STUDI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH GUNUNG SINABUNG DAN SEKITARNYA BERDASARKAN DATA ANOMALI GAYABERAT DI DAERAH SUMATERA UTARA SEBELUM LETUSAN
TAHUN 2010
Oleh
Abdurrohim Hanif
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Geofisika Fakultas Teknik Universitas Lampng
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
ABSTRAK
STUDI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH GUNUNG SINABUNG DAN SEKITARNYA BERDASARKAN DATA ANOMALI GAYABERAT DI DAERAH SUMATERA UTARA SEBELUM LETUSAN
TAHUN 2010
Oleh
ABDURROHIM HANIF
Gunung Sinabung yang terletak di Kabupaten Karo Sumatera Utara adalah salah satu gunung api aktif yang berada dekat dengan sesar sumatera. Penelitian gayaberat di daerah Gunung Sinabung telah dilakukan untuk mengetahui struktur bawah permukaan daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya, dengan tujuan untuk mengetahui: anomali Bouguer, struktur bawah permukaan daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya, serta mengetahui letak dan volume dapur magma Gunung Sinabung. Data anomali gayaberat daerah penelitian didapatkan dari pengukuran satelit altimetri Topex/Posseidon.
Pengolahan data yang dilakukan dalam penelitian meliputi: analisis spektrum pada data anomali Bouguer untuk menentukan lebar jendela dan kedalaman anomali, analisis SVD untuk mengetahui struktur patahan yang ada di daerah penelitian, dan pemodelan inversi 3D untuk mengetahui gambaran struktur bawah permukaan dan dapur magma Gunung Sinabung.
Daerah penelitian memiliki anomali Bouguer antara -100 mGal hingga 260 mGal dimana daerah Gunung Sinabung memiliki anomali Bouguer tinggi yaitu 120 mGal sampai 140 mGal. Analisis SVD menunjukkan keberadaan struktur Sesar Sumatera berarah Baratlaut-Tenggara, dan patahan di sebelah Selatan Gunung Sinabung berarah hampir Utara-Selatan. Pemodelan inversi 3D anomali Bouguer menunjukkan keberadaan dapur magma Gunung Sinabung dengan nilai densitas tinggi dibandingkan daerah di sekitarnya. Dapur magma Gunung Sinabung berada pada kedalaman 8000 meter sampai 23000 meter dengan volume dapur magma diperkirakan sebesar 3240 km3.
ABSTRACT
STUDYSUBSURFACE STRUCTURE IN SURROUNDING SINABUNG VOLCANO BASED ON ANOMALY GRAVITY IN THE NORTH
SUMATRA BEFORE ERUPTION IN 2010
By
ABDURROHIM HANIF
Sinabung volcano located in Karo district of North Sumatra is one of the active volcanoes are located close to the Sumatra fault. Gravity research in the area of Mount Sinabung has been done to determine the subsurface structure Sinabung and surrounding areas, with the aim to determine: Bouguer anomaly, subsurface structures in surrounding Sinabung, and determine the location and volume of magma Sinabung. Gravity anomaly data obtained from the study area satellite altimetry measurements Topex/ Posseidon.
Data processing was performed in this study include: Bouguer anomaly data spectrum analysis to determine the window width and depth of the anomaly, SVD analysis to determine the fault structure in the area of research, and 3D inversion modeling to reveal the subsurface structure and magma Sinabung.
Area of research has Bouguer anomaly between -100 to 260 mgal where Sinabung area has high Bouguer anomaly 120-140 mgal. SVD analysis showed the presence of Sumatra Fault structure Northwest-Southeast trending , and faulting in southern Sinabung nearly north - south trend. 3D inversion modeling of Bouguer anomalies indicate the presence of magma Sinabung with density values higher than the surrounding area. Mount Sinabung magma chamber located at a depth of 8000 meters to 23,000 meters with an estimated volume of 3240 km3.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sidomulyo, Lampung Tengah pada tanggal 22 Oktober 1991, sebagai anak ketiga dari empat bersaudara pasangan Bapak Fatchurrachman dan ibu Istijabah.
Penulis mengawali pendidikan dari tingkat Taman Kanak-Kanak di TK Muslimat Lampung Tengah pada tahun 1996, kemudian dilanjutkan di MI Ma’arif 1 Punggur Lampung Tengah dari tahun 1997-2003, kemudian dilanjutkan di MTs Ma’arif 1 Punggur Lampung Tengah dari tahun 2003-2006,
selanjutnya penulis melanjutkan di SMA N 1 Kotagajah tahun 2006-2009 dan pada tahun 2009 penulis terdaftar sebagai mahasiswa jurusan Teknik Geofisika Fakultas Teknik Universitas lampung melalui jalur SNMPTN.
MOTTO
All,,,,,,,,, is,,,,,,,,,, well,,,,,,,,,,,
Jika kita selalu bergantung kepada
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Studi Struktur Bawah Permukaan Daerah Gunung Sinabung Dan Sekitarnya Berdasarkan Data Anomali Gayaberat Di Daerah Sumatera Utara Sebelum Letusan Tahun 2010”. Skripsi ini tidak akan terselesaikan tanpa adanya bantuan dari pihak-pihak
terkait.
Dalam skripsi ini penulis menyadari terdapat banyak kekurangan, sehingga penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun agar penelitian selanjutnya dapat lebih baik. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Bandar Lampung, 12 Januari 2015 Penulis
SANWACANA
Alhamdulillah, atas rahmat dan karunia Allah SWT, skripsi yang berjudul “Studi Struktur Bawah Permukaan Daerah Gunung Sinabung Dan Sekitarnya Berdasarkan Data Anomali Gayaberat Di Daerah Sumatera Utara Sebelum Letusan Tahun 2010”telah terselesaikan dengan baik.
Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih baik secara langsung maupun tidak langsung kepada pihak-pihak yang telah membimbing, membantu dan mendukung dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini.
1. Kedua Orang Tua (Bapak Fatchurrachman dan ibu Istijabah) yang selalu memberikan doa dan dukungan setiap waktu kepada penulis.
2. Kedua Orang tuaku yang lain, Bapak Tugino Prayitno dan Ibu Supriyati dan segenap keluarga yang selalu memberikan doa dan nasehat kepada penulis. 3. Istriku yang tercinta Eci Linda Sari yang telah memberikan perhatian, doa dan
5. Bapak Dr. Muh. Sarkowi, S.Si, M.Si. sebagai pembimbing pertama yang selslu memberikan bimbingan, saran dan nasehat-nasehat yang sangat membantu dari awal hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini.
6. Bapak Bagus Sapto Mulyatno, S.Si, M.T. sebagai Ketua Jurusan Teknik Geofisika sekaligus pembimbing kedua yang telah yang selalu memberikan ilmu dan nasehat yang berharga dari awal perkuliahan sampai tersusunnya skripsi ini.
7. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.S., M.Sc., Ph.D. sebagai Dekan Fakultas Teknik sekaligus sebagai penguji yang banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis dalam pembuatan skripsi.
8. Dosen-dosen Teknik Geofisika: Bapak Dr. Ahmad Zaenudin, S.Si., M.T., Rustadi, S.Si., M.T., Alimuddin, S.Si, M.Si., Ordas Dewanto, S.Si., M.Si., Karyanto, S.Si., M.T. dan Nandi Haerudin, S.Si., M.Si. yang telah memberikan ilmu-ilmu yang bermanfaat selama penulis keliah di Jurursan Teknik Geofisika.
9. Teman-teman satu angkatan 2009: Dian, Meilisa, Frengki, Hamid, Adi, Intan, Davit, Deka, Hendra, Imam, Marikson, Noval, Maruly, Tanjung, Satria, Aji dan Tri yang selalu memberikan warna dan cerita selama penulis kuliah di Jurusan Teknik Geofisika.
10. Keluarga besar Teknik Geofisika Universitas Lampung, angkatan 2007, 2008 (khususnya kak Irfan Prasetyo), 2010 (khususnya satria), 2011, 2012, 2013, 2014, dan TU yang telah banyak membantu selama ini.
11. Semua pihak yang selalu membantu. Terima kasih atas semuanya.
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ... i
ABSTRAK ... ii
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
PERNYATAAN ...vi
1.2.Tujuan Penelitian ...3
1.3.Batasan Masalah ...3
1.4.Manfaat Penelitian ...3
II. TINJAUAN PUSTAKA ...4
2.1.Daerah Penelitian ...4
2.2.Geologi Regional ...5
2.3.Stratigrafi Regional ...7
2.3.1.Formasi Parapat (Agam/Bruksah) ...8
2.3.2.Formasi Bampo ...8
2.3.3.Formasi Belumai ...9
2.3.5.Formasi Keutapang ...9
2.3.6.Formasi Seurul ...9
2.3.7. Formasi Julu Rayeu ...10
2.4.Gunung Sinabung...11
2.4.1.Fisiografi ...12
2.4.2.Morfologi ...12
2.4.3.Sruktur geologi ...13
2.4.4.Sejarah geologi ...13
2.4.5.Stratigrafi ...13
2.4.6.Petrografi ...13
2.4.7.Aktivitas Vulkanik Gunung Sinabung ...14
III. TEORI DASAR ...16
3.1.Metode Gayaberat ...16
3.1.1.Koreksi pasang surut (Tide)...18
3.1.2.Koreksi apungan (drift) ...18
3.1.3.Koreksi lintang ...19
3.1.4.Koreksi udara bebas (Free Air Correction) ...20
3.1.5.Koreksi Bouguer ...21
3.1.6.Koreksi medan (Terrain Correction) ...21
3.2.Analisis Spektrum ...22
3.3.Moving Average ...25
3.4.Second Vertical Derivative (SDV) ...25
3.5.Pemodelan Inversi 3D ...28
3.6.Data Satelit Gravity...29
IV. METODOLOGI PENELITIAN ...32
4.1.Waktu dan Tempat Penelitian ...32
4.2.Alat Penelitian ...33
4.3.Pengolahan Data ...33
4.4.Diagram Alir ...35
V. HASIL DAN PEMBAHASAN ...36
5.1.Topografi...36
5.2.Anomali Bouguer ...38
5.3.Analisis Spektrum ...40
5.4.Anomali Regional ...44
5.5.Anomali Residual...46
5.6.Second Vertical Derivative (SVD) ...47
5.7.Pemodelan Inversi 3D Anomali Bouguer ...57
5.8.Analisis Struktur Patahan Berdasarkan Model 3D dan Peta SVD ...59
VI. KESIMPULAN DAN SARAN ...67
6.1. Simpulan ...67
6.2. Saran ...68
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Peta daerah penelitian Gunung Sinabung dan sekitarnya ... 4
Gambar 2. Peta geologi regional daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya ... 6
Gambar 3. Kolom stratigrafi cekungan Sumatera Utara ... 10
Gambar 4. Gunung Sinabung dan Danau Lau Kawar ... 11
Gambar 5. Gaya tarik menarik antara dua benda ... 17
Gambar 6. Kurva Ln A dengan k ... 24
Gambar 7. Satelit gravimetri ... 30
Gambar 8. Diagram alir penelitian ... 35
Gambar 9. Peta 3D ketinggian daerah penelitian ... 36
Gambar 10. Peta topografi daerah penelitian ... 37
Gambar 11. Peta anomali Bouguer daerah penelitian ... 39
Gambar 12. Lintasan analisis spektrum dari peta anomali Bouguer ... 40
Gambar 13. Grafik analisis spektrum lintasan A ... 41
Gambar 14. Grafik analisis spektrum lintasan B ... 42
Gambar 15. Grafik analisis spektrum lintasan C ... 43
Gambar 16. Grafik analisis spektrum lintasan D ... 43
Gambar 17. Peta kontur anomali regional ... 45
Gambar 18. Peta kontur anomali residual ... 46
Gambar 20. Peta kontur Second Vertical Derivative dari anomali
regional dengan dugaan struktur patahan ... 50
Gambar 21. Peta kontur Second Vertical Derivative dari anomali residual dengan dugaan struktur patahan ... 51
Gambar 22. Korelasi peta kontur SVD dengan peta geologi daerah penelitian untuk identifikasi patahan ... 53
Gambar 23. Grafik analisa jenis patahan ... 54
Gambar 24. Peta SVD anomali Bouguer dengan indikasi patahan ... 55
Gambar 25. Korelasi peta kontur SVD dengan peta geologi daerah penelitian ... 56
Gambar 26. Model 3D distribusi densitas hasil inversi anomali Bouguer daerah penelitian ... 57
Gambar 27. Model 3D daerah penelitian dengan plot gunung dan sesar ... 58
Gambar 28. Patahan yang terlihat pada peta SVD anomali Bouguerdan model 3D anomali Bouguer ... 60
Gambar 29. Struktur patahan dan dapur magma pada peta SVD dan model 3D anomali Bouguer ... 61
Gambar 30. Peta geologi daerah penelitian dan penampang bawah permukaannya ... 62
Gambar 31. Slice pada peta anomali Bouguer daerah penelitian ... 63
Gambar 32. Model bawah permukaan daerah dapur magma Gunung Sinabung ... 64
Gambar 33. Model bawah permukaan dapur magma Gunung Sinabung ... 64
Gambar 34. Model dapur magma Gunung Sinabung dengan batas-batasnya ... 65
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Beberapa operator filter SVD ... 27
Tabel 2. Karakteristik dari satelit TOPEX/Poseidon ... 31
Tabel 3. Jadwal Kegiatan ... 32
I.PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Posisi geologis Indonesia yang berada pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia, yaitu Lempeng Indo-Australia di bagian selatan, Lempeng Euro-Asia di utara, dan Lempeng Pasifik di sebelah timur. Oleh karena hal itu, wilayah Indonesia yang menjadi pertemuan tiga lempeng aktif dunia tercatat memiliki sekitar 127 gunungapi yang menjadikannya sebagai negara dengan jumlah gunungapi terbanyak di dunia. Salah satu diantaranya adalah Gunung Sinabung yang terletak di Kabupaten Karo Sumatera Utara.
2
Gunungapi Sinabung termasuk dalam gunungapi yang jarang diteliti, baik dari sisi geologi maupun ilmu kebumian lainnya. Hal ini dikarena gunungapi tersebut dulunya (sebelum tahun 2010) masuk dalam kategori gunungapi tipe B atau setelah tahun 1600 belum pernah meletus. Hal tersebut membuat banyak ahli gunungapi di Indonesia memfokuskan penelitiannya pada gunung-gunungapi tipe A. Maka dari hal itu, peneliti ingin membahas tentang “Studi Struktur Bawah Permukaan Daerah Gunung Sinabung Dan Sekitarnya Berdasarkan Data Anomali Gayaberat Di Daerah Sumatera Utara Sebelum Letusan Tahun 2010”.
Dalam penelitian ini digunakan Metode gayaberat dimana metode ini megukur variasi nilai gravitasi bumi di permukaan. Data anomali gayaberat yang digunakan adalah data yang didapat dari http://topex:ucsd.edu. Metode gayaberat yang digunakan pada penelitian ini yaitu analisis SVD dan pemodelan inversi 3D anomali Bouguer. Dengan asumsi bahwa nilai rapat massa batuan yang bervariasi mencirikan adanya suatu struktur geologi atau batas lapisan, serta bahan-bahan penyusun lapisan tersebut, termasuk kehadiran fluida di dalamnya.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui nilai anomali Bouguer daerah penelitian.
3
3. Mengetahui keberadaan dan volume dapur magma Gunung Sinabung dengan pemodelan 3D anomali Bouguer.
1.3. Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada interpretasi stuktur bawah permukaan, yaitu patahan, dan dapur magma daerah sekitar Gunung Sinabung dengan data anomali gayaberat yang didapat dari http://topex:ucsd.edu sebelum erupsi tahun 2010.
1.4. Manfaat Penelitian
I.TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Daerah Penelitian
5
Lokasi penelitian terletak di Kabupaten Karo Provinsi Sumatera Utara Indonesia. Secara geografis daerah penelitian terletak pada kordinat 340000 m – 460000 m UTM X dan 260000 m – 400000 m UTM Y. Di daerah penelitian terdapat beberapa gunung, dua diantaranya gunung berapi aktif yaitu: Gunung Sinabung dan Gunung Sibayak. Selain itu di daerah penelitian terdapat pula dua buah danau yang cukup luas dan terkenal yaitu sebagian Danau Toba (Tongging) dan Danau Lau Kawar yang memiliki luas lebih kurang 200 Ha.
2.2. Geologi Regional
Pulau Sumatera merupakan bagian tepi baratdaya-selatan dari lempeng Benua Eurasia yang berinteraksi dengan lempeng Samudera Hindia Australia yang bergerak ke arah utara-timurlaut. Interaksi kedua lempeng tersebut dipengaruhi oleh besarnya sudut interaksi serta kecepatan konvergensi lempengnya. Gerakan tersebut telah menghasilkan bentuk-bentuk gabungan penunjaman (subduction) dan sesar mendatar.
6
Gambar 2. Peta geologi regional daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya (Whandoyo, 1982)
7
Tersier dari bagian Sumatera yang berada di sebelah timur sesar Sumateraadalah juga perkembangan tektonik Tersier dari padalempeng Mikro Sunda.
Di sepanjang Sesar Sumatera dapat ditemukan gunung-gunung berapi dengan jarak pusat vulkaniknya terhadap Sesar Sumatera bervariasi, seperti Gunung Kerinci di Provinsi Jambi dan Gunung Merapi di Provinsi Sumatera Barat serta Gunung Sinabung di Sumatera Utara. Di samping itu, di sepanjang Sesar Sumatera ini dapat ditemukan juga danau-danau besar yang terbentuk akibat langsung dari pergesaran sesar seperti Danau Singkarak di Provinsi Sumatera Barat. Sedangkan Danau Toba di Provinsi Sumatera Utara merupakan danau yang terbentuk dari letusan gunung berapi purba.
2.3. Stratigrafi Regional
8
sebagian besar litologinya terdiri dari batupasir dan serpih hasil susut laut. Pengisian berakhir pada kala Pliosen Atas dengan diendapkannya Formasi Julu Rayeu yang terdiri dari lapisan lapisan terrestrial dan asal danau. Seluruh daerah tersebut dipengaruhi oleh perlipatan Plio-Plistosen yang mengakibatkan adanya konfigurasi struktur dewasa sesar yang memotong daerah ini memperlihatkan bagian cekungan yang menurun terhadap pantai sebelah timur. Batas barat dari cekungan ini dibentuk oleh kaki Pegunungan Barisan (Sosromihardjo, 1988).
Stratigrafi regional Cekungan Sumatera Utara dengan urutan dari tua ke muda yaitu sebagai berikut:
2.3.1.Formasi Parapat (Agam/Bruksah)
Formasi ini diendapkan secara tidak selaras pada block faulting pada Oligosen Akhir dengan sedimen klastik berbutir kasar nonmarine.Ada juga literatur yang menyatakan bahwa formasi ini berasal dari Formasi Tampura tetapi ada juga literatur yang menyanggah hal ini.
2.3.2.Formasi Bampo
9
2.3.3.Formasi Belumai
Formasi ini dicirikan oleh adanya pengendapan batuan karbonat pada bagian utara dan barat cekungan, sedangkan pada bagian selatan terdapat endapan batupasir glaukonitan berselingan dengan batugamping dan serpih.
2.3.4.Formasi Baong
Formasi ini terbentuk pada miosen tengah pada saat tektonika yang kedua mulai berlangsung. Pada saat ini terjadi pengangkatan yang intensif. Ciri khas dari formasi ini adalah litologi batupasir yang terbentuknya dipengaruhi arus turbidit.
2.3.5.Formasi Keutapang
Formasi ini terbentuk pada kala Miosen Akhir. Pengendapan sedimen yang berkembang adalah batupasir yang berasal dari pegunungan Bukit Barisan, hal ini disebabkan oleh aktivitas pengangkatan dari Bukit Barisan tersebut. Pada formasi ini juga berkembang shale yang merupakan sealing yang baik bagi akumulasi hidrokarbon.
2.3.6.Formasi Seurula
10
2.3.7.Formasi Julu Rayeu
Pengisian cekungan berakhir pada kala Pleistosen Akhir dengan endapan berfacies terrestial-lagoonal yang berupa serpih, batulempung dan batupasir (Davies, P. R., 1984).
11
2.4. Gunung Sinabung
Gunungapi Sinabung adalah gunungapi stratovolkano (berbentuk kerucut), dengan tinggi puncaknya 2460 m dpl. Lokasi Gunungapi Sinabung secara administratif masuk ke dalam Kabupaten Karo, Provinsi Sumatera Utara. Secara geografis, terletak pada 432454 UTM-X dan 351263 UTM-Y. Di kaki Gunung Sinabung terdapat sebuah danau, yaitu Danau Lau kawar dengan luas kurang lebih 200 ha ini terletak di Desa Kuta Gugung. Lau Kawar ini pun merupakan salah satu dari dua danau di kawasan ekosistem Leuser.
Gambar 4. Gunung Sinabung dan Danau Lau Kawar
12
alam ini pun masih merupakan bagian dari Pegunungan Bukit Barisan Timur.
Dari sejarahnya, diperkirakan gunungapi ini mulai tumbuh antara Plistosen hingga Holosen, dengan menghasilkan banyak aliran lava pada lereng-lerengnya. Secara regional gunungapi ini termasuk tipe kwarter, sedangkan stratigrafi vulkaniknya belum ada (belum dipetakan). Ditinjau dari pola struktur regional yang dapat diamati, Gunung Sinabung dan Gunung Sibayak mempunyai kelurusan dengan Danau Toba, diperkirakan aktivitas dan kemunculan gunungapi ini mempunyai kaitan erat dengan Danau Toba tersebut. Berdasarkan penelitian, ditemukan batuan lava berupa andesit piroksen, lahar, agglomerate, dengan komposisi mineral terdiri atas: augit,
hornblende dan hipersten (Santoso.dkk,1982).
2.4.1.Fisiografi
Berdasarkan fisiografinya Gunung Sinabung mempunyai tubuh yang sangat mulus dan merupakan gunungapi soliter yang muncul di atas Dataran Tinggi Karo.
2.4.2.Morfologi
13
dapat dibagi menjadi tiga satuan yaitu: satuan morfologi puncak, satuan morfologi lereng dan satuan morfologi kaki.
2.4.3.Sruktur geologi
Ditinjau dari pola struktur regional yang dapat diamati, Gunung Sinabung dan Gunung Sibayak mempunyai kelurusan dengan Danau Toba, diperkirakan aktivitas dan kemunculan gunungapi ini mempunyai kaitan erat dengan Danau Toba tersebut.
2.4.4.Sejarah geologi
Diperkirakan gunungapi ini mulai tumbuh antara Plistosen hingga Holosen, dengan menghasilkan banyak aliran lava pada lereng-lerengnya.
2.4.5.Stratigrafi
Secara regional gunungapi ini termasuk Kuarter, sedangkan stratigrafi vulkanik gunngapi ini belum ada (belum dipetakan).
2.4.6.Petrografi
14
2.4.7.Aktivitas Vulkanik Gunung Sinabung
Sinabung meskipun tidak ada catatan meletus sejak tahun 1600, namun gunung ini pada tahun 1912 dilaporkan terjadi aktivitas solfatara di puncaknya. Aktivitas solfatara artinya ada semburan uap dan gas belerang panas dari retakan-retakan di permukaan tanah/batuan. Aktivitas solfatara menunjukkan bahwa Gunung Sinabung ini masih mempunyai kegiatan vulkanik di dalamnya.
Gunung Sinabung tidak pernah tercatat meletus sejak tahun 1600, akan tetapi mendadak aktif kembali dengan meletus pada 27 Agustus 2010, gunung ini mengeluarkan asap dan abu vulkanis. Pada tanggal 29 Agustus 2010 dini hari sekitar pukul 00.15 WIB (28 Agustus 2010, 17.15 UTC).
15
Yang terbaru pada tahun 2013, Gunung Sinabung meletus kembali, sampai 18 September 2013, telah terjadi 4 kali letusan. Letusan pertama terjadi ada tanggal 15 September 2013 dini hari, kemudian terjadi kembali pada sore harinya. Pada 17 September 2013, terjadi 2 letusan pada siang dan sore hari. Letusan ini melepaskan awan panas dan abu vulkanik.
Letusan-letusan terjadi berkali-kali setelah itu, disertai luncuran awan panas sampai 1,5 km. Pada tanggal 20 November 2013 terjadi enam kali letusan sejak dini hari. Erupsi (letusan) terjadi lagi empat kali pada tanggal 23 November 2013 semenjak sore, dilanjutkan pada hari berikutnya, sebanyak lima kali. Terbentuk kolom abu setinggi 8000 m di atas puncak gunung. Akibat rangkaian letusan ini, Kota Medan yang berjarak 80 km di sebelah timur terkena hujan abu vulkanik.
III. TEORI DASAR
3.1. Metode Gayaberat
Metode gayaberat adalah salah satu metode geofisika yang didasarkan pada pengukuran medan gravitasi. Pengukuran ini dapat dilakukan di permukaan bumi, di kapal maupun di udara. Dalam metode ini yang dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat massa batuan di bawah permukaan sehingga dalam pelaksanaannya yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari suatu titik observasi terhadap titik observasi lainnya. Metode gayaberat umumnya digunakan dalam eksplorasi jebakan minyak (oil trap). Disamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lainnya (Kearey dkk., 2002).
17
mencatat perubahan gravitasi yang ada. Biasanya dalam pengerjaan pengukuran gravitasi ini, dilakukan secara looping (Supriyadi, 2009).
Pada dasarnya gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda yang memiliki rapat massa yang berbeda, hal ini dapat diekspresikan oleh rumus hukum Newton sederhana sebagai berikut:
Gambar 5. Gaya tarik menarik antara dua benda
dimana:
Dengan menggunakan rumus dasar inilah maka survey geofisika metode gravitasi dapat dilakukan, namun seperti halnya metode geofisika lainnya, tentu saja metode ini memiliki koreksi. Koreksi dalam metode gaya berat adalah sebagai berikut:
m1 m2
F12 F21
18
3.1.1.Koreksi pasang surut (Tide)
Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh gravitasi benda-benda di luar bumi seperti bulan dan matahari, yang berubah terhadap lintang dan waktu. Penurunan efek tidal ini hampir sebagian besar menggunakan persamaan Longman (1959).
[ ( ) ]
Dalam prakteknya, koreksi tidal dilakukan dengan cara mengukur nilai gayaberat di stasiun yang sama (base) pada interval waktu tertentu. Kemudian bacaan gravimeter tersebut diplot terhadap waktu agar menghasilkan suatu persamaan yang digunakan untuk menghitung koreksi tidal. Nilai koreksi tidal ini selalu ditambahkan pada pembacaan gayaberat.
dimana:
3.1.2.Koreksi apungan (drift)
19
besar penyimpangan tersebut dapat diketahui dan diasumsikan linier pada selang waktu tertentu. Koreksi drift pada masing-masing titik stasiun adalah:
dimana:
tn = waktu pembacaan pada stasiun ke-n
t1 = waktu pembacaan pada stasiun base (awal looping) tN = waktu pembacaan pada stasiun base (akhir looping)
g1 = bacaan gravimeter terkoreksi tidal pada stasiun base (awal looping) gN = bacaan gravimeter terkoreksi tidal pada stasiun base (akhir looping) glokal = gayaberat terkoreksi drift dan tidal
3.1.3.Koreksi lintang
Koreksi ini dilakukan karena bentuk bumi yang tidak sepenuhnya bulat sempurna, sehingga terdapat perbedaan antara jari-jari bumi di kutub dengan di daerah katulistiwa sebesar 21 km. Dengan demikian nilai gayaberat di kutub akan lebih besar dibandingkan nilai gayaberat di katulistiwa. Secara umum gravitasi terkoreksi lintang dapat ditulis sebagai berikut :
20
3.1.4.Koreksi udara bebas (Free Air Correction)
Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan efek topografi atau efek ketinggian yang mempengaruhi nilai pembacaan nilai gayaberat tanpa memperhatikan efek dari massa batuan. Dengan kata lain koreksi udara bebas merupakan perbedaan gayaberat yang diukur pada mean sea level
(geoid) dengan gayaberat yang diukur pada ketinggian h meter dengan tidak ada batuan diantaranya.
Nilai gaya berat pada mean sea level dengan menganggap bentuk bumi yang ideal, spheroid, tidak berotasi, dan massa terkonsentrasi pada pusatnya, yaitu:
Nilai gayaberat pada stasiun pengukuran dengan elevasi h (meter) dari mean sea level (Kadir, 2000) adalah:
Perbedaan nilai gayaberat antara yang terletak pada mean sea level dengan titik yang terletak pada elevasi h (meter) adalah koreksi udara bebas (FAC) diberikan persamaan sebagai berikut (Telford dkk,1990):
( )
Dengan = 981785 mGal dan R=6371000 meter
21
3.1.5.Koreksi Bouguer
Koreksi bouger merupakan koreksi ketinggian yang memperhitungkan adanya efek dari massa batuan yang berada di antara bidang datum (geoid) dan titik amat dengan asumsi memiliki jari-jari tak terhingga dengan tebal h (meter) dan densitas (gr/cm3). Sehingga koreksi ini dapat ditulis sebagai berikut:
dimana : rapat massa rata-rata daerah penelitian (gr/cm3) h = ketinggian titik amat (m)
Anomali gaya berat setelah diaplikasikan koreksi udara bebas dan koreksi Bouguer yaitu:
3.1.6.Koreksi medan (Terrain Correction)
Koreksi medan mengakomodir ketidak teraturan pada topografi sekitar titik pengukuran. Pada saat pengukuran, elevasi topografi di sekitar titik pengukuran, biasanya dalam radius dalam dan luar, diukur elevasinya. Sehingga koreksi ini dapat ditulis sebagai berikut :
√ √
dengan:
22
Karena komponen gaya horizontal (koreksi medan) bersifat mengurangi nilai gayaberat terukur, maka koreksi medan harus ditambahkan pada
Simple Bouguer Anomali (SBA), sehingga anomali menjadi Complete Bouguer Anomali (CBA).
3.2. Analisis Spektrum
Analisis spektrum dilakukan untuk mengestimasi lebar jendela dan mengestimasi kedalaman dari anomali gayaberat. Selain itu analisis spektrum juga dapat digunakan untuk membandingkan respon spektrum dari berbagai metode filtering. Analisisi spektrum dilakukan dengan mentransformasi fourier lintasan-lintasan yang telah ditentukan.
Spektrum diturunkan dari potensial gayaberat yang teramati pada suatu bidang horizontal dimana transformasi fouriernya sebagai berikut (Blakely, 1995):
dan
| |
| |
,
maka persamaannyamenjadi
| | | |
.
dimana :
23
Transformasi fourier anomali gayaberat yang diamati pada bidang horizontal diberikan oleh persamaan:
( ) ( ) | |
Dimana:
: anomali gaya berat : ketinggian titik amat : bilangan gelombang : kedalaman benda anomali
Jika distribusi rapat massa bersifat random dan tidak ada korelasi antara masing-masing nilai gaya berat, maka sehingga hasil transformasi fourier anomali gaya berat menjadi :
| |
Dengan: A = amplitudo C = konstanta
Estimasi lebar jendela dilakukan untuk menentukan lebar jendela yang akan digunakan untuk memisahkan data regional dan residual. Untuk mendapatkan estimasi lebar jendela yang optimal didapatkan dengan me-logaritma-kan spektrum amplitudo yang dihasilkan dari transformasi fourier di atas, sehingga memberikan hasil persamaan garis lurus. Komponen k menjadi berbanding lurus dengan spektrum amplitudo.
24
Dari persamaan garis lurus di atas, melalui regresi linier diperoleh batas antara orde satu (zona regional) dan orde dua (zona residual), sehingga nilai k pada batas tersebut diambil sebagai penentu lebar jendela. Hubungan panjang gelombang ( ) dengan k diperoleh dari persamaan Blakely (1995):
dimana
dengan : = lebar jendela
Maka didapatkan estimasi lebar jendelanya yaitu:
Untuk estimasi kedalaman diperoleh dari nilai gradien persamaan garis lurus di atas. Nilai gradien hasil regresi linier zona regional menunjukkan kedalaman regional dan nilai hasil regresi linier zona residual menunjukkan kedalaman residual.
Gambar 6. Kurva Ln A dengan k Ln A
k Zona regional
Zona residual
25
3.3. Moving Average
Nilai Anomali Baouguer yang terukur di permukaan merupakan gabungan dari beberapa sumber anomali dan struktur. Sehingga perlu dilakukan pemisahan anomali untuk memperoleh anomali target yang akan dicari. Metode moving average merupakan salah satu cara untuk memisahkan anomali regional, residual dan noise. Metode ini dilakukan dengan merata-ratakan nilai anomalinya dan akan menghasilkan anomali regional. Nilai anomali residual didapatkan dengan mengurangkan data hasil pengukuran dengan anomali regionalnya.
Secara matematis persamaan moving average untuk satu dimensi yaitu:
Sedangkan penerapan moving average pada peta dua dimensi, harga pada suatu titik dapat dihitung dengan metara-ratakan semua nilai di dalam sebuah kotak persegi dengan titik pusat adalah titik yang akan dihitung harga .
3.4. Second Vertical Derivative (SDV)
26
metode pemisahan regional-residual yang ada. Secara teoritis, metode ini diturunkan dari persamaan Laplace’s:
Dari persamaan-persamaan di atas dapat diketahui bahwa second vertical derivative dari suatu anomali gayaberat permukaan adalah sama dengan negatif dari derivative dapat melalui derivative orde dua horizontalnya yang lebih praktis dikerjakan.
27
Tabel 1. Beberapa operator filter SVD
Operator filter SVD menurut Henderson dan Zeitz (1949) 0.0000
Operator filter SVD menurut Rosenbach (1952) 0.0000
Operator filter SVD menurut Elkins (1951) 0.0000
28
3.5. Pemodelan Inversi 3D
Untuk mendapatkan pola struktur bawah permukaan dari data gayaberat, maka anomali Bouguer hasil pengukuran dan perhitungan harus dilakukan pemodelan baik dengan metode forward modelling atau inversion modelling
sehingga akan diketahui distribusi densitas dan struktur di daerah penelitian. Selanjutnya berdasarkan distribusi densitas tersebut dilakukan interpretasi dengan menggabungkan data-data geologi yang ada didaerah tersebut sehingga akan diperoleh struktur bawah permukaan di daerah tersebut.
Pada penelitian ini pemodelan data anomali Bouguer dilakukan dengan metode inversi menggunakan perangkat lunak Grav3D versi 2.0, dengan model benda didekati dengan benda berbentuk susunan prisma tegak dengan spasi ∆x dan ∆y. Dari susunan prisma tersebut selanjutnya dilakukan
perhitungan respon gayaberatnya. Untuk menghitung respon gayaberatnya digunakan metode perumusan yang dilakukan oleh Plouff (1976):
∑ ∑ ∑
( ) ( )
dimana : √
29
3.6. Data Satelit Gravity
Data satelit gravity adalah, data anomali gaya berat yang diperoleh dari satelit gravimetri seperti satelit Topex/Poseidon dan Jason. Satelit gravimetri merupakan satelit yang bertugas untuk untuk menyediakan informasi yang cukup akurat dari model gravity field bumi untuk jangka waktu proyek selama 5 tahun. Estimasi secara temporal berkala dari gravity field bumi dapat diperoleh berikut variasinya yang terjadi.
30
Gambar 7. Satelit gravimetri (Benada, 1997)
31
Tabel 2. Karakteristik dari satelit TOPEX/Poseidon Karakteristik Utama
Setengah sumbu panjang 7714.4278 km
Eksentrisitas 0.000095
Inklinasi bidang orbit 66.04o
Argumen of perigee 90o
Asensiorekta ascending 116.56o
Anomali rerata 253.13o
Data Tambahan
Tinggi referensi (ekuatorial) 1336 km Periode satu lintasan orbit 6745.72 detik Resolusi temporal (cycle) 9.9156 hari Jumlah revolusi dalam satu cycle 127
Jarak antar lintasan pada ekuator 315 km Sudut lintasan terhadap ekuator 39.5o
Kecepatan orbit 7.2 km/detik
IV.METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei sampai dengan bulan Oktober 2014 di Laboratorium Jurusan Teknik Geofisika Fakultas Teknik Universitas Lampung. Adapun susunan kegiatan dapat diberikan pada tabel berikut.
33
4.2. Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Satu set komputer dengan system operasi Windows XP2.
b. Beberapa perangkat lunak (software) seperti Microsoft Office Exel, Surfer 10, grav 3d, Numeri.
c. Peta geologi regional dan manifestasi daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya.
4.3. Pengolahan Data
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan studi pustaka terhadap bebrapa referensi yang menjelaskan tentang Gunung Sinabung, Pengambilan data anomali Bouguer lengkap dari pengukuran satelit altimetri TOPEX/Poseidon di http://topex:ucsd.edu, analisis spektrum untuk menentukan lebar jendela dan kedalaman, pemisahan anomali Bouguer regional dan residual dengan metode moving average.
34
struktur batuan yang dicirikan dengan frekuensi tinggi (Haerudin dan Karyanto, 2007).
Peta anomali Bouguer kemudian dilakukan analisis spektrum dengan membuat 4 lintasan slice sebagai lintasan yang akan diproses dengan software Numeri untuk mengetahui lebar jendela yang akan digunakan pada filter moving average dan mengetahui kedalaman target yang akan dicari.
Hasil dari metode moving average adalah anomali regional. Setelah didapatkan anomali Bouguer dan anomali regional, maka anomali residual dapat dicari dengan mengurangkan nilai anomali Bouguer lengkap dengan anomali regional. Selanjutnya untuk memunculkan anomali yang dangkal dan untuk menentukan batas-batas struktur yang ada di daerah penelitian dilakukan analisis second vertical derivative (SVD) dengan operator Elkins dengan menggunakan software Surfer 10. Analisis SVD dilakukan pada peta anomai Bouguer, peta anomali regional dan peta anomali residual. Nilai anomali SVD yang bernilai nol diindikasikan sebagai struktur patahan.
35
4.4. Diagram Alir
VI. SIMPULAN DAN SARAN
6.1. Simpulan
Dari hasil penelitian daerah Gunung Sinabung dan sekitarnya, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Anomali Bouguer daerah penelitian mempunyai rentang nilai dari -100 mGal sampai 260 mGal dengan anomali rendah berada di sebelah timurlaut dan baratdaya daerah penelitian, sedangkan anomali tinggi dominan berada di sebelah baratlaut dan timur daerah penelitian.
2. Gunung Sinabung memiliki anomali Bouguer tinggi yaitu 120 mGal sampai 140 mGal.
3. Hasil analisis spektrum daerah penelitian didapatkan lebar jendela 21 km x 21 km dengan batas anomali regional dan residual pada kedalaman 9500 meter dari MSL.
4. Hasil analisis peta SVD menunjukkan pola struktur patahan naik berarah baratlaut sampai tenggara yang merupakan sesar besar Sumatera, dan patahan turun yang berada di sebelah selatan Gunung Sinabung.
68
6. Volume dapur magma Gunung Sinabung didapatkan dengan asumsi berbentuk balok dengan volume 3240 km3.
6.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
Bakonsurtanal. 2002. Cakupan Data Kabupaten/Kota Daerah Sumatera.
Bakonsurtanal. Cibinong.
Benada, J.R., 1997. PODAAC MGDR-B (TOPEX/Poseidon) User’s Handbook, Jet Propulsion Laboratory, NASA, USA.
Blakely, Rj., 1995. Potential theory in gravity and magnetic aplications.
Cambridge University Press, Cambridge.
Davies, P. R. 1984. Tertiary structural evolution and related hydrocarbon occurrences, North Sumatra basin. Indonesian Petroleum Association, Proceedings of the 13th Annual Convention, Jakarta, 1984, 1, 19–50.
Elkins, T.A., 1951. The Second Derivative Methode of Gravity Interpretation Geophysics. Bab XVI. Hal 29-50 dan V.23, 97-127.
Haerudin, N., dan Karyanto. 2007. Aplikasi Metode Polinomial Least Square Berbasis Matlab untuk memisahkan Efek Anomali Residual Anomali
Regional Pada Data Gravitasi. Jurnal Sains MIPA. Vol. 13 No.1. Hal 32.
Henderson, R.G., dan Zeitz, I., 1949. The Computation of Second Vertical Derivative of Geomagnetic Field. Geophysics. V.14. Hal. 508-516.
70
Kearey, P., Brooks, M., dan Hill, I., 2002. An Introduction to Geophysical exploration. Blackwell Science.
Logman, I.M., 1959. Formulas for Computing the Tidal Accelerations due to The Moon and the Sun.Journal of Geophysical Research 64: 2351-2355.
Plouff, D., 1976. Gravity and Magnetic Field of Polygonal prims and application to Magnetic Terrain Corrections. Geophysics, 41. 727-741.
R. Whandoyo, 1982. Peta Geologi Lembar Medan, Sumatera. Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung.
Reynolds, J.M.,1997. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics,
Chichester. John Wiley dan sons.
Rosenbach, O., 1952. A Contribution to the Computation of “Second Derivative”
from Gravity Data. Geophysics. V.18. Hal. 894-912.
Sarkowi, M., 2009. Modul Praktikum Pengolahan Data Gayaberat. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Sieh, K and Natawidjaja, 2000. Neotectonics of Sumatran Fault, Indonesia.
Journal of Geophysical Research. Vol 105. No B12. P 28.295 – 28.326.
Sosromihardjo, S. P. C, 1988. Structural analysis of the North Sumatra Basin-with emphasis on Synthetic Aperture Radar data. Indonesian Petroleum Association, Proceedings of the 17th Annual Convention, Jakarta. 1, 187–210..
Supriyadi, 2009. Studi Gaya Berat Relatif di Semarang. Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia. Vol.5, No.1.
