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: meilisa262@yahoo.com,
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
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).
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
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).
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).
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,
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
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
Gambar 7. Anomali Regional
Gambar 8. Anomali Residual Puncak
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
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
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
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
