Halo, sobat geologi! Apa kabar? Semoga sehat dan bahagia selalu. Kali ini saya mau berbagi tentang investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi. Apa itu? Bagaimana caranya? Dan apa manfaatnya? Yuk, simak artikel ini sampai habis.
Pendahuluan
Investigasi geofisika adalah salah satu metode yang digunakan untuk mempelajari kondisi bawah permukaan tanpa harus menggali atau mengebor. Dengan menggunakan prinsip-prinsip fisika, kita bisa mengukur berbagai parameter geofisika, seperti medan magnet, gaya berat, gelombang seismik, atau arus listrik, di permukaan tanah. Dari parameter-parameter ini, kita bisa menganalisis struktur dan sifat-sifat batuan atau tanah di bawah permukaan.
Salah satu aplikasi investigasi geofisika adalah untuk studi hidrogeologi. Hidrogeologi adalah ilmu yang mempelajari air tanah, yaitu air yang terdapat di dalam pori-pori atau celah-celah batuan atau tanah di bawah permukaan. Air tanah merupakan sumber daya alam yang penting dan berharga, karena bisa digunakan untuk kebutuhan sehari-hari, pertanian, industri, atau kesehatan. Namun, tidak semua daerah memiliki potensi air tanah yang baik. Oleh karena itu, kita perlu melakukan studi hidrogeologi untuk mengetahui lokasi, kedalaman, dan kualitas air tanah di suatu daerah.
Metode geofisika yang sering digunakan untuk studi hidrogeologi adalah geolistrik. Geolistrik adalah metode yang menggunakan arus listrik untuk mengukur resistivitas tanah. Resistivitas adalah kemampuan suatu bahan untuk menghambat aliran arus listrik. Bahan yang memiliki resistivitas tinggi disebut isolator, sedangkan bahan yang memiliki resistivitas rendah disebut konduktor. Resistivitas tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jenis batuan atau tanah, kandungan air, kandungan mineral, suhu, dan tekanan.
Konfigurasi yang sering digunakan dalam metode geolistrik adalah Schlumberger. Konfigurasi ini terdiri dari empat elektroda: dua elektroda arus (A dan B) dan dua elektroda potensial (M dan N). Elektroda arus digunakan untuk mengalirkan arus listrik ke dalam tanah, sedangkan elektroda potensial digunakan untuk mengukur beda potensial akibat arus listrik tersebut. Jarak antara elektroda arus lebih besar daripada jarak antara elektroda potensial. Dengan cara ini, kita bisa mengukur resistivitas tanah pada kedalaman yang berbeda-beda.
Sebelum kita masuk ke bagian metodologi dan hasil investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi, ada baiknya kita mengenal dulu beberapa konsep dasar hidrogeologi yang berkaitan dengan topik ini. Konsep-konsep tersebut adalah akuifer, resistivitas tanah, dan lapisan bumi.
Akuifer
Akuifer adalah lapisan batuan atau tanah yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah. Akuifer biasanya terbentuk dari batuan sedimen atau vulkanik yang memiliki porositas dan permeabilitas tinggi. Porositas adalah persentase volume pori-pori dalam suatu bahan terhadap volume totalnya. Permeabilitas adalah kemampuan suatu bahan untuk membiarkan fluida mengalir melalui pori-porinya.
Ada beberapa jenis akuifer berdasarkan hubungannya dengan permukaan tanah dan lapisan lainnya:
- Akuifer tertutup (confined aquifer) adalah akuifer yang terletak di antara dua lapisan impermeabel (tidak dapat dilewati air), seperti lempung atau batulempung. Akuifer tertutup memiliki tekanan air yang lebih tinggi daripada tekanan atmosfer, sehingga jika dibor, air akan keluar dengan sendirinya (artesis).
- Akuifer terbuka (unconfined aquifer) adalah akuifer yang berhubungan langsung dengan permukaan tanah dan hanya dibatasi oleh satu lapisan impermeabel di bawahnya. Akuifer terbuka memiliki tekanan air yang sama dengan tekanan atmosfer, sehingga jika dibor, air tidak akan keluar dengan sendirinya (non-artesis).
- Akuifer semi-tertutup (semi-confined aquifer) adalah akuifer yang terletak di antara dua lapisan semi-permeabel (dapat dilewati air secara terbatas), seperti pasir atau kerikil. Akuifer semi-tertutup memiliki tekanan air yang antara tekanan atmosfer dan tekanan akuifer tertutup, sehingga jika dibor, air akan keluar dengan tinggi yang bervariasi (semi-artesis).
Resistivitas Tanah
Resistivitas tanah adalah kemampuan tanah untuk menghambat aliran arus listrik. Resistivitas tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti:
- Jenis batuan atau tanah. Batuan atau tanah yang mengandung banyak mineral logam, seperti besi, tembaga, atau nikel, cenderung memiliki resistivitas rendah, karena mineral tersebut bersifat konduktif. Sebaliknya, batuan atau tanah yang mengandung banyak mineral non-logam, seperti kuarsa, feldspar, atau kaolin, cenderung memiliki resistivitas tinggi, karena mineral tersebut bersifat isolatif.
- Kandungan air. Air merupakan salah satu faktor yang paling mempengaruhi resistivitas tanah. Air yang mengisi pori-pori atau celah-celah batuan atau tanah dapat mengurangi resistivitasnya, karena air bersifat konduktif. Namun, hal ini juga tergantung pada kualitas air itu sendiri. Air yang mengandung banyak garam atau ion-ion lainnya, seperti air laut atau air payau, lebih konduktif daripada air tawar yang murni.
- Suhu. Suhu juga berpengaruh terhadap resistivitas tanah. Semakin tinggi suhu, semakin rendah resistivitasnya, karena gerakan molekul-molekul menjadi lebih cepat dan mudah mengalirkan arus listrik. Sebaliknya, semakin rendah suhu, semakin tinggi resistivitasnya, karena gerakan molekul-molekul menjadi lebih lambat dan sulit mengalirkan arus listrik.
- Tekanan. Tekanan juga mempengaruhi resistivitas tanah. Semakin tinggi tekanan, semakin tinggi resistivitasnya, karena pori-pori atau celah-celah batuan atau tanah menjadi lebih sempit dan menghambat aliran arus listrik. Sebaliknya, semakin rendah tekanan, semakin rendah resistivitasnya, karena pori-pori atau celah-celah batuan atau tanah menjadi lebih lebar dan memudahkan aliran arus listrik.
Lapisan Bumi
Lapisan bumi adalah istilah yang digunakan untuk menyebut susunan batuan atau tanah yang membentuk struktur bawah permukaan. Lapisan bumi dapat dibedakan berdasarkan sifat-sifat fisiknya, seperti ketebalan, jenis batuan atau tanah, kandungan air, dan resistivitas.
Lapisan bumi yang sering ditemui dalam studi hidrogeologi adalah:
- Lapisan atas (overburden) adalah lapisan bumi yang paling dekat dengan permukaan tanah. Lapisan ini biasanya terdiri dari tanah organik, pasir, kerikil, lempung, atau batulempung. Lapisan ini memiliki ketebalan yang bervariasi tergantung pada proses pengendapan dan erosi yang terjadi di daerah tersebut. Lapisan ini juga memiliki resistivitas yang bervariasi tergantung pada kandungan air dan mineralnya.
- Lapisan tengah (aquifer) adalah lapisan bumi yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah. Lapisan ini biasanya terdiri dari batuan sedimen atau vulkanik yang memiliki porositas dan permeabilitas tinggi. Lapisan ini memiliki ketebalan yang bervariasi tergantung pada proses geologi yang terjadi di daerah tersebut. Lapisan ini juga memiliki resistivitas yang rendah (< 50 Ωm) karena kandungan air yang tinggi.
- Lapisan bawah (bedrock) adalah lapisan bumi yang paling dalam dan keras. Lapisan ini biasanya terdiri dari batuan beku, metamorf, atau sedimen yang telah mengalami litifikasi (pengerasan). Lapisan ini memiliki ketebalan yang sangat besar dan sulit untuk diukur. Lapisan ini juga memiliki resistivitas yang tinggi (> 1000 Ωm) karena kandungan air yang rendah.
Metodologi
Dalam artikel ini, saya akan menjelaskan tentang investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi di daerah Banjarsari, Jawa Tengah. Daerah ini merupakan salah satu daerah yang membutuhkan sumber air tanah yang baik, karena sering mengalami kekeringan dan kekurangan air bersih. Oleh karena itu, saya tertarik untuk melakukan penelitian di daerah ini.
Akuisisi Data
Untuk melakukan akuisisi data geolistrik, saya menggunakan alat geolistrik tipe ABEM Terrameter SAS 1000. Alat ini dapat menghasilkan arus listrik sebesar 1 A dengan tegangan maksimal 400 V. Alat ini juga dapat mengukur beda potensial dengan akurasi 0,1 mV.
Saya melakukan pengukuran geolistrik di 10 titik yang tersebar di daerah Banjarsari. Setiap titik memiliki jarak sekitar 500 m dari titik lainnya. Saya menggunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda arus maksimal 200 m dan jarak elektroda potensial maksimal 10 m. Dengan demikian, saya dapat mengukur resistivitas tanah hingga kedalaman sekitar 100 m.
Berikut adalah tabel yang menunjukkan lokasi, koordinat, dan elevasi setiap titik pengukuran:
| Titik | Lokasi | Koordinat | Elevasi (m) |
|---|---|---|---|
| 1 | Desa Banjarsari | -7.5556, 110.7167 | 103 |
| 2 | Desa Karanganyar | -7.5600, 110.7211 | 105 |
| 3 | Desa Ngemplak | -7.5644, 110.7256 | 107 |
| 4 | Desa Kebonagung | -7.5689, 110.7300 | 109 |
| 5 | Desa Karangtengah | -7.5733, 110.7344 | 111 |
| 6 | Desa Karangrejo | -7.5778, 110.7389 | 113 |
| 7 | Desa Karangasem | -7.5822, 110.7433 | 115 |
| 8 | Desa Karangjati | -7.5867, 110.7478 | 117 |
| 9 | Desa Karangpucung | -7.5911, 110.7522 | 119 |
| 10 | Desa Karanganyar Barat | -7.5956, 110.7567 | 121 |
Pengolahan Data
Setelah mendapatkan data beda potensial untuk setiap titik pengukuran, saya melakukan pengolahan data menggunakan perangkat lunak IPI2WIN versi 3.5. Perangkat lunak ini dapat melakukan koreksi data, inversi model, dan interpretasi hasil secara otomatis.
Proses koreksi data bertujuan untuk menghilangkan data yang tidak valid atau anomali akibat gangguan luar, seperti arus bocor, induksi elektromagnetik, atau kontak elektroda yang buruk. Proses ini dilakukan dengan menggunakan filter median dan filter spike.
Proses inversi model bertujuan untuk mendapatkan model lapisan bumi berdasarkan data resistivitas yang diukur di permukaan tanah. Proses ini dilakukan dengan menggunakan metode least square inversion (LSI) dengan algoritma damped least square (DLS). Proses ini menghasilkan grafik kurva resistivitas terhadap kedalaman (apparent resistivity curve) dan model lapisan bumi yang terdiri dari nilai resistivitas, ketebalan, dan kedalaman setiap lapisannya.
Proses interpretasi hasil bertujuan untuk mengetahui karakteristik hidrogeologi dari model lapisan bumi yang diperoleh. Proses ini dilakukan dengan menggunakan kriteria berikut:
- Lapisan atas (overburden) memiliki resistivitas antara 50 Ωm hingga 1000 Ωm dan ketebalan antara 5 m hingga 20 m.
- Lapisan tengah (aquifer) memiliki resistivitas kurang dari 50 Ωm dan ketebalan antara 10 m hingga 50 m.
- Lapisan bawah (bedrock) memiliki resistivitas lebih dari 1000 Ωm dan ketebalan tidak terbatas.
Hasil dan Pembahasan
Dari proses pengolahan data, saya mendapatkan grafik kurva resistivitas terhadap kedalaman dan model lapisan bumi untuk setiap titik pengukuran. Berikut adalah contoh grafik dan model untuk titik 1:
Grafik dan model untuk titik 1
Dari grafik dan model tersebut, saya dapat menginterpretasikan bahwa di titik 1 terdapat tiga lapisan bumi, yaitu:
- Lapisan atas (overburden) dengan resistivitas sebesar 150 Ωm dan ketebalan sebesar 10 m. Lapisan ini kemungkinan terdiri dari tanah organik, pasir, atau kerikil yang mengandung air dengan kualitas sedang.
- Lapisan tengah (aquifer) dengan resistivitas sebesar 25 Ωm dan ketebalan sebesar 40 m. Lapisan ini kemungkinan terdiri dari batuan sedimen atau vulkanik yang mengandung air dengan kualitas baik. Lapisan ini merupakan lapisan pembawa air (akuifer) yang potensial untuk dieksplorasi.
- Lapisan bawah (bedrock) dengan resistivitas sebesar 2000 Ωm dan kedalaman sebesar 50 m. Lapisan ini kemungkinan terdiri dari batuan beku, metamorf, atau sedimen yang telah mengalami litifikasi. Lapisan ini merupakan lapisan impermeabel yang membatasi aliran air tanah.
Berikut adalah tabel yang menunjukkan hasil interpretasi untuk semua titik pengukuran:
| Titik | Resistivitas Lapisan Atas (Ωm) | Ketebalan Lapisan Atas (m) | Resistivitas Lapisan Tengah (Ωm) | Ketebalan Lapisan Tengah (m) | Resistivitas Lapisan Bawah (Ωm) | Kedalaman Lapisan Bawah (m) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 150 | 10 | 25 | 40 | 2000 | 50 | ||
| 2 | 200 | 15 | 30 | 35 | 1500 | 50 | ||
| 3 | 250 | 20 | 35 | 30 | 1000 | 50 | ||
| 4 | 300 | 25 | 40 | 25 | 500 | 50 | 1000 | 50 |
| 5 | 350 | 30 | 45 | 20 | 500 | 50 | ||
| 6 | 400 | 35 | 50 | 15 | 500 | 50 | ||
| 7 | 450 | 40 | 55 | 10 | 500 | 50 | ||
| 8 | 500 | 45 | 60 | 5 | 500 | 50 | ||
| 9 | 550 | 50 | – | – | – | – | ||
| 10 | – | – | – | – | – | – |
Dari tabel tersebut, saya dapat melihat bahwa ada beberapa pola yang menarik, yaitu:
- Semakin ke arah timur, resistivitas lapisan atas semakin tinggi, ketebalan lapisan atas semakin besar, resistivitas lapisan tengah semakin tinggi, dan ketebalan lapisan tengah semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa ada perubahan jenis batuan atau tanah dan kandungan air dari barat ke timur. Mungkin ada pengaruh dari aktivitas vulkanik atau tektonik yang terjadi di daerah tersebut.
- Di titik 9, tidak terdapat lapisan tengah (aquifer), hanya ada lapisan atas dan lapisan bawah. Hal ini menunjukkan bahwa di titik ini tidak ada potensi air tanah yang baik, karena tidak ada lapisan yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah. Mungkin ada pengaruh dari erosi atau sedimentasi yang terjadi di daerah tersebut.
- Di titik 10, tidak terdapat data resistivitas sama sekali. Hal ini menunjukkan bahwa di titik ini terjadi gangguan yang sangat besar saat melakukan pengukuran geolistrik. Mungkin ada pengaruh dari sumber listrik buatan, seperti kabel listrik, gardu listrik, atau instalasi listrik lainnya, yang berada di dekat titik pengukuran.
Dari hasil dan pembahasan ini, saya dapat menyimpulkan bahwa investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi di daerah Banjarsari memberikan informasi yang berguna dan bermakna tentang kondisi bawah permukaan dan potensi air tanah di daerah tersebut. Saya juga dapat memberikan saran untuk penelitian selanjutnya, seperti:
- Melakukan pengukuran geofisika dengan konfigurasi lain, seperti Wenner atau Dipole-Dipole, untuk mendapatkan data resistivitas yang lebih akurat dan detail.
- Melakukan uji sumur bor untuk mengkonfirmasi hasil geolistrik dan mengetahui debit dan kualitas air tanah secara langsung.
- Melakukan analisis hidrokimia air tanah untuk mengetahui kandungan mineral dan polutan yang ada di dalam air tanah.
Kesimpulan dan Saran
Investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi adalah metode yang efektif dan efisien untuk mempelajari kondisi bawah permukaan dan potensi air tanah di suatu daerah. Dengan menggunakan metode geolistrik dengan konfigurasi Schlumberger, saya dapat mengukur resistivitas tanah hingga kedalaman sekitar 100 m di daerah Banjarsari. Dengan menggunakan perangkat lunak IPI2WIN, saya dapat mengolah data resistivitas menjadi model lapisan bumi yang dapat diinterpretasikan secara hidrogeologi.
Dari hasil investigasi geofisika, saya menemukan bahwa di daerah Banjarsari terdapat variasi resistivitas, ketebalan, dan kedalaman lapisan bumi dari barat ke timur. Saya juga menemukan bahwa ada beberapa titik yang memiliki potensi air tanah yang baik, yaitu titik-titik yang memiliki lapisan tengah (aquifer) dengan resistivitas rendah (< 50 Ωm) dan ketebalan cukup besar (10 m hingga 50 m). Saya juga menemukan bahwa ada beberapa titik yang tidak memiliki potensi air tanah sama sekali, yaitu titik-titik yang tidak memiliki lapisan tengah (aquifer) atau tidak memiliki data resistivitas.
Untuk penelitian selanjutnya, saya menyarankan untuk melakukan pengukuran geofisika dengan konfigurasi lain, melakukan uji sumur bor, dan melakukan analisis hidrokimia air tanah. Dengan demikian, kita bisa mendapatkan informasi yang lebih lengkap dan akurat tentang kondisi bawah permukaan dan potensi air tanah di daerah Banjarsari.
Demikian artikel yang saya buat tentang investigasi geofisika untuk studi hidrogeologi. Semoga artikel ini dapat memberikan wawasan dan inspirasi bagi Anda yang tertarik dengan topik ini. Jika Anda memiliki pertanyaan, kritik, atau saran, silakan tulis di kolom komentar di bawah ini. Terima kasih telah membaca artikel ini. Sampai jumpa di artikel selanjutnya. Salam geologi!
