Oleh :
Eko Afriani Banjarnahor NIM 4103240007 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas anugerah, kasih, dan berkat-Nya yang senantiasa melindungi, menyertai, memimpin dan membimbing penulis, sehingga dapat menyelesaikan penyusunan dan penulisan skripsi ini.
Adapun judul skripsi ini adalah Penetuan Pola Penyebaran Fluida Geothermal dan Identifikasi Mineral Batuan Daerah Panas Bumi Tinggi Raja Kabupaten Simalungun, yang disusun untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan.
v
Dandi Feri Pratama Banjarnahor, Joharna Banjarnahor dan Angga Celo Banjarnahor serta keluarga besar lainnya.
Terimakasih kepada rekan seperjuangan Morley (Marusaha) dan Robet, suka duka bersama kalian dari awal pembuatan proposal sampai penyelesaian skripsi ini. Terimakasih kepada teman-teman Kece Hengki, Sartika, Sovian, Putra, Filemon yang telah membantu dalam penelitian, Viky Archuleta yang membantu dalam pengolahan data dan seluruh Nondik KECE yang tidak bisa saya sebut satu per satu. Penulis juga berterimakasih kepada Dominic Gin_Dibata SG (Mikha, Chanra, Darius, Hanna, Serius, Berton), Invokavit SG ( Jeje, Crisna, Putri, Risda, Meri, Silva), Petra SG ( Imanuel, Daus, Robin, Bruce, Vimona, Delfi), atas dukungan doa, tawa-tangis yang menjadikan saya dewasa. Kalian adalah anugerah terindah. Terimakasih kepada koordinasi UKMKP UP FMIPA 2012, koordinasi UKMKP 2013 & 2014, atas dukungan doa dan kerja samanya. Dan khusus kepada my best sister, Ka Ticup (Christina Hutabarat, S.Si ) dengan kasihnya begitu setia mendoakan, memberikan motivasi, semangat, dan teladan hidup kepada penulis. Dan kepada seluruh keluarga besar UKMKP, baik mahasiswa maupun alumni yang telah memberikan motivasi dan arahan. Terimakasih kepada kalian semua
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, baik dari segi isi, penulisan, maupun kualitasnya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk menyempurnakan skripsi ini.
Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya ilmu pembaca sekalian.
Medan, Agustus 2014 Penulis,
PENENTUAN POLA PENYEBARAN FLUIDA GEOTHERMAL DAN IDENTIFIKASI MINERAL BATUAN DAERAH PANAS BUMI
TINGGI RAJA KABUPATEN SIMALUNGUN
Eko Afriani Banjarnahor (NIM 4103240007)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian metode geolistrik resistivitas pada tanggal 19 Juni 2014 di daerah panas bumi Tinggi Raja Desa Dolok Morawa Kabupaten Simalungun, secara geografis berada pada koordinat 02º36’- 03º18’ Lintang Utara dan 98º32’- 99º35’ Bujur Timur. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pola penyebaran fluida geothermal di bawah permukaan bumi dengan menggunakan metode geolistrik dan mengidentifikasi mineral penyusun batuan dengan uji XRD pada daerah panas bumi Tinggi Raja.
Metode geolistrik digunakan untuk memberikan gambaran lapisan di bawah permukaan sebagai gambaran geologi bawah permukaan yang mengacu pada pemetaan data resistivitas lapisan bawah permukaan. Data pengukuran di lapangan berupa beda potensial dan arus dapat digunakan untuk menghitung harga resistivitas semu (Apparent Resistivity). Kemudian data resistivitas semu tersebut diinversi menggunakan software Res2dinv, sehingga menghasilkan resistivitas sebenarnya yang diinterpretasikan dengan kode warna. Kemudian uji XRD digunakan untuk mengidentifikasi material kristalit maupun non-kristalit dengan memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik sinar-X, dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Data yang diperoleh dari XRD berupa intensitas difraksi sinar-X yang terdifraksi dan sudut-sudut 2θ.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi vi
Daftar Gambar viii
Daftar Tabel x
Daftar Lampiran xi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Identifikasi Masalah 4
1.3. Batasan Masalah 4
1.4. Rumusan Masalah 5
1.5. Tujuan Penelitian 5
1.6. Manfaat Penelitian 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kondisi Lokasi Penelitian 6
2.2. Panas Bumi (Geothermal) 6
2.2.1.Pengertian Panas Bumi 6
2.2.2. Terjadinya Sistem Panas Bumi 7
2.2.3. Komponen Sistem Panas Bumi 9
2.2.4. Tipe Sistem Panas Bumi 12
2.2.5. Manisfestasi Permukaan 14
2.2.6. Konservasi Panas Bumi 15
2.2.7.Sistem Panas Bumi di Indonesia 16 2.2.8. Potensi Sumber Daya Panas Bumi di Indonesia 17
2.3. Sifat Listrik Dalam Batuan 19
2.3. Hambatan Jenis Batuan 19
2.4. Aliran Listrik Dalam Bumi 23
2.5. Metode Tahanan Jenis 21
2.5.1 KonfigurasiSchlumberger 25
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 29
3.1.1 Tempat Penelitian 29
3.1.2 Waktu Penelitian 29
3.2. Alat Penelitian 29
3.3. Diagram Alir Penelitian 31
3.4. Prosedur Penelitian 32
3.5. Teknik Pengambilan Data 34
3.6. Analisis dan Interpretasi Data 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian 36
4.2. Pembahasan 39
4.2.1. Geolistrik 37
4.2.2. Uji XRD 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 48
5.2. Saran 48
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1. Data Sensus Penduduk Kabupaten Simalungun 20123
Tabel 2.1. Klasifikasi Reservoir Panas Bumi Berdasarkan
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Perpindahan Panas Di Bawah Permukaan 7
Gambar 2.2. Model Zona Subduksi 8
Gambar 2.3. Skematik SistemGeothermal Hidrotermal 11 Gambar 2.4. Model Konseptual Sistem Panasbumi yang 12
Berasosiasi dengan Sumber Panas Magmatik
Gambar 2.5. Skema Diagram Alir PLTPB 16
Gambar 2.6. Potensial Sumber Panas Bumi di Indonesia 18 Gambar 2.7. Pola Aliran Listrik Yang Dipancarkan Dan Distribusi
Potensial Yang Dihasilkan Oleh Elektroda Arus Tunggal Di Permukaan Medium Setengah Tak
Berhingga 23
Gambar 2.8. Pola Aliran Listrik Yang Dipancarkan Dan Distribusi Beda Potensial Yang Dihasilkan Oleh Elektroda Arus
Ganda Di Permukaan Medium Setengah Tak Berhingga 25
Gambar 2.9. Konfigurasi Schlumberger 26
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 31
Gambar 3.2. Skin Depth Resisitivitas ARES 33
Gambar 4.1. Rekahan di Atas Permukaan Lokasi Penelitian 37
Gambar 4.2. Kontur Daerah Penelitian 37
Gambar 4.3. Penampang Kontur Resistivitas Pada Lintasan Pertama 38 Gambar 4.4. Penampang Kontur Resistivitas dengan Topografi
Lintasan Pertama 39
Gambar 4.5. Penampang Kontur Resistivitas Pada Lintasan Kedua 40 Gambar 4.6. Penampang Kontur Resistivitas dengan Topografi
Lintasan Kedua 41
Gambar 4.7. Penampang Kontur Resistivitas Pada Lintasan Ketiga 42 Gambar 4.8. Penampang Kontur Resistivitas dengan Topografi
ix
Gambar 4.9. Kontur Per Kedalaman 44
Gambar 4.10. Difraktogram Sampel A 45
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Peta lokasi Penelitian 51
Lampiran 2. Peta Geologi Lokasi Penelitian 52
Lampiran 3. Color Map Peta Geologi 53
Lampiran 4. Legenda Peta Geologi 54
Lampiran 5. Tabel Data Lintasan 55
Lampiran 6. Kontur Isoresistivitas Pada Penampang
Kedalaman Semu Penelitian 75
Lampiran 7. Hasil Uji XRD 77
Lampiran 8. Alat Penelitian 87
Lampiran 9. Dokumentasi Penelitian 88
Lampiran 10. Surat Penugasan Dosen Pembimbing Skripsi 91 Lampiran 11. Surat Izin Penelitian Kepada Kepala Desa
Dolok Morawa dan Laboratorium Fisika Unimed 92 Lampiran 12. Surat Keterangan Penelitian dari Kepala Desa
Dolok Morawa 93
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Energi merupakan kebutuhan mutlak yang diperlukan dalam kehidupan manusia, serta ketersediaannya memberikan pengaruh besar terhadap kemajuan pembangunan. Meningkatnya aktivitas manusia dan besarnya tuntutan untuk mendapatkan kepraktisan dan kenyamanan hidup manusia, berakibat pada meningkatnya konsumsi energi. Berdasarkan data Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi Kementerian ESDM (2012), dalam beberapa tahun terakhir pertumbuhan konsumsi energi Indonesia mencapai 7% per tahun. Angka tersebut berada di atas pertumbuhan konsumsi energi dunia yaitu 2,6% per tahun. Konsumsi energi Indonesia yang cukup tinggi tersebut hampir 95% dipenuhi dari bahan bakar fosil. Dari total tersebut, 50%-nya merupakan Bahan Bakar Minyak (BBM). Saat ini, Indonesia hanya memiliki cadangan BBM terbukti minyak 3,7 miliar barel atau 0,3% dari cadangan terbukti dunia. Hal ini yang membuat pemerintah menghemat bahan bakar energi dan terus mencari sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhannya. Salah satu sumber energi yang diharapkan sebagai energi alternatif adalah energi panas bumi (Gita, 2013).
Energi panas bumi adalah energi panas yang tersimpan dalam fluida dan batuan di bawah permukaan bumi. Potensi panas bumi Indonesia mencapai 40 % dari potensi panas bumi di dunia. Potensi energi panas bumi yang dimiliki Indonesia mencapai 28.000 MWe dengan potensi sumber daya 13.440 Mwe. Potensi tersebut setara dengan konsumsi listrik untuk 31 juta konsumen rumah tangga pemakai daya 900 volt ampere (VA) atau 62 juta rumah tangga konsumen golongan terbawah (450 VA) di Indonesia.
Energi dan Sumber Daya Mineral (KESDM) tahun 2010 menyebutkan potensi panas bumi yang berada dalam kawasan hutan konservasi sebanyak 41 titik dengan kapasitas 5.935 MW, dalam kawasan hutan lindung (46 titik) dengan potensi 6.623 MW, dan dalam kawasan hutan produksi (37 titik) dengan potensi 3.670 MW. Para pelestari lingkungan masih melihat kegiatan panas bumi di kawasan hutan berisiko terhadap kelestarian ekosistem hutan. Beberapa upaya untuk mengatasi kendala kebijakan itu telah dan sedang dilakukan pemerintah yang didukung kalangan praktisi panas bumi. Pihak KESDM masih berupaya merevisi Undang-Undang Nomor 27 Tahun 2003 tentang Panas Bumi, sedangkan Kementerian Kehutanan berupaya merevisi Undang-Undang Nomor 5 Tahun 1990 tentang Konservasi Sumber Daya Alam Hayati dan Ekosistemnya ( WWF, 2013).
Kabupaten Simalungun terletak antara 02º36’- 03º18’ Lintang Utara dan 98º32’- 99º35’ Bujur Timur dengan luas 4.386,60 km2 . Berdasarkan data sensus penduduk kabupaten Simalungun tahun 2013 jumlah penduduk Simalungun setiap tahunnya meningkat, seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.1 di bawah ini.
Tabel 1.1. Data Sensus Penduduk Kabupaten Simalungun (2012). No Tahun PendudukJumlah Penduduk (%)Pertumbuhan Kepadatan Penduduk(jiwa/km2)
1. 2008 853.112 1 194
2. 2009 859.879 1
-3. 2010 817.720 5 187
4. 2011 828.778 1 189
5. 2012 830.986 - 190
Sumber : BPS Provinsi Sumatera Utara, 2013.
3
Berdasarkan peta geologi, kabupaten Simalungun memiliki potensi sumber panas bumi yang terletak di Kecamatan Silau kahean, desa Dolok Morawa. Beberapa penelitian pernah dilakukan di panas bumi Tinggi Raja, diantaranya penyelidikan oleh Kelompok Program Penelitian Panas Bumi (2006), menyatakan fluida di Daerah Panas Bumi Dolok Marawa bersifat netral, didominasi air panas (hot water-dominated), geothermometer fluida 180 °C, termasuk dalam kategori entalpi sedang dan potensi cadangan terduga 49-50 Mwe. Kemudian Tambunan (2010), mengemukakan suhu air permukaan pada panas bumi Dolok Morawa adalah 600C – 66,50C dengan pH netral sebesar 6,48-7,63 dengan kosentrasi rata-rata unsur yang paling banyak adalah kalsium mencapai 135,81 Ppm, selanjutnya unsur kedua adalah Natrium (108,97 Ppm) dan Silika (82,28 Ppm) serta unsur yang paling sedikit adalah Kalium sebesar 30,44 Ppm.
Metode geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. Geolistrik tersebut didasarkan pada parameter fisis yaitu hambatan jenis (resistivitas) untuk mengkarakterisasikan keadaan fisis bawah permukaan yang diasosiasikan dengan material dan kondisi bawah permukaan (Farid, dkk., 2008).
Cara yang paling akurat untuk mengidentifikasi mineral batuan yaitu melalui metoda analisa difraksi sinar- X (Xray diffraction). Analisis XRD merupakan metode yang dapat memberikan informasi mengenai jenis mineral yang terdapat dalam suatu batuan. Data hasil XRD tersebut kemudian dianalisis untuk mengetahui karakteristik tiap mineral, persentase mineral, dan tingkat kristalinitas mineral (Silaban, 2001).
Berdasarkan uraian masalah dan informasi di atas, maka perlu dilakukan penelitian dengan judul “Penentuan Pola Penyebaran Fluida Geothermal dan Identifikasi Mineral Batuan Daerah Panas Bumi Tinggi Raja Kabupaten Simalungun“
1.2. Identifikasi Masalah
Adapun identifikasi masalah berdasarkan latar belakang di atas adalah : 1. Cadangan bahan bakar minyak Indonesia terbatas sedangkan kebutuhan
energi semakin meningkat.
2. Penggunaan energi panas bumi di Indonesia masih sedikit yaitu sekitar 3 % dari seluruh listrik yang dibangkitkan oleh PLN.
3. Sekitar 6,22 % rumah tangga di Simalungun belum menikmati penerangan listrik PLN.
1.3. Batasan Masalah
Yang menjadi batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di tiga lintasan yang berbeda di daerah panas bumi Tinggi Raja desa Dolok Morawa.
2. Resistivitas batuan di bawah permukaan daerah panas bumi Tinggi Raja diperoleh dengan metode geolistrik hambatan jenis konfigurasi schlumberger.
5
1.4. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian dari batasan masalah maka masalah yang akan dibahas dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana mengetahui pola penyebaran fluida geothermal berdasarkan nilai resistivitas (hambat jenis) dari lapisan-lapisan batuan di bawah permukaan daerah panas bumi Tinggi Raja desa Dolok Morawa ?
2. Bagaimana mengetahui mineral penyusun batuan di daerah panas bumi Tinggi Raja dengan menggunakan uji XRD ?
1.5. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pola penyebaran fluida geothermal di bawah permukaan bumi pada tiga lintasan yang berbeda berdasarkan nilai hambatan jenis dari lapisan-lapisan batuan di daerah panas bumi Tinggi Raja desa Dolok Morawa Kabupaten Simalungun.
2. Mengetahui mineral penyusun batuan pada daerah panas bumi Tinggi Raja.
1.6. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Sebagai bahan informasi penelitian tentang sumber panas bumi yang ada di Sumatera Utara.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Pola penyebaran fluida geothermal pada daerah penelitian tersebar secara lateral, mengarah ke manefestasi panas bumi (danau biru), dimana lapisan lempung sebagai zona konduktif dengan nilai resistivitas pada lintasan I antara 9,09-80 Ωm, lintasan II antara 7,89-80 Ωm, dan lintasan III antara 40-80 Ωm. Sedangkan lapisan penudung pada ketiga lintasan berupa batu gamping dengan resistivitas >600 Ωm.
2. Mineral utama penyusun batuan panas bumi Tinggi Raja adalah kalsit (CaCO3) dengan sistem kristal trigonal (hexagonal). Mineral tersebut merupakan mineral penyusun utama batu gamping.
5.2. Saran
Dari hasil penelitian yang telah diperoleh, maka saran untuk penelitian selanjutnya yaitu :
1. Memperluas daerah penelitian untuk melihat pola penyebaran fluida panas bumi lebih terinci.
49
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistika, (2013), Statistika Daerah Kabupaten Simalungun 2013.
Badan Pusat Statistika Kabupaten Simalungun, Pematang Siantar, http://simalungunkab.bps.go.id/ ( diakses pada 15 Januari 2014).
Badan Geologi, (2010), Hidup di Atas Tiga Lempeng : Energi, Mineral dan Geodiversity, Badan Geologi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, Bandung.
Broto, S., Afifah, R., (2008), Pengolahan Data Geolstrik Dengan Metode Schlumberger,Jurnal Teknik29: 120-128.
Departemen Fisika, (2012), Laboratorium Analisis Bahan (Pengujian dan Analisis Data), FMIPA IPB, Bogor.
Dipippo, R., (2008), Geothermal Power Plants:Principles, Applications, Case
Studies and Enviromental Impact 2ndEd, Elsevier, Linacre House Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK.
Farid, M., Hadi, A.I , Fetusianti, (2008), Analisis Resistivitas Batuan Berdasarkan
Data Geolistrik Untuk Memprediksi Sumber Panas Bumi, Jurnal Sains
MIPA14:79-84.
Gita, L., (2013), Geothermal : Jawaban Kebutuhan Energi Indonesia
(http://m.kompasiana.com/post/read/611728/3/geothermal-jawaban-kebutuhan-energi-indonesia), akses pada 10 maret 2014.
Glassley, WE., (2010), Geothermal Energy : Renewable Energy and the
Enviroment, CRC Press, Boca Raton.
Kadir, A., (1987), Energi: Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik, Potensi
Ekonomi, UI-Pres, Jakarta.
Lenat, J.F, dkk, (2000), Geoelectrical structure of the central zone of Piton de la Fournaise volcano (Réunion),Bull Volcanol,62: 75-89.
Loke, M.H., Barker, R.D., (1996), Rapid Least-Square Inversion of Apparent Resistivity Pseudosection by A Quasi-newton, Geophysics Prospecting, Vol.44.
Loke, M.H., (2004), Tutorial : 2-D and 3-D Electrical Imaging Suveys, email : drmhloke@yahoo.com.
Muallifah, F., (2009), Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Resistivtas Tanah,
Milsom, J., (2003), Field Geophysics : Third Edition, West Sussex PO19 SQ, England
Naibaho, E., (2011), Menentukan Resisitivitas Dan Pola Penyebaran Fluida
Geothermal Dengan Z Menggunkan Metode Geolistrik Daerah Panas Bumi Rianiate Kecamatan Pangururuan, Skripsi FMIPA, Universitas Negeri Medan, Medan.
Niarti, D., Rifai, H., Mufit F., (2013), Penentuan Jenis Mineral Magnetik Guano Dari Gua Solek Dan Gua Rantai Kecamatan Lareh Sago Halaban Kabupaten Lima Puluh Kota Menggunakan Metode X-Ray Diffraction, Pillar Of Physics1: 52-59.
Santoso, D., (2002), Pengantar Teknik Geofisika, Departemen Teknik Geofisika
ITB, Bandung.
Silaban, M., (2001), Studi Mineral Lempung Hidrotermal Dan Aplikasinya Untuk Operasi Pemboran Panas bumi (Studi Kasus : Prospek Panasbumi Ulubelu, Lampung, Proceeding Of The 5th Inaga Annual Scientific Conference & Exhibitions5: 7-10.
Sukhyar, R., Danar, A., (2010), Energi Panas Bumi di Indonesia Kebijakan dan Pengembangan dan Keputusan Investasi, Badan Geologi, Bandung.
Suparno, S., (2009), Energi PanasBumi : A present from the heart of the earth
edisi I, Departemen Fisika-FMIPA, Universitas Indonesia, Jakarta.
Tambunan, T., (2010), Perhitungan Suhu Reservoir Dengan Menggunakan
Persamaan Geothermal Empiris Daerah Panas Bumi Dolok Morawa Kabupaten Simalungun, Skripsi FMIPA, Universitas Negeri Medan, Medan.
Telford,W.M., Gerald LP., Sheriff R., (1990), Applied Geophysics Second
Edition, Cambridge University Press, New York.
Utami, P., (1998), Energi Panas Bumi (Sebuah Gambaran Umum), Jurnal Energi
2: 39-42.
Utami, P., dkk, (2013), Berwisata dan Belajar Tentang Energi Panas Bumi di Lahendong,Pustaka Geo, Yogyakarta.
Wachtel, A., (2010), Energy Today: Geothermal Energy, Developed for Chelsea
House, New York.
WWF Indonesia, (2013), Panduan Kelestarian untuk Pemanfaatan Panas Bumi,
