pertukaran ion inilah yang mengakibatkan aliran ion dalam tanah bisa terdeteksi dan menimbulkan beda potensial. Beda potensial ini, nantinya akan terbaca pada multimeter. Beda potensial tanah untuk jarak 20 cm biasanya tidak sampai 0,1 mili volt.  

    Dalam pengukuran dengan menggunakan metode ini, banyak sekali faktor yang mempengaruhi hasil pengukuran. Kita tahu bahwa beda potensial alami timbul akibat adanya aliran ion alami. Oleh karena itulah, nilai hasil pengukuran sangat bergantung pada aliran ion alami yang ada pada tempat dilakukanya pengukuran. Aliran ion alami dipengaruhi oleh faktor kelembaban udara, waktu pengukuran, letak geologis bumi, dan adanya tekanan. Aliran ion alami dipengaruhi oleh waktu pengukuran. Hal ini dikarenakan adanya gerak semu matahari yang terbit di ufukk timur dan terbenam di ufuk barat yang bergantung waktu. Adanya matahari memungkinkan adanya perubahan suhu dalam tanah dan mengakibatkan terjadinya peruahan kelembaban pada tanah. Sedangkan tanah yang lembab mempunyai kandungan ionyang lebih banyak daripada tanah yang kering. Sehingga tanah yang lembab mempunyai nilai beda potensial alami yang kecil akibat nilai resistivitas yang besar. Hal ini bisa diketahui karena semakin besar konduktivitas, maka resistivitasnya semakin kecil. Hal ini pula yang menyebabkan nilai beda potensial juga semakin kecil. Oleh karena itu, pengukuran diwaktu pagi akan menghasilkan nilai yang lebih kecil daripada pengukuran yang dilakukan pada siang hari yang panas. Letak geologis bumi terhadap adanya aliran ion berhubungan dengan adanya aliran air di sungai maupun di bawah tanah dekat dengan daerah tempat dilakukanya pengukuran. Daerah seperti ini biasanya akan mempunyai aliran ion yang lebih cepat, sehingga nilai beda potensialnya kecil karena resistivitasnya semmakin kecil. Letak geologis bumi yang lain adalah berhubungan dengan adanya panas bumi. Daerah tempat adanya panas bumi mempunyai tekanan  yang besar. Hal ini, akan mengakibatkan adanya aliran fluida yang mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Adanya aliran fluida ini, otomatis akan mengakibatkan adanya aliran ion dan akan menghasilkan proses seperti sebelumnya. Aliran fluida ini biasanya berupa gas panas bumi yang terkadang bisa menyembur sampai ke permukaan bumi atau sumber air panas yang biasanya digunakan sebagai tempat pemandian air panas.

  

IV. KESIMPULAN

Dari percobaan Metode Self-Potential (SP) untuk mengetahui Anomali bawah tanah pada area Lapangan samping gedung SCC ITS, telah didapatkan  kesimpulan bahwa, potensial alami tanah di lapangan damping SCC tidak merata. Potensial alami  tertinggi berada di koordinat x=697988 dan y=9194493 dengan nilai potensial alami mencapai 85. Kemungkinan di koordinat ini resistivitas tanahnya besar dan aliran ion di daerah ini lambat.  Sedangkan potensial terendah berada di koordinat x=697978, y=9194520; x=697983, y=9194513; x=697988, y=9194502; x=697992, y=9194498; dengan nilai potensial  yang sama, yaitu -40. Kemungkinan hal ini karena pada koordinat ini bagian tanahnya mengandung banyak ion sehingga konduktivitasnya besar dan resistivitasnya besar. Interpretasi bawah tanah di daerah ini kemungkinan karena adanya kubangan air atau fluida dengan jumlah ion yang banyak.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan ijin atas berlangsungnya pelaksanaan praktikum ini, kepada asisten Fisika Laboratorium pada percobaan ini yaitu Wildan Manggara Hidayatullah yang telah membantu baik sebelum praktikum, saat praktikum, dan setelah praktikum. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada anggota kelompok atas kerja samanya dalam melaksanakan percobaan ini sehingga terlaksananya praktikum dengan lancar

DAFTAR PUSTAKA

Applied Geophysics. New York: Cambidge University Press, 1990. 

Hamzah, M., S. Joko, and S. Wahyudi. Deteksi Aliran Air Dalam Media Pemodelan Fisis dengan Metode Self PPotential. UGM Lab Geofisika MIPA: Yokyakarta, 2008.

Raharjo, and S. A. Sehah. Survey Metode Self Potensial Menggunakan Elektroda Pot Berpori untuk Mendeteksi Aliran Fluida Panas Bawah Permukaan di Kawasan Batu Raden Kabupaten Banyumas Jawa Tengah. -: Berkala Fisika Flux, 2011. 

Revil, Andre. The Self Potential Method. USA: Cambridge University, 2013.

Sato, and Money. The Electrochemical Mecanism of Sulphida Self Potential. Geophysics, Vol.XXV, p. 226-246, 1960. 

Sharma, P. V. Enviromental and Geophysics. New York: Cambridge University Press, 1997.

Sudirhanto. Metode Potensial. Universitas Lampung, 2007. 

Telford, W., and L. Geldart. Applied Geophysics. London: Cambridge University, 1990.

 

Read more »

Posted in: Geofisika