FISIKA DALAM EXPLORASI TAMBANG/GEOFISIKA

       Geofisika adalah bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi menggunakan kaidah atau prinsip-prinsip fisika. Di dalamnya termasuk juga meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer. Penelitian geofisika untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi melibatkan pengukuran di atas permukaan bumi dari parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari pengukuran ini dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di bawah permukaan bumi baik itu secara vertikal maupun horisontal.

Dalam skala yang berbeda,
metode geofisika dapat diterapkan secara global yaitu untuk menentukan struktur bumi, secara lokal yaitu untuk eksplorasi mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala kecil yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dll).

Di Indonesia, ilmu ini dipelajari hampir di semua perguruan tinggi negeri yang ada. Biasaya geofisika masuk ke dalam fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA), karena memerlukan dasar-dasar ilmu fisika yang kuat, atau ada juga yang memasukkannya ke dalam bagian dari Geologi. Saat ini, baik geofisika maupun geologi hampir menjadi suatu kesatuan yang tak terpisahkan Ilmu bumi.

Bidang kajian ilmu geofisika meliputi meteorologi (udara), geofisika bumi padat dan oseanografi(laut).

Beberapa contoh kajian dari geofisika bumi padat misalnya seismologi yang mempelajari gempabumi, ilmu tentang gunungapi (Gunung Berapi) atau volcanology, geodinamika yang mempelajari dinamika pergerakan lempeng-lempeng di bumi, dan eksplorasi seismik yang digunakan dalam pencarian hidrokarbon

METODE-METODE GEOFISIKA

Secara umum, metode geofisika dibagi menjadi dua kategori yaitu metode pasif dan aktif. Metode pasif dilakukan dengan mengukur medan alami yang dipancarkan oleh bumi. Metode aktif dilakukan dengan membuat medan gangguan kemudian mengukur respons yang dilakukan oleh bumi. Medan alami yang dimaksud disini misalnya radiasi gelombang gempa bumi, medan gravitasi bumi, medan magnetik bumi, medan listrik dan elektromagnetik bumi serta radiasi radioaktivitas bumi. Medan buatan dapat berupa ledakan dinamit, pemberian arus listrik ke dalam tanah, pengiriman sinyal radar dan lain sebagainya.

                               Table yang di gunakan dalam ilmu geofisika

Metode	Parameter yang diukur	Sifat-sifat fisika yang terlibat
Seismik	Waktu tiba gelombang seismik pantul atau bias, amplitudo dan frekuensi gelombang seismik	Densitas dan modulus elastisitas yang menentukan kecepatan rambat gelombang seismic
Gravitasi	Variasi harga percepatan gravitasi bumi pada posisi yang berbeda	Densitas
Magnetik	Variasi harga intensitas medan magnetik pada posisi yang berbeda	Suseptibilitas atau remanen magnetic
Resistivitas	Harga resistansi dari bumi	Konduktivitas listrik
Polarisasi terinduksi	Tegangan polarisasi atau resistivitas batuan sebagai fungsi dari frekuensi	Kapasitansi listrik
Potensial diri	Potensial listrik	Konduktivitas listrik
Elektromagnetik	Respon terhadap radiasi elektromagnetik	Konduktivitas atau Induktansi listrik
Radar	Waktu tiba perambatan gelombang radar	Konstanta dielektrik

                                      FISIKA  DALAM TAMBANG BIJI BESI

EKSPLORASI BIJI BESI

Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan.

Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika.

Kegiatan pekerjaan lapangan yang dilakukan adalah penyelidikan geologi meliputi pemetaan; pembuatan paritan dan sumur uji, pengukuran topografi, survei geofisika dan pemboran inti.

Kegiatan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan antara lain adalah analisis laboratorium dan pengolahan data. Analisis laboratorium meliputi analisis kimia dan fisika. Unsur yang dianalisis kimia antara lain : Fe_total, Fe₂O₃, Fe₃O₄, TiO₂, S, P, SiO₂, MgO, CaO, K₂O, Al₂O₃, LOI. Analisis fisika yang dilakukan antara lain : mineragrafi, petrografi, berat jenis (BD). Sedangkan pengolahan data adalah interpretasi hasil dari penyelidikan lapangan dan analisis laboratorium.

Tahapan eksplorasi adalah urutan penyelidikan geologi yang umumnya dilakukan melalui empat tahap sbb : Survei tinjau, prospeksi, eksplorasi umum, eksplorasi rinci. Survei tinjau, tahap eksplorasi untuk mengidentifikasi daerah-daerah yang berpotensi bagi keterdapatan mineral pada skala regional. Prospeksi, tahap eksplorasi dengan jalan mempersempit daerah yg mengandung endapan mineral yg potensial. Eksplorasi umum, tahap eksplorasi yang rnerupakan deliniasi awal dari suatu endapan yang teridentifikasi .

Eksplorasi rinci, tahap eksplorasi untuk mendeliniasi secara rinci dalarn 3-dimensi terhadap endapan mineral yang telah diketahui dari pencontohan singkapan, paritan, lubang bor, shafts dan terowongan.

PENYELIDIKAN GEOLOGI

Merupakan penyelidikan yang berkaitan dengan aspek-aspek geologi diantaranya pemetaan geologi, parit uji, sumur uji. Pemetaan adalah pengamatan dan pengambilan conto yang berkaitan dengan aspek geologi dilapangan. Pengamatan yang dilakukan meliputi : jenis litologi, mineralisasi, ubahan dan struktur pada singkapan, sedangkan pengambilan conto berupa batuan terpilih.

Penyelidikan Geofisika adalah penyelidikan yang berdasarkan sifat fisik batuan, untuk dapat mengetahui struktur bawah permukaan, geometri cebakan mineral, serta sebarannya secara horizontal maupun secara vertical yang mendukung penafsiran geologi dan geokimia secara langsung maupun tidak langsung.

Pemboran inti dilakukan setelah penyelidikan geologi dan penyelidikan geofisika. Penentuan jumlah cadangan (sumberdaya) mineral yang mempunyai nilai ekonomis adalah suatu hal pertama kali yang perlu dikaji, dihitung sesuai standar perhitungan cadangan yang berlaku, karena akan berpengaruh terhadap optimasi rencana usaha tambang, umur tambang dan hasil yang akan diperoleh.

Dalam hal penentuan cadangan, langkah yang perlu diperhatikan antara lain :

- Memadai atau tidaknya kegiatan dan hasil eksplorasi.

- Kebenaran penyebaran dan kualitas cadangan berdasarkan korelasi seluruh data eksplorasi seperti pemboran, analisis conto, dll.

- Kelayakan penentuan batasan cadangan, seperti Cut of Grade, Stripping Ratio, kedalaman maksimum penambangan, ketebalan minimum dan sebagainya bertujuan untuk mengetahui kondisi geologi dan sebaran bijih besi bawah permukaan.

Tatacara eksplorasi pasir besi meliputi urutan kegiatan eksplorasi pasir besi mulai dari kegiatan sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan untuk mengetahui potensi pasir besi.

· Kegiatan Sebelum Pekerjaan Lapangan

- Studi Literatur yang dilakukan meliputi: pengumpulan dan pengolahan data serta laporan kegiatan sebelumnya.

- Studi Penginderaan Jarak Jauh dengan jenis data yang dapat digunakan dalam studi ini meliputi : data Citra Landsat MSS TM/ Tematic mapper, SLAR, Spot image dan foto udara. Dengan data penginderaan jarak jauh ini dapat dilakukan interpretasi gejala–gejala geologi yang berguna sebagai acuan dalam eksplorasi pasir besi.

- Studi Geofisika dengan Eksplorasi Bijih Besi (Iron Ore) Menggunakan Metode Magnetik

EKSPLORASI GEOFISIKA

       Ekplorasi merupakan penyelidikan awal di bidang pertambangan yang bertujuan untuk mengetahui potensi mineral atau bahan galian di suatu wilayah penelitian. Hasil sebuah ekplorasi biasanya berupa karakteristik bahan tambang, sebaran mineral, atau jumlah cadangan mineral.

Di dalam eksplorasi geofisika biasanya digunakan beberapa metode seperti metode geolistrik (geoelectric), metode magnetik, metode gravitasi dan seismik. Masing-masing metode diterapkan sesuai dengan objek bahan galian yang akan diselidiki. Misalnya, metode geolistrik sangat cocok untuk mengetahui potensi air tanah (ground water). Metode ini juga dapat diterapkan untuk eksplorasi mineral seperti bijih besi dan mangan. Namun, akurasinya rendah dikarenakan nilai resistivitas skala laboratorium untuk beberapa jenis mineral berbeda dengan skala lapangan. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh struktur batuan.
Contoh lainnya adalah metode magnetik, cocok digunakan untuk eksplorasi mineral magnetis seperti bijih besi seperti magnetit dan hematit. Metode ini didasarkan pada nilai anomali medan magnet bumi di suatu kawasan survei. Sebagaimana kita ketahui bahwa bumi memiliki sifat seperti magnet (dwikutub) yaitu kutub utara dan selatan.

        Dalam artikel ini akan diulas secara singkat mengenai eksplorasi mineral dengan metode magnetik atau biasa juga disebut sebagai metode geomagnetik. Untuk memahami metode geomagnetik, ada baiknya diulas secara ringkas beberapa teori dasar tentang kemagnetan dan beberapa kajian yang berkaitan dengannya .

Kegiatan Pekerjaan Lapangan

• Pemetaan Geologi dalam penyelidikan pasir besi meliputi pemetaan batas pasir pantai dengan litologi lainnya, sehingga dapat diperoleh gambaran sebaran endapan pasir besi.

• Pengukuran Topografi dilakukan untuk menggambarkan morfologi pantai dan perencanaan penempatan titik-titik lokasi pemboran dan sumur uji serta lintasan geofisika.

Urutan kegiatan yang dilakukan dalam pengukuran topografi adalah sebagai berikut:

- Penentuan koordinat titik awal pengukuran pada punggungan sand dune.

- Pembuatan garis sumbu utama (base line) dan

- Pengukuran siku-siku untuk garis lintang (cross line).

Garis sumbu utama diusahakan searah dengan garis pantai dan garis-garis lintang yang merupakan tempat kedudukan titik bor, arahnya dibuat tegak lurus terhadap sumbu utama dengan interval jarak tertentu.

Geofisika (Geomagnetik) metoda geofisika yang digunakan dalam studi ini adalah metoda geomagnetik yang meliputi: aeromagnetic dan groundmagnetic, namun jarang diterapkan. Tujuan dari penerapan metode ini adalah untuk mencari sebaran anomali magnetik daerah pantai yang dieksplorasi.

Pemboran ini dimaksudkan untuk mengambil conto-conto pasir besi pantai baik yang ada diatas permukaan laut maupun yang berada dibawahnya.

Pekerjaan pemboran pasir besi dilakukan dengan menggunakan bor dangkal baik yang bersifat manual (Doormer) maupun bersifat semi mekanis ( Gambar 1 ). Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
- Penentuan lokasi titik bor
- Setting alat bor
- Pembuatan lubang awal dilakukan dengan menggunakan mata bor jenis Ivan sampai batas permukaan air tanah.
- Setelah menembus lapisan air tanah, pemboran dilakukan dengan menggunakan casing yang didalamnya dipasang bailer.
- Pemboran dihentikan sampai batas batuan dasar.

Pengambilan conto pasir besi yang terletak di atas permukaan air tanah diambil dengan sendok pasir (sand auger) jenis Ivan berdiameter 2,5 inchi, sedangkan conto pasir yang berada di bawah permukaan air tanah dan bawah permukaan air laut diambil dengan bailer yang dilengkapi ball valve. Conto-conto diambil untuk setiap kedalaman 1,5 meter atau setiap satu meter dan dibedakan antara conto dari horizon A, conto horizon B dan conto dari horizon C.

Pola pemboran dan interval titik bor yang digunakan pada pekerjaan ini disesuikan dengan tahapan survei, sebagai contoh pada tahapan eksplorasi rinci digunakan pola pemboran dengan interval 100 m x 20 m (Gambar 2).

• Pembuatan Sumur Uji, pada umumnya dilakukan pada pasir besi undak tua yang telah mengalami kompaksi. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mengambil conto-conto pasir besi pantai sampai pada kedalaman tertentu sampai mencapai permukaan air dan untuk mengetahui profil/penampang tegak perlapisan pasir besi.

Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

- Penentuan lokasi sumur uji.

- Penggalian dengan luas bukaan sumur 1m x 1m atau 1,5m x 1,5m.

- Bila terjadi runtuhan maka dibuat penyangga.

- Pembuatan sumur dihentikan apabila telah mencapai permukaan air atau telah mencapai batuan dasar.

Pengambilan conto pasir besi dari sumur uji diambil dengan interval setiap satu meter menggunakan metoda channel sampling, dengan ukuran 5 cm x 10 cm.

- Preparasi Conto, proses preparasi di lapangan untuk conto bor dan sumur uji dapat dilakukan dengan dua metoda, yaitu: increment atau Riffle splitter. Conto yang diambil harus homogen dari setiap interval kedalaman. Dengan pengambilan yang cukup representatif akan menjamin ketelitian dalam analisa kimia, perhitungan sumber daya atau cadangan dari endapan pasir besi pantai. Pengambilan conto-conto tersebut didasari oleh prosedur baku dalam eksplorasi endapan pasir besi pantai.

Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metoda increment mengacu pada Japan Industrial Standard (J.I.S ), yaitu :

- Conto pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan diaduk hingga homogen

- Conto tersebut di atas dimasukkan dalam kotak increment, diratakan dan dibagi dalam garis kotak- kotak (Gambar 3).

- Conto direduksi dengan menggunakan sendok increment dari kotak increment, dari tiap-tiap kotak ditampung dalam kantong conto (Gambar 4).

- Conto hasil reduksi kemudian dikeringkan.

- Conto yang sudah dikeringkan dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3 bagian. Satu bagian untuk conto individu, satu bagian untuk conto komposit dan satu bagian untuk duplikat.

- Satu bagian conto dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi conto komposit.

Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metoda riffle splitter, yaitu :

- Conto pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan diaduk hingga homogen, kemudian dikeringkan

- Conto yang telah kering direduksi dengan riffle splitter hingga mendapatkan berat yang diinginkan (+ 3 kg).

- Conto yang sudah mengalami splitting dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3 bagian. Satu bagian untuk conto individu, satu bagian untuk conto komposit dan satu bagian untuk duplikat.

- Satu bagian conto dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi conto komposit.

- Penentuan Persentase Kemagnetan (MD), diawali dengan pemisahan mineral magnetik dengan non-magnetik, sebagai berikut:

- Hasil preparasi conto dilapangan sebanyak 1 kg, direduksi hingga + 100 gr menggunakan splitter (conto hasil reduksi).

- Conto hasil reduksi ditaburkan dalam suatu tempat secara merata.

- Pemisahan dilakukan dengan menggerak-kan magnet batang 300 gauss berulang-ulang minimal 7 kali di atas selembar kaca setebal 2 mm yang dibawahnya tertabur conto pasir untuk mendapatkan conto konsentrat yang cukup bersih. Jarak antara magnet batang dengan lapisan pasir harus dibuat tetap untuk menghindari perbedaan kuat medan magnet.

- Konsentrat yang diperoleh dari pemisahan magnet, ditimbang dalam satuan gram. Dengan membandingkan berat konsentrat dan berat conto hasil reduksi, maka didapat harga persentase magnetik dengan rumus :

Berat Konsentrat
MD : X 100 %

Berat conto hasil reduksi

- Penentuan Berat Jenis insitu dilakukan dengan cara sebagai berikut:

- Penghitungan volume conto dari bor berdasarkan perhitungan volume bagian dalam dari casing dengan rumus:

V= π x r² x t

V = Volume conto

π = Konstanta (3,14)

r = jari-jari bagian dalam casing;

t = ketinggian conto dalam casing.

- Penentuan berat dengan cara menimbang setiap interval conto

Kegiatan Setelah Pekerjaan Lapangan

Analisa Laboratorium dilakukan contoh-contoh setelah dikumpulkan (Gambar 6). Pekerjaan analisa laboratorium meliputi analisa kimia dan fisika.

Analisa kimia dilakukan terhadap conto individu untuk mengetahui kandungan unsur dalam konsentrat, antara lain: Fe_total (FeO dan Fe₂O3, Fe3O4) dan Titan. Analisa kimia dapat dilakukan dengan beberapa metoda, antara lain AAS, volumetrik, XRF dan ICP.

Analisa fisika yang dilakukan antara lain analisa mineral butir, analisa ayak, analisa sifat magnetik dan berat jenis. Analisa mineral butir dilakukan untuk mengetahui jenis dan persen berat mineral baik untuk fraksi magnetik maupun nonmagnetik Conto yang dianalisa mineral butir berasal dari conto komposit, yang mewakili wilayah/ blok pemboran. Analisa ayak dimaksudkan untuk mengetahui ukuran butiran pasir besi yang dominan. Analisa ayak dilakukan terhadap conto pilihan berasal dari bagian-bagian blok interval dalam bentuk conto komposit berat 500 gram yang dibagi menjadi 6 fraksi, yakni :

1. butiran yang lebih besar + 2 mm atau + 10 mesh

2. butiran antara –2 + 1mm atau –10 + 18 mesh

3. butiran antara –1 + ½ mm atau –18 + 35 mesh;

4. butiran antara –1/2 + ¼ mm atau –35 + 72 mesh;

5. butiran antara –1/4 + 1/8 atau –72 + 150 mesh dan

6. butiran yang lebih kecil dari –1/8 mm.

Masing-masing fraksi jumlahnya dinyatakan dalam persen berat yang dapat digambarkan dalam bentuk diagram balok sehingga sebaran fraksi pasir besi yang dominan dapat diketahui (Gambar 7). Analisa berat jenis dimaksudkan untuk mengetahui berat jenis pasir besi. Analisa dilakukan dengan cara conto asli (crude sand) seberat 100 gram dimasukkan ke dalam air yang diketahui volumenya di dalam gelas ukur. Untuk memudahkan perhitungan ditetapkan volume 200 cc, apabila kenaikan air menjadi A cc, maka volume pasir yang dimasukkan = A – 200 cc.

Jadi berat jenis = 100 / (A-200) gram /cc.

- Pengolahan Data dari hasil pengamatan dan analisa laboratorium diolah dan ditafsirkan secara seksama untuk memberikan gambaran tentang kondisi geologi daerah penelitian yang berkembang dari aspek genetik, posisi, hubungan serta distribusinya.

Data hasil analisa MD dan pemboran dibuat profil penyebaran endapan pasir besi terhadap sumbu panjang (sejajar pantai) dan sumbu pendek (tegak lurus pantai) dan isograde. Lokasi-lokasi pengambilan conto diplot dalam peta topografi hasil pengukuran (Peta Lokasi Pengambilan Conto dan Peta Isograde).

Peta-peta yang dihasilkan bertujuan untuk keperluan penambangan, misalnya : peta isograde dan peta topografi serta penampang tegak sebaran bijih besi ke arah kedalaman baik sejajar garis pantai maupun yang memotong tegak lurus garis pantai. Bentuk–bentuk gumuk pasir baik yang front maupun back dunes dipetakan secara rinci.

Perhitungan sumber daya secara manual dilakukan dengan beberapa metoda, antara lain:

· Metoda daerah pengaruh dengan rumus :

C = (L x t) X MD x SG

Dimana :

C = Sumber daya dalam ton

L = Luas daerah pengaruh dalam m²

t = Tebal rata-rata endapan pasir besi dalam
meter

MD = prosentase kemagnetan dalam %

SG = Berat Jenis dalam ton/m³

· Metoda Geostatistik

Metoda ini digunakan untuk membantu dalam perhitungan estimasi sumber daya/cadangan endapan bahan galian dimana nilai conto merupakan realisasi fungsi acak (statistik spasial). Pada hipotesis ini, nilai conto merupakan suatu fungsi dari posisi dalam cebakan, dan posisi relatif conto dimasukkan dalam pertimbangan. Kesamaan nilai-nilai conto yang merupakan fungsi jarak conto serta yang saling berhubungan ini merupakan dasar teori statistik spasial. Metoda ini jarang dilakukan dalam perhitungan estimasi sumber daya /cadangan pasir besi.

Untuk mengetahui sejauh mana hubungan spasial antara titik–titik di dalam cebakan, maka harus diketahui fungsi strukturalnya yang dicerminkan oleh model semivariogramnya.

Menetapkan model semivariogram merupakan langkah awal dalam perhitungan geostatistik, selanjutnya dengan perhitungan varian estimasi, varian dispersi, varian kriging, dll.

Metoda geostatistik yang digunakan dalam eksplorasi pasir besi adalah varian estimasi. Pada metoda ini estimasi suatu cadangan dicirikan oleh suatu ekstensi/pengembangan satu atau beberapa harga yang diketahui terhadap daerah sekitarnya yang tidak dikenal. Suatu harga yang diketahui (diukur pada conto inti, atau pada suatu blok) diekstensikan terhadap bagian-bagian yang diketahui pada satu endapan bijih.

Ada beberapa cara estimasi yang sudah dikenal pada kegiatan pertambangan antara lain:

a. Estimasi kadar rata-rata suatu cadangan bijih berdasarkan rata-rata suatu kadar yang didapat dari analisis conto pemboran/sumur uji.

b. Estimasi endapan bijih pada suatu tambang atau blok-blok penambangan dengan menggunakan sistem poligon sebagai daerah pengaruh, yang antara lain didasari oleh titik-titik pengamatan berikutnya, pembobotan secara proporsional yang berbanding terbalik dengan jarak dan lain-lain.

Tujuan dari penggunaan metoda ini antara lain untuk memperoleh gambaran tiga dimensi dari bentuk endapan pasir besi. Pada penerapannya untuk perhitungan dalam geostatistik umumnya memerlukan bantuan komputer. Geoplan merupakan perangkat lunak yang diperlukan dalam paket perhitungan variogram. Selain itu juga digunakan perangkat lunak program KRIG3D yang merupakan paket program kriging, varian estimasi dan varian dispersi.