Metoda pengukuran potensial listrik alam (Self-Potential/SP) dapat digunakan untuk eksplorasi mineral, geotermal, lingkungan, dan studi reservoir. Metoda ini mengukur beda potensial antara dua titik di permukaan tanah menggunakan voltmeter digital dan elektroda. Beberapa mekanisme yang dapat menghasilkan anomali SP antara lain potensial mineral, elektrokinetik, dan bioelektrik.

1. Self-Potential (SP)
• Pengukuran potensial listrik alam
→ beda potensial antara dua titik di permukaan tanah
→ digital volt-meter dg elektroda dan kabel
• Robert Fox tahun 1830 di Cornwall Inggris menggunakan
elektroda tembaga yg terhubung ke galvanometer untuk
mendeteksi deposit sulfida tembaga
• Mulai dikembangkan sekitar tahun 1920 oleh Conrad dan
Marcel Schlumberger sebagai perangkat tambahan untuk
deteksi mineral massif
• Aplikasi metoda SP sebegai pelengkap pada eksplorasi
mineral dan geotermal

2. Mekanisme dan tipe-tipe SP
• Mekanisme SP belum sepenuhnya dapat dijelaskan,
namun berhubungan dg air-tanah (sebagai elektrolit):
→ air-tanah yg bergerak pada medium berpori:
potensial elektro-kinetik / elektro-filtrasi,
streaming potential
→ air-tanah dg konsentrasi yg bervariasi: potensial
difusi, Nernst potential, shale potential
→ air-tanah sebagai sebagai pelarut yg ber-reaksi
dengan mineral: potensial mineral
→ pergerakan air-tanah pada / akibat vegetasi:
potensial bio-elektrik

3. Tipe-tipe
potensial listrik
alam

5. Aplikasi metoda SP
• Potensial mineral → eksplorasi mineral
• Potensial elektro-kinetik → eksplorasi geotermal dan
air-tanah, studi volkanologi
(delineasi rekahan dan sesar,
‘thermal up-flow zone’)
→ studi lingkungan dan geoteknik
(identifikasi ‘pollution plume’,
kebocoran penampungan
limbah dan bendungan)
→ pemantauan reservoir pada
proses produksi, EOR, re-injeksi

6. anomali SP yg berasosiasi dg potensial mineral
→ SP negatif pada zona mineralisasi

7. anomali SP yg
berasosiasi dg potensial
elektro-kinetik
→ fluid inflow ~ SP negatif
fluid outflow ~ SP positif

8. anomali SP yg
berasosiasi dg potensial
elektro-kinetik
→ fluid inflow ~ SP negatif
fluid outflow ~ SP positif

9. Teknik pengukuran SP
• Gradien potensial
→ mengukur beda potensial antara sepasang elektroda
dg spasi tertentu yg tetap pada satu lintasan / profil
→ kutub negatif dari volt-meter sebagai ‘leading electrode’
dan kutub positif sebagai ‘trailing electrode’
∆V ∆V ∆V
_
+
_
+ _ _ _ _ _
+
trailing electrode leading electrode

10. Teknik pengukuran SP
• Gradien potensial
→ mengukur beda potensial antara sepasang elektroda
dg spasi tertentu yg tetap pada satu lintasan / profil
→ kutub negatif dari volt-meter sebagai ‘leading electrode’
dan kutub positif sebagai ‘trailing electrode’
→ hasilnya dalam satuan mV/m atau mV/km
→ praktis, tetapi tingkat ketepatan pengukuran berulang
(repeatability) rendah

11. Teknik pengukuran SP
• Potensial relatif
→ mengukur beda potensial antara satu elektroda
bergerak terhadap satu elektroda tetap (referensi)
→ kutub negatif dari volt-meter diubungkan ke elektroda
tetap dan kutub positif sebagai elektroda bergerak
∆V ∆V ∆V
_
+ + _ _ _ _ +
reference electrode moving electrode

12. Teknik pengukuran SP
• Potensial relatif
→ mengukur beda potensial antara satu elektroda
bergerak terhadap satu elektroda tetap (referensi)
→ kutub negatif dari volt-meter diubungkan ke elektroda
tetap dan kutub positif sebagai elektroda bergerak
→ hasilnya dalam satuan potensial (mV)
→ kurang praktis, tetapi tingkat ketepatan pengukuran
berulang (repeatability) cukup baik

13. Alat ukur SP
digital volt-meter
atau
resistivity-meter dg
sistem multi-elektroda

14. Non-polarizable electrode (porous-pot)
elektroda logam
dalam larutan jenuh
garam kabel
→ Cu – CuSO4 elektroda
logam
→ Pb – PbCl2 karet
penutup
→ Ag – AgCl
tabung
tutup
berpori

15. Pemodelan SP sederhana
0
negative monopole 40
vertical
horizontal
-10 20 30 deg.
60 deg.
SP anomaly (mV)
SP anomaly (mV)
-20 0
-30 -20
-40 -40
20 m
80 m
-50 -60
0 40 80 120 160 200 0 40 80 120 160 200
distance (m) distance (m)
0 40 80 120 160 200
0
1
___
V=kq 20 dipole
R
depth (m)
40
R = (x2 + z2)1/2 60
80
100

17. Beberapa contoh kasus
aplikasi metoda SP

18. Anomali SP negatif pada zona mineralisasi
(pyrites, sulfides dg 5-15% Cu)

19. Anomali SP negatif pada zona mineralisasi
(Telford et al., 1990, p 335)

20. Anomali SP pada
zona produksi
geotermal
→ anomali SP dipol
→ pemilihan titik
referensi (?)

21. Anomali SP pada zona sesar
di daerah prospek geotermal
→ anomali SP dipol
→ ‘good repeatability’ pengukuran potensial relatif

22. Data SP lapangan geotermal Mataloko dan Nage (Flores)
(Yasukawa et al., 2002)

23. Metoda SP untuk studi lingkungan
Anomali SP negatif akibat kebocoran
hidrokarbon (www.haylesgeoscience.ca)

24. Metoda SP untuk studi lingkungan
Anomali SP
negatif akibat
kebocoran
limbah
Self-potential:
The ugly duckling
of environmental
geophysics
(Nyquist & Corry,
TLE vol. 21 no. 5,
2002)

25. 101
o
102 o 103 o 104 o 105
o
106 o
BENGKULU
- 4o SUMATRA
GSF
INDIAN OCEAN Liwa
o
-5
Enggano Is. Bandarlampung
Semangko Bay
-6o
Sunda Strait
Pre-seismic & co-seismic EM signals associated with
the June 4th 2000 mb 6.8/ms 7.9 Bengkulu earthquake
(Widarto & Grandis, 2003)

28. Repeat SP measurements at the Sumikawa geothermal field,
Japan (Matsushima et al., World Geothermal Congress, 2000)

29. Filtered SP (in mV), injection rate (x10 kg/s), open-hole pressure (minus
42 MPa) and seismic event density during the stimulation, Soultz sous-
Forêts Hot Dry Rock site, France
Using surface SP to monitor underground fluid flow - an example from a
HDR stimulation (Darnet et al., EAGE 64th Conference, 2002)

30. Self-potential and flow rate during a stimulation and production test at
the Yunomori test site, Japan
SP monitoring during the hydraulic fracturing using the TG-2 well
(Kawakami & Takasugi, EAGE 56th Conference, 1994)

31. Field set-up of Fluid Flow
Tomography, i.e. SP
monitoring integrated with
mise-à-la-masse (MAM)
measurement
Reservoir monitoring by a
4-D electrical technique
(Ushijima et al., The
Leading Edge, vol. 18 no.
12, 1999)

32. Hot dry rock (HDR) hydraulic
fracturing experiment, Ogachi
Electric Power Industry, Akita
Perfecture, Japan