potensial diri 2.pdf
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
1/14
5
BAB II
KONSEP DASAR METODE POTENSIAL DIRI
Dikatakan Potensial diri karena potensial dihasilkan dari dalam bumi
dengan berbagai sumber melalui proses fisika dan kimia. Metode ini bersifat
pasif, dalam artian kita tidak memberikan sumber arus tambahan jadi pengukuran
potensial dikur secara alamiah antara dua titik pada permukaan tanah. Potensial
yang diukur mencakup satu milivolt (mV) sampai satu volt dengan tanda positif
dan negatif. Perbedaan antara positif dan negatif ini merupakan faktor penting
dalam menginterpretasikan anomali dari potensial dirit yang akan dijelaskan nanti.
Berikut ini beberapa jenis anomali dari potensial diri yang ada berikut dengan
struktur geologinya.
Potensial alami didalam bumi terdiri dari 2 komponen yaitu komponen
yang selalu konstan dan tidak memiliki arah dan komponen yang selalu berubah
ubah terhadap waktu. Komponen yang konstan biasanya disebabkan oleh proses
elektrokimia yang terjadi di bumi, kemudian komponen yang berubah-ubah
disebabkan oleh berbagai macam proses yang menyebabkan adanya perbedaan
potensial dari arus bolak balik yang induksikan oleh petir dan perbedaan medan
magnet bumi yang juga dipengaruhi oleh curah hujan yang tinggi. Dalam
eksplorasi mineral, komponen dari potensial diri yaitu potensial mineral dan
potensial lingkungan (background potential).
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
2/14
6
Bagan 2.1 Sumber dan tipe anomali SP
Sumber Tipe anomali
Mineral potential
Sulphide ore bodies
Negative hundreds of mV
(pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite
sphalerite, galena)
Graphite ore bodies
Magnetite + other electronically
conducting minerals
Coal
Manganese
Quartz viens
positive tens of mV
Pegmatites
Background Potential
Fluid Streaming, geochemical reactions etc Positive +/- Negative 100 mV
Bioeletric (plants, trees) Negative, 300 mV or so
Groundwater movement
Positive or Negative up to
hundreds of mV
Topography Negative up to 2 mV
Faktor utama yang mempengaruhi potensial diri secara umum ialah air
tanah. Potensial diproduksi oleh aliran air tanah, dengan berperan sebagai
elektrolit dan pelarut dari mineral yang berbeda. Ada tiga cara dalam
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
3/14
7
mengkonduksikan listrik melalui batuan yaitu dengan dielektrik, elektrolitik, dan
konduksi elektronik. Konduktivitas listrik (, inversi dari resistivitas) dari batuan
berpori bergantung pada porositasnya ( bentuk pori-porinya) dan pada pergerakan
air ( atau cairan lainnya) melewati celah pori-pori ( bergantung pada sifat
mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, fiskositas (), temperatur serta tekanan).
Bagan 2.2 Macam-macam tipe potensial
Electrokinetic
Variable with time
(electrofiltration)
(electromechanical)
(streaming)
Diffusion potential
Electrochemical
potential
Liquid-junction
Nernst potential
(shale)
Mineral potential Constant
2.1 Potensial Elektokinetik
Elektokinetik potensial (Ek) terbentuk akibat pergerakan elektrolit melalui
celah berpori atau kapiler. Potensial diukur sepanjang kapiler tersebut. Potensial
yang dihasilkan oleh proses ini biasanya dikategorikan sebagai electrofiltration,
electrochemical and streaming potential.
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
4/14
8
Elektrokinetik
4
PCEk E=
(2.1)
Dimana : , dan adalah konstanta dielektrik , resistivitas dan dinamik
viskositas dari tanggapan elektrolit; P adalah perbedaan tekanan; dan CE adalah
koefisien kopling dari elektrofiltrasi.
Menurut hukum Helmhotzs aliran listrik terjadi karena gradien hidrolik
dan kuantitas yang dikenal dengan koefisien kopling elektrofltrasi (CE ), yang
merepresentasikan sifat fisis dan kelistrikan dari elekktrolit dan dari jaringan
melalui medium lektrolit yang terlewati.
Potensial akan cenderung meningkat secara positif dengan arah aliran air
sebagai muatan listrik yang mengalir pada arah yang berkebalikan. Dengan
konsentrasi muatan negatif sulit mengalir dan dapat menghasilkan anomali SP
pada ketinggian topografi.
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
5/14
9
2.2 Potensial Elektrokimia
Potensial Difusi
( )( )
( )21
/ln CCIInF
IIRTE
ca
ca
d+
=
(2.2.1)
Dimana: Ia dan Ic adalah pergerakan dari anion (+ve) dan kation (-ve) secara
berturut turut; R adalah konstanta gas (8,314 JK-1
mol-1
); T adalah temperature
absolute (K) ; n adalah valensi ion ; F adalah konstanta faraday (96487 C mol-1
) ;
C1 dan C2adalah larutan konsentarasi
PotensialNernst
( )21 /ln CCnFRT
Ed = (2.2.2)
Kasus khusus dalam persamaan difusi dimana Ia= Ic.
Perubahan potensial disfusi (Ed) secara transient dapat mencapai diatas
nilai pulahan mV. Hal ini terjadi akibat perbedaan mobilitas dari elektrolit-
elektrolit yang memiliki perbedaan konsentrasi pada air tanah. Potensial Nersnt
(EN ) terjadi ketika perbedaan potensial diantara kedua elektroda yang dicelupkan
pada larutan homogen dimana konsentrasi larutan tersebut berbeda-beda. Terlihat
persamaan potensial Nernst merupakan kasus khusus untuk persamaan potensial
difusi dan dapat dengan mudah terkombinasikan pada bentuk potensial
elektrokimia. Larutan garam dapur (NaCl) ada 25oC dengan rasio konsentrasi 5:1,
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
6/14
10
potensial elektrokimia sekitar 50 mV. Potensial Nerst sangat penting pada well
logging, dimana kasus ini disebut pula sebagai potensial serpihan batuan. Terlihat
dari persamaan tersebut bahwa potensial elektrokimia bergantung pada
temperature dan konsentrasi. Temperatur dan konsentrasi yang tinggi akan
membuat nilai potensial membesar, karena alasan inilah pengukuran potensial diri
sangat penting dalam eksplorasi sumber-sumber geothermal, dimana temperatur
benar-benar memiliki elevasi dan konsentrasi garam di dalam air tanah sangat
tinggi.
2.3 Potensial Mineral
Gambar 2.1 Pengaruh anomali SP terhadap kurva potensial.
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
7/14
Sala
ineral itu
chalcopyrit
anomali pa
ang memil
phalerite.
Reynold,
Telford,K.
Sato
engenai p
diri, walau
satu yang
sendiri. A
serta bebe
a mineral
iki sifat seb
Gamba
.,John, A
Spon
M.,Golder,
dan Moon
oses elektr
un belum
mempenga
nomali neg
apa konduk
otensial m
gai konduk
2.2 Mekan
Introductio
eneous (Sel
.P.,Sherif,
Potenti
y (1960) te
kima sehin
ada hipote
ruhi dalam
atif yang
tor listrik y
miliki sifa
tor yang ku
isme Self-p
n to Applie
f-potential
.E.,Aplied
l Method,
lah menyed
ga menyeb
sis yang
eksplorasi
esar dapat
ng baik. W
konduktor
rang baik se
tential pada
and Envir
ethod), hal
eophysics
al 295
iakan penje
abkan terjad
apat menje
ineral yait
diamati p
laupun seb
yang bagu
perti yang t
pyrite
mental Geo
498
Second Edit
lasan yang
inya anoma
laskan sec
11
potensial
da pyrite,
gian besar
, ada juga
erjadi pada
physics:
ion: Self-
ukup baik
li potensial
ra khusus
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
8/14
12
mengenai mineral mineral yang diamati. Postulat mereka adalah dua reaksi
elektrokimia half-cell dari tanda yang berkebalikan, satu katoda diatas water
table, yang lainnya anoda di bawahnya. Pada bagian katoda half cell terjadi
reduksi kimia yang mendapatkan elektron sedangkan pada sel anoda terjadi reaksi
kimia, yang mendapatkan elektron sedangkan pada sel anoda terjadi reaksi
oksidasi yaitu menghilangnya elektron. Zona mineral itu sendiri berfungsi hanya
untuk menghubungkan elektron dari anoda pada katoda. Hal yang penting dari
efek potensial diri ini secara keseluruhan ditentukan oleh perbedaan potensial
oksidasi (Eh) diantara solusi-solusi pada dua half cells. Mekanisme ini
diilustrasikan pada gambar. Aliran elektron elektron dan ion ion yang
meninggalkan bagian atas permukaan adalah muatan negatif, dan dibawahnya
positif.
Dalam hipotesa ini, masih banyak adanya kekurangan pada masalah
pengumpulan beberapa anomali yang terobservasi walaupun peningkatan kualitas
penelitian sudah ada pada penjelasan sebelumnya. Sebagai contoh, Sato dan
Mooney memberikan potensial yang mungkin maksimum pada beberapa sumber,
seperti graphit (0,78 V, pyrite (0,73 V), dan galena (0,33 V) (Reynolds, hal 295).
Pada pengukuran permukaan tersebut akan menyiratkan nilai maksimum yang
tidak lebih besar dari nilai tersebut, ketika biji mineral muncul di permukaan
bumi. Potensial graphite yang besarnya 1,5 V telah dilaporkan nilainya diatas
graphite yang telah diasumsikan oleh Sato dan Mooney. Studi lapangan yang
potensialnya diukur pada lubang pengeboran penetrasinya zona sulfide, seperti
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
9/14
13
halnya pada permukaan zona atas, memberikan anomali permukaan kira kira sma
ukurannya dengan yang terdapat dalam sulfida itu sendiri, sungguhpun dibawah
permukaan seperti belakangan ini diketahui.
Kebanyakan sulfida adalah konduktor yang baik, dengan pengecualian
pada sphalrite, cinnabar dan stibnite.Anomali potensial diri telah mengobservasi
diatas sphalerite dan pada lubang pengeboran yang melewati bada sphalerite.
Teori Sato dan Mooney mengasumsikan bahwa zona sulfida harus cukup
konduktif untuk memindahkan elektron dari kedalaman pada zona oksidasi
menuju ke permukaan. Kasus seperti sphalerite itu membingungkan, walaupun
spahlerite itu bertindak seperti semi konduktor dan pada banyak kejadian hal
tersebut dekat hubungannya dengan sulfide konduktif.
Laporan terbaru dari Roy (1984) dan Corry (1985) yang tidak menyetujui
hipotesa potensial mineral Sato dan Mooney (Telford, hal. 295). Keduanya hanya
memperlihatkan hasil lapangan yang mengindikasikan pengukuran potensial
sederhana E. Tanpa borehole atau kawat penghubung elektroda permukaan, tak
akan terjadi aliran. Oleh sebab itu perlu adanya tambahan argument untuk
mekanisme ini dan merevisi versi Sato dan Mooney termasuk lamanya waktu
stabil pada sulfida dan iklim yang bervariasi, kurangnya bukti adanya kutub
positif di sekitarnya, ketiadaan anomali potensial diri di permukaan diatas
oksidasi mineral yang tinggi, adanya keganjilan permukaan yang besar, dan
kedalaman penetrasi yang besar (1 Km).
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
10/14
14
2.4 Pengukuran Metode Potensial Diri
Pengukuran self-potential sangatlah mudah. Dua porous pot elektroda
yang tidak berkutub dihubungkan pada mulitmeter dengan impedansi input lebih
besar dari 108ohm dan mampu mengukur paling kecilnya 1 mV. Masing masing
elektroda dibuat dari elektroda tembaga yang dicelupkan pada larutan tembaga
sulfide yang dapat menyerap melalui porous base pada pot, agar dapat
mengalami hubungan listrik dengan tanah. Alternatif lainnya, dapat digunakan
elektroda seng yang mengandung sulfida seng atau perak pada perak klorida.
Gambar 2.4 Porous pot
Reynolds.M.,John. An Introduction to Aplied and Enviromental Geophysics:
Spontaneous (Self-potential Method), hal.499
Ada dua teknik pengambilan atau pengukuran SP yakni metode gradien
potensial dan metode amplitudo potensial. Metode gradien potensial
menggunakan dua elektroda dengan berpindah-pindah pada jarak yang tetap,
sekitar 5m atau 10 m. Titik yang menjadi pengamatan adalah titik tengah diantara
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
11/14
15
kedua elektroda dengan satuan mV/m. Berbeda dengan metode pertama, metode
kedua yaitu metode amplitudo potensial dengan membiarkan satu elektroda tetap
di base pada tanah yang bukan mineral dan juga disertai dengan mengukur
perbedaan potensial (mV) dengan porous pot kedua berpindah pindah sepanjang
garis acuan pada jark yag tetap. Perlu untuk dicatat adalah temperatur elektrolit
pada pot yang bergerak agar tidak terlalu berbeda dari elektroda acuan. Koefesien
temperatur untuk tembaga tembaga sulfat sekitar 0,5 mV/oC (sekitar 0,25 mV/
oC
untuk elektroda perak perak klorida, Reynold, hal 500).
Seperti yang telah disebutkan diatas, potensial diri mengandung komponen
alternatif yang tetap dan berubah-ubah. Potensial diri dapat memiliki frekuensi
sekitar 5-10 Hz yang disebabkan oleh efek moneter dan periode yang lama dan
mungkin juga mendapatkan amplitudo yang sama dengan potensial mineral.
Ketika signal ditampilkan, potensial mineral dapat dipecahkan dengan mengukur
sepanjang profil yang sama pada waktu dan hari yang berbeda. Gangguan listrik
dapat juga terjadi jika pengukuran dibuat segera setelah hujan berat atau lebih
dekat dengan permukaan air. Kedalaman maksimum sensitivitas dari metode SP
adalah sekitar 60-100 m, bergantung pada bijih mineral dan lapisan penutup
(overburden)alamiah.
Pengukuran potensial diri dapat juga dibuat diatas air untuk mengukur arus
potensial. Elektroda porous pot dimasukkan pada kontainer supaya dapat melalui
air tanpa menyebabkan kehilangan elektrolit yang dari elektroda tersebut. Metode
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
12/14
16
ini hanya dapat bekerja jika arus aliran yang kecil ( lateral of vertical) dengan
water column (Ogilvy et al.1969, Reynold, hal.500), Amplitudo dari setiap
anomali SP yang diperoleh dengan water body yang bergaram (resistivitas 0,3 1
m) cenderung mengecil.
2.5 Interpretasi anomali self potential
Anomali SP sering dinterpretasikan secara kualitatif melalui bentuk profil,
amplitudo, polaritas, dan pola kontur. Bagian atas dari bijih mineral diasumsikan
langsung berada dibawah posisi potensial minimum atau maksimum. Jika sumbu
polarisasi yaitu sumbu diantara katoda dan anoda pada bijih mineral adalah
miring/ lereng dari garis vertikal, bentuk profil akan menjadi asimetrik dengan
kemiringan yang curam dan juga positif mengikuti keduanya berada pada sisi
bawah
Kesulitan akan muncul ketika lebih dari dua sifat geologi memberikan
pengaruh besar pada anomali SP baik itu kenaikan atau penurunan yang saling
melapisi. Anomali melebihi graphitic phyllities memiliki karakter sebagian besar
(-740 mV) kurang dari mineral elektrokimia potensial. Anomali kedua (-650mV)
telah dihasilkan oleh elektrokinetik potensial yang berhubungan denan arus air
melalui permeabel yang terpisahkan oleh timbunan (conglomerates). Walaupun
demikian, jika ukuran yang sama terjadi berbeda dip (penukikannya), resultan
anomali dapat digunakan untuk memecahkan persoalan diantara keduanya.
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
13/14
17
Interperetasi selanjutnya adalah bagaimana memperkirakan bentuk dari
bijh besi dibandingkan dengan bentuk geometri yang telah kita ketahui biasanya
bentuk bola atau silinder dengan asumsi arah polarisasi tertentu. Pendekatan
langsung dilakukan dengan menghitung potensial listrik yang berkaitan dengan
model kemudian dibandingkan dengan anomali yang diamati. Dasar teori
interpretasi anomali SP secara kuantitaf pada bola yang berpolarisasi
disumbangkan oleh Petrovski (1928) dan dikembangkan oleh De Witte (1962)
diatas batangan oleh Stern (1945) dan diatas plat tipis oelh Meiser (1962). Bentuk
laind ari model dan metode revisi dari perhitungan telah dikembangkan oleh (e.g
Hongisto 1993). Metode selanjutnya disesuaikan sampai dua bentuk anomali
tersebut seusai dengan batas statistik yang telah ditentukan, metode ini bekerja
unutk data yang sangat terbatas, jika corak geologi yang ada menyebabkan SP
anomali takkan dapat menyesuaikan diri pada bentuk geometri yang diberikan,
akan terjadi masalah yaitu semakin rumitnya pengolahan secara matematik dan
juga metode numerik sehingga sangatlah diperlukan pengolahan datanya dengan
komputer (Fitterman 1979b, Telford, hal.502).
Pendekatan inversi digunakan untuk memanipulasi anomali observasi
untuk menghasilkan model. Model tersebut akan digunakan untuk memperkirakan
ukuran corak geologi, lebih detail pada investigasi geologis dan geofisika (Sill
1983, Telford, hal. 502). Pendekatannya adalah dengan mengasumsikan bahwa
corak geologi menyesuaikan diri dengan bentuk geometri yang diberikan. Untuk
kedalaman pada pusat anomali boleh diperkirakan dengan menggunakan teknik
-
7/25/2019 POTENSIAL DIRI 2.pdf
14/14
18
half width. Kelemahan metode ini yaitu sering tidak akuratnya kemudian
pembatasan dari pendekatan yang terjadi bahwa lebar dari anomali mungkin lebih
bersifat mengindikasikan luasnya saja secara fisik bukannya kedalaman bentuk
bijih oleh sebab itu perkiraan kedalaman mungkin akan terjadi kesalahan
sebanyak banyaknya 100%.