Pemodelan Sebaran Sistem Hidrotermal dan
advertisement
Pemodelan Sebaran Sistem Hidrotermal dan Identifikasi Jenis Batuannya dengan Metode CSAMT (Studi Kasus Gunungapi Ungaran) Arif Ismul Hadi1, Kirbani Sri Brotopuspito2 dan Wahyudi2 Abstract: The investigation of the hydrothermal system distribution and identification of its rock type has been done by CSAMT method at Ungaran Volcano area. The acquisition data has been done around 750 m x 100 m area with 4 lines at N750E direction. Sounding site distanced 250 m, whereas the data was measured by Stratagem model 26716-01 Rev.D. Processing of the data was started by 1-D inversion of Robust method. The 1-D results were then used as the input of MT2D software. The results showed that subsurface resistivity were 8.6 to 46.4 Ωm estimated as hydrothermal system, 55.8 to 102.6 Ωm estimated as aquifer zone or permeable saturated zone, 145.3 to 495.7 Ωm estimated as pra-caldera rock associated with vapor dominated zone, and 1420.5 to 15.083 Ωm estimated as lava pile associated with basaltic and andesitic rock. The most prospective hydrothermal system area existed at all along line 4 on 30 to 140 m depth. Keywords: hydrothermal system distribution, rock type, CSAMT method and Ungaran Volcano PENDAHULUAN disebut sebagai arus telluric atau Metode CSAMT (Controlled arus eddy. Adanya arus telluric pada Source Audio-frequency Magneto- lapisan-lapisan bumi ini menyebab- telluric) kan timbulnya medan elektromag- merupakan salah satu metode survai dengan mengguna- netik kan sistem induksi elektromagnetik dipancarkan kembali keseluruh arah untuk mengetahui resistivitas listrik sampai batuan bawah permukaan. Prinsip Pengukuran medan sekunder inilah dasar yang dicatat oleh receiver untuk metode CSAMT adalah sekunder di yang kemudian permukaan medan elektromagnetik primer akan memperoleh dipancarkan keseluruh arah oleh pengukuran dipol listrik yang digroundkan. Pada permukaan bumi. Informasi yang saat medan elektromagnetik primer diperoleh berupa impedansi gelom- mencapai di bang elektromagnetik sekunder yang daerah lain, maka medan elektro- dihasilkan rapat arus telluric pada magnetik akan menginduksi arus masing-masing pada yang lapisan mempunyai nilai konduktifi- dianggap konduktor. Arus tersebut tas yang berbeda-beda, sehingga permukaan lapisan-lapisan bumi bumi 1) informasi bumi. lapisan di lapisan. tentang bawah Setiap Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Bengkulu. e-mail: [email protected] 2) Staf Pengajar Program Studi Geofisika, Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Gadjah Mada. 40 Hadi, A. I., dkk, Pemodelan Sebaran Sistem .............. medan elektromagnetik 41 sekunder medan magnet H akan menimbulkan yang dihasilkan juga akan berbeda- medan listrik E atau sebaliknya. beda jenis Dengan menganggap bahwa bumi ini bersifat homogen isotropis (Grant sudah banyak dimanfaatkan untuk and West, 1965), sifat fisik medium penelitian panas bumi. tidak bervariasi terhadap waktu dan bergantung lapisannya. pada Metode CSAMT Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sebaran dan sistem memodelkan hidrotermal dan mengidentifikasi jenis-jenis batuan- tidak ada suatu sumber muatan dalam medium sehingga nilai Ungaran resistivitas H ,............ t E ,...... H E t E 0 , .............. berdasarkan batuannya. Nilai gunungapi ini diduga sebagai sistem Aspek penting hidrotermal dalam daerah gunungapi akan menampakkan keberadaan (1) (2) (3) H 0 ,................... dari sebuah model untuk sistem sebaran persamaan E - resistivitas yang rendah di daerah hidrotermal. diperoleh ditinjau, Maxwell dalam bentuk: nya di daerah prospek panas bumi Gunungapi yang (4) Persamaan gelombang untuk medan listrik dan medan magnet secara terpisah yang merupakan fungsi waktu sebagai berikut: sumber panas bumi. Penurunan persamaan untuk 2E - E 2E 2 0 dan t t 2H - H 2H 2 0 ....... t t Apabila variasi metode MT maupun CSAMT dikembangkan mengikuti pendekatan Cagniard (1953). Asumsi dasar yang digunakan dalam pendekatan Cagniard tersebut: pertama, bumi dianggap lapisan horisontal dimana masing-masing lapisan mempunyai sifat homogen gelombang yang isotropis. Kedua, elektromagnetik berinteraksi dengan Maxwell sebagai waktu fungsi sinusoidal, maka akan diperoleh persamaan (Grant and West, 1965): alam bumi merupakan gelombang bidang. Persamaan dinyatakan terhadap (5) me- nyatakan bahwa setiap perubahan ~ E(r , t ) Re E(r , )e it dan ~ H (r , t ) Re H (r , )e it ,....... (6) 42 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No. 1, Pebruari 2009 (40 – 49) dengan ω adalah frekuensi sudut, elektromagnetik (Hz). Untuk men- maka dapatkan resistivitas yang sebenar- persamaan (5) dan (6) menjadi: nya dimana bumi mempunyai resistivitas yang heterogen diperoleh 2E iE 2E dengan cara membuat model dan dan 2 H iH 2 H ,.... Skin depth pelemahan adalah gelombang (7) diturunkan hubungan antara resistivitas semu dan resistivitas jarak elektro- magnetik dalam medium homogen sehingga menjadi 1/e (~37%) dari sebenarnya (metode inversi). Nilai impedansi Z dan resistivitas semu ρa yang diperoleh berdasarkan pendekatan Cagniard (1953) adalah: amplitudo di permukaan. Dengan menggunakan static dan pendekatan mengasumsikan quasi- 1. Medium Homogen Isotropis nilai permeabilitas µ = µ0 = 1,256 x 10-6 1 Z 0 2 , ............. H/m, maka diperoleh persamaan (Zonge and Hughes, 1988): 503 , ............. f (8) dengan δ = skin depth (m), ρ = resistivitas medium homogen (Ωm), dan f = frekuensi 2 a 1 2 gelombang (9) 1,27 x 105 E ,.... f H (10) dengan ρa adalah resistivitas semu dalam Ωm dan E adalah impedansi H gelombang dalam VA-1. 2. Medium N-Lapis 1 1 2 2 1 1 2 3 Z n Z1 coth ik1h1 coth ik 2 h2 coth 1 coth 2 1 n 2 coth ik 3 h3 .... coth n1 1 1 2 2 1 coth ik n1hn1 n ..... .(11) coth n1 Hadi, A. I., dkk, Pemodelan Sebaran Sistem .............. 43 1 1 2 2 a 1 coth ik1h1 coth 1 2 coth ik 2 h2 coth 1 3 1 2 1 1 2 2 coth ik3h3 .... coth1 n2 coth ikn1hn1 coth1 n ....... .. (12) n1 n1 dengan ρ1, ρ2, ρ3, ……, ρ n adalah bertemperatur tinggi berada dalam resistivitas sebenarnya dan h1, h2, batuan reservoar yang permeabel h3, …, hn adalah ketebalan lapisan. dan berpori. Menurut White (1967), Menurut Jupp and Vozoff air yang berasal dari permukaan (1976) pendekataan umum untuk bumi numerik inversi digambarkan dengan penyaringan. Proses penyaringan ini model atau titik dengan struktur bumi terjadi saat air melewati struktur berlapis. Ketika struktur regional ikut batuan memperkirakan inter- kedalaman tertentu. Pada kedalam- pretasi regional dapat dibuat dengan an tersebut, air mengalami proses mencocokkan model bumi berlapis pemanasan karena adanya kontak secara horisontal, lokal akan mengalami yang proses permeabel pada pada satu titik yang dekat dengan ruang magma. Struktur yang lebih Mekanisme pemanasan air dalam dalam reservoar memudahkan terjadinya struktur 2-D (metode beda hingga), aliran panas secara vertikal melalui yang lapisan MT/CSAMT. umum variasi dapat dimodelkan konduktifitas dalam direction) satu dan data regional arah ber(strike diperkirakan memotong strike. kulit permebilitas bumi. terhadap Penurunan kedalaman menunjukkan bahwa produksi panas bagian dalam lebih besar daripada Energi panas bumi di daerah bagian diatasnya. Adanya gaya gunungapi bila ditinjau dari pola apung di dalam reservoar akan penyebaran aliran panas (heat flow) menyeimbangkan kolom air panas merupakan daerah anomali. Daerah dan air dingin. Selanjutnya gaya ini anomali tersebut meliputi: erupsi, mendorong aliran lava, fumarol, dan air panas. kembali ke permukaan bumi melalui Pada saluran permeabel lainnya. sistem hidrotermal, fluida fluida ke atas dan 44 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No. 1, Pebruari 2009 (40 – 49) Fluida dan batuan reservoar satu set komputer dengan perangkat dalam sistem panas bumi biasanya lunak antara lain: Fortran Visual saling mengakibatkan Workbench, Surfer versi 6.0, MT1D, alterasi (perubahan) fase padat dan MT2D, dan milimeter blok untuk cair, sehingga menghasilkan mineral pembuatan gridding. bereaksi baru. Perubahan fase ini disebabkan Akuisisi data dimulai dengan adanya sebaran temperatur yang melakukan pengesetan alat baik berbeda-beda reservoar penerima maupun pemancar. Pada panas bumi. Secara umum bentuk alat penerima dilakukan pengukuran alterasi meliputi terhadap jarak elektroda potensial mineralogi, tekstur, dan respon kimia utara selatan (Ey ) dan timur-barat batuan termal maupun lingkungan (Ex). kimianya berubah yang ditandai oleh diarahkan utara-selatan (Hy) dan kenampakan air panas, uap air, dan timur-barat (Hx), dilevelkan dengan gas (Wohletz and Heiken, 1992). water-pass, dalam hidrotermal Sensor agak METODOLOGI PENELITIAN Daerah penelitian kemudian dalam adanya magnetik untuk noise. juga dipendam menghindari Setting frekuensi terletak dilakukan pada 3 band frekuensi: pada posisi geografis 7 11’ LS dan (band 1: 10 – 1 KHz), (band 4: 500 – 110020’ BT (Van Padang, 1951) 3 KHz), dan (band 7: 750 – 92 KHz), dengan ketinggian antara 890 – kemudian disetting peak to peak 1110 m di atas MSL, mencakup 4 gelombangnya, sehingga data yang buah diperoleh baik dan akurat. Selanjut- 0 lintasan pengukuran (arah N750E) seluas 750×100 m. Adapun nya masing-masing titik sounding pada elektroda, posisi topografi (x,y,z) lintasan tersebut berjarak 250 m. baik Akuisisi data di lapangan menggunakan peralatan CSAMT model Stratagem 26716 Rev. D. Alat ini digunakan untuk mengukur harga-harga dari penerima dari panjang pemancar dimasukkan maupun ke dalam komputer untuk diproses pada saat dimulai akuisisi data. Proses pengolahan data intensitas medan listrik dan medan CSAMT dimulai dari magnet dalam frekuensi tertentu diperoleh yang terdiri dari frekuensi, (Geometrics, koherensi, 2000), sedangkan proses pengolahan data digunakan resistivitas data yang semu dan fasa. Data output tersebut pada 3 Hadi, A. I., dkk, Pemodelan Sebaran Sistem .............. 45 band frekuensi masih terpisah, maka diterima jika nilai importance data untuk menyusun agar data tersebut lapangan mempunyai bernilai ≈1. jangkauan frekuensi rendah sampai tinggi, maka digunakan program Dalam hasil perhitungan Hasil inversi MT1D kemudian ubah_Z/susun_Z. digunakan ubah_Z/susun_Z selanjutnya program dan sebagai input MT2D, dibuat grid model dipilih nilai koherensi yang paling resistivitas sebenarnya dengan arah tinggi (≈1). Data yang masih tersisa titik sounding x dan kedalaman z. tersebut berupa: Titik simpul grid antara baris x dan resistivitas semu, dan fasa. kolom z menjadi nilai masukan Pemilihan jumlah titik yang resistivitas Informasi frekuensi, sebenarnya. dipergunakan ditentukan berdasar- yang dibutuhkan MT2D diantaranya: kan jumlah blok, jumlah titik sounding, kualitas data yang akan diinterpretasi. spacing grid baris x, spacing grid Proses selanjutnya adalah menentukan nilai-nilai kolom z, nilai model awal resistivitas frekuensi sebenarnya, jumlah frekuensi, nilai- yang mempunyai nilai yang sama nilai frekuensi dan data lapangan. dalam satu pengukuran Selanjutnya program MT2D tersebut sebagai masukan program inversi siap dirun sampai memperoleh nilai MT1D dan MT2D. Program inversi error yang paling minimal. Adapun MT1D pendekatan hasil keluaran inversi MT2D berupa metode Robust, sedangkan inversi blok resistivitas sebenarnya pada MT2D arah lintasan menggunakan menggunakan metode beda pendekatan hingga. Masukan lateral sebagai fungsi kedalaman. untuk MT1D berupa: tebakan awal Interpretasi data didasarkan jumlah lapisan, jumlah frekuensi, pada kontras resistivitas batuannya. tebakan awal resistivitas, tebakan Parameter-parameter tersebut dapat awal ketebalan, nilai-nilai frekuensi menaikkan dan menurunkan resis- data lapangan, nilai-nilai resistivitas tivitas batuan. Pori batuan yang terisi semu dan nilai-nilai fasa. Hasil air akan memperlebar jangkauan keluaran nilai program inversi MT1D resistivitas batuan, adanya yang berupa: kedalaman dan resistivitas mengakibatkan overlap sebenarnya pada satu titik sounding. terhadap batuan lainnya, sehingga Hasil inversi MT1D akan baik dan akan menyulitkan identifikasi jenis 46 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No. 1, Pebruari 2009 (40 – 49) batuan (Schon, 1998). Untuk dapat pola kontur pseudo-section resis- mengidentifikasi jenis batuan secara tivitas semu data lapangan dengan tepat, maka tinjauan geologi daerah kontur pseudo-section penelitian semu hasil sangat penting untuk diketahui. resistivitas perhitungan. Nilai resistivitas sebenarnya yang dihasilkan masing-masing blok adalah: Blok 1 = 8,6 – 46,4 Ωm. diolah Blok 2 = 55,8 – 102,6 Ωm. software Blok 3 = 145,3 – 495,7 Ωm. MT2D dapat dilihat hubungan antara Blok 4 = 1420,5 –15083 Ωm. HASIL DAN DISKUSI Data dengan yang telah menggunakan Gambar 1. Perbandingan kontur resistivitas semudata lapangan dan model pada lintasan 1 Gambar 2. Penampang 2-D resistivitas sebenarnya pada lintasan 1 Gambar 3. Perbandingan kontur resistivitas semudata lapangan dan model pada lintasan 2 Gambar 4. Penampang 2-D resistivitas sebenarnya pada lintasan 2 Hadi, A. I., dkk, Pemodelan Sebaran Sistem .............. 47 Gambar 5. Perbandingan kontur resistivitas semudata lapangan dan model pada lintasan 3 Gambar 6. Penampang 2-D resistivitas sebenarnya pada lintasan 3 Gambar 7. Perbandingan kontur resistivitas semudata lapangan dan model pada lintasan 4 Gambar 8. Penampang 2-D resistivitas sebenarnya pada lintasan 4 Pola kontur pseudo-section gunungapi menurut Lenat (1995), resistivitas dengan semu kontur data lapangan pseudo-section tampak bahwa daerah dengan resistivitas rendah (blok 1, ρ = 8,6– resistivitas semu hasil perhitungan 46,35 pada Gambar 1, 3, 5, dan 7, untuk sistem hidrotermal. Namun pada titik penampang 2-D resistivitas sebenar- sounding a2 dan a3 (di permukaan) nya yang diinterpretasi dapat dilihat diperkirakan bukan termasuk pada pada Gambar 2, 4, 6, dan 8. daerah dan Ωm) ini, merupakan dimana sebenarnya model tersebut ρ = (29,9-42,8 Ωm) dan ρ = ideal titik resistivitas Berdasarkan hasil di atas geoelektrik pada daerah sounding 48 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No. 1, Pebruari 2009 (40 – 49) (35,8-42,7 Ωm) disebabkan pada al. daerah pada batuan tersebut berkisar ρ = 10–1,3 lintasan sungai dan sawah yang × 107 (untuk basalt) dan 1,7 × 102 mengandung air permukaan. Hal (untuk andesit). Dilihat dari satuan tersebut disebabkan karena sifat air morfologi dapat resistivitas daerah batuan berpori mendekati resistivitas satuan air, sehingga mengakibatkan respon Ungaran muda, yang menghasilkan resistivitas banyak aliran lava yang komposisi- tersebut berada menurunkan yang rendah (Schon, 1998). (1998) jangkauan resistivitas Gunungapi penelitian Ungaran, ini morfologi termasuk Gunungapi nya antara basaltis sampai andesit. Daerah resistivitas rendah Analisis hidrotermal didasar- sampai sedang (blok 2, ρ = 55,8– kan 102,6 Ωm) yang banyak berdekatan batuan, dimana semakin konduktif dengan sistem hidrotermal diperkira- maka kan merupakan zona akuifer atau berhubungan saturated zone yang permeabel. hidrotermal. Dari hasil penelitian ini Nilai resistivitas sedang (blok 3, ρ = tampak 145,3–495,7 Ωm) diperkirakan meru- hidrotermal yang paling prospektif pakan yang berada pada lintasan 4 (ρ = 9,8-12 dengan Ωm) pada kedalaman 30-140 m. Hal daerah yang didominasi oleh uap air ini sangat berkaitan dengan adanya (vapor-dominated Menurut sumber mata air panas (hot-spring) Budiardjo, et al., (1997) dan Lenat di Desa Banaran yang terletak di (1995) batuan tersebut mempunyai atas lintasan 4. Dapat dikatakan range resistivitas ρ = 100–1000 Ωm.. bahwa medan panas bumi pada Untuk resistivitas tinggi (blok batuan berporositas tinggi, air panas 4, ρ = 1420,5-15083 Ωm) diperkira- akan menyebar secara lateral dekat kan merupakan lava pile (Lenat, permukaan. batuan kemungkinan 1995) yang pra-kaldera berasosiasi zone). berasosiasi Menurut jangkauan Lenat resistivitas kekonduktifan batuan tersebut dengan bahwa daerah suatu sangat sistem sistem dengan batuan basalt-andesit (Telford, et al., 1998). pada (1995) KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat batuan diambil dari penelitian ini antara lain: ρ = 200–10.000 1. Berdasarkan nilai konduktivitas- Ωm, sedangkan menurut Telford, et nya maka daerah resistivitas tersebut berkisar Hadi, A. I., dkk, Pemodelan Sebaran Sistem .............. dapat dibagi: resistivitas rendah (blok 1, ρ = 8,6-46,4 Ωm) diduga merupakan daerah sistem hidrotermal, daerah resistivitas ren- dah sampai sedang (blok 2, ρ = 55,8-102,6 Ωm) merupakan zona akuifer atau saturated zone yang permeabel, daerah resistivitas sedang (blok 3, ρ = 145,3-495,7 Ωm) merupakan batuan pra- kaldera yang berasosiasi dengan vapor-dominated zone, dan daerah resistivitas tinggi (blok 4, ρ = 1420,5-15.083 Ωm) merupakan lava pile yang ber- asosiasi dengan batuan basaltis sampai andesit. 2. Daerah sistem hidrotermal yang paling prospektif berada sepanjang lintasan 4 pada kedalaman 30-140 m. DAFTAR PUSTAKA Budiardjo, B., Nugroho and Budihardi, M. 1997. Resource Characteristics of the Ungaran Field, Central Java, Indonesia. Seminar Nasional Sumber Daya Manusia Geologi Indonesia. Fakultas Teknologi Mineral. UPN “Veteran”, Yogyakarta. Cagniard, L.1953. Basic Theory of the Magnetotelluric Method of Geophysical Prospecting. J. Geophysics, 18: 605-635. 49 Geometrics. 2000. Operation Manual for Stratagem Sistem Running IMAGEM Ver. 216 Geometrics Inc. 2190 Fortune Drive. San Jose. CA 95131, USA. Grant, F.S. and West, G.F. 1965. Interpretation Theory in Applied Geophysics. McGraw-Hill Inc. New York, USA. Jupp, D.B.L. dan Vozoff, K. 1976. Two-Dimensional Magnetotelluric Inversion. J. Geophysics, 50. Lenat, J.F. 1995. Resistivity in Volcanic Regions. http://ghp712.geo.unileipzig.de/~geosf/research/ERT/v olcres.html. Schon, J.H. 1998. Physical Properties of Rock: Fundamental and Principles of Petrophysics. Pergamon, Leoben. Telford, W.M., Geldart, L.P. and Sheriff, R.E. 1998. Applied Geophysics Second Edition, Cambridge University Press, New York. Van Padang, N. 1951. Catalogue of the Active Volcanoes of the Word Including Solfatara Fields. Part I Indonesia. White , D.E. 1967. Some Principles of Geyser Activity, Mainly from Steamboat Springs. Nevada. Wohletz, K. and Heiken, G. 1992. Volcanology and Geothermal Energy. University of California Press, Los Angeles. Zonge, K.L. and Hughes, L.J. 1988. Controlled Source Audiofrequency Magnetotellurics. Zonge Engineering and Research Organization Inc. Tucson, Arizona.
