PENYELIDIKAN GEOLOGI DAN GEOKIMIA TERPADU
DAERAH PANAS BUMI SAMPURAGA
KABUPATEN MANDAILING NATAL, SUMATERA UTARA
Dede Iim1, Dedi Kusnadi1, Dahlan1 1
Kelompok Program Penelitian Panas Bumi
SARI
Daerah panas bumi Sampuraga terdiri dari sembilan satuan batuan, urutan dari tua ke muda adalah Satuan Granit (PTg), Lava Andesit Porfiri (Tlap), Lava Andesit (Tla), Lava Andesit Basaltis (Tlab), Dasit (Qd), Aliran Piroklastik (Qap), Sedimen (Qs), Lahar Sorikmarapi (Qslh), dan Endapan Aluvium (Qa).
Fluida panas di bawah permukaan daerah panas bumi Sampuraga diindikasikan oleh mata air
panas Sirambas, Longat, dan mata air Roburan Lombang yang memiliki temperatur antara 42 °C -
100,8 °C dengan pH netral ( 6,8 - 7,7 ), sumur bor air panas, lumpur panas, dan fumarol
bertemperatur 97 °C dengan pH 3,4. Kemunculan manifestasi berada pada lingkungan batuan
vulkanik Tersier-Kuarter dan sedimen Kuarter yang berasosiasi dengan beberapa struktur sesar
pembentuk depresi Panyabungan yang berarah baratlaut - tenggara.Air panas yang bersifat asam
pada lokasi fumarol bertipe sulfat, sedangkan air panas lainnya yang bersifat netral pada lokasi
mata air panas Sampuraga, Longat maupun Roburan Lombang bertipe klorida dan bikarbonat.
Estimasi suhu fluida pada reservoir menurut formula geotermoneter air (Giggenbach, 1988) dan
geotermometer gas (Nicholson, K., 1993), diperkirakan bahwa temperatur reservoir adalah sekitar
230
oC, termasuk dalam tipe temperatur tinggi.
PENDAHULUAN
Sumber daya energi panas bumi secara umum berasosiasi dengan daerah magmatik dan vulkanik sebagai sumber panasnya (heat source) dalam suatu sistem panas bumi. Kepulauan Indonesia sebagian besar berada pada busur gunungapi yang memanjang dari pantai barat
Pulau Sumatera sampai ke selatan Pulau Jawa dan menerus ke Pulau Bali dan Nusatenggara, kemudian membelok ke arah utara ke Pulau Sulawesi, Kepulauan Maluku dan Kepulauan Filipina merupakan daerah yang berpotensi bagi terbentuknya energi panas bumi yang sekaligus merupakan peluang untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga panas bumi. Meskipun di beberapa tempat di Pulau Sulawesi daerah panas bumi terkadang berasosiasi dengan magmatik atau munculnya tubuh plutonik.
Melihat besarnya potensi panas bumi yang terkandung di bawah bumi Indonesia (256 lokasi, 16 lokasi diantaranya terdapat di Provinsi Sumatera Utara), energi panas bumi merupakan salah satu energi alternatif yang cocok untuk dikembangkan. Selain itu energi panas bumi merupakan energi
yang dapat diperbaharui (renewable) dan ramah lingkungan.
Dalam upaya membantu mengatasi krisis energi listrik di Sumatera Utara serta mengantisipasi meningkatnya kebutuhan energi listrik di masa mendatang, pemerintah pusat melalui Pusat Sumber Daya Geologi telah melakukan penyelidikan terpadu dengan metode geologi, dan geokimia daerah panas bumi Sampuraga di Desa Sirambas dan sekitarnya, Kecamatan Panyabungan Barat yang berada pada koordinat geografis antara 99o 29’ 7,15” - 99o 30’ 44,24” BT dan 0o 45’ 36”- 0o 52’ 39,39” LU (Gambar 1). Daerah ini termasuk dalam peta topografi (Bakosurtanal) lembar Lubuksikaping skala 1 : 50.000.
GEOMORFOLOGI
Daerah penyelidikan dikelompokkan menjadi tiga satuan, yaitu satuan perbukitan terjal, perbukitan bergelombang, dan satuan pedataran (Gambar 2).
STRATIGRAFI
Daerah penyelidikan terdiri dari sembilan satuan batuan, yang terdiri dari satu satuan batuan sedimen, lima satuan batuan vulkanik, dua satuan batuan terobosan, dan satu satuan endapan permukaan (aluvium).
Sebagian dari batuan vulkanik tersebut diperkirakan berasal dari tiga titik erupsi yang berbeda, yaitu: Gunung Adian Gongona dan Gunung Hombang yang berumur Tersier, dan Gunung Sorikmarapi yang berumur Kuarter.
Batuan sedimen di daerah penyelidikan terdiri dari sedimen danau pengisi depresi berumur Kuarter, sedangkan endapan permukaan terdiri dari material lepas yang termasuk dalam satuan aluvium.
Stratigrafi satuan batuan secara berurutan dari tua ke muda adalah Satuan Granit (PTg), Lava Andesit porfiri (Tlap), Lava Andesit (Tla), Lava Andesit Basaltis (Tlab), Dasit (Qd), Aliran Piroklastik (Qap), Sedimen (Qs), Lahar Sorikmarapi (Qslh), dan Endapan Aluvium (Qa) (Gambar 3). Berdasarkan kesebandingan dengan D.T. Aldiss, dkk. tahun 1983, granit ini merupakan batuan terobosan dari Satuan Batolit Panyabungan yang berumur Kapur bagian awal (Early Cretaceous), berdasarkan hasil pentarikhan umur metode K-Ar, yaitu 121+1.
STRUKTUR GEOLOGI
Berdasarkan h
asil penyelidikan di lapangan,analisis citra landsat, dan peta topografi terhadap gejala-gejala struktur di permukaan seperti pemunculan mata air panas, kelurusan lembah dan punggungan, bidang sesar, dan zona hancuran batuan, di daerah penyelidikan terdapat empat struktur sesar, yaitu:
• Sesar Longat; berupa sesar normal berarah baratlaut-tenggara. Blok bagian timur bergerak relatif turun terhadap blok bagian barat. Sesar Normal Longat memotong batuan vulkanik Satuan Aliran Lava Andesit Porfiri (Tlap) dan Satuan Andesit (Tla) yang berumur Miosen. Bidang sesar inilah yang menjadi batas zona depresi bagian barat.
•Sesar Panyabungan; terdapat di bagian timur daerah penyelidikan dengan arah baratlaut-tenggara. Sesar Panyabungan adalah sesar normal, blok bagian barat bergerak relatif turun terhadap blok bagian timur. Sesar ini memotong Satuan Granit Pra Tersier (PTg). Sesar Normal Panyabungan diperkirakan membentuk sesar tangga (step fault) dengan Sesar Normal Longat yang ada di sebelah baratnya. Kedua sesar ini berperan penting dalam pembentukan zona depresi berupa Graben Panyabungan.
•Sesar Sirambas; diperkirakan sebagai sesar berjenis normal berarah baratlaut-tenggara dengan blok sebelah timur sebagai bagian yang bergerak turun. Sesar ini diperkirakan berperan penting dalam pembentukan Graben Panyabungan dan pembentukan perbukitan memanjang dari tenggara ke baratlaut yang tersusun oleh Satuan Aliran Piroklastik (Qap) hasil dari letusan/erupsi celah (fissure eruption) dan kelurusan pemunculan mata air panas Sirambas dengan mata air panas Roburan Lombang.
•Sesar Batang Gadis; berada di bagian tengah daerah penyelidikan, memanjang searah dengan aliran Sungai Batang Gadis, yaitu berarah baratlaut-tenggara. Sesar ini diperkirakan sebagai sesar berjenis normal dengan blok sebelah barat sebagai bagian yang bergerak turun. Bersama Sesar Normal Sirambas yang berada di bagian baratnya, sesar ini merupakan bagian dari Graben Panyabungan.
MANIFESTASI PANAS BUMI
Manifestasi panas bumi daerah penyelidikan terdiri dari mata air panas, sumur bor air panas, lumpur panas, dan fumarol yang tersebar di tiga lokasi, yaitu di Desa Sirambas, Longat, dan Desa Roburan Lombang.
• Manifestasi Panas Bumi Sirambas; berada di Komplek Wisata Air Panas Sampuraga, Desa Sirambas yang terdiri dari satu fumarol (Sampuraga-1) dengan temperatur 97 °C dan pH 3,4, dan tiga mata air panas (Sampuraga-2, Sampuraga-3, dan Sampuraga-4) yang bertemperatur antara 97 – 100,8 °C dan memiliki nilai pH berkisar antara 6,8 – 7,7.
7,01 dan satu sumur bor dengan temperatur airnya yang keluar adalah sebesar 43 °C dengan pH 7,7.
Sumur bor ini merupakan sumur landaian suhu PT. Pertamina (SMR-3) yang dikerjakan pada tahun 1980 dengan kedalaman mencapai 250 meter. Dalam laporannya menyebutkan bahwa mulai kedalaman 76 sampai 250 meter telah terjadi semburan air panas dengan temperatur sampai di permukaan antara 39 – 42 ºC dan debit sekitar 1350 liter/menit. Temperatur tertinggi sebesar 92 oC di kedalaman 225 m dengan gradien termal sebesar 2,61 oC/10 m. Litologi sumur dibagi menjadi empat satuan, yaitu breksi vulkanik, pasir tufaan, breksi andesit, dan andesit dengan harga pH batuannya berkisar antara 5,8 – 7,2. Mineral ubahannya berupa mineral lempung, oksida, pirit, klorit, dan silika, dengan tingkat ubahan sedang sampai lemah.
• Manifestasi Roburan Lombang; berupa mata air panas bertemperatur 49,8 °C dengan pH sebesar 7,25. Lokasinya berada di Desa Roburan Lombang, yaitu bagian selatan daerah penyelidikan.
KEHILANGAN PANAS
Perhitungan kehilangan energi panas terhadap manifestasi panas bumi berupa mata air panas yang berasal dari kelompok mata air panas Sampuraga, Longat dan mata air panas Roburan Lombang dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Total energi panas yang hilang (heat loss) pada manifestasi panas bumi daerah penyelidikan adalah sebesar 2.226 Watt.
HIDROLOGI
Wilayah air tanah daerah penyelidikan terbagi tiga, yaitu wilayah resapan air, limpasan dan munculan air tanah, dan wilayah aliran permukaan.
• Daerah resapan air (re-charge area) mencakup luas areal sekitar 47 % dari luas daerah penyelidikan. Pada areal ini air hujan meresap ke bumi melalui permeabilitas batuan ( feed-zone). Selanjutnya terakumulasi menjadi air tanah dalam dan air tanah dangkal (catchment/reservoir area) dan daerah akumulasi air tanah.
• Daerah munculan air tanah mencakup areal seluas 24 % dari luas daerah penyelidikan. Air hujan (meteoric water) yang turun di daerah resapan air (re-charge area) tersebut meresap ke bumi melalui zona permeabilitas batuan, sebagian besar masuk ke bumi dan
terkumpul menjadi air tanah dalam dan dangkal. Selanjutnya di elevasi rendah, yaitu morfologi pedataran akan muncul berupa mata air panas dan air dingin.
• Daerah aliran air permukaan /limpasan (run-off water area) mencakup areal seluas 29 % dari luas daerah penyelidikan. Aliran air permukaan merupakan air hujan yang mengalir di permukaan tanah dan membentuk sungai. Aliran air di sungai secara gravitasi mengalir dari elevasi tinggi ke rendah, seperti halnya yang terjadi di sungai-sungai Aek Sirambas, Batang Gadis dan Aek Pohan.
• Manifestasi panas bumi Sampuraga dan Longat terdapat pada daerah aliran permukaan (discharge area), sedangkan manifestasi panas bumi Roburan Lombang terdapat di daerah limpasan dan munculan air tanah. Air hujan yang meresap ke dalam bumi melalui zona permeabilitas batuan, kemudian mengalami proses pemanasan oleh gejala vulkanisme/magmatisme atau batuan penghantar panas secara konveksi, konduksi atau radiasi, selanjutnya muncul ke permukaan berupa mata air panas.
KARAKTERISTIK AIR PANAS
Kandungan kimia air panas berdasarkan hasil ploting pada diagram segi tiga Cl- SO4 -HCO3, air
panas Sampuraga 1 dan air panas Roburan Dolok 2 yang memiliki pH asam terletak pada posisi sulfat. Sampel air panas Sampuraga 2, Sampuraga 3, Sampuraga 4, dan air panas Roburan Lombang yang memiliki pH netral terletak pada posisi klorida. Sedangkan air panas yang memiliki pH netral lainnya, seperti air panas Longat, air panas bor Longat, dan Air panas Roburan Dolok 1, pada posisi bikarbonat (Gambar 4).
Berdasarkan diagram segi tiga Cl, Li, dan B, posisi mata air panas tipe klorida terletak mengarah ke posisi tengah diagram (Gambar 6). Pada pembentukan manifestasi berupa mata air panas yang netral di daerah penyelidikan menunjukkan adanya interaksi antara fluida panas dengan batuan, didukung oleh hasil analisis isotop.
Hasil analisis isotop, konsentrasi Isotop 18O dan 2H (D) mata air panas Sampuraga 3, Sampuraga 4, Longat, sumur bor Longat, dan air panas Roburan Lombang serta air dingin menunjukkan nilai δ18O berkisar antara –10.38 sampai –8.12 o/oo, sedangkan nilai δD berkisar –66.7 sampai –52.5 o/oo. Nilai rasio dari sampel air setelah diplot pada grafik δD terhadap δ18O dengan garis air meteorik
δD = 8δ18O +14, memperlihatkan bahwa posisi air panas Sampuraga 3 dan Sampuraga 4 terletak pada posisi sebelah kanan dari garis meteoric water line (18O shift) yang signifikan. Hal ini merupakan indikasi adanya pengkayaan oksigen 18 dari air panas akibat reaksi substitusi oksigen 18 dari batuan dengan oksigen 16 dari fluida panas pada saat terjadi interaksi antara fluida panas dengan batuan sebelum muncul ke permukaan berupa mata air panas. Sedangkan air panas Longat, air bor Longat, dan air panas Roburan Lombang, serta air dingin Sirambas terletak pada garis meteoric water line. Hal ini merupakan indikasi bahwa air tersebut adalah air permukaan (Gambar 7).
Gas; komposisi gas dari fumarol Sampuraga mencirikan adanya sedikit hembusan gas dan sublimasi belerang. Pengukuran langsung dilapangan dengan tube gas, terdeteksi adanya CO2
= 16%, H2S = 50 ppm, dan CO = 2 ppm. Hasil
analisis dari tabung gelas vakum berisi larutan NaOH di laboratorium, menunjukkan gas total = 44.7638 mmol, atau 1717.18 mgram, dan H2O total
dalam stem 6753 mgram.
GEOTERMOMETER
Penghitungan temperatur dengan geotermometer air menggunakan geotermometer NaK yang mengacu kepada Giggenbach, 1988. Dengan memakai persamaan: ToC = [1390/((log Na/K + 1.75]-273, diperoleh temperatur 233 oC. Sedangkan berdasarkan konsentrasi gas dari fumarol menggunakan geotermometer gas CO2 dalam
satuan mol/kg steam dan mengacu kepada Nicholson,K., 1993, berdasarkan persamaan: log CO2 = 37.43 + 73192/T – 11829 x 103/T2 +
0.18923T - 86.187 log T, diperoleh temperatur 322
oC. Berdasarkan hasil perhitungan geotermometer
air dan gas tersebut, temperatur bawah permukaan
yang berhubungan dengan temperatur reservoir adalah sekitar 230 oC. Tempertur tersebut termasuk ke dalam temperatur tinggi (high entalphy).
SEBARAN MERKURI DAN CO2
Distribusi secara lateral pada kedalaman satu meter, tanah dan udara tanah memperlihatkan anomali temperatur > 31 oC yang terletak di sekitar air panas Sampuraga. Anomali pH < 5,0 dan anomali Hg > 200 ppb (Gambar 8) terletak di bagian tengah daerah penyelidikan, yaitu di sekitar fumarol Sampuraga. Sedangkan anomali CO2 > 2%
selain terletak di sekitar lokasi air panas Sampuraga, muncul juga di bagian barat, timur dan utara pada daerah penyelidikan. (Gambar 9).
DISKUSI
Keberadaan panas bumi di daerah Sampuraga diindikasikan oleh adanya fumarol dan lumpur panas Sampuraga, mata air panas Sampuraga, Longat, dan mata air panas Roburan Lombang. Air panas di manifestasi panas bumi Sampuraga termasuk tipe air sulfat untuk pH asam dan bertipe klorida untuk pH netral yang terletak pada daerah partial equilibrium, sebagai indikasi telah terjadinya interaksi fluida panas dengan batuan perlu didukung oleh oksigen 18 shift dari sampel isotop dari air panas pH netral.
Pendugaan temperatur bawah permukaan yang berhubungan dengan reservoir panas bumi adalah termasuk temperatur tinggi (high entalphy), yaitu diperkirakan sekitar 230 oC. Hal ini yang didukung oleh geotermometer NaK sebesar 233 oC dan dari geotermometer gas sebesar 322 oC.
Sistem panas bumi di Daerah Sampuraga diperkirakan sebagai up flow tipe vulkanik dengan sumber panasnya terletak di bawah manifestasi panas bumi Sampuraga dengan kedalaman yang belum diketahui. Dalam sistem ini terjadi interaksi antara fluida panas dengan batuan, hal ini didukung oleh adanya pengkayaan oksigen 18 dari isotop air. Total energi panas yang hilang (heat loss) pada manifestasi panas bumi Sampuraga adalah sebesar 2.226 Watt. Perhitungan di atas hanya berdasarkan pada manifestasi panas bumi berupa mata air panas, sehingga data tersebut tidak dapat dijadikan dasar dalam menduga besarnya potensi panas bumi di daerah ini.
proses perjalanan dan sampainya di permukaan membentuk endapan sinter karbonat. Keberadaan sinter karbonat ini perlu dipertimbangkan apabila akan dilakukan pemboran eksplorasi maupun eksploitasi untuk pemanfaatan fluida panas, karena berpotensi terjadinya scaling.
KESIMPULAN
Akumulasi fluida panas bumi daerah penyelidikan diindikasikan oleh pemunculan mata air panas, lumpur panas, dan fumarol yang tersebar di tiga lokasi, yaitu mata air panas, lumpur panas dan fumarol Sampuraga, mata air panas Longat dan mata air panas Roburan Lombang. Temperatur air panas berkisar antara 49,8 – 100,8 °C dengan pH netral (6,8 – 7,7) yang bertipe air klorida dan asam (3,4) bertipeair sulfat.
Sesar normal Sirambas dan sesar normal Longat yang berarah baratlaut - tenggara merupakan struktur geologi yang mengontrol pemunculan mata air panas di daerah penyelidikan.
PUSTAKA
Akbar., N., 1972 Inventarisasi dan penyelidikan pendahuluan gejala panasbumi di Aceh, P.Weh, Sumatera Utara dan Jambi, Direktorat Geologi.
Bemmelen, van R.W., 1949. The Geology of Indonesia. Vol. I A. The Hague. Netherlands. Fournier, R.O., 1981. Application of Water
Geochemistry Geothermal Exploration and Reservoir Engineering, “Geothermal System: Principles and Case Histories”. John Willey & Sons. New York.
Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal Solute Equilibria Deviation of Na-K-Mg-Ca Geo- Indicators. Geochemica Acta 52. pp. 2749 – 2765.
Giggenbach, W.F., and Goguel, 1988, Methods for the collection and analysis of geothermal and volcanic water and gas samples, Petone New Zealand .
Kooten , V., and Gerald, K., 1987, Geothermal Exploration Using Surface Mercury Geochemistry, Journal of volcanology and Geothermal Research , 31, 269-280.
Nicholson, K., 1993, Geothermal Fluids Chemistry & Exploration Technique Springer Verlag, Inc. Berlin.
Tabel 1. Hasil Perhitungan Kehilangan Energi Panas
No Kelompok Manifestasi
Besarnya Kehilangan Panas
(Watt)
1 Mata air panas Sirambas 1.974,8
2 Mata air panas Longat 36,3
3 Mata air panas
Roburan Lombang 215,0
Total 2.226,1
Lokasi Penyelidikan U
Gambar 3. Peta geologi daerah penyelidikan
S te a m h e a t e d w a te r s M
a tu
re w
a te
rs
P he
rip he
ra l w
a te
rs
Vo lca
nic w
ate rs
40 20
20 40
60 60
80 80
Cl
SO4 HCO3
Immature waters Partial equilibrium
Full equilibrium
K/100
ROCK Na/1000
% Na K
% Mg
20 20
40 40
60 60
220°
wei r box
160° 100°
80 80
Mg
T Kn T Km
Gambar 5. Diagram segitiga Na-K-Mg
-70
AP Sampuraga 3 AP Sampuraga 4
AP Longat AP Bor Longat AD Roburan Lombang AD Sirambas
PETA DISTRIBUSI Hg TANAH DAERAH PANAS BUMI SAMPURAGA
KAB. MANDAILING NATAL, SUMUT
Kontur topo selang 25 mt Daerah Perkampungan
Jalan Raya
Sungai dan anak sungai Mata air panas
F3500 Titik Pengamatan
0 2000 4000
KETERANGAN:
Fumarola
m
550000 552000 554000 556000 558000 560000 562000 564000
84000
DK. SIGANTANGNA MENEK
AOLANSIPALIS
ADIAN NAGOON Aekngali Sa
PETA DISTRIBUSI CO2 UDARA TANAH DAERAH PANAS BUMI SAMPURAGA
KAB. MANDAILING NATAL, SUMUT
KETERANGAN:
>2 %
1 - 2 %
<1 %
Kontur topo selang 25 mt Daerah Perkampungan
Jalan Raya
Sungai dan anak sungai Mata air panas
F3500 Titik Pengamatan
0 2000 4000
Fumarola
m
550000 552000 554000 556000 558000 560000 562000 564000
84000
DK. SIGANTANGNA MENEK
AOLANSIPALIS
ADIAN NAGOON Aekngali
T. 845934
