Survei Gaya Berat dan Audio Magnetotelluric AMT Daerah Panas

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.
1
E
a  f x
5
H
2
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.
1
 2 2

  503
  
f
   
(3)
Keterangan:

: skin depth (m)

: (= 2 f) frekuensi sudut

: konduktivitas (S/m)

: permeabilitas magnet (H/m)

: tahanan jenis semu (Ohm-m)
f
: frekuensi (Hz)
(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).
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:


F   m21 m2 r
r
(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:

 F
g
m2
(m/s2)
(5)
Jika persamaan (4) dimasukkan ke dalam
persamaan (5) maka akan diperoleh
persamaan percepatan gravitasi gaya
berat:


F   m21 r
r
Percepatan
(6)

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 baratlauttenggara 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 baratdayatimurlaut.
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 GeoIndicators. 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