SURVEI MAGNETOTELURIK (MT) DAN TIME DOMAIN ELEKTRO MAGNETIC (TDEM) DAERAH PANAS BUMI MAPOS KABUPATEN MANGGARAI TIMUR,
PROVINSI NUSA TENGGARA TIMUR Muhammad Kholid, Arif Munandar
Kelompok Penyelidikan Panas Bumi, Pusat Sumber Daya Geologi
SARI
Daerah panas bumi Mapos erat kaitannya dengan aktivitas vulkanik Gunung Anak Ranakah. Indikasi panas bumi di daerah ini yaitu adanya manifestasi panas bumi berupa batuan ubahan dan mata air panas yang muncul di beberapa lokasi dengan temperatur sekitar 34-50 oC. Untuk mengetahui sistem dan potensi panas bumi di daerah ini, telah dilakukan
survei Magnetotelurik ( MT) dan Time Domain Electro Magnetic (TDEM) sebagai kelanjutan dari survei geologi, geokimia, dan geofisika terpadu (gaya berat, dan Audio Magnetotelurik) yang telah dilakukan pada tahun 2014. Pengukuran MT dan TDEM lebih difokuskan di daerah manifestasi mata air panas Mapos dan Waelareng. Hasil dari survei MT dan TDEM ini memperlihatkan adanya sebaran tahanan jenis rendah (<20 Ohm-m) yang diinterpretasikan sebagai batuan penudung (clay cap) dari permukaan hingga kedalaman sekitar 1500 m. Di bagian bawah batuan penudung ini terlihat adanya sebaran tahanan jenis sedang (20-150 Ohm-m) yang diinterpretasikan sebagai zona reservoir (daerah prospek). Zona yang diperkirakan sebagai zona prospek ini dibatasi oleh diskontinuitas nilai tahanan jenis di sebalah timur dan barat, yang diinterpretasikani oleh struktur sesar. Puncak dari reservoir diperkirakan berada pada kedalaman sekitar 1500 m dengan ketebalan sekitar 1000 m. Zona reservoir ini berada di bagian baratlaut yang masih membuka ke arah Gunung Anak Ranakah dengan luas sekitar 12 km2.
PENDAHULUAN
Distribusi lapisan tahanan jenis bawah permukaan merupakan salah satu informasi yang penting dalam eksplorasi panas bumi. Sistem panas bumi biasanya berkorelasi dengan tahanan jenis rendah yang mengindikasikan adanya batuan ubahan yang terbentuk dari proses hidrotermal, tahanan jenis rendah ini dibandingkan dengan zona tahanan jenis yang berkorelasi dengan fluida panas bumi pada temperatur tinggi.
Metode Magnetotelurik merupakan salah satu metode geofisika yang mengukur variasi medan elektromagnetik bumi untuk mengetahui struktur tahanan jenis bawah permukaan dengan penetrasi hingga puluhan kilometer (Voozoff,1991) metode ini juga dapat mendelineasi lapisan konduktif diantara lapisan yang resistif. Data MT dapat terdistorsi karena adanya heterogenitas lokal dekat permukaan dan faktor topografi
atau yang dikenal dengan efek statik (static shift). Hal tersebut menyebabkan kurva sounding MT (kurva tahanan jenis terhadap frekuensi) mengalami pergeseran ke atas atau ke bawah sehingga paralel terhadap kurva sounding yang seharusnya. Untuk mengkoreksi static shift ini maka diaplikasikan metode “Time Domain Elektromagnetik” (TDEM). Metode TDEM hanya melibatkan pengukuran medan magnet sekunder, akibat induksi medan magnet primer. Oleh karena itu data TDEM relatif tidak terpengaruh oleh anomali konduktivitas lokal dekat permukaan.
Daerah panas bumi Mapos terdapat bersebelahan dengan wilayah kerja panas bumi Ulumbu yang saat ini telah beroperasi dengan menghasilkan 4 x 2.5 Mwe. Berdasarkan pemetaan geologi permukaaan, daerah Mapos disusun oleh batuan Sedimen, satuan Konglomerat, satuan batuan Vulkanik Produk Gunung
Watuweri, satuan batuan produk Gunung Rana Kenti, satuan batuan produk Gunung Goloronto, satuan produk Gunung Poco Rii, satuan batuan produk Gunung Ndeki, satuan batuan kubah lava, satuan batuan Rana Masa dan Mandusawu, satuan batuan Gunung Ranakah dan Anak Ranakah, dan endapan alluvial (Gambar 2) . Struktur yang berkembang di daerah ini berupa struktur yang berarah relatif utara-selatan dan timurlaut-tenggara, serta beberapa struktur depresi di sekitar tubuh kerucut gunung api.
Struktur geologi ini terbentuk sebagai akibat gaya-gaya kompresi yang berarah utara selatan yaitu arah subduksi dari selatan. Struktur-struktur yang mendeformasi batuan sedimen serta konglomerat diperkirakan berkaitan dengan proses pengangkatan (uplift) sebelum terjadi vulkanisme.
TEORI DASAR MT DAN TDEM
Metode MT adalah salah satu metode geofisika yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik. Metode ini mengukur respon bumi dalam besaran medan listrik (E) dan medan magnet (H) terhadap medan elektromagnetik (EM) alam. Respon tersebut berupa komponen horizontal medan magnet dan listrik bumi yang diukur pada permukaan bumi pada posisi tertentu.
Tahanan jenis dari metode ini dihitung berdasarkan perbandingan besarnya medan listrik dan medan magnet yang dikenal dengan persamaan Cagniard. Persamaan ini dihasilkan dari persamaan Maxwell dengan asumsi gelombang bidang. 2
5
1
H
E
x
f
a
... (1) Dimana,a : tahanan jenis semu (Ohm-m) f : frekuensi (Hz)
E : Besarnya medan listrik (mV/km) H : Besarnya medan magnet (nT)
Tahanan jenis semu terdiri dari dua kurva seperti Rhoxy dan Rhoyx, kemudian dirotasi terhadap sumbu utama, bisa kedalam TE mode (medan listrik sejajar dengan strike) atau TM Mode (medan listrik tegak lurus strike).
Penetrasi kedalaman efektif dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan di bawah ini :
= 503 x ( / f)1/2 ... (2)
Dimana,
: penetrasi kedalaman efektif (m) : tahanan jenis semu (Ohm-m) f : frekuensi (Hz)
Ketika tahanan jenis berubah terhadap kedalaman, maka tahanan jenis semu akan berubah terhadap frekuensi, karena frekuensi tinggi tidak memiliki penetrasi yang cukup dalam, sedangkan frekuensi rendah memiliki penetrasi lebih dalam. Hal ini menunjukkan bahwa struktur tahanan jenis dari zona dangkal dampai ke zona dalam dapat dianalisis berdasarkan tinggi atau rendahnya frekuensi.
Skin depth sebagai fungsi dari
frekuensi dan tahanan jenis dapat ditentukan dari persamaan berikut.
f
2
2503
1
...(3) Dimana, : skin depth (m) : (= 2 f) frekuensi sudut : konduktivitas (S/m) : permeabilitas magnet (H/m) : tahanan jenis semu (Ohm-m) f : frekuensi (Hz)Metode TDEM (Time Domain Electro Magnetic) atau kadang disebut juga
TEM (Transient Electro Magnetic) adalah salah satu metode geofisika yang memanfaatkan medan elektromagnetik untuk mengetahui struktur tahanan jenis bawah permukaan. Metode ini menggunakan sumber buatan dengan mengukur peluruhan tegangan transient sebagai fungsi waktu
Tegangan induksi didefinisikan sebagai: 𝑉(𝑡, 𝑟) = 𝐼0 𝐶 (𝜇0 𝜎 𝑟2)3⁄2 10 𝜋1⁄2 𝑡5⁄2 ...(4) dimana, 𝐶 = 𝐴𝑟 𝑁𝑟 𝐴𝑠 𝑁𝑠 𝜇0 2𝜋 𝑟3, dan 𝐴𝑟 = Luas area receiver coil (𝑚2)
𝑁𝑟 = Jumlah perputaran didalam receiver coil
𝐴𝑠 = Luas area dari transmitting loop
(𝑚2)
𝑁𝑠 = Jumlah perputaran didalam transmitter loop
𝑡𝑟 = Waktu yang berjalan setelah arus
pada transmitter dimatikan
µ0 = Permeabilitas magnetik (ℎ𝑒𝑛𝑟𝑦𝑚 )
𝑉(𝑡, 𝑟) = Tegangan transien
𝑟 = Jari-jari dari transmitter loop (𝑚) 𝐼0 = Arus pada transmitting loop (𝐴).
Dengan mensubtitusi 𝜎 = 1
𝜌 pada persamaan di atas, dihasilkan nilai tahanan jenis sebagai berikut:
𝜌𝑎= 𝜇0 4𝜋 [ 2 𝐼0 𝐴𝑟 𝑁𝑟 𝐴𝑠 𝑁𝑠 5 𝑡5⁄2 𝑉(𝑡,𝑟) ] 3 2 ⁄ ...(5) Hubungan ini mendefinisikan bahwa nilai tahanan jenis semu terhadap lamanya waktu yang berjalan setelah arus dimatikan. HASIL MT DAN TDEM
Pengukuran MT dilakukan pada 41 titik sedangkan pengukuran TDEM pada 32 titik yang didesain membentuk lintasan yang berarah baratdaya-timurlaut (Gambar 3). Pengukuran dilakukan selama lebih dari 12 jam, data MT yang diperoleh yaitu pada range frekuensi 320-0.001 Hz. Data hasil pengukuran dirotasikan ke arah -20o sejajar
dengan arah struktur geologi. Data hasil pengukuran di lapangan diolah dengan menggunakan algoritma robust, dan data MT yang mengalami efek statik di permukaan dikoreksi statik dengan data TDEM.
Pemodelan tahanan jenis MT 2D dilakukan dengan menggunakan algoritma Non Linear Conjugate Gradient (Rodi dan Mackie, 2001). Pemodelan ini merupakan pemodelan kebelakang yang dilakukan
sampai dengan iterasi 100, dengan mengunakan parameter tau 3, data errors dan error floor untuk rho 5 dan untuk phase 50. Parameter-parameter ini dianggap sebagai parameter yang terbaik untuk melakukan pemodelan kebelakang di daerah ini, setelah dilakukan percobaan dengan mengubah beberapa parameter. Sebaran tahanan jenis
Sebaran tahanan jenis pada kedalaman 500 m, 1000 m, 1500 m, 2000 m dan 2500 m merupakan hasil sayatan dari pemodelan 2D. Kelima kedalaman tersebut dapat memberikan gambaran mengenai struktur tahanan jenis bawah permukaan (Gambar 4).
Sebaran tahanan jenis pada kedalaman 500 m didominasi oleh sebaran tahanan jenis rendah dengan nilai <20 Ohm-m. Sebaran tahanan jenis rendah terdapat di bagian tengah ke arah selatan dan barat, sedangkan zona tahanan jenis sedang terdapat di bagian tengah ke arah utara. Sebaran tahanan jenis rendah diinterpretasikan sebagai respon batuan produk vulkanik yang telah mengalami pelapukan, pada kedalaman 1000 m penyebarannya meluas ke arah baratlaut, zona tahanan jenis rendah pada kedalaman ini diperkirakan merupakan respon dari batuan yang mengalami proses hidrotermal berupa batuan alterasi. Batuan ubahan ini kemungkinan diperkirakan sebagai batuan yang berfungsi sebagai batuan penudung/claycap, hal ini diindikasikan dengan munculnya manifestasi batuan ubahan dan mata air panas dipermukaan. Sebaran tahanan jenis sedang (20-100 Ohm-m) yang terdapat di bagian utara diperkirakan berasosiasi dengan batuan Vulkanik produk dari Gunung Anak Ranakah berupa batuan beku,dan breksi vulkanik.
Peta sebaran tahanan jenis pada kedalaman 1500 m dan 2000 m menunjukkan pola sebaran tahanan jenis didominasi oleh tahanan jenis sedang dan tinggi, tahanan jenis rendah terlihat hanya di
bagian barat. Zona tahanan jenis sedang yang terdapat di bagian tengah dengan pola yang masih membuka diperkirakan sebagai reservoir dari sistem panas bumi. yang ada di daerah ini Tahanan jenis rendah yang masih terlihat di bagian barat pada kedalaman ini kemungkinan meng-indikasikan bahwa batuan penudung yang berada di bagian barat lebih tebal dibandingkan dengan bagian tengah dan baratlaut.
Zona reservoir di bagian barat dibatasi diskontinuitas tahanan jenis rendah dan sedang yang mempunyai pola kelurusan yang berkorelasi dengan struktur sesar yang berarah baratlaut-tenggara dan batas reservoir di bagian timur dibatasi oleh sesar yang berarah hampir utara-selatan yang di respon oleh diskontinuitas tahanan jenis sedang dan tinggi. Sebaran tahanan jenis tinggi pada kedalaman ini terdapat di bagian timur laut, sebaran tahanan jenis tinggi ini diperkirakan merupakan batuan sedimen yang berumur tersier dan merupakan batuan yang menjadi basemen pada sistem panas bumi di daerah ini. Pada kedalaman 2500 m, sebaran tahanan jenis didominasi oleh nilai tahanan jenis tinggi, hal ini mengindikasikan batas dari zona yang diperkirakan sebagai reservoir panas bumi. dengan batuan basemen dari sistem panas bumi di daerah ini.
Peta sebaran tahanan jenis memperlihatkan beberapa pola kelurusan yaitu kelurusan di bagian tengah membentuk pola liniasi berarah relatif utara-selatan, sedangkan di bagian barat pola liniasi berarah baratlaut-tenggara. Pola kontur ini jika dilihat dengan geologi permukaan berkorelasi dengan struktur geologi yang berarah hampir utara-selatan dan baratlaut-tenggara. Manifestasi mata air panas Mapos terdapat pada zona peralihan tahanan jenis rendah.dengan tahanan jenis sedang yang terdapat di bagian timur, sedangkan manifestasi mata air panas Waelareng berada pada zona tahanan jenis rendah di bagian barat. Struktur-struktur ini
diperkirakan menjadi pengontrol dari munculnya manifestasi mata air panas dari sistem panas bumi yang ada di daerah ini. Pemodelan tahanan jenis 2D
Pada makalah ini akan disajikan hasil pemodelan pada lintasan 1 dan 2. yang terdapat di bagian utara daerah survei. Penampang lintasan 1 dan lintasan 2 merupakan hasil pemodelan 2D dari delapan titik ukur MT, lintasan 1 berada di bagian selatan dari Gunung Anak Ranakah. Lintasan 2 terdapat manifestasi mata air panas Waelareng di ujung lintasan yaitu disekitar titik MTMP-09. Pada kedua penampang ini terlihat adanya lapisan tahanan jenis sedang dengan nilai antara 20-100 Ohm-m, penyebarannya terdapat di permukaan sepanjang lintasan mulai di bagian baratdaya hingga bagian tengah dengan ketebalan sekitar 500 – 1000 meter. Dibawah lapisan permukaan terlihat lapisan tahanan jenis rendah, lapisan tahanan jenis rendah ini diperkirakan berasosiasi dengan batuan vulkanik produk Gunung Anak Ranakah berupa lava dan aliran piroklastik yang telah mengalami proses hidrotermal sehingga membentuk mineral lempung. Lapisan batuan vulkanik yang teralterasi ini diperkirakan sebagai batuan yang berfungsi sebagai batuan penudung atau caprock (zona impermeable layer) dari sistem panas bumi di daerah ini.
Di bawah lapisan tahanan jenis rendah ini terdapat lapisan tahanan jenis sedang dengan ketebalan sekitar 1000 m. Lapisan tahanan jenis sedang di bagian baratdaya diperkirakan berkaitan dengan reservoir dari sistem panas bumi terdapat mulai kedalaman sekiar 1500 meter. Lapisan batuan resistif dengan nilai tahanan jenis >100 Ohm-m, terlihat pada kedalaman 2000 meter, lapisan resisitif ini diperkirakan berupa batuan sedimen tersier yang dianggap sebagai batuan dasar didaerah penyelidikan ini.
Analisis struktur geologi pada penampang ini dikenali melalui
diskontuinitas tahanan jenis yaitu yang terdapat diantara titik 04 dan MTMP-05, diskontinuitas tahanan jenis ini diperkirakan merupakan struktur sesar. Secara geologi struktur ini merupakan sesar yang bearah relatif utara-selatan. Sedangkan struktur sesar di bagian barat lintasan 2 merupakan sesar yang berarah baratlaut-tenggara. Struktur sesar yang direspon pada diskontinuitas tahanan jenis disekitar titik MTMP-04 diperkirakan merupakan struktur yang membatasi sistem panas bumi di bagian tengah dan struktur yang berarah baratlaut-tenggara merupakan struktur yang membatasi zona reservoir panas bumi di bagian barat.
PEMBAHASAN
Sistem panas bumi Mapos merupakan bagian dari sistem panas bumi Gunung Anak Ranakah, dimana manifestasi air panas muncul ke permukaan melalui rekahan yang berarah baratlaut-tenggara dan relatif utara-selatan, mata air panas di bagian baratlaut menurut data kimia merupakan upflow dari sistem panas bumi Gunung Anak Ranakah. Hasil MT menunjukkan tahanan jenis rendah yang diinterpretasikan sebagai batuan penudung (clay cap) tersebar dari dekat permukaan hingga kedalaman sekitar 1500 m. Batuan penudung ini tersebar di bagian barat laut yang masih membuka kearah Gunung Anak Ranakah. Tahanan jenis rendah ini berdasarkan geologi merupakan batuan mineral lempung seperti montmorilonit ataupun kaolinit. Zona reservoir diperkirakan terdapat di bagian bawah lapisan tahanan jenis rendah ini. Zona reservoir ini dibatasi oleh struktur sesar yang berarah baratlaut-tenggara dan relatif utara-selatan
Untuk deliniasi zona keprospekan, hasil MT dan TDEM ini dikompilasikan dengan data geosain lainnya yang meliputi data geologi, geokimia, dan geofisika. Hasil MT yang memperlihatkan zona tahanan
jenis rendah yang terdapat disekitar mata air panas Waelareng atau di bagian selatan dari komplek Gunung Anak Ranakah dengan pola masih membuka ke arah baratlaut diperkirakan sebagai zona prospek, hal ini didukung dengan sebaran Hg tinggi dan anomali Bouguer sisa rendah. Daerah prospek ini dibatasi oleh diskontinuitas nilai tahanan jenis di sebelah barat yang berkorelasi dengan struktur sesar yang berarah baratlaut-tenggara dan di bagian timur yang berkorelasi dengan struktur sesar yang berarah relatif utara-selatan. Berdasarkan peta kompilasi, daerah prospek panas bumi Mapos memiliki luas sekitar 12 km2 (Gambar 7).
KESIMPULAN
Hasil survei MT dan TDEM memperlihatkan adanya sebaran tahanan jenis rendah yang diinterpretasikan sebagai batuan penudung (clay cap) yang terdapat di bagian tengah ke arah utara dan membuka ke arah Gunung Anak Ranakah. Di bagian bawah lapisan penudung terlihat adanya sebaran nilai tahanan jenis sedang yang diinterpretasikan sebagai zona reservoir. Puncak dari reservoir ini berada pada kedalaman sekitar 1500 m dengan ketebalan sekitar 1000 m. Daerah prospek panas bumi Mapos diperkirakan berada di sekitar zona struktur dibagian tengah, ke arah baratlaut atau ke arah Gunung Anak Ranakah dengan luas sekitar 12 km2.
Estimasi potensi panas bumi sekitar 50 Mwe pada kelas cadangan terduga.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kelompok Penyelidikan Panas Bumi dan Pusat Sumber Daya Geologi yang telah memberikan ijin untuk menggunakan data hasil survei MT dan TDEM dalam penulisan makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh anggota tim survei MT dan TDEM daerah panas bumi Mapos.
DAFTAR PUSTAKA
Johnston, J.M., Pellerin, L., dan Hohmann, G.W. 1992. Evaluation of Electromagnetic Methods for Geothermal Reservoir Detection. Geothermal Resources Council Transactions, Vol. 16. pp 241 – 245.
Phoenix Geophysics, 2009: Data processing. User’s guide. Phoenix Geophysics, Ltd., Toronto Rodi, W. dan Mackie, R.L., 2001, Nonlinear Conjugate Gradients Algoritm for 2-D
Magnetotelluric Invesion, Geophysics, Vol.66, No.1, Pp.174-187
Simpson, F., dan Bahr, K., 2005, Practical Magnetotellurics, Cambrigde University Press. Telford, W.M. et al, 1982. Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge Tim Survei Pendahuluan PSDG., 2013, Survei Pendahuluan Panas Bumi di Kabupaten
Manggarai Timur, Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung
Tim Survei Terpadu., 2014, Penyelidikan terpadu geologi dan geokimia daerah panas bumi
Mapos, Kabupaten Manggarai Timur, Kabupaten Nusa Tenggara Timur, Pusat Sumber
Daya Geologi.
Tim Survei Terpadu., 2014, Penyelidikan terpadu Gaya Berat dan Audio Magnetotelurik
daerah panas bumi Mapos, Kabupaten Manggarai Timur, Provinsi Nusa Tenggara Timur, Pusat Sumber Daya Geologi.
Vozoff, K., 1991, The magnetotelluric method. In: Nabighian, M.N (ed), Electromagnetic
methods in applied geophysics, 2, 641-711
Gambar 2. Peta Geologi Daerah Mapos
