## IDENTIFIKASI POLA ALIRAN AKUIFER KARST DENGAN METODE GEOLISTRIK SELF POTENSIAL SP

## Abdul Wahid, Hery Leo Sianturi, Christine Mbiliyora dan Bernandus
Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl. Adisucipto Penfui, Kupang,
Nusa Tenggara Timur, 85001, Indonesia Email: abdul.wahid@staf.undana.ac.id

## Abstrak
Telah  dilakukan  penelitian  dengan  menerapkan  metode  geolistrik  self  potential  SP  pada  lokasi penelitian  Pesisir  Pantai  Sendang  Biru  untuk  melihat  pola  aliran  akuifer  karst.  Berdasarkan analisis  dan  interpretasi  data  penyebaran  anomali  potensial  alam  positif  dan  negatif  dengan rentang nilai potensial alam antara  -10.644 mV hingga 11.294 mV diklasifikasikan menjadi zona potensial alam negatif dengan nilai -10,644 mV hingga – 0.100 mV dan zona potensial alam positif dengan nilai 0.026 mV hingga 11.294 mV, maka diperoleh hasil bahwa pola aliran akuifer karst mengalir dari arah timut lokasi penelitian ke arah barat serta potensi keberadaan akuifer menyebar di lokasi penelitian
Kata Kunci: Pola aliran; akuifer karst; Self Potensial

## Abstract
Research has been carried out by applying the self potential SP geoelectric method at the Sendang Biru Coastal to see the flow pattern of the karst aquifer. Based on the analysis and interpretation of data on the distribution of positive and negative natural potential anomalies with a range of natural potential  values  between  -10,644  mV  to  11,294  mV,  they  are  classified  into  negative  natural potential zones with values of -10,644 mV to - 0,100 mV and positive natural potential zones with values of 0.026 mV to 11,294 mV, the result is that the flow pattern of the karst aquifer flows from the east  of  the  research  location  to the  west  and  the  potential for the  existence  of the  aquifer  to spread across the research location
Keywords: Flow pattern; aquifer karst; Self Potential

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  kepulauan yang  terletak  di  antara  Samudera  Hindia  dan Samudera  Pasifik,  memiliki  garis  pantai  tropis sepanjang 95.186 km, dikelilingi oleh konfigurasi pulau-pulau berjumlah 17.504 yang terbentang sepanjang 3.977 mil dengan karakter wilayah pesisir merupakan akibat interaksi yang ditimbulkan  oleh  aktivitas  di  darat  dan  di  laut [1].  Kawasan  batu  gamping  Pulau  Jawa, diperkirakan mencapai 11.124,18 km 2 , 90% dari luasan  batu  gamping  diperkirakan  telah mengalami proses pelarutan karstsifikasi menjadi  karst  membentuk  bentang  alam eksokarst  dan  endokarst upriant [2].  Bentang alam  karst  dikontrol  oleh  batuan  mudah  larut, curah  hujan,  dan  ketinggian  batuan,  terbentuk akibat  proses  pelarutan  yang  menyebabkan berkembangnya sistem sungai bawah permukaan.  Proses  karstsifikasi  dan  saluran
terpadu conduit pada  skala  waktu  geologis kurang  lebih  50.000  tahun,  tergantung  pada kondisi  hidrolik,  komposisi  kimia  dan  struktur batuan  [3].  Akuifer  karst  memiliki  hidrologi khas  dan  memasok  25%  populasi  dunia  [4], sangat  penting  dalam  penyediaan  air,  irigasi, dan  pembangkit,  namun  merupakan  sistem yang sangat rentan dan dinamis [5].
Keberadaan  sumber  daya  berupa  sungai bawah tanah, mata air dan air permukaan serta volume  mata  air  yang  besar  telah  digunakan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat sehari- hari.  Namun,  lanskap  karst  telah  berubah menghasilkan  polusi  di  sekitar  pemukiman, selain  itu  terjadi  penurunan  volume  mata  air. Sungai  bawah  tanah  yang  paling  potensial terdapat  di  Gua  Mbah  Wajib,  Gua  Limbah, Krompyang  Gua,  Gua  Kedung  Pitu,  dan  Gua Emas  [6],  Wilayah  pesisir  Pantai  Dusun Sendang  Biru  Desa  Tambak  Rejo  Kecamatan
Sumber Manjing Wetan yang terletak di bagian selatan  Kabupaten  Malang  memiliki  bentang alam Karst Sendang  Biru [2]. Aquifer karbonat karst  biasanya  memiliki  pola  aliran  air  tanah conduit kompleks yang dihasilkan dari heterogenitas pengendapan dan rekahan. Pengamatan keadaan hidrogeologis yang kompleks menunjukkan aliran conduit bergantung  pada  variasi  hidrodinamik  dan hidrokimia  pada  mata  air  [7],  akuifer  karst sumber  utama  air  di  banyak  wilayah,  mampu menyimpan  dan  mentransmisikan  sejumlah besar air, permeabilitas berlebihan menyebabkan  peningkatan  kerentanan  dan menyebarkan  kontaminasi,  medan  karst  sangat sensitif  terhadap aktivitas  manusia  karena area luas,  tanah  tipis  dan  aliran  air  cepat  ke  air tanah[8].
Penelitian  geofisika  pada  kawasan  karst telah  banyak  dilakukan  yang  berkaitan  dengan potensi  akuifer  dan  bahaya  bencana  geologi kawasan karst, antara lain mengetahui distribusi air tanah antara aliran conduit dan sumber mata air  dengan  metode  SP  dalam  mengatasi kekeringan  [9],  mengidentifikasi  sistem  aliran sungai  bawah  permukaan  dengan  metode  SP dan  ERT  [10],  memahami  topografi  akibat pelarutan disolusi penyebab depresi keruntuhan dengan  kombinasi  metode  ERT,  IP  dan  SP mengungkapkan  jalur  aliran  preferensial  dari akuifer[11], Metode SP dalam analisis air tanah di  daerah  karst  [12],  investigasi  aliran  sungai karst [13,14].
Berdasarkan gambaran di atas, sangatlah penting  melakukan  penelitian  tentang  pola aliran  akuifer  karst  untuk  memahami  potensi dan karakterakteristik arah alirannya.

## METODE
Metode SP bersifat pasif dengan mengukur tegangan yang terjadi secara alami di bawah  permukaan, relatif  sederhana  dalam  hal tegangan  diukur  menggunakan  elektroda  non polarisasi dan voltmeter impedansi tinggi untuk meminimalkan  polarisasi  pada  antarmuka elektroda  diperlukan  menghindari  aliran  arus dari  tanah.  Dalam  kondisi  alami,  sinyal  SP muncul dari efek elektro-kinetik, elektro-kimia, dan  termo-listrik.  Efek  elektro-kinetik,  atau
potensial  streaming ,  muncul  dari  transfer progresif  dari  muatan  berlebih  melalui  bahan berpori, efek  elektro-kimia berasal dari adanya gradien  konsentrasi  ion  dan  elektron,  seperti yang  dihasilkan  dari  kondisi  redoks.  Efek termolistrik  disebabkan  oleh  diferensial  difusi termal  ion  cairan  dalam  pori  dan  elektroda dalam  media  berpori[15].  SP  mendeteksi  jalur preferensial ketika terdapat aliran air.
Fenomena elektro filtrasi sangat menarik untuk melacak aliran air di rongga yang dipenuhi air, sinyal  yang  paling  sering  direka  pada  struktur tidak  hanya  memiliki  satu  sumber  arus  telurik juga  karena  induksi  ionosfer  dan  badai elektromagnetik  [16],  metode  SP  memiliki relevansi  khusus  dalam  geofisika  air  tanah karena  air  yang  mengalir  melalui  ruang  pori tanah menghasilkan arus listrik yang ukurannya sebanding dengan intensitas aliran. Pengukuran potensial  secara  alami  di  permukaan  tanah dengan  menggunakan  sepasang  elektroda  non polarisasi  dan  voltmeter  impedansi  tinggi. Potensial ini dapat berasal dari berbagai proses elektrokimia,  elektrofisika  dan  bioelektrik  di dalam  tanah  tetapi  proses  utama  yang  relevan dengan  studi  hidrologi  adalah  potensial  aliran dihasilkan oleh aliran air yang mengalir melalui pori batuan  [17].
Pantai  Sendang  Biru  terletak  di  Desa Tambak  Rejo,  Kecamatan  Sumber  Manjing Wetan  Kabupaten  Malang  Jawa Timur  dengan posisi  geografis  terletak  pada  08o37‘-  08o41‘ LS dan 112o35‘- 112o43‘BT. Topografi dengan ketinggian  0–100  m  di  atas  permukaan  laut. Secara  umum  Kecamatan  Sumber  Manjing Wetan  memiliki  struktur  geologi  bawah permukaan tanah  berupa batuan sedimen karst. Pada permukaan ketika musim hujan air sangat banyak  dan  melimpah,  namun  ketika  musim kemarau  tiba  terjadi  kekeringan  dan  ada beberapa sumur yang masih terisi air tergantung pada posisi yang dilewati oleh aliran air bawah permukaan. Kawasan karst ini didominasi oleh batuan  gamping,  napal  pasiran,  sisipan  batuan lempung  tergabung  dalam  Formasi  Wonosari, juga  berada  pada  daerah  batuan  sedimentasi dengan  usia  batuan  jenis  Tersier  tipe  Miosen. (Gambar 1).
a
b
Gambar  1. Desain  Survei  Lokasi  Penelitian
ArcGis (a), Google Map (b)[18]
Alat  dan  bahan  pada  akuisisi  data Geolistrik Self  Potential yaitu  dua  buah elektroda porous  pot ,  Larutan  Tembaga  Sulfat Jenuh  (CuSO 4 ),  Alat  ukur  Potensial  Digital Voltmeter,  2  buah roll kabel  dan  1 roll meter,
Cangkul  dan Linggis , Log book , alat tulis, dan GPS . Metode SP dilakukan dengan jarak antara pot  berpori  adalah  5  m  pada  6  lintasan  ukur (Gambar  1).  Pengukuran  dilakukan  dengan sistem Leap Frog dengan a = 5 m menggunakan elektroda berupa kawat tembaga yang dicelupkan ke dalam larutan CuSO 4 dalam 2 pot berpori  dengan  konsentrasi  larutan  yang  sama. Data potensial alam terukur kemudian dikoreksi menggunakan  koreksi  kalibrasi  kemudian diplot untuk mendapatkan peta kontur isopotensial  dengan software  Surfer  10 digunakan  untuk  menginterpretasikan  arah aliran sungai bawah tanah di lokasi penelitian.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Anomali SP negatif yang dihasilkan oleh aliran  air  tanah  dapat  ditutupi  oleh  respon  SP positif  yang  dihasilkan  oleh  infiltrasi.  Aliran fluida  melalui  media  bawah  permukaan menghasilkan  potensial  elektrokinetik  atau aliran  yang  berbeda  dari  daerah  tanpa  gerakan fluida,  anomali  potensial  alam  negatif  dan resistivitas rendah menunjukkan bahwa anomali  mungkin  mewakili sinkhole sedimen.
Area penelitian memiliki rentang nilai potensial alam  antara  -10.644  mV  hingga  11.294  mV diklasifikasikan  menjadi  zona  potensial  alam negatif dengan nilai -10,644 mV hingga – 0.100 mV dan zona potensial alam positif dengan nilai 0.026 mV hingga 11.294 mV.
Pada bagian barat lokasi penelitian antara lintasan 1, 3 dan 6 merupakan zona SP negatif hingga  positif,  anomali  negatif  menunjukkan keberadaan  aliran  air  melalui  media  bawah permukaan menghasilkan potensial
elektrokinetik,  anomali  potensial  alam  negatif mungkin mewakili dalam saluran utama conduit [19], anomali potensial alam negatif umumnya terkait  yang  mengidentifikasi  beberapa  target sebagai  lokasi  yang  mungkin  untuk conduit [20,21],  dengan  arah  aliran  air  ke  utara  pada mata  air sinkhole terbuka  yang  terletak  pada lintasan 1 serta arah aliran ke arah timur menuju selatan  pada  mata  air sinkhole terbuka  yang terletak  pada  lintasan  6,  selain  itu  pergerakan aliran air juga terpengaruh topografi atau aliran gravitasi  [22,12].  Pada  bagian  timur  atas lintasan 2, 4 dan 5 lokasi penelitian didominasi oleh anomali positif rendah menunjukkan zona resapan  secara  vertikal  melalui  zona  epikarst menuju  rongga  karena  positif  ketika  rongga diisi oleh bahan konduktif [23].
Terdapat  beberapa  anomali  potensial alam kecil yang tersebar di beberapa titik lokasi penelitian,  di  antaranya  yang  terletak  pada bagian bawah lintasan 2, bagian bawah lintasan 4  dan  bagian  bawah  lintasan  diinterpretasikan sebagai zona nilai potensial alam paling negatif yang  diindikasikan  terdapatnya  sumber  aliran air dari mata air sungai bawah permukaan tanah yang  keberadaannya  cukup  dangkal,  sesuai kenyataan  teori  bahwa  semakin  kecil  anomali potensial alam bernilai negatif, maka akumulasi aliran  air  ke  lokasi  daerah  tersebut  relatif semakin  besar  hal  ini  dapat  diinterpretasikan sebagai  daerah  resapan  akuifer  karst.  Kondisi daerah  penelitian  ini  merupakan  penyebab terjadinya proses karstsifikasi pelarutan batuan gamping karbonat karst Sendang Biru [24,25,26].
Berdasarkan hasil penelitian pada beberapa  titik  ukur  terdapat  beberapa  sumber anomali potensial alam, antara lain (Gambar 2) 1. Bagian  barat  lintasan  1,  3  dan  6  berada dalam Formasi Qas, pada lokasi penelitian menunjukkan nilai anomali potensial alam negatif diinterpretasi sebagai jalur conduit dengan arah aliran air bercabang,  cabang
pertama  menuju  mata  air  lintasan  1 sedangkan  cabang  kedua  menuju  ke lintasan 3 dan lintasan 6 [27].
2. Pada bagian timur yakni bagian atas antara lintasan 2 (Formasi Qas) lintasan  4 dan 5 (Formasi  Wonosari),  di  bawah  lintasan  2 terdapat  anomali  potensial  alam  positif rendah  menunjukkan  zona  resapan  secara vertikal  melalui  zona  epikarst  menuju rongga  karena  positif  ketika  rongga  diisi oleh  bahan  konduktif  (lempung  dan  atau air),  rongga  yang  diisi  dengan  bahan konduktif menghasilkan anomali potensial alam  positif  [23].  Di  sisi  lain  bagian  atas lintasan 2, 4 dan 5 terdapat zona resistivitas tinggi  disisipi  dengan  zona  resistivitas sedang  menerus  hingga  kedalaman  40  m diinterpretasi  sebagai  batuan  gamping [20].
3. Terbentuk  zona  anomali  potensial  alam bernilai negatif, maka akumulasi aliran air ke  lokasi  itu  relatif  semakin  besar diinterpretasi  sebagai  daerah  resapan akuifer, penyebab terjadinya proses
karstsifikasi  pelarutan  batuan  karbonat
[28,29] 4. Keempat,  pola  saluran  aliran  air  sungai bawah permukaaan conduit [22,30] diperkirakan  berasal  dari  bagian  tengah lokasi penelitian dari topografi perbukitan terdapat bukit-bukit pada ketinggian 45-90 mdpl serta diapit oleh permukaan topografi dengan ketinggian 40-125 mdpl menuju ke lembah  keberadaan  sumber  mata  air Sendang Biru pada lintasan 1 dan mata air kedua  pada  lintasan  6.  Arah  aliran  air sungai  bawah  permukaan  dengan  sistem aliran gravitasi.
Gambar 2. Model Distribusi Potensial Alam dan arah Aliran Aquifer

## SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Berdasarkan  analisis  dan  interpretasi  data penelitian yang dilakukan diperoleh kesimpulan:
Keberadaan  aquifer  karst  menyebar  di lokasi  penelitian  berupa  keberadaan  anomali potensial alam yang negatif.
Arah  aliran  aquifer  karst  mengalir mengarah  dari  arah  timur  ke  barat  lokasi penelitian.

## Saran
Berdasarkan hasil  yang  diperoleh  maka diberikan rekomendasi:
Sebagai  sumber  informasi  keberadaan potensi aquifer karst
Untuk menjaga kelestarian potensi keberadaan  aquifer  karst  sebaiknya  hindari pemanfaatan  lahan  yang  berlebihan  utamanya sekitar keberadaan aquifer karst
Penerapan  metode  geolistrik  untuk melihat posisi dan kedalaman aquifer karst

## DAFTAR PUSTAKA
1 Subagyo  A  and  Wijayanti  W.P  ZDM. Pengelolaan Wilayah Pesisir dan Pulau- pulau Kecil, UB Press , Malang.2017.
2 Suprianto A, Labib MA. 2019. Estimasi
Penentuan  Tingkatan  dan  Pola  Lorong Gua  Banyu  dan  Sekitarnya  dengan Menggunakan GIS. JPIG (Jurnal Pendidik. dan Ilmu Geogr. 4 (1): 1.
3 Rooij  R.  2007.  Towards  improved numerical  modeling  of  karst  aquifers. (December 2007): .
4 Buckerfield  SJ,  Quilliam  RS,  Waldron
S,  Naylor  LA,  Li  S,  Oliver  DM.  2019. Rainfall-driven  E.  coli  transfer  to  the stream-conduit network observed through  increasing  spatial  scales  in mixed  land-use  paddy  farming  karst terrain Sarah. Water Res. X. 5 : .
5 Rizzo  E,  Giampaolo  V,  Capozzoli  L, Grimaldi  S.  2019.  Deep  electrical resistivity tomography for the hydrogeological  setting  of  muro  lucano mounts  aquifer  (Basilicata,  Southern Italy). Geofluids. 2019 (iv): . 6 Sahrina  A,  Fitrianti  D,  Suprianto  A,
Labib MA. 2020. Potential and
Challenges of Karst Water Resources in
Sumbermanjing  Wetan  District  of Malang Regency.  IOP Conf.  Ser.  Earth
Arah aliran aquifer karst berdasarkan data potensial alam
SP
Environ. Sci. 412 (1): .
7 Lorette  G,  Lastennet  R,  Peyraube  N, Denis  A.  2018.  Groundwater-flow characterization  in  a  multilayered  karst aquifer  on  the  edge  of  a  sedimentary basin  in  western  France.  J.  Hydrol. 566 (April): 137.
8 Oliver  DM,  Zheng  Y,  Naylor  LA, Murtagh  M,  Waldron  S,  Peng  T.  2020. How  does smallholder farming practice and  environmental  awareness  vary across  village  communities  in  the  karst terrain  of  southwest  China?  Agric.
Ecosyst.  Environ. 288 (October  2019): 106715.
9 Susilo  A,  Sunaryo,  Sutanhaji  AT, Fitriah F, Hasan MFR. 2017. Identification of underground river flow in Karst Area using geoelectric and self- potential  methods  in  Druju  Region,
Southern  Malang,  Indonesia.  Int.  J. Appl. Eng. Res. 12 (21): 10731.
10 Boimau  Y,  Sunaryo,  Susilo  A.  2018.
Identification  of  Underground  River Flow  in  Karst  Area  of  Sumber  Bening- Malang, Indonesia Based on Geoelectrical Self-Potential and Resistivity Data. Int. J. Appl. Phys. 5 (3): 1. 11 Ilias  F,  Chitea  F,  Horia  M,  Dumitru  I, Lidia N. 2018. Geophysical investigation  of  the  near  surface groundwater flow in the area of meledic plateau  (Buzau  county,  Romania): Preliminary  results.  Int.  Multidiscip. Sci.  GeoConference  Surv.  Geol.  Min. Ecol. Manag. SGEM. 18 (1.1): 833.
12 Artugyan  L,  A  PU.  2014.  Using Spontaneous  Potential  (  SP  )  as  a Geophysical  Method  for  Karst Terrains Investigation in the Mărghitaş Plateau ( Banat Mountains , Romania ). 16 : 45.
13 Dong  S,  Wang  H,  Zhou  W.  2020. Sinkholes  and  their  impacts  on  karst hydrogeology  in  a  peatland  complex  of Northern  Ontario,  Canada.  Carbonates and Evaporites. 35 (2): 1.
14 Widiastuti N, Nurhasanah, Sampurno J. 2017.  Pendugaan  Potensi  Air  Bawah Permukaan  Menggunakan  Metode  Self Potential di Kelurahan Sungai Jawi Kota Pontianak. V (2): 61.
15 Stoffel  Fourie,  Michael  van  Schoor, Declan  Vogt,  Jan  van  der  Walt,  Agnes
Jikelo,  Geoff  Campbell  A  du  P.  2015.
Introduction to the geophysical methods applicable to coal. .
16 Chalikakis  K,  Plagnes  V,  Guerin  R, Valois R, Bosch FP. 2011. Contribution of  geophysical  methods to  karst-system exploration: An overview. Hydrogeol. J. 19 (6): 1169.
17 Park J, Lee KH, Seo H, Ryu J, Lee IM. 2017.  Role  of  induced  electrical polarization to identify soft ground/fractured  rock  conditions.  J. Appl. Geophys. 137 : 63.
18 Wahid  A,  Sunaryo,  Susilo  A,  Wiyono. 2022.  Initial  evaluation  of  land  use potential  using  geospatial  analysis  at Sendang  Biru  Beach,  Malang  Regency, East  Java  Province,  Indonesia.  J.  Phys. Conf. Ser. 2165 (1): 012021. 19 Tripathi GN, Fryar AE. 2016. Integrated surface geophysical approach to  locate  a  karst  conduit:  a  case  study from  Royal  Spring  Basin,  Kentucky, USA. J. Nepal Geol. Soc. 51 (1972): 27.
20 Zhu  J,  Currens  JC,  Dinger  JS.  2011. Challenges of using electrical resistivity method  to  locate  karst  conduits-A  field case  in  the  Inner  Bluegrass  Region, Kentucky. J. Appl. Geophys. 75 (3): 523.
21 Oliveti  I,  Cardarelli  E.  2017.  2D approach  for  modelling  self-potential anomalies: Application to synthetic and real data. Boll. di Geofis. Teor. ed Appl. 58 (4): 415.
22 Özel S, Darıcı N. 2020. Environmental hazard  analysis  of  a  gypsum  karst depression area with geophysical methods: a case study in Sivas (Turkey).
Environ. Earth Sci. 79 (5): 1.
23 Jardani  A,  Dupont  JP,  Revil  A.  2006. Self-potential  signals  associated  with preferential groundwater flow pathways in  sinkholes.  J.  Geophys.  Res.  Solid Earth. 111 (9): 1.
24 Zhang R, Li T, Zhou S, Deng X. 2019. Joint  MT  and  gravity  inversion  using structural constraints: A case study from the  linjiang  copper  mining  area,  Jilin,
China. Minerals. 9 (7): .
25 Zhou  K,  Zhang  S,  Huang  Z,  Zhang  J. 2019. An improved TSVD-GCV inversion  algorithm  of  pore  size distribution  in  time-domain  induced polarization    using    migration    Hankel
matrix.  J.  Pet.  Sci.  Eng. 183 (August): 106368.
26 Jardani A, Revil A, Santos F, Fauchard C,  Dupont  JP.  2007.  Detection  of preferential  infiltration  pathways  in sinkholes  using  joint  inversion  of  self- potential  and  EM-34  conductivity  data. Geophys. Prospect. 55 (5): 749.
27 Oliveti  I,  Cardarelli  E.  2019.  Self-
Potential Data Inversion for Environmental  and  Hydrogeological Investigations.  Pure  Appl.  Geophys.
176 (8): 3607.
28 Hussain Y, Uagoda R, Borges W, Prado R,  Hamza  O,  Cárdenas-Soto  M, Havenith HB, Dou J. 2020. Detection of cover collapse doline and other epikarst
features by multiple geophysical techniques,  case  study  of  tarimba  cave, brazil. Water (Switzerland). 12 (10): .
29 Slater  LD,  Sandberg  SK.  2000. Resistivity  and  induced  polarization monitoring  of  salt  transport  under natural hydraulic gradients. Geophysics. 65 (2): 408.
30 Kidanu  S,  Varnavina  A,  Anderson  N,
Torgashov E. 2020. Pseudo-3D- electrical resistivity tomography
imaging  of  subsurface  structure  of  a sinkhole—A  case  study  in  Greene County,  Missouri.  AIMS  Geosci. 6 (1): 54.