181 analisis data gravity untuk menentukan struktur

Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
ANALISIS DATA GRAVITY UNTUK MENENTUKAN STRUKTUR BAWAH
PERMUKAAN DAERAH MANIFESTASI PANASBUMI DI LERENG
SELATAN GUNUNG UNGARAN
Meilisa dan Muh.Sarkowi
Jurusan Teknik Geofisika Fakultas Teknik Univeritas Lampung
Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145
Surel: [email protected],
ABSTRAK
The geothermal manifestations such as fumaroles on the southern of the mountain
Ungaran in Gedongsongo and surrounding encourage geophysical survey by gravity
methods. This study aims to interpret the subsurface structure conditions such as
reservoir and geological structures that control the manifestation in the area. This study
has been identified using data processing second vertical derivative and 3D inversion
modelling Bouguer Anomaly. Bouguer anomaly value has low anomaly less than 27
mGal in the northern area of research and high anomaly over 27 mGal in the northeastsouthwest area of research. Large structures from north to south region control these
manifestations. Geothermal reservoir area has a density value is lower than the
surrounding area because the reservoir associated with fault structures.
Keywords: bouguer anomaly, fault, geothermal, gravity, subsurface.
PENDAHULUAN
Kebutuhan akan sumber energi fosil yang semakin meningkat serta semakin
menipisnya cadangan energi fosil diberbagai belahan dunia menyebabkan banyak
negara yang mulai beralih mencari sumber energi baru. Saat ini energi panasbumi
merupakan salah satu alternatif yang digunakan dibanyak negara khususnya di
Indonesia. Indonesia memiliki sekitar 200 gunungapi yang dapat berpotensi menjadi
sumber energi panasbumi, salah satunya yaitu Gunung Ungaran. Gunung Ungaran
berada di Jawa Tengah sekitar 30 Km sebelah Baratdaya dari kota Semarang.
Manifestasi panasbumi yang ada di sekitar Gunung Ungaran, antara lain: fumarola di
daerah Gedongsongo, mata air panas di daerah-daerah Banaran, Diwak, Kaliulo, dan
Nglimut (Budihardjo dkk, 1997).
Penelitian geofisika di daerah Gunung Ungaran telah banyak dilakukan
khususnya di daerah manifestasi Gedongsongo. Penelitian sebelumnya (Budiardjo dkk.,
1997) menyatakan bahwa daerah manifestasi Gedongsongo secara struktural dikontrol
181
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
oleh struktur kaldera Ungaran. Keterdapatan manifestasi fumarol terdapat di kawasan
Gedongsongo. Salah satu metode geofisika yang dapat digunakan untuk mengetahui
gambaran bawah permukaan bumi diantaranya metode gravity.
Metode gravitasi dilandasi oleh hukum Newton yang menyatakan gaya tarik
menarik antara dua buah partikel sebanding dengan perkalian massa kedua partikel
tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat keduanya. Prinsip
metode ini berdasarkan anomali gayaberat yang muncul karena adanya keanekaragaman
rapat massa batuan. Keanekaragaman batuan tersebut mencirikan adanya suatu struktur
geologi atau batas lapisan, serta bahan-bahan penyusun lapisan tersebut, termasuk
kehadiran fluida di dalamnya. Penelitian ini bertujuan untuk melihat gambaran bawah
permukaan bumi dan struktur geologi yang terdapat di daerah tersebut serta sebagai data
pendukung untuk penelitian lebih lanjut dan pengembangan.
Lokasi Penelitian
Secara geografis, lokasi ini terletak pada posisi 110°19’30” BT hingga
110°21’30” BT dan 7°11’30,0084” LS hingga 7°14’30,0012” LS dengan ketinggian
sekitar 1900 m di atas permukaan laut (Gambar 1). Luas area penelitian ini yaitu 4 km x
6 km.
Gambar 1. Lokasi area panasbumi di Gunung Ungaran dan sekitarnya
(Bakosurtanal).
182
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Geologi Regional
Geologi komplek depresi Ungaran telah dibahas oleh beberapa peneliti,
diantaranya van Bemmelen (1941,1949), van Padang (1951), Hadisantoso dan Sumpena
(1993), Thanden dkk. (1996). Gunung Ungaran merupakan gunungapi kuarter yang
berada di utara deretan Pegunungan Serayu Utara, yaitu gunungapi Ungaran –
Telomoyo – Merbabu – Merapi.
Gambar 2. Urutan terbentuknya deretan gunung Ungaran sampai Merapi
(Bemmelen, 1949)
Evolusi gunung Ungaran yang pada Gambar 2 secara umum dibagi menjadi tiga,
yaitu morfologi gunung Ungaran paling Tua, kedua Ungaran Tua, dan ketiga Ungaran
Muda. Masing-masing periode dibedakan antara satu terhadap yang lainnya oleh proses
runtuhan karena volkano-tektonik. Periode pertama, Gunung Ungaran Paling Tua
terbentuk pada Plestosen Bawah yang produknya terdiri dari aliran piroklastik dan lava
andesit basaltik. Produk letusan Gunung Ungaran Paling Tua ini diendapkan sebagai
formasi Damar Tengah dan Damar Atas. Kemudian menyusul tufa andesit augithornblende dan piroklastik aliran andesitik. Perioda pertumbuhan Gunung Ungaran
Paling Tua ini diakhiri dengan perusakan tubuhnya pada Plestosen Muda.
Perioda kedua, Gunung Ungaran Tua terbentuk dan produknya terdiri dari basalt
andesitik augit-olivin. Produk letusan Gunung Ungaran Tua ini kemudian diendapkan di
atas Formasi Damar secara tidak selaras yang disebut Formasi Notopuro. Formasi
183
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Notopuro terdiri dari endapan aliran piroklastik. Perioda kedua ini berakhir dengan
keruntuhan yang bersamaan dengan terjadinya sistem sesar volkano-tektonik (van
Bemmelen, 1941). Akibat dari fase perusakan ini Gunung Ungaran Tua hancur dan
tersisa tiga blok bagian yang dikelilingi oleh suatu sistem sesar cincin dimana Formasi
Notopuro sedikit terlipat. Akibat sistem sesar cincin ini maka terjadi beberapa kerucut
parasit seperti Gunung Turun, Gunung Mergi dan Gunung Kendalisodo (van
Bemmelen, 1941).
Periode ketiga, Gunung Ungaran Muda terbentuk melalui Pusat letusan Gunung
Ungaran Tua. Hadisantono dan Sumpena (1993) menjelaskan bahwa hasil
pengamatannya di lapangan menunjukkan bahwa Gunung Ungaran Muda menghasilkan
banyak aliran lava yang komposisinya berkisar antara basaltik sampai andesitik.
Endapan aliran piroklastik dapat ditemukan di lereng baratlaut, timurlaut, utara,
baratdaya, timur-tenggara dan selatan. Data petrografi dari peneliti terdahulu
menunjukkan bahwa komposisi batuan Gunung Ungaran Muda adalah andesit augithornblende tanpa olivine.
Sistem panasbumi yang berkembang di Gunung Ungaran secara geologi berada
di zona depresi dengan litologi permukaan didominasi oleh batuan vulkanik berumur
Kuarter berupa kerucut-kerucut muda. Prospek panasbumi daerah ini bersistem
dominasi air, yang secara struktural dikontrol oleh struktur kaldera Ungaran. Batuan
vulkanik penyusun pra-Kaldera dikontrol oleh sistem sesar yang berarah Baratlaut –
Baratdaya dan Tenggara-Barat. Pada batuan vulkanik penyusun post-Kaldera hanya
terdapat sedikit struktur yang dikontrol oleh sistem sesar regional (Budiarjo dkk., 1997).
Pemunculan manifestasi Gedongsongo dikontrol oleh zona struktur berarah Utara Selatan sebagai pembatas pemunculan dan struktur berarah Timurlaut – Baratdaya
untuk manifestasi Gedongsongo (Gambar 3).
184
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Gambar 3. Peta geologi regional daerah Ungaran (Thanden, 1996) dengan modifikasi.
METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan studi pustaka
terhadap beberapa referensi yang menjelaskan tentang Gunung Ungaran, pengolahan
data gayaberat hingga diperoleh Anomali Bouger, analisis spektrum untuk penentuan
lebar window dan kedalaman, pemisahan anomali Bouguer regional dan lokal dengan
metode moving average. Selanjutnya untuk memunculkan anomali yang dangkal dan
untuk menentukan batas-batas struktur yang ada di daerah peneltian dilakukan analisa
second vertical derivatif (SVD) dengan filter Elkins. Pemodelan inversi 3D dilakukan
untuk melihat sebaran densitas daerah penelitian serta keberadaan reservoar daerah
penelitian.
Hasil
penelitian
kemudian
diinterpretasi
dan
membandingkan data-data geologi di daerah tersebut (Gambar 4).
185
dianalisis
dengan
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Anomali Bouguer Lengkap merupakan selisih antara nilai gayaberat pengamatan
dengan gayaberat teoritik yang didefinisikan pada titik pengamatan bukan pada bidang
referensi, baik elipsoid maupun muka laut rata-rata (M. Sarkowi, 2006). Anomali
Bouguer Lengkap didapatkan dari persamaan:
(1)
(2)
dimana:
BA
= Anomali Bouguer Lengkap,
Gobs
= gayaberat observasi/pengamatan,
GN
= gayaberat normal/teoritis pada lintang,
186
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
FAC
= koreksi udara bebas terhadap ketinggian dari muka laut,
BGC
= koreksi Bouguer,
TC
= koreksi medan,
= rapat massa,
h
= tinggi (meter),
h
= beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya.
Puncak
G.Ungaran
Gambar 5. Petaanomali bouguer lengkap dan perspektif ‘wireframe’ di lapangan
panasbumi Gedongsongo dengan nilai anomali rendah kurang dari 27 mGal dan
anomali tinggi lebih dari 27 Mgal.
Peta Anomali Bouguer daerah penelitian ditunjukkan pada Gambar 5. Dari peta
anomali Bouguer lengkap menunjukkan adanya anomali rendah kurang dari 27 mGal
dan anomali tinggi lebih dari 27 mGal di daerah penelitian. Daerah utara penelitian ini
merupakan daerah dengan nilai anomali rendah yang mengindikasikan zona runtuhan
berimpit dengan kawasan kawah yang merupakan tempat manifestasi air panas,
sedangkan anomali tinggi berada di sebelah timurlaut - baratdaya daerah penelitian yang
187
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
kemungkinan komposisi batuan tebing bersifat lebih massive yang menyusun kawasan
tersebut.
Penelitian ini akan mencari reservoar dan struktur geologi yang dekat dengan
permukaan, maka dilakukan suatu metode pemisahan anomali regional dan residual
dengan menggunakan filter moving average. Proses ini dibantu dengan melakukan
analisis spektral sehingga dapat diketahui kedalaman dari anomali gaya berat. Analisis
spektral dilakukan dengan transformasi Fourier lintasan yang telah ditentukan. Dari
analisis spektral anomali Bouguer (Gambar 6) didapatkan nilai bilangan gelombang (k)
yaitu 0,005802. Nilai bilangan gelombang (k) merupakan batas regional dan residual
sebagai dasar dalam penentuan lebar jendela pada moving average. Nilai gradien hasil
regresi linier zona regional menunjukkan kedalaman regional sekitar 1000 meter.
10
8
regional
Ln A
6 y = -1026.1x + 6.445
4
residual
2
y = -110.3x + 1.1328
0
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
-2
-4
k
Gambar 6. Grafik analisis spektral dalam penentuan kedalaman.
Gambar 7 menunjukkan hasil filter moving average yaitu anomali regional.
Anomali regional memiliki nilai 22.5 mGal sampai dengan 30.5 mGal. Pola anomali
regional dari rendah-tinggi menunjukkan adanya arah patahan yaitu timurlaut-baratdaya
di utara daerah penelitian yang diperkirakan mengontrol kawasan manifestasi tersebut.
Sedangkan anomali residual didapatkan dengan melakukan pengurangan antara anomali
Bouger lengkap dengan anomali regional. Gambar 8 menunjukkan pola anomali
residual yang memiliki nilai -5 mGal sampai dengan 3,5 mGal. Nilai anomali rendah
yang bernilai negatif kemungkinan disebabkan adanya keberadaan reservoar panasbumi
di daerah tersebut.
188
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Gambar 7. Anomali Regional
Puncak
G.Ungaran
Gambar 8. Anomali Residual
189
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Sistem panasbumi yang berkembang di Gunung Ungaran secara geologi berada
di zona depresi dengan litologi permukaan didominasi oleh batuan vulkanik berumur
Kuarter berupa kerucut-kerucut muda. Struktur sesar dangkal daerah penelitian ini dapat
dilihat pada Gambar 9. Struktur sesar dangkal di daerah penelitian ini dihasilkan dari
filter SVD dengan menggunakan operator Elkins. Kontur SVD yang bernilai 0 (nol)
mengindikasikan adanya struktur sesar di daerah tersebut. Struktur yang mengontrol
daerah manifestasi panasbumi Gedongsongo berarah Baratlaut - Baratdaya dan BaratTimur. Namun ada beberapa struktur sesar peta SVD yang tidak memiliki kesamaan
arah dan posisi pada peta geologi dikarenakan pola struktur sesar SVD dari data residual
didapatkan berdasarkan data gayaberat.
Puncak
G.Ungaran
Keterangan:
: manifetasi
:patahan
:puncak G.Ungaran
Gambar 9. Peta SVD menunjukkan struktur daerah manifestasi panasbumi kawasan tersebut.
Dari pemodelan 3D dapat diketahui bahwa terdapat nilai sebaran densitas rendah
dan tinggi pada daerah penelitian tersebut yang ditunjukkan pada Gambar 10. Nilai
densitas rendah dipengaruhi dengan keberadaan reservoar, sedangkan nilai densitas
tinggi diperkirakan pengaruh keberadaan magma gunungapi tersebut. Gambar 11
menunjukkan bahwa reservoar daerah prospek panasbumi penelitian ini terdiri dari 2
bagian, yaitu sebelah utara dan selatan yang memiliki nilai densitas berkisar 2,2 - 2,5
190
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
gr/cc. Hasil pemodelan 3 dimensi dan peta SVD struktur dangkal menunjukkan bahwa
reservoar panasbumi umumnya merupakan zona rekahan (fracture zone) yang
menurunkan nilai rapat masa batuan dibandingkan dengan sekitarnya.
3.68
3.435
3.195
2.955
2.715
2.475
2.235
Gambar 10. Model inversi 3D Anomali Bouguer dengan cutplane arah Timur.
191
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
Model reservoar
panasbumi dari
Arah Timur
Model reservoar
panasbumi dari
Arah Barat
3.68
3.435
3.195
2.955
2.715
Model reservoar panasbumi dari
Arah Atas
2.475
2.235
Gambar 11. Model Reservoar Panasbumi Daerah Penelitian.
KESIMPULAN
Hasil analisis data gravity menunjukkan adanya anomali rendah di daerah utara
penelitian yang berhubungan dengan adanya prospek geotermal di daerah tersebut. Dari
pemodelan 3D menunjukkan bahwa daerah Gedongsongo merupakan daerah prospek
panasbumi dengan nilai densitas berkisar 2,2 - 2,5 gr/cc. Struktur yang mengontrol
daerah manifestasi panasbumi Gedongsongo berarah Baratlaut - Baratdaya dan BaratTimur. Daerah reservoar prospek panasbumi Gedongsongo ini memiliki nilai rapat
massa batuan yang lebih rendah dibanding dengan sekitarnya dikarenakan daerah
prospek berkaitan dengan patahan-patahan.
192
Seminar Nasional Sains & Teknologi V
Lembaga Penelitian Universitas Lampung
19-20 November 2013
DAFTAR PUSTAKA
Budiardjo, B., Nugroho dan Budihardi, M., 1997, Resource Characteristics of the
Ungaran Field, Central Java, Indonesia, Proceeding of National Seminat of
Human Resources Indoenesian Geologist, Yogyakarta.
Hadisantono, R.D., dan Sumpena, A.D., 1993. Laporan Pemetaan Daerah Bahaya G.
Ungaran dan Sekitarnya, Jawa Tengah. Proyek Pengamatan/Pengawasan dan
Pemetaan Gunungapi. Dept. Pertambangan dan Energi, Dir. Jend. Geol,
Sumberdaya Min., Dit. Vulkanologi. Bandung. 26 hal.
Sarkowi M., Kadir WGA., Santoso D., dan Supriyadi. 2006. Pemantauan penurunan
muka air tanah di daerah Semarang dengan metode gayaberat-mikro antar
waktu. Prosiding Pertemuan Ilmiah Tahunan ke-31, Semarang Nopember 2006.
Thanden, R.E., Sumadirdja, H., Richards, P.W., Sutisna, K., Amin, T.C., 1996, Peta
Geologi Lembar Magelang dan Semarang, Jawa, Pusat Peneltian dan
Pengembangan Geologi, Bandung.
Van Bemmelen, R.W., 1941, Bulletin of the East Indian Volcanological Survey for the
Year 1941, Bull. Nrs. 95-98.
Van Bemmelen, R.W., 1949, The Geology of Indonesia, vol. I-A General Geology,
Government Print. Office, The Hague Netherland.
Van Padang, N., 1951, Catalogue of the active volcanoes of the world including
solfatara fields, Part I Indonesia.
193