SURVEI MAGNETOTELLURIK (MT) DAN TIME DOMAIN ELEKTROMAGNETIK (TDEM) DAERAH PANAS BUMI PARIANGAN, KABUPATEN TANAH DATAR PROVINSI SUMATERA BARAT Muhammad Kholid, Sri Widodo Kelompok Program Penelitian Panas Bumi Pusat Sumber Daya Geologi S A R I Daerah panas bumi Pariangan berada di wilayah Kabupaten Tanah Datar, Provinsi Sumatera Barat. Keberadaan sistem panas bumi di daerah ini ditandai dengan manifestasi panas bumi berupa mata air panas yang tersebar di dua lokasi yaitu mata air panas Pariangan yang terdapat di bagian barat dengan temperatur 49,1 0 C dan mata air panas Sopandidih yang terdapat dibagian tenggara dengan temperatur 35,5 0 C. Survei Magnetotelurik (MT) dan Time Domain Elektro Magnetik (TDEM) telah dilakukan di daerah ini dengan jumlah titik MT sebanyak 36 titik dan titik TDEM sebanyak 31 titik. Sebaran titik MT dan TDEM difokuskan disekitar mata air panas Pariangan. Hasil MT menunjukkan sebaran tahanan jenis rendah (< 30 Ohm-m) terdapat mulai kedalaman 500 meter, diperkirakan sebagai lapisan yang berfungsi sebagai batuan penudung/claycap. Di bawah lapisan ini terdapat lapisan yang diperkirakan berfungsi sebagai reservoir panas bumi. Puncak reservoir diperkirakan berada pada kedalaman sekitar 1000 meter. Hasil kompilasi geosain terpadu (geologi, geokimia dan geofisika) menunjukkan daerah prospek panas bumi meliputi daerah mata air panas Pariangan yang diperkirakan masih membuka ke arah baratlaut yaitu ke arah Gunung Marapi. Daerah prospek ini dibatasi oleh diskontinuitas tahanan jenis yang merupakan struktur yang berarah baratdaya-timurlaut dengan luas sekitar 8 km 2. Estimasi potensi energi panas bumi di daerah Pariangan sekitar 30 MWe pada kelas cadangan terduga. Kata kunci : magnetotelurik, TDEM, panas bumi, Pariangan.
PENDAHULUAN Pulau Sumatera merupakan salah satu pulau yang memiliki lokasi panas bumi cukup banyak yaitu sekitar 90 lokasi, salah satunya adalah daerah panas bumi Pariangan. Pusat Sumber Daya Geologi, Badan Geologi pada tahun anggaran 2014 telah melakukan survei Magnetotellurik (MT) dan Time Domain Electromagnetics (TDEM) di daerah Pariangan, Kabupaten Tanah Datar, Provinsi Sumatera Barat. Pada paper ini akan dibahas mengenai hasil survei Metode Magnetotellurik (MT) dan Time Domain Elektromagnetik (TDEM), kedua metode ini merupakan metode yang saat ini banyak digunakan untuk menentukan keberadaan sistem panas bumi, dikarenakan metode ini dapat menjangkau kedalaman hingga puluhan kilometer dibawah permukaan. Survei MT dan TDEM didaerah ini dilakukan dengan masing-masing sebanyak 36 dan 31 titik ukur, survei MT dan TDEM ini merupakan kelanjutan survei terpadu meliputi geologi, geokimia dan geofisika (gaya berat dan Audio Magnetotelurik) yang telah dilakukan pada awal tahun 2014. Hasil survei terpadu tersebut mengindikasikan bahwa zona yang diperkirakan terdapat sistem panas bumi berada disekitar mata air panas Pariangan yang penyebarannya masih membuka kearah baratlaut. GEOLOGI Stratigrafi daerah Pariangan terdiri dari satuan batuan yaitu Satuan Batu Sabak, Satuan Metagamping, Satuan Metabatupasir, Granit, Satuan Batupasir Kuarsa, Satuan Konglomerat, Satuan Jatuhan Piroklastik Tua, Satuan Vulkanik Tua Raja, Satuan Lava Pra-Marapi, Satuan Jatuhan Piroklastik Marapi, Satuan Aliran Piroklastik Marapi, Satuan Lava Marapi, Satuan Lahar Marapi, Satuan Lava Sibakaljawi, Satuan Aliran Piroklastik Sibakaljawi, Satuan Jatuhan Piroklastik Sibakaljawi, Satuan Lava Parapati, Satuan Aliran Piroklastik Parapati, Satuan Jatuhan Piroklastik Parapati, Satuan Lava Gantung, Satuan Aliran Piroklastik Gantung, Satuan Jatuhan Piroklastik Gantung, Struktur geologi yang berkembang di daerah ini sangat dipengaruhi oleh kegiatan tektonik sesar sumatera dan juga pola sesar radial mengikuti perkembangan vulkanisme komplek Marapi. Pola utama rekahan dan sesar berarah baratlaut tenggara dan orde selanjutnya berupa kelurusan sesar baratdaya timur laut yang kemungkinan merupakan antitetik dari sesar utama dan orde ketiga berupa rekahan yang berarah hampir utara selatan..(gambar 2). Manifestasi panas bumi di daerah Pariangan berupa mata air panas yaitu mata air panas Pariangan dengan temperatur 49,1 o C dan mata air panas Sopandidih dengan temperatur 35,5 o C. AKUISISI DATA DAN PROSESSING Pengukuran MT di daerah Pariangan dilakukan dengan jumlah titik ukur sebanyak 36 titik, sedangkan pengukuran TDEM dilakukan pada 31 titik ukur yang tersebar pada titik-titik ukur MT dengan jarak antar titik ukur sekitar 1200-1500 m. Sebaran titik ukur MT dan TDEM dapat dilihat pada Gambar 3. Pengukuran TDEM dilakukan dengan menggunakan loop sebesar 50 m x 50 m. Data time series MT didapatkan dari pengukuran 2 komponen medan listrik. (Ex dan Ey) serta 3 komponen medan magnet (Hx, Hy dan Hz), Pengukuran MT ini dilakukan dari sore hingga pagi hari dengan selang waktu 12-20 jam pengukuran, alat yang digunakan adalah MTU-5A dan V-8 dari Phoenix. Pengolahan data TDEM dengan inversi secara 1D dan hasil kurva pemodelan TDEM akan digabungkan dengan kurva MT yang telah dilakukan proses editing dan smoothing. Kurva TDEM digunakan untuk koreksi satik dari data MT, terutama data MT yang mengalami efek statik dipermukaan. Perbandingan kurva MT sebelum dan sesudah dikoreksi dengan data TDEM diperlihatkan pada Gambar 4. Kurva MT yang telah dikoreksi statik dengan data TDEM ini yang digunakan untuk pemodelan tahanan jenis 2D.
Pemodelan 2D dilakukan dengan menggunakan software WinGlink dengan algoritma Rodi & Mackie (2001). Pemodelan ini dilakukan dengan iterasi 200,jumlah iterasi ini dianggap paling konvergen. Parameter yang digunakan antara lain parameter tau 3, data errors dan error floor untuk rho 5 dan untuk phase 10. Nilai Tau merupakan nilai yang mempengaruhi smooth-roughness, yaitu perubahan model antara satu sel dengan sel lain agar tidak terlalu jauh. Untuk mengetahui nilai tau terbaik dicoba nilai tau satu persatu dengan model awal yang sama halfspace 100 Ohmm dan dengan jumlah iterasi sama untuk masing-masing nilai yaitu iterasi sebanyak 100. Pemilihan nilai tau yang digunakan adalah : 0.3, 1, 3, 10, 30, 100 dan 300. Hasil dari nilai tau ini ditampilkan dalam kurva yang biasa disebut L-Curve seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5. Sebaran Tahanan Jenis Sebaran tahan jenis secara lateral merupakan hasil pemodelan 2D yang disajikan pada kedalaman 500 m, 1000m, 1500 m, 2000 m dan 2500 m. (Gambar 5). Peta tahanan jenis pada kedalaman 500 m menunjukkan keberadaan dua zona sebaran tahanan jenis. Zona sebaran tahanan jenis rendah (<30 Ohm-m) yang terdapat di bagian tengah dengan penyebarannya kearah selatan dan baratdaya serta sebaran tahanan jenis sedang (30-200 Ohm-m) yang menempati morfologi perbukitan dan terdapat di bagian tengah ke arah timur dan timurlaut. Sebaran tahanan jenis rendah diinterpretasikan sebagai batuan produk Gunung Marapi dan/atau batuan ubahan yang diakibatkan oleh proses hidrotermal, hal ini diindikasikan dengan munculnya manifestasi panas bumi dipermukaan. Sebaran tahanan jenis sedang menurut hasil geologi permukaan diperkirakan berasosiasi dengan batuan Lava pra Marapi. Pola sebaran tahanan jenis kedalaman 1000 m memperlihatkan sebaran tahanan jenis rendah masih tersebar di bagian tengah hingga utara, sedangkan tahanan jenis sedang terdapat di bagian timur laut. Nilai tahanan jenis sedang pada kedalaman ini nilainya semakin tinggi, hal ini kemungkinan disebabkan oleh respon dari batuan metamorf berupa batu Sabak. Sebaran tahanan jenis sedang di bagian baratlaut mulai terlihat dengan jelas, tahanan jenis sedang ini diperkirakan berasosiasi dengan reservoir panas bumi. Sehingga di perkirakan puncak reservoir panas bumi didaerah ini berada pada kedalaman sekitar 1000 meter. Pada kedalaman 1500 m nilai tahanan jenis rendah masih konsisten tersebar di bagian tengah dan utara, penyebarannya ke arah tenggara semakin menipis. Hal ini mengindikasikan bahwa zona outflow dari sistem panas bumi Pariangan mengarah ke arah tenggara dimana terdapat manifestasi mata air panas Sopandidih. Sebaran tahanan jenis sedang penyebarannya semakin meluas, zona tahanan jenis sedang ini masih mengindikasikan keberadaan reservoir pada kedalaman 1500 m. Pada kedalaman yang lebih dalam yaitu pada kedalaman 2000 m dan 2500 m, sebaran tahanan jenis rendah penyebarannya semakin menyempit di bagian tengah. Tahanan jenis rendah yang masih terlihat pada kedalaman ini kemungkinan mengindikasikan bahwa batuan penudung yang berada di bagian tengah lebih tebal dibandingkan dengan di bagian baratlaut. Sebaran tahanan jenis sedang yang terdapat di bagian baratlaut penyebarannya semakin luas dan memiliki pola kontur yang masih membuka. Tahanan jenis sedang pada kedalaman ini diperkirakan masih berasosiasi dengan zona reservoir panas bumi. Zona reservoir di bagian baratdaya dan timurlaut dibatasi oleh diskontinuitas tahanan jeni, sedangkan di bagian baratlaut zona terlihat masih membuka. Sebaran tahanan jenis tinggi terlihat masih konsisten penyebarannya pada kedalaman ini dan kemungkinan juga masih merupakan respon dari batuan metamorf yang terdiri
dari batuan sabak atau batuan granit yang menjadi batuan dasar di daerah ini. Pemodelan Tahanan Jenis 2D Hasil pemodelan tahanan jenis 2D berupa 4 buah penampang yang berarah baratdaya-timurlaut yaitu penampang Lintasan 1, Lintasan 2, Lintasan 3, dan Lintasan 4 (Gambar 6). Penampang lintasan 1 terlihat adanya lapisan konduktif atau lapisan tahanan jenis rendah dengan nilai tahanan jenis <30 Ohm-m yang terdapat dari permukaan hingga kedalaman sekitar 2500 m. Lapisan tahanan jenis rendah terlihat sepanjang lintasan mulai dari baratdaya yang penyebarannya semakin dalam di bagian tengah, kemudian ke arah timurlaut penyebarannya semakin dangkal hingga kepermukaan, lapisan tahanan jenis rendah memiliki ketebalan sekitar 500-1000 m. Lapisan tahanan jenis rendah ini diperkirakan berasosiasi dengan batuan vulkanik muda produk Gunung Marapi berupa lahar Marapi, lava dan aliran piroklastik. Secara geologi tahanan jenis rendah juga diduga merupakan batuan hasil alterasi 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. Lapisan tahanan jenis sedang dengan nilai tahanan jenis antara 30-200 Ohm-m terdapat di bagian tengah penampang dengan ketebalan sekitar 1000 m. Sedangkan di bagian baratdaya dan timurlaut lapisan tahanan jenis sedang ini terdapat dibawah lapisan tahanan jenis rendah. Lapisan tahanan jenis sedang di bagian baratdaya diperkirakan sebagai batuan vulkanik pra-marapi yang berkaitan dengan reservoir dari sistem panas bumi yang ada di daerah ini. Lapisan yang diperkirakan sebagai reservoir terdapat mulai kedalaman sekiar 1000 meter. Dibawah lapisan tahanan jenis sedang terdapat lapisan batuan resistif dengan nilai tahanan jenis >200 Ohm-m, lapisan resisitif ini diinterpretasikan sebagai respon dari batuan metamorf yang merupakan batuan dasar di daerah ini. Penampang lintasan 2 melewati munculnya manifestasi mata air panas disekitar titik MTPR-16. Lapisan tahanan jenis pada penampang ini terdiri dari lapisan konduktif dengan nilai tahanan jenis <30 Ohm-m, lapisan ini terdapat sepanjang lintasan dari permukaan hingga kedalaman sekitar 1500 m dengan ketebalan sekitar 500-1000 m. Penyebaran lapisan tahanan jenis rendah terdapat di bagian baratdaya dan semakin menebal di bagian tengah. Tahanan jenis rendah ini diperkirakan masih berasosiasi dengan batuan vulkanik muda berupa produk Gunung Marapi, tahanan jenis rendah pada lintasan ini juga diperkirakan merupakan batuan yang telah mengalami proses hidrotermal. Di bagian bawahnya tersebar lapisan tahanan jenis yang lebih resistif (30-200 Ohm-m) dengan ketebalan sekitar 1000 meter, lapisan ini juga diperkirakan masih merupakan zona reservoir dari sistem panas bumi. Di bagian bawah lapisan tahanan jenis ini pada kedalaman sekitar 2000 meter terdapat nilai tahanan jenis >200 Ohm-m, tahanan jenis sangat resistif ini diinterpretasikan sebagai respon dari batuan metamorf berupa batu Sabak yang merupakan batuan dasar di daerah ini. Lapisan tahanan jenis tinggi di bagian timurlaut dapat dijumpai mulai kedalaman 500 meter. Pada penampang 3 terlihat lapisan bawah permukaan yang hampir sama dengan penampang sebelumnya, dimana lapisan konduktif (<30 Ohm-m) terlihat dipermukaan dan semakin menebal kearah baratdaya dan tenggara dengan ketebalan antara 500-1000 meter, kemudian diikuti dengan lapisan tahanan jenis yang lebih sedang yang memiliki ketebalan sekitar 1000 meter, namun di bagian tengah kearah tenggara lapisan yang lebih resisitif ini cenderung memiliki tren lebih dalam. Lapisan resistif dengan nilai > 200 Ohm-m terlihat pada kedalaman sekitar 500 meter di bagian timurlaut, penyebaran lapisan resistif ke bagian tengah lintasan semakin
dalam hingga kedalaman 2000 meter, lapisan resistif ini masih merupakan respon dari batuan metamorf berupa batu Sabak atau batu granit yang menjadi batuan dasar di daerah ini. DISKUSI Berdasarkan peta sebaran tahanan jenis pada setiap kedalaman, pola liniasi tahanan jenis berarah baratdaya-timurlaut, liniasi ini merepresentasikan struktur geologi dan juga batas litologi dari batuan yang ada di daerah ini. Sebaran tahanan jenis rendah di permukaan dibagian tengah kearah barat dipermukaan diinterpretasikan batuan vulkanik muda produk Gunung Marapi. Zona tahanan jenis rendah ini juga diinterpretasikan sebagi batuan penudung pada sistem panas bumi Pariangan. Pada kedalaman diatas 1000 meter sebaran tahanan jenis rendah penyebarannya semakin mengecil, hal ini menunjukkan bahwa zona perubahan tahanan jenis rendah ke tahanan jenis sedang diperkirakan sebagai zona reservoir. Sebaran tahanan jenis tinggi dengan nilai >200 Ohm-m yang terdeteksi mulai kedalaman 1000 meter diperkirakan merupakan respon dari batuan metamorf yaitu berupa batu Sabak atau batu granit yang menjadi batuan dasar di daerah ini. Penampang hasil pemodelan tahanan jenis 2D dari data MT menggambarkan susunan lapisan batuan model sistem panas bumi digambarkan dengan lapisan konduktif terdapat pada lapisan permukaan yang diikuti oleh lapisan metamorf dengan respon tahanan jenis sedang dan kemudian batuan metamorf yang lebih masif berupa batuan Sabak. Batu Sabak ini merupakan batuan dasar dalam sistem panas bumi didaerah ini. Lapisan tahanan jenis rendah (<30 Ohm-m) diperkirakan merupakan batuan yang telah mengalami proses hidrotermal yaitu berupa batuan alterasi, lapisan ini yang diperkirakan merupakan batuan penudung (caprock), sedangkan di bawah lapisan tahanan jenis rendah terdapat tahanan jenis sedang (30-200 Ohmm) yang diperkirakan merupakan reservoir dari sistem panas bumi di daerah Pariangan. Mata air panas Pariangan muncul melalui celah-celah dari struktur yang ada di daerah ini yang berasal dari reservoir yang memiliki kedalaman sekitar 1000 meter. Mata air panas ini menurut data kimia merupakan tepian upflow dari sistem panas bumi Marapi dimana air dari dalam tertahan oleh batuan alterasi di sekitar Pariangan dan mengalir ke arah tenggara dengan munculnya air panas Sopandidih. Hal ini diperjelas dengan nilai tahanan jenis rendah yang terdapat disekitar mata air panas Pariangan dengan pola membuka ke arah baratlaut atau ke arah puncak Gunung Marapi dan juga memiliki pola melidah ke arah tenggara. Deliniasi zona prospek panas bumi Pariangan berdasarkan hasil survei MT dan TDEM ini kemudian dikombinasikan dengan data geosain lainnya meliputi geologi dan geokimia membentuk peta kompilasi geosain. Berdasarkan data tersebut, daerah prospek panas bumi Pariangan diperkirakan berada di bagian tengah di sekitar mata air panas Pariangan yang penyebarannya masih membuka kearah baratlaut yaitu ke arah puncak Gunung Marapi dengan luas sekitar 8 km 2 yang masuk dalam kelas sumber daya terduga (Gambar 9). KESIMPULAN Hasil survei MT dan TDEM memperlihatkan adanya zona tahanan jenis rendah dengan nilai <30 Ohm-m, zona tahanan jenis rendah ini diperkirakan tersusun dari batuan vulkanik yang telah mengalami proses hidrotermal atau merupakan batuan alterasi yang diinterpretrasikan sebagai lapisan batuan penudung,. Lapisan penudung mulai terdeteksi pada kedalaman sekitar 500 meter sampai dengan 2500 meter. Lapisan reservoir diduga tersusun dari batuan dengan tahanan jenis berkisar 30-200 ohmm yang terdapat di bagian baratlaut dengan puncak reservoir berada pada kedalaman sekitar 1000 meter. Daerah prospek panas bumi Pariangan berada di daerah pemunculan manifestasi mata air panas Pariangan,
penyebaran daerah prospek masih membuka kearah baratlaut atau ke arah Gunung Marapi. Luas daerah prospek panas bumi sekitar 8 km 2, dengan estimasi potensi panas bumi sekitar 30 MWe pada kelas cadangan terduga. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kelompok Penyelidikan Bawah Permukaan dan Pusat Sumber Daya Geologi yang telah memberikan ijin untuk menggunakan data hasil survei MT dalam penulisan makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh anggota tim survei MT dan TDEM daerah panas bumi Pariangan. UCAPAN TERIMA KASIH Geothermal Departement, Basic Concept of Magnetotelluric Survey in Geothermal Fields., West Japan Engineerring Consultants, Inc. Lawless, J., 1995. Guidebook: An Introduction to Geothermal System. Short course. Unocal Ltd. Jakarta. Rodi, W. & Mackie, R.L., 2001. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversions, Geophysics, 66, 174 187 Sheriff, R. E., 1982. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, Oklahoma. Tim Survei Terpadu, 2014. Penyelidikan Panas Bumi Terpadu Geologi, Geokimia Daerah Panas Bumi Pariangan,Provinsi Sumatera Barat,, Pusat Sumber Daya Geologi, Badan Geologi. (Unpubl. Report). Tim Survei Geofisika, 2014. Survei Gaya Berat dan Audio Magnetotelurik Daerah Panas Bumi Pariangan, Provinsi Sumatera Barat, Pusat Sumber Daya Geologi, Badan Geologi. Telford, W.M. et al, 1982. Applied Geophysics. Cambridge University Press. Cambridge.
Gambar 1 Peta Lokasi daerah Panas Bumi Pariangan Gambar 2 Peta Geologi daerah Panas Bumi Pariangan
Gambar 3 Peta titik ukur MT dan TDEM daerah Panas Bumi Pariangan Gambar 4 Kurva MT a) sebelum dilakukan koreksi statik dan b) setelah dikoreksi statik dengan data TDEM.
Tau : 3 Gambar 5 Kurva RMS VS Roughness Gambar 6. Peta Sebaran tahanan jenis perkedalaman
Gambar 6 Penampang tahanan jenis berarah baratdaya-timurlaut Gambar 8. Peta Kompilasi geosains daerah prospek