analisis data gravity untuk menentukan struktur bawah permukaan ...

Seminar Nasional Sains & Teknologi V Lembaga Penelitian Universitas Lampung

19-20 November 2013

181

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 northeast-

southwest 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

mailto:[email protected]


19-20 November 2013

182

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).


19-20 November 2013

183

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 augit-

hornblende 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


19-20 November 2013

184

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 augit-

hornblende 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).


19-20 November 2013

185

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 dianalisis dengan

membandingkan data-data geologi di daerah tersebut (Gambar 4).


19-20 November 2013

186

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,


19-20 November 2013

187

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.

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

Puncak

G.Ungaran


19-20 November 2013

188

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.

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.

y = -1026.1x + 6.445

y = -110.3x + 1.1328

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

Ln A

k

regional

residual


19-20 November 2013

189

Gambar 7. Anomali Regional

Gambar 8. Anomali Residual

Puncak

G.Ungaran


19-20 November 2013

190

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 Barat-

Timur. 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.

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

Keterangan:

: manifetasi

:patahan

:puncak G.Ungaran

Puncak

G.Ungaran


19-20 November 2013

191

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.

Gambar 10. Model inversi 3D Anomali Bouguer dengan cutplane arah Timur.

3.68

3.435

3.195

2.955

2.715

2.475

2.235


19-20 November 2013

192

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 Barat-

Timur. Daerah reservoar prospek panasbumi Gedongsongo ini memiliki nilai rapat

massa batuan yang lebih rendah dibanding dengan sekitarnya dikarenakan daerah

prospek berkaitan dengan patahan-patahan.

3.68

3.435

3.195

2.955

2.715

2.475

2.235

Model reservoar

panasbumi dari

Arah Timur

Model reservoar

panasbumi dari

Arah Barat

Model reservoar panasbumi dari

Arah Atas


19-20 November 2013

193

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.

analisis data gravity untuk menentukan struktur bawah permukaan ...

Documents

Transcript of analisis data gravity untuk menentukan struktur bawah permukaan ...