SURVEI TERPADU GAYA BERAT DAN (AMT) DAERAH PANAS BUMI ...psdg.geologi.esdm.go.id/kolokium/2015_2/pb/1.14 Makalah Survei... · makalah ini dibahas peta tahanan jenis pada elevasi 0

SURVEI TERPADU GAYA BERAT DAN AUDIO MAGNETOTELURIC (AMT)

DAERAH PANAS BUMI DOLOK MARAWA, KABUPATEN SIMALUNGUN

PROVINSI SUMATERA UTARA

Asep Sugianto, Tony Rahadinata, dan Yadi Supriyadi

Kelompok Penyelidikan Panas Bumi, Pusat Sumber Daya Geologi

SARI

Daerah panas bumi Dolok Marawa merupakan salah satu daerah panas bumi yang

terletak di Pulau Sumatera. Daerah ini berada di sebelah tenggara PLTP Sibayak dan sebelah

timurlaut Danau Toba. Indikasi panas bumi dicirikan dengan munculnya mata air panas di

daerah Tinggi Raja dan sekitarnya dengan temperatur sekitar 37-65oC. Pada tahun 2015, telah

dilakukan kegiatan survei gaya berat dan audio magnetotelurik (AMT) yang bertujuan untuk

memperoleh data keprospekan panas bumi dari tinjauan data geofisika. Pengukuran gaya

berat dilakukan pada 205 titik ukur yang tersebar secara acak/random dengan interval 500-

1000 m. Pengukuran data AMT dilakukan pada 61 titik ukur yang tersebar membentuk 6 buah

lintasan berarah baratdaya-timurlaut dengan jarak antar titik ukur 500-1000 m.

Hasil survei gaya berat dan AMT memperlihatkan zona menarik di sekitar mata air

panas Tinggi Raja. Pada zona tersebut terlihat adanya anomali residual (gaya berat) rendah

yang diduga berasosiasi dengan zona rekahan. Pada zona tersebut juga terlihat adanya

lapisan dengan nilai tahanan jenis rendah dari kedalaman sekitar 100 m hingga kedalaman

600 m. Lapisan tersebut diduga berkaitan dengan batuan ubahan yang berfungsi sebagai

batuan penudung. Di bawah lapisan tersebut terdapat nilai tahanan jenis sedang yang

diperkirakan sebagai zona reservoir. Puncak dari reservoir diperkirakan berada pada

kedalaman sekitar 600 m. Daerah prospek berada di sekitar sebaran mata air panas Tinggi

Raja dan melebar ke arah baratlaut dan tenggara dengan luas sekitar 5 km2.

PENDAHULUAN

Daerah panas bumi Dolok Marawa

merupakan salah satu daerah panas bumi

yang berada di Sumatera Utara. Secara

administrasi terletak di Kecamatan Silau

Kahean, Kabupaten Simalungun, Provinsi

Sumatera Utara (Gambar 1). Manifestasi

panas bumi muncul berupa mata air panas

dengan temperatur antara 37oC sampai

65oC. Penelitian kepanasbumian telah

banyak dilakukan diantaranya oleh Akbar

(1972) mengenai inventarisasi dan

penyelidikan pendahuluan gejala panas

bumi di daerah Sumatera Utara, Setiawan,

dkk. (2006) mengenai penyelidikan geologi

dan geokimia, Suryakusuma, dkk. (2006)

mengenai penyelidikan gaya berat dan

magnet, Zarkasyi, dkk. (2006) mengenai

penyelidikan geolistrik, dan Sundhoro, dkk.

(2006) mengenai penyelidikan terpadu

geologi, geokimia, dan geofisika.

Survei terpadu gaya berat dan

audio magnetotelurik (AMT) telah

dilakukan pada tahun 2015 dengan tujuan

untuk mendeliniasi keprospekan

berdasarkan data geofisika. Survei

tersebut dilakukan dengan dua metode

yaitu metode gaya berat dan AMT. Metode

gaya berat merupakan salah satu metode

geofisika yang dapat digunakan untuk

menggambarkan struktur bawah

permukaan berdasarkan densitas batuan.

Metode AMT dapat digunakan untuk

mengetahui struktur tahanan jenis bawah

permukaan. Kombinasi dari kedua metode

tersebut dapat memberikan gambaran

struktur bawah permukaan yang

berkorelasi dengan sistem panas bumi.

Geologi dan Manifestasi Panas Bumi

Secara geologi daerah panas bumi

Dolok Marawa tersusun atas satuan

Batugamping Bahbotala sebagai batuan

tertua dan diduga sebagai batuan dasar

daerah ini. Satuan batuan lainnya

didominasi oleh batuan vulkanik seperti

aliran dan jatuhan piroklastik produk

letusan Toba, Lava Gunung Sipapagus,

Lava Gunung Bahtopu dan sedimen seperti

Travertin dan Aluvium (Setiawan, dkk.,

2006). Struktur geologi yang berkembang

di daerah ini berupa kelurusan gunungapi,

kerucut Gunung/Dolok Bahtopu,

Gunung/Dolok Sipapagus, struktur sesar

arah timurlaut-baratdaya, dan sesar arah

baratlaut-tenggara (Gambar 2).

Manifestasi panas bumi di daerah

ini berupa sumber mata air panas dan

kolam panas dengan temperatur antara

37oC sampai 65oC. Manifestasi tersebut

muncul di beberapa lokasi dan menyebar di

sekitar perbukitan (dolok) Tinggi Raja pada

batuan tufa Toba. Di sekeliiling manifestasi

terdapat endapan padat travertin yang

terbentang cukup luas.

METODE

Survei terpadu ini dilakukan dengan

menggunakan metode gaya berat dan

AMT. Kedua metode tersebut memberikan

gambaran sifat fisika batuan yang berbeda,

sehingga kombinasi dari kedua metode ini

dapat menggambarkan struktur geologi

bawah permukaan yang berkorelasi

dengan sistem panas bumi.

Metode gaya berat adalah salah

satu metode geofisika yang memanfaatkan

medan potensial. Metode tersebut

didasarkan pada perbedaan gaya gravitasi

akibat adanya perbedaan densitas batuan

di bawah permukaan. Pengukuran gaya

berat dilakukan pada 205 titik ukur yang

tersebar secara acak/random dengan

interval sekitar 500 m (Gambar 3.a).

Distribusi titik ukur didesain sedemikian

rupa agar melingkupi seluruh daerah

survei, kecuali bagian baratdaya dan

tenggara. Pengukuran gaya berat

dilakukan dengan metode poligon tertutup,

dimana pengukuran diawali dan diakhiri di

base station. Pemodelan data gaya berat

dilakukan dengan menggunakan inversi 3D

yang tersedia dalam perangkat lunak

Grablox dari Pirttijarvi (2004). Program

tersebut menggabungkan dua metode

inversi, yaitu Singular Value Decomposition

(SVD) dan inversi Occam (Hjelt, 1992).

Metode AMT merupakan salah satu

metode geofisika yang memanfaatkan

medan elektromagnetik alam (medan listrik

dan medan magnet) pada rentang

frekuensi 0,1 – 10.000 Hz. Medan listrik

dan medan magnet diukur secara

bersamaan pada rentang waktu tertentu

sehingga memperoleh jumlah data yang

cukup. Hubungan dari medan listrik dan

medan magnet dapat menghasilkan nilai

tahanan jenis semu dan phase (Sugianto,

dkk., 2014). Pengukuran AMT dilakukan

pada 61 titik ukur yang tersebar

membentuk 6 lintasan berarah baratdaya-

timurlaut. Jarak antar titik ukur sekitar 500

m hingga 1000 m, sedangkan jarak antar

lintasan sekitar 1000 m (Gambar 3.b).

Pengukuran data AMT ini dilakukan

dengan menggunakan alat Zonge

Multifunction 24 bit. Pemodelan data AMT

dilakukan dengan inversi 2D yang tersedia

dalam perangkat lunak WinGlink. Inversi

tersebut menggunakan algoritma Non

Linear Conjugate Gradient (NLCG) dari

Rodi dan Mackie (2001).

HASIL

Gaya Berat

Hasil survei gaya berat disajikan

dalam bentuk peta anomali Bouguer, peta

anomali regional, peta anomali residual,

dan model gaya berat 3D. Peta anomali

Bouguer memperlihatkan nilai anomali

tinggi di sebelah baratdaya dan anomali

rendah di sebelah timur dengan pola liniasi

berarah baratlaut-tenggara. Anomali

regional memperlihatkan pola liniasi

berarah baratlaut-tenggara dengan nilai

anomali tinggi berada di sebelah barat dan

anomali rendah berada di sebelah timur

(Gambar 4). Anomali residual

memperlihatkan pola yang bervariatif.

Anomali tinggi terlihat di sekitar Dolok

Bahtopu dan di sebelah utara sekitar Bah

Huti. Anomali rendah terlihat di sekitar mata

air panas Tinggi Raja, di sebelah timurlaut,

di sebelah selatan, dan di sebelah

baratlaut. Anomali tinggi yang berada di

sekitar Dolok Bahtopu diduga kuat

berasosiasi dengan batuan berdensitas

tinggi, seperti lava dan/atau batuan intrusi.

Anomali rendah yang berada di sekitar

Tinggi Raja (berdasarkan anomali residual)

diduga berasosiasi dengan zona rekahan

yang menyebabkan densitas batuan di

daerah tersebut menjadi lebih rendah.

Anomali rendah yang berada di sebelah

timurlaut dan baratlaut diinterpretasikan

sebagai respon dari aliran/jatuhan

piroklastik.

Hasil pemodelan gaya berat 3D

memperlihatkan batuan dengan densitas

rendah tersebar di dekat permukaan,

sedangkan batuan dengan densitas tinggi

tersebar di bagian bawah. Di sekitar Dolok

Bahtopu batuan dengan densitas tinggi

terlihat muncul hingga ke permukaan.

Densitas tinggi tersebut diperkirakan

berasosiasi dengan lava Bahtopu. Densitas

rendah yang berada di sekitar Tinggi Raja

diperkirakan berasosiasi dengan zona

rekahan yang menyebabkan densitas

batuan menjadi lebih rendah dan

memungkinkan batuan menjadi permiabel.

Zona tersebut sangat memungkinkan

menjadi zona reservoir panas bumi. Batuan

dengan densitas rendah yang berada di

sebelah timur diduga berasosiasi dengan

aliran/jatuhan piroklastik Toba (Tufa Toba)

yang tersebar sangat luas di sekitar daerah

survei.

Audio Magnetotelurik

Hasil survei AMT disajikan dalam bentuk

peta tahanan jenis berbagai elevasi dan

model tahanan jenis AMT 2D. Pada

makalah ini dibahas peta tahanan jenis

pada elevasi 0 meter, -200 meter, dan -

500 meter. Ketiga peta tersebut

memperlihatkan pola sebaran tahanan

jenis yang sangat berbeda (Gambar 5).

Pada elevasi 0 meter, daerah survei

didominasi oleh nilai tahanan jenis rendah

(<20 Ohm.m). Tahanan jenis rendah

tersebut diinterpretasikan sebagai respon

dari batuan ubahan untuk yang berada di

sekitar manifestasi dan diinterpretasikan

sebagai respon dari aliran/jatuhan

piroklastik untuk yang berada di sebelah

utara dan timur. Pada elevasi -200 m, pola

sebaran tahanan jenis cukup bervariasi

dan membentuk pola liniasi berarah

baratlaut-tenggara. Liniasi tersebut

dicirikan dengan adanya kontras nilai

tahanan jenis rendah dan tahanan jenis

sedang. Pada elevasi ini juga terlihat

adanya sebaran nilai tahanan jenis rendah

yang membentuk pola tertutup di sekitar

mata air panas Tinggi Raja. Nilai tahanan

jenis rendah tersebut diduga berasosiasi

dengan batuan ubahan. Pada elevasi -

500 m, pola sebaran nilai tahanan jenis

cenderung didominasi oleh nilai tahanan

jenis sedang dan tahanan jenis tinggi. Nilai

tahanan jenis sedang yang berada di

sekitar manifestasi diinterpretasikan

sebagai zona prospek. Zona tersebut juga

berkorelasi dengan zona rekahan dari data

gaya berat

Hasil pemodelan tahanan jenis

AMT 2D yang merepresentasikan sistem

panas bumi di daerah Dolok Marawa

ditunjukkan oleh model tahanan jenis AMT

2D lintasan 3 dan lintasan 4 (Gambar 5).

Pada kedua model tersebut terlihat adanya

sebaran nilai tahanan jenis rendah pada

kedalaman sekitar 100 m hingga

kedalaman 600 m dengan pola memanjang

dari baratdaya ke timurlaut. Nilai tahanan

jenis rendah yang berada di bagian tengah

sekitar manifestasi diinterpretasikan

sebagai respon dari batuan ubahan yang

diduga berperan sebagai batuan penudung

pada sistem panas bumi di daerah ini. Di

bagian bawah kedua lintasan tersebut

terdapat nilai tahanan jenis tinggi yang

menunjukkan adanya batuan resistif.

Batuan resistif tersebut dapat berupa batu

gamping dan/atau batuan intrusi yang

menjadi indikasi adanya sumber panas di

bagian bawah. Di antara nilai tahanan jenis

tinggi dan nilai tahanan jenis rendah

(bagian tengah sekitar manifestasi)

terdapat nilai tahanan jenis sedang yang

diperkirakan sebagai respon dari zona

reservoir. Zona reservoir tersebut

diperkirakan berada pada kedalaman

sekitar 600 m.

PEMBAHASAN

Sistem panas bumi di daerah Dolok

Marawa diperkirakan berkaitan dengan

aktivitas magmatik di bawah Dolok

Bahtopu dengan sumber panas berupa

kantong magma. Aktivitas magmatik

tersebut memanaskan batuan di atasnya

termasuk fluida yang terkandung di

dalamnya. Fluida yang panas tersebut

berinteraksi dengan batuan di sekitarnya

sehingga menimbulkan adanya perubahan

sifat fisika dan kimia batuan. Salah satu

sifat fisika batuan yang mengalami

perubahan adalah nilai tahanan jenis

batuan. Batuan yang terubahkan (alterasi)

dan berfungsi sebagai batuan penudung

umumnya memiliki nilai tahanan jenis

rendah (<10 Ohm.m), sedangkan nilai

tahanan jenis pada zona reservoir memiliki

nilai tahanan jenis lebih tinggi (Johnston,

1992). Pada kasus ini, nilai tahanan jenis

rendah yang diperkirakan berasosiasi

dengan batuan penudung berada di sekitar

manifestasi panas bumi yang tersebar

cukup luas dari dekat permukaan hingga

kedalaman sekitar 500 m. Zona reservoir

juga diduga berada di sekitar manifestasi

dengan kedalaman 600-700 m dan

tersebar dengan pola memanjang ke arah

baratlaut dan tenggara. Zona reservoir

tersebut dibatasi oleh nilai tahanan jenis

tinggi (zona resistif) di bagian bawahnya.

Fluida panas bumi umumnya terakumulasi

pada zona kekar, yaitu zona yang memiliki

permeabilitas tinggi. Zona tersebut

umumnya memiliki nilai densitas batuan

yang lebih rendah dari batuan di

sekitarnya. Berdasarkan hasil pemodelan

data gaya berat, zona rekahan tersebut

diperkirakan berada di antara Patahan

Bahtopu dan Patahan Bahbotala. Pada

model gaya berat juga terlihat adanya zona

dengan nilai densitas tinggi. Zona tersebut

diperkirakan berasosiasi dengan batuan

beku yang mengindikasikan adanya

sumber panas di bagian bawah.

Berdasarkan kompilasi terpadu

data AMT dan gaya berat, daerah prospek

panas bumi diperkirakan berada pada zona

anomali gaya berat residual rendah yang

berasosiasi dengan zona rekahan dan

zona nilai tahanan jenis AMT sedang yang

berasosiasi dengan zona reservoir. Daerah

prospek tersebut berada di sekitar

manifestasi dan melebar ke arah baratlaut

dan tenggara dengan luas sekitar 5 km2

(Gambar 6).

KESIMPULAN

Hasil survei gaya berat

memperlihatkan adanya zona anomali

tinggi di sekitar Dolok Bahtopu yang

diperkirakan berasosiasi dengan batuan

berdensitas tinggi seperti lava atau batuan

intrusi. Di sekitar mata air panas Tinggi

Raja terdapat zona anomali rendah yang

berasosiasi dengan zona rekahan. Hasil

pemodelan 2-D AMT memperlihatkan

adanya sebaran nilai tahanan jenis rendah

pada kedalaman sekitar 100 m hingga

kedalaman 600 m dengan pola memanjang

dari baratdaya ke timurlaut. Nilai tahanan

jenis rendah yang berada di bagian tengah

sekitar manifestasi diinterpretasikan

sebagai respon dari batuan ubahan yang

diduga berperan sebagai batuan

penudung. Di bagian bawah terdapat nilai

tahanan jenis tinggi yang menunjukkan

adanya batuan resistif berupa batu

gamping dan/atau batuan intrusi. Di antara

nilai tahanan jenis tinggi dan nilai tahanan

jenis rendah (bagian tengah sekitar

manifestasi) terdapat nilai tahanan jenis

sedang yang diperkirakan sebagai respon

dari zona reservoir. Puncak dari zona

reservoir tersebut berada pada kedalaman

sekitar 600 m.

Berdasarkan kompilasi terpadu

data gaya berat dan AMT daerah prospek

panas bumi diperkirakan berada pada zona

anomali gaya berat residual rendah yang

berasosiasi dengan zona rekahan dan

zona nilai tahanan jenis AMT sedang yang

berasosiasi dengan zona reservoir. Daerah

prospek tersebut berada di sekitar

manifestasi dan melebar ke arah baratlaut

dan tenggara dengan luas sekitar 5 km2.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada Kepala

Pusat Sumber Daya Geologi atas

pemberian ijin untuk penulisan makalah ini.

Penulis juga memberikan apresiasi yang

setinggi-tinggi kepada seluruh anggota tim

survei gaya berat dan AMT di daerah panas

bumi Dolok Marawa. Penulis juga

mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada Koordinator Kelompok

dan reken-rekan di Kelompok Penyelidikan

Panas Bumi yang telah bersedia berdiskusi

dengan penulis.

DAFTAR PUSTAKA

Akbar, N., 1972. Inventarisasi dan Penyelidikan Pendahuluan Gejala Panas Bumi di Daerah

Sumatera Utara, Direktorat Vulkanologi, Bandung.

Hjelt, S. E., 1992. Pragmatic inversion of geophysical data. Springer-Verlag, Germany, h. 262.

Johnston, J.M., Pellerin, L., dan Hohmann, G.W., 1992. Evaluation of Electromagnetic

Methods for Geothermal Reservoir Detection. Geothermal Resources Council

Transactions, 16. h. 241 – 245.

Pirttijärvi, M. ,2004, GRABLOX: Gravity interpretation and modelling software based on 3D

block model. User’s guide. Archive Report, Q 16.2/2004/2, Geological Survey of

Finland, h. 39.

Rodi, W., Mackie, R.L., 2001. Nonlinear Conjugate Gradients Algoritm for 2-D Magnetotellurics

Inversion. Geophysics, 66, h. 174-187.

Setiawan, D.I., Setiadarma, D., Sundhoro, H., Sulaeman, B., 2006. Penyelidikan Geologi dan

Geokimia di Daerah Panas Bumi Dolok Marawa, Kabupaten Simalungun, Sumatera

Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan

Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung.

Sugianto, A., Supriyadi, Y., Widodo, S., 2014. Survei Geofisika Terpadu Audio Magnetotelurik

dan Gaya Berat Daerah Panas Bumi Kaloy, Kabupaten Aceh Tamiang, Provinsi Aceh.

Prosiding Hasil Kegiatan Lapangan Pusat Sumber Daya Geologi Tahun Anggaran

2014. Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung.

Sundhoro, H., Bakrun, Suryakusuma, D., Sulaeman, B., Situmorang T., 2006. Survei Panas

Bumi Terpadu (Geologi, Geokimia, dan Geofisika) Daerah Dolok Marawa, Kabupaten

Simalungun, Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan

dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung.

Suryakusuma, D., Situmorang D., Sumarna, Sunarto, Hasanudin, 2006. Penyelidikan Gaya

Berat dan Geomagnet Daerah Panas Bumi Dolok Marawa Kabupaten Simalungun,

Propinsi Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan

Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung.

Zarkasyi, A., Bakrun, Widodo, S., 2006. Penyelidikan Geolistrik Daerah Panas Bumi Dolok

Marawa, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan

Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya

Geologi, Bandung.

Gambar 1. Peta Lokasi Daerah Survei

Gambar 2. Peta Geologi Daerah Panas Bumi Dolok Marawa

(disederhanakan dari Setiawan, dkk., 2006)

Gambar 3. Peta Sebaran Titik Ukur Gaya Berat dan AMT Daerah Panas Bumi

Dolok Marawa

Gambar 4. Peta Anomali Bouguer, Regional, Residual, dan Model Gaya Berat 3D

Gambar 5. Peta Tahanan Jenis Elevasi 0 m, -200 m, -500 m dan Model Tahanan Jenis 2D

Lintasan 3 dan 4

Gambar 6. Peta Kompilasi Data Geosain Untuk Perkiraan Daerah Prospek Panas Bumi

Dolok Marawa