SURVEI GAYA BERAT DAN (AMT) DI DAERAH PANAS BUMI …psdg.geologi.esdm.go.id/kolokium/2015_2/pb/1.7 Survei Gaya Berat... · permukaan sebagai bahan interpretasi sistem panas bumi maka

SURVEI GAYA BERAT DAN AUDIO MAGNETOTELLURIC (AMT) DI

DAERAH PANAS BUMI SAJAU, KABUPATEN BULUNGAN, PROVINSI KALIMANTAN UTARA

Ahmad Zarkasyi, Dikdik Risdianto

Kelompok Penyelidikan Panas Bumi, Pusat Sumber Daya Geoogi

SARI

Keberadaan sistem panas bumi di Sajau ditandai dengan manifestasi air panas

bertemperatur 57–80 0C. Indikasi ini menjadi menarik karena berada di Pulau Kalimantan yang

tersusun oleh batuan sedimen Tersier. Untuk memperoleh informasi struktur bawah

permukaan sebagai bahan interpretasi sistem panas bumi maka dilakukan survei gaya berat

dan audio magnetotelluric. Sebanyak 255 titik gaya berat dan 66 titik AMT tersebar melingkupi

area penelitian. Hasil survey menunjukkan anomali tinggi gaya berat di sekitar mata air panas

sebagai indikasi adanya batuan berdensitas tinggi dan anomali tahanan jenis rendah sebagai

indikasi batuan teralterasi. Area prospek panas bumi berada di sekitar munculnya mata air

panas dengan luas area berdasarkan anomali geofisika sekitar 9 km2.

PENDAHULUAN

Daerah Sajau berada di Kabupaten

Bulungan, Provinsi Kalimantan Utara

(Gambar 1). Di daerah ini muncul

manifestasi panas bumi berupa mata air

panas bertemperatur 57,50 C – 80,10 C

(Nurhadi, dkk, PSDG, 2015). Keberadaan

manifestasi panas bumi ini menjadi suatu

yang menarik karena dengan besar

temperatur mencapai 80,10 C dan berada

di Pulau Kalimantan yang berdasarkan

tatanan geologi regionalnya berupa batuan

sedimen berumur Tersier. Pada lokasi ini

juga tidak dijumpai indikasi gunung api atau

batuan intrusi sebagai sumber panas pada

umumnya.

Berdasarkan informasi di atas,

maka pada tahun 2015 Pusat Sumber

Daya Geologi melakukan survei geofisika

dengan metode gaya berat dan

Audiomagnetotelluric (AMT). survei ini

dilakukan untuk mempelajari sistem panas

bumi yang terbentuk dan memperkirakan

potensi sumber daya panas bumi yang

didukung oleh data geosain secara

terpadu.

Berdasarkan pemetaan batuan di

daerah ini (Nurhadi, dkk, 2015) Sajau

berada pada bagian barat dari cekungan

Tarakan, yang didominasi oleh batuan

sedimen (Gambar 2). Batuan tertua adalah

serpih karbonatan yang terbentuk di pada

Kala Eosen, menjemari dengan

terbentuknya satuan batugamping dan

batupasir karbonat. Satuan ini diduga

merupakan basemen yang berada di

bagian barat. Pada Kala Oligosen hingga

miosen terjadi pengangkatan sehingga

batuan karbonat terangkat dan mulai

terbentuk batubara pada lingkungan

deltaik, yang didahului oleh pembentukan

konglomerat pasiran dengan komposisi

kuarsa dan serpih. Kemudian mulai

terbentuklah endapan batubara dengan

lapisan yang cukup tebal di bagian tengah

dan timur laut sesuai arah kelurusannya.

Sistem panas bumi Sajau sendiri

berada di lingkungan non vulkanik dan

berada pada tepian cekungan Tarakan

bagian barat. Morfologi Sajau di

kelompokkan menjadi perbukitan Karst

curam, perbukitan bergelombang kuat,

Perbukitan bergelombang lemah dan

pedataran. Batuan peyusun berdasarkan

urutan stratigrafi dibagi menjadi batuan

serpih karbonat, batugamping, batupasir

karbonat, serpih rijang, konglomerat,

batupasir karbon–batubara, serpih non

karbonat, dan endapan alluvium.

METODE DAN TEORI

Metode Survei AMT

Metode survei AMT pada daerah

panas bumi dilakukan dengan tahapan

studi literatur tentang daerah survei,

persiapan kerja lapangan seperti kalibrasi

peralatan dan desain survei, akuisisi data,

pengolahan dan pemodelan data.

Akuisisi data pengukuran

menggunakan Zonge GDP-32II dengan

rentang frekuensi yang diukur 8000 – 1Hz.

Data hasil pengukuran diproses dengan

menggunakan algoritma Robust.

Kemudian kurva data diedit dan dianalisis

EM strike. Untuk pemodelannya digunakan

teknik inversi 2D untuk tiap lintasan yang

dipilih.

Metode AMT adalah metode geofisika

yang memanfaatkan gelombang

elektromagnetik. Metode ini mengukur

respon bumi dalam besaran medan listrik

(E) dan medan magnet (H) terhadap

medan elektromagnetik (EM) alam.

Respon tersebut berupa komponen

horizontal medan magnet dan listrik bumi

yang diukur pada permukaan bumi pada

posisi tertentu.

Tahanan jenis dari metode ini dihitung

berdasarkan perbandingan besarnya

medan listrik dan medan magnet yang

dikenal dengan persamaan Cagniard.

Persamaan ini dihasilkan dari persamaan

Maxwell dengan asumsi gelombang

bidang.

2

5

1

H

Exfa

(1)

Keterangan:

a : tahanan jenis semu (Ohm-m)

f : frekuensi (Hz)

E : Besarnya medan listrik (mV/km)

H : Besarnya medan magnet (nT)

Tahanan jenis semu terdiri dari dua

kurva seperti Rhoxy dan Rhoyx, kemudian

dirotasi terhadap sumbu utama, bisa

kedalam TE mode (medan listrik sejajar

dengan strike) atau TM mode (medan listrik

tegak lurus strike).

Penetrasi kedalaman efektif dapat

ditentukan dengan menggunakan

persamaan di bawah ini :

= 503 x ( / f)1/2 (2)

Keterangan:

: penetrasi kedalaman efektif (m)

: tahanan jenis semu (Ohm-m)

f : frekuensi (Hz)

Ketika tahanan jenis berubah terhadap

kedalaman, maka tahanan jenis semu akan

berubah terhadap frekuensi, karena

frekuensi tinggi tidak memiliki penetrasi

yang cukup dalam, sedangkan frekuensi

rendah memiliki penetrasi lebih dalam. Hal

ini menunjukkan bahwa struktur tahanan

jenis dari zona dangkal sampai ke zona

dalam dapat dianalisis berdasarkan tinggi

atau rendahnya frekuensi.

Skin depth sebagai fungsi dari

frekuensi dan tahanan jenis dapat

ditentukan dari persamaan berikut.

f

503

2 2

1

(3)

Keterangan:

: skin depth (m)

: (= 2 f) frekuensi sudut

: konduktivitas (S/m)

: permeabilitas magnet (H/m)

: tahanan jenis semu (Ohm-m)

f : frekuensi (Hz)

Metode Gaya Berat

Dasar metode gaya berat adalah

hukum Newton yang menyatakan bahwa

setiap bagian suatu benda akan

menimbulkan gaya tarik menarik terhadap

bagian lain yang besarnya sama dengan

hasil kali massa-massa dan berbanding

terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua

massa. Besarnya gaya tarik antara dua

partikel bermassa m1 dan m2 diberikan oleh

persamaan:

rm

r

mF

2

2

1 (4)

Keterangan:

F= gaya tarik menarik antara 2 benda m1

dan m2 (Newton)

= konstanta gaya berat (6.67 x 10-11

m3/kgs2)

m1, m2= massa 1 dan 2 (kg)

r

= vektor satuan berarah m2 ke m1

r = jarak antara massa 1 dan 2 (m)

Gaya tarik bumi terhadap suatu

massa yang berada di luar bumi

menyebabkan massa dipercepat secara

vertikal ke bawah. Percepatan yang dialami

suatu massa (m2) akibat tarikan massa lain,

dalam hal ini bumi (m1) dalam jarak r

dikenal sebagai percepatan gravitasi yang

dinyatakan sebagai:

2m

Fg

(m/s2) (5)

Jika persamaan (4) dimasukkan ke dalam

persamaan (5) maka akan diperoleh

persamaan percepatan gravitasi gaya

berat:

rr

mF

2

1 (6)

Percepatan g

sebanding dengan gaya

gravitasi persatuan massa terhadap m1

(Telford, et.al, 1990).

HASIL PENYELIDIKAN

Sebaran titik pengukuran metode AMT

dan gaya berat diperlihatkan pada Gambar

3. Pengukuran gaya berat dilakukan pada

255 titik dengan menggunakan alat

Scientrex CG-5. Data pengukuran

dikoreksi terhadap pasang surut, drift alat,

gaya berat normal, udara bebas, koreksi

medan dan Bouguer. Densitas yang

digunakan sebesar 2,5 gr/cm3 yang

diperoleh dari penghitungan conto batuan

lokasi Sajau di laboratorium.

Untuk survei metode AMT diperoleh

dari pengolahan 61 titik pengukuran yang

menggunakan peralatan Zonge GDP-32II.

Mayoritas kualitas data AMT yang

diperoleh cukup bagus dengan rentang

frekuensi yang digunakan adalah 8000 - 1

Hz. Hasil AMT berupa sebaran tahanan

jenis semu dan model tahanan jenis

(sebaran dan penampang tahanan jenis).

A. Gaya Berat

Anomali Bouger komplit atau CBA

(Gambar 4a) yang diperoleh memiliki

rentang anomali 36-88 mGal, pola sebaran

anomali cenderung bernilai tinggi di sisi

barat daerah survei dan bernilai rendah ke

arah timur. Liniasi kontur anomali cendrung

dominan berarah baratlaut-tenggara.

Pola-pola pembelokan kontur gaya

berat di daerah ini tidak begitu kompleks.

Pembelokan terjadi di bagian tengah - timur

dengan pembelokan kontur ke arah timur.

Daerah lokasi manifestasi panas bumi

berada di zona kontur yang agak rapat

dengan nilai sekitar 70-80 mGal.

Area menarik terdapat di sisi barat

dari manifestasi air panas yaitu anomali

tinggi bernilai 80-88 mGal. Anomali tinggi

ini mengindikasikan keberadaan blok

batuan berdensitas tinggi dibandingkan

lingkungan batuan sekitarnya. Analisis ini

harus diperkuat kembali oleh data geologi

dan juga anomali gaya berat residual. Hal

ini karena anomali Bouguer merupakan

nilai super posisi dari semua anomali

sehingga untuk interpretasi lebih lanjut

harus dilakukan penyaringan anomali.

Anomali regional dan residual

(Gambar 4b dan 4c) diperoleh dengan

metode polinomial orde 1. Anomali regional

memilki kecendrungan tinggi di bagian

baratdaya dan merendah secara gradasi

ke arah timurlaut dengan liniasi berarah

baratlaut-tenggara. Hal ini

mengindikasikan struktur batuan dasar di

area bagian baratdaya lebih masif dan

berdensitas lebih tinggi dibandingkan

penyusun batuan di bagian timurlaut.

Liniasi kontur yang berarah baratlaut-

tenggara juga mengindikasikan struktur

besar /regional di daerah ini dengan arah

yang sama.

Anomali residual hasil pengurangan

Cba terhadap tren regionalnya memiliki

rentang -22 sampai dengan 16 mGal. Pola

umum anomali residual mengindikasikan

blok batuan di sisi timur-timurlaut daerah

survei memiliki densitas yang lebih rendah

bila dibandingkan dengan blok batuan

bagian tengah dan barat.

Spot anomali residual tinggi berada

di sekitar mata air panas. Anomali tinggi >8

mGal ini muncul di sisi barat dan baratlaut

dari lokasi manifestasi. Interpretasi anomali

tinggi di lokasi tersebut masih harus di

korelasikan dengan lingkungan geologi

sekitarnya. Apakah spot-spot tinggi

tersebut masih satu bagian blok batuan

atau terpisah. Jika spot anomali tersebut

merupakan blok batuan terpisah dan

dikorelasikan dengan geologi berupa

batuan beku, maka spot anomali tinggi

tersebut menjadi sangat menarik. Jika

anomali tinggi yang di bagian tengah

merupakan satu kesatuan batuan maka

kemungkinan hanya respon batuan yang

secara regional memang lebih tinggi

dibandingkan dengan batuan di sisi timur

dan baratlaut.

B. AMT

Tahanan jenis semu dicuplik pada

empat frekuensi, yaitu 1000, 100, 10 dan 1

Hz (Gambar 5). Pola sebaran dan nilai

tahanan jenis semu invarian di daerah ini

tidak begitu kompleks. Nilai relatif tinggi

terkonsentrasi pada lokasi tertentu dan

pada frekuensi tinggi saja.

Nilai tahanan jenis >50 Ohmm

mengisi bagian timur dan utara dengan

liniasi berarah baratlaut-tenggara. Anomali

tinggi ini hanya terjadi pada frekuensi tinggi

(1000 Hz). Sedangkan pada frekuensi lebih

rendah dari 1000 Hz (100, 10, dan 1 Hz)

tidak lagi jumpai area bertahanan jenis

tinggi >50 Ohmm. Pada frekuensi 100 Hz

spot-spot nilai tahanan jenis bernilai >25

Ohmm mengisi bagian timurlaut, timur dan

bagian tengah sebelah barat dari lokasi

mata air panas. Khusus spot tahanan jenis

>25 Ohmm di barat manifestasi air panas

ini muncul secara konsisten di tiap

frekuensi dengan pola kontur tertutup.

Pemodelan tahanan jenis batuan

hasil pemodelan inversi 2D ditampilkan

dalam bentuk lateral yang dicuplik pada

kedalaman yang sama (Gambar 5). Pada

kedalaman 250 m terdapat tahanan jenis

batuan <10 Ohmm dengan area yang luas

di bagian tengah termasuk di area sekitar

mata air panas. Kelompok tahanan jenis

rendah ini semakin meluas ke arah timur

pada kedalaman 500 m, 750 m dan 1000

meter.

Di bagian utara, tahanan jenis

bernilai sekitar 25-50 Ohmm konsisten

muncul sejak kedalaman 250 m sampai

dengan 1000 meter dengan pola yang

semakin tegas. Untuk bagian selatan nilai

tahanan jenis mengalami perubahan yang

jelas. Pada kedalaman 250 m sampai 500

meter area ini ditempati tahanan jenis

batuan bernilai <15 Ohmm. Sedangkan

pada kedalaman di bawah 500 m nilai

tahanan jenis berubah menjadi relatif tinggi

>50 Ohmm dengan pola liniasi baratdaya-

timurlaut.

Kontras tahanan jenis yang menarik

berada menarik di sisi barat manifestasi

panas bumi, dengan nilai tahanan jenis

tinggi. Pada kedalaman 250 meter, kontur

tertutup bertahanan jenis 25-50 Ohmm

muncul di sisi barat manifestasi air panas.

Pola ini secara konsisten muncul pada

kedalaman 250, 500, 750 dan 1000 meter

dengan nilai tahanan jenis yang juga

semakin tinggi. Berdasarkan analisis pola

sebaran dan nilainya, anomali tinggi ini

mengindikasikan sebuah blok batuan yang

berbeda dibandingkan dengan batuan

lingkungan sekitarnya. Dugaan ini harus

dikorelasikan dengan metode survei

lainnya seperti gaya berat dan juga geologi.

DISKUSI

Anomali residual menunjukkan

adanya anomali tinggi di sisi barat mata air

panas. Anomali tersebut mengindikasikan

blok batuan berdensitas lebih tinggi

dibandingkan sekitarnya. Interpretasi

anomali tinggi ini jika di korelasikan dengan

lingkungan geologi sekitarnya berupa

batugamping. Lokasi anomali tinggi dari

gaya berat ini bersesuaian dengan anomali

tinggi tahanan jenis (metode AMT). Jika

anomali tinggi merupakan blok batuan

berupa batuan beku, maka spot anomali

tinggi tersebut menjadi sangat menarik.

Anomali tinggi yang bersesuaian di

kedua metode jika diasumsikan sebagai

indikasi aktivitas plutonisme maka

diperkirakan. batuan plutonik tersebut itu

sebagai sumber panas. Energi dari sumber

tersebut ditransfer secara konduktif dan

konvektif pada reservoir. Sedangkan liniasi

gaya berat berarah baratdaya-timurlaut

bersesuaian dengan keberadaan sesar

dengan arah yang sama. Sesar tersebut

diduga sebagai struktur geologi yang

mengkontruksi manifestasi air panas

muncul ke permukaan.

Daerah Sajau yang didominasi oleh

batuan-batuan yang memiliki sifat umum

bertahanan jenis rendah seperti batu pasir,

serpih dan konglomerat. Akibat komposisi

batuan tersebut, maka interpretasi nilai

tahanan jenis rendah yang berkorelasi

dengan panas bumi harus dilakukan

secara hati-hati.

Pola sebaran tahanan jenis yang

termodelkan pada kedalaman 100 meter

menunjukkan adanya nilai tahanan jenis

redah <10 Ohmm di sekitar manifestasi

panas bumi. nilai rendah ini berpola kontur

tertutup dan terpisah dengan kelompok

nilai rendah di bagian tengah dan selatan.

Litologi sekitar manifestasi berupa

batupasir, konglomerat dan aluvium

merupakan batuan-batuan bertahanan

jenis rendah. Diperkirakan respon nilai

tahanan jenis batuan tersebut memiliki nilai

tahanan jenis di bawah 30 Ohmm.

Sedangkan nilai <10 Ohmm di sekitar

manifestasi diduga ada faktor pengaruh

fluida panas bumi yang mengubah batuan

sekitar menjadi lebih rendah (<10 Ohmm).

Lapisan batuan ini lah yang diduga sebagai

lapisan penudung.

Zona transisi antara lapisan

penudung dan resevoir masih sulit

ditentukan. berdasarkan penampang

tahanan jenis yang melewati mata air

panas (Gambar 6) di bawah permukaan

manifestasi nilai tahanan jenis masih

menerus rendah. Sedangkan bertahanan

jenis tinggi di sisi baratdayanya masih

diragukan sebagai batuan plutonik.

Diperlukan studi yang lebih mendalam

tentang sistem panas bumi terutama

sumber panas bagi sistem.

Deliniasi prospek panas bumi

dengan mengkombinasi kedua hasil

metode geofisika terdapat di bagian tengah

sekitar mata air panas (Gambar 7). Area

prospek ini didukung oleh hasil kompilasi

geologi struktur, anomali tahanan jenis

rendah dan anomali gaya berat tinggi

dengan luas sekitar 7 km2.

Untuk estimasi potensi panas bumi

metode volumetrik (Lump Parameter) dan

mengacu ke SNI 13-6171-1999 dan

dikonversi ke dalam satuan MWe.

Mengacu ke hasil penyelidikan geokimia

(Andri, dkk, PSDG, 2015) daerah panas

bumi Sajau memiliki temperatur reservoir

sebesar 190°C,dan dengan luas area

prospek sekitar 7 km2 maka potensi daerah

Sajau sebesar 23 MWe (Tabel 1).

KESIMPULAN

Prospek panas bumi Sajau berada di

sekitar lokasi. Sistem panas bumi diduga

karena adanya sisa panas dari batuan

plutonik yang diindikasikan dengan gaya

berat dan tahanan jenis tinggi di baratdaya

mata air panas. Lapisan batuan penudung

diperkirakan tersusun dari batuan

bertahanan jenis <10 Ohmm yang tersebar

di sekitar manifestasi dengan ketebalan

yang masih sukar ditentukan akibat

overlapping antara nilai tahanan jenis

rendah akibat alterasi dan atau batuan

penyusun daerah ini. Dimensi lapisan

resevoir

Luas daerah prospek panas bumi

sekitar 7 km2 dan potensi panas bumi

sekitar 23 Mwe. Sumber panas belum

dapat diketahui dan masih diperlukan studi

lanjut dengan metode lain.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih tim penulis

hantarkan kepada para staf Pusat Sumber

Daya Geologi, kelompok penyelidikan

panas bumi yang telah berperan serta

dalam penulisan ini.

DAFTAR PUSTAKA

BPS Kabupaten Bulungan, 2010, Kabupaten Bulungan Dalam Angka 2010.

Fournier, R.O., 1981, “Application of Water Geochemistry Geothermal Exploration and

Reservoir Engineering, “Geothermal System: Principles and Case Histories”. John

Willey & Sons. New York.

Giggenbach, W.F., 1988, “Geothermal Solute Equilibria Deviation of Na-K-Mg – Ca Geo-

Indicators. Geochemica Acta 52. pp. 2749 – 2765”.

Lawless, J., 1995, “Guidebook: An Introduction to Geothermal System”,Short course. Unocal

Ltd. Jakarta.

Mahon K., Ellis, A.J., 1977, “Chemistry and Geothermal System”, Academic Press Inc.

Orlando.

R.L. Situmorang dan G. Burhan. 1995, Tanjung Redeb, Kalimantan. Publ. P3G Bandung

Telford, W.M. et al, 1982, Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge.

Tim Survei PSDG, 2011, “Laporan Penyelidikan Pendahuluan Geologi dan Geokimia Panas

Bumi Kabupaten Nunukan, Bulungan dan Malinau, Provinsi Kalimantan Utara”, PSDG,

Bandung.

Tim Survei PSDG, 2015, “Laporan Penyelidikan Geologi dan Geokimia Panas Bumi

Kabupaten Bulungan Provinsi Kalimantan Utara”, PSDG, Bandung.

Tim Survei Terpadu, PSDG, 2015, “Laporan Survei Terpadu Gaya Berat dan Audio

Magnetotelurik Daerah Panas Bumi Kabupaten Bulungan Provinsi Kalimantan Utara”,

PSDG, Bandung

Gambar 1. Lokasi Daerah Sajau

Gambar 2. Peta Geologi Sajau (Nurhadi, dkk, PSDG 2015)

Gambar 3. Sebaran Titik Ukur Geofisika

Gambar 4. Anomali Gaya Berat Bouguer (a), Regional (b) dan Residual (c)

Gambar 5. Sebaran Tahanan Jenis Semu

1

Gambar 5. Sebaran Model Tahanan Jenis

Gambar 6. Penampang Model Tahanan Jenis

Gambar 7. Keprospekan Panas Bumi Sajau

Tabel 1. Perhitungan Potensi Panas Bumi