SURVEI TERPADU GAYA BERAT DAN AUDIO MAGNETOTELURIC (AMT) DAERAH PANAS BUMI DOLOK MARAWA, KABUPATEN SIMALUNGUN PROVINSI SUMATERA UTARA Asep Sugianto, Tony Rahadinata, dan Yadi Supriyadi Kelompok Penyelidikan Panas Bumi, Pusat Sumber Daya Geologi SARI Daerah panas bumi Dolok Marawa merupakan salah satu daerah panas bumi yang terletak di Pulau Sumatera. Daerah ini berada di sebelah tenggara PLTP Sibayak dan sebelah timurlaut Danau Toba. Indikasi panas bumi dicirikan dengan munculnya mata air panas di daerah Tinggi Raja dan sekitarnya dengan temperatur sekitar 37-65 o C. Pada tahun 2015, telah dilakukan kegiatan survei gaya berat dan audio magnetotelurik (AMT) yang bertujuan untuk memperoleh data keprospekan panas bumi dari tinjauan data geofisika. Pengukuran gaya berat dilakukan pada 205 titik ukur yang tersebar secara acak/random dengan interval 500-1000 m. Pengukuran data AMT dilakukan pada 61 titik ukur yang tersebar membentuk 6 buah lintasan berarah baratdaya-timurlaut dengan jarak antar titik ukur 500-1000 m. Hasil survei gaya berat dan AMT memperlihatkan zona menarik di sekitar mata air panas Tinggi Raja. Pada zona tersebut terlihat adanya anomali residual (gaya berat) rendah yang diduga berasosiasi dengan zona rekahan. Pada zona tersebut juga terlihat adanya lapisan dengan nilai tahanan jenis rendah dari kedalaman sekitar 100 m hingga kedalaman 600 m. Lapisan tersebut diduga berkaitan dengan batuan ubahan yang berfungsi sebagai batuan penudung. Di bawah lapisan tersebut terdapat nilai tahanan jenis sedang yang diperkirakan sebagai zona reservoir. Puncak dari reservoir diperkirakan berada pada kedalaman sekitar 600 m. Daerah prospek berada di sekitar sebaran mata air panas Tinggi Raja dan melebar ke arah baratlaut dan tenggara dengan luas sekitar 5 km 2. PENDAHULUAN Daerah panas bumi Dolok Marawa merupakan salah satu daerah panas bumi yang berada di Sumatera Utara. Secara administrasi terletak di Kecamatan Silau Kahean, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara (Gambar 1). Manifestasi panas bumi muncul berupa mata air panas dengan temperatur antara 37 o C sampai 65 o C. Penelitian kepanasbumian telah banyak dilakukan diantaranya oleh Akbar (1972) mengenai inventarisasi dan penyelidikan pendahuluan gejala panas bumi di daerah Sumatera Utara, Setiawan, dkk. (2006) mengenai penyelidikan geologi dan geokimia, Suryakusuma, dkk. (2006) mengenai penyelidikan gaya berat dan magnet, Zarkasyi, dkk. (2006) mengenai penyelidikan geolistrik, dan Sundhoro, dkk. (2006) mengenai penyelidikan terpadu geologi, geokimia, dan geofisika. Survei terpadu gaya berat dan audio magnetotelurik (AMT) telah dilakukan pada tahun 2015 dengan tujuan untuk mendeliniasi keprospekan berdasarkan data geofisika. Survei tersebut dilakukan dengan dua metode yaitu metode gaya berat dan AMT. Metode gaya berat merupakan salah satu metode geofisika yang dapat digunakan untuk menggambarkan struktur bawah permukaan berdasarkan densitas batuan. Metode AMT dapat digunakan untuk mengetahui struktur tahanan jenis bawah permukaan. Kombinasi dari kedua metode tersebut dapat memberikan gambaran struktur bawah permukaan yang berkorelasi dengan sistem panas bumi. Geologi dan Manifestasi Panas Bumi Secara geologi daerah panas bumi Dolok Marawa tersusun atas satuan
Batugamping Bahbotala sebagai batuan tertua dan diduga sebagai batuan dasar daerah ini. Satuan batuan lainnya didominasi oleh batuan vulkanik seperti aliran dan jatuhan piroklastik produk letusan Toba, Lava Gunung Sipapagus, Lava Gunung Bahtopu dan sedimen seperti Travertin dan Aluvium (Setiawan, dkk., 2006). Struktur geologi yang berkembang di daerah ini berupa kelurusan gunungapi, kerucut Gunung/Dolok Bahtopu, Gunung/Dolok Sipapagus, struktur sesar arah timurlaut-baratdaya, dan sesar arah baratlaut-tenggara (Gambar 2). Manifestasi panas bumi di daerah ini berupa sumber mata air panas dan kolam panas dengan temperatur antara 37 o C sampai 65 o C. Manifestasi tersebut muncul di beberapa lokasi dan menyebar di sekitar perbukitan (dolok) Tinggi Raja pada batuan tufa Toba. Di sekeliiling manifestasi terdapat endapan padat travertin yang terbentang cukup luas. METODE Survei terpadu ini dilakukan dengan menggunakan metode gaya berat dan AMT. Kedua metode tersebut memberikan gambaran sifat fisika batuan yang berbeda, sehingga kombinasi dari kedua metode ini dapat menggambarkan struktur geologi bawah permukaan yang berkorelasi dengan sistem panas bumi. Metode gaya berat adalah salah satu metode geofisika yang memanfaatkan medan potensial. Metode tersebut didasarkan pada perbedaan gaya gravitasi akibat adanya perbedaan densitas batuan di bawah permukaan. Pengukuran gaya berat dilakukan pada 205 titik ukur yang tersebar secara acak/random dengan interval sekitar 500 m (Gambar 3.a). Distribusi titik ukur didesain sedemikian rupa agar melingkupi seluruh daerah survei, kecuali bagian baratdaya dan tenggara. Pengukuran gaya berat dilakukan dengan metode poligon tertutup, dimana pengukuran diawali dan diakhiri di base station. Pemodelan data gaya berat dilakukan dengan menggunakan inversi 3D yang tersedia dalam perangkat lunak Grablox dari Pirttijarvi (2004). Program tersebut menggabungkan dua metode inversi, yaitu Singular Value Decomposition (SVD) dan inversi Occam (Hjelt, 1992). Metode AMT merupakan salah satu metode geofisika yang memanfaatkan medan elektromagnetik alam (medan listrik dan medan magnet) pada rentang frekuensi 0,1 10.000 Hz. Medan listrik dan medan magnet diukur secara bersamaan pada rentang waktu tertentu sehingga memperoleh jumlah data yang cukup. Hubungan dari medan listrik dan medan magnet dapat menghasilkan nilai tahanan jenis semu dan phase (Sugianto, dkk., 2014). Pengukuran AMT dilakukan pada 61 titik ukur yang tersebar membentuk 6 lintasan berarah baratdayatimurlaut. Jarak antar titik ukur sekitar 500 m hingga 1000 m, sedangkan jarak antar lintasan sekitar 1000 m (Gambar 3.b). Pengukuran data AMT ini dilakukan dengan menggunakan alat Zonge Multifunction 24 bit. Pemodelan data AMT dilakukan dengan inversi 2D yang tersedia dalam perangkat lunak WinGlink. Inversi tersebut menggunakan algoritma Non Linear Conjugate Gradient (NLCG) dari Rodi dan Mackie (2001). HASIL Gaya Berat Hasil survei gaya berat disajikan dalam bentuk peta anomali Bouguer, peta anomali regional, peta anomali residual, dan model gaya berat 3D. Peta anomali Bouguer memperlihatkan nilai anomali tinggi di sebelah baratdaya dan anomali rendah di sebelah timur dengan pola liniasi berarah baratlaut-tenggara. Anomali regional memperlihatkan pola liniasi berarah baratlaut-tenggara dengan nilai anomali tinggi berada di sebelah barat dan anomali rendah berada di sebelah timur (Gambar 4). Anomali residual
memperlihatkan pola yang bervariatif. Anomali tinggi terlihat di sekitar Dolok Bahtopu dan di sebelah utara sekitar Bah Huti. Anomali rendah terlihat di sekitar mata air panas Tinggi Raja, di sebelah timurlaut, di sebelah selatan, dan di sebelah baratlaut. Anomali tinggi yang berada di sekitar Dolok Bahtopu diduga kuat berasosiasi dengan batuan berdensitas tinggi, seperti lava dan/atau batuan intrusi. Anomali rendah yang berada di sekitar Tinggi Raja (berdasarkan anomali residual) diduga berasosiasi dengan zona rekahan yang menyebabkan densitas batuan di daerah tersebut menjadi lebih rendah. Anomali rendah yang berada di sebelah timurlaut dan baratlaut diinterpretasikan sebagai respon dari aliran/jatuhan piroklastik. Hasil pemodelan gaya berat 3D memperlihatkan batuan dengan densitas rendah tersebar di dekat permukaan, sedangkan batuan dengan densitas tinggi tersebar di bagian bawah. Di sekitar Dolok Bahtopu batuan dengan densitas tinggi terlihat muncul hingga ke permukaan. Densitas tinggi tersebut diperkirakan berasosiasi dengan lava Bahtopu. Densitas rendah yang berada di sekitar Tinggi Raja diperkirakan berasosiasi dengan zona rekahan yang menyebabkan densitas batuan menjadi lebih rendah dan memungkinkan batuan menjadi permiabel. Zona tersebut sangat memungkinkan menjadi zona reservoir panas bumi. Batuan dengan densitas rendah yang berada di sebelah timur diduga berasosiasi dengan aliran/jatuhan piroklastik Toba (Tufa Toba) yang tersebar sangat luas di sekitar daerah survei. Audio Magnetotelurik Hasil survei AMT disajikan dalam bentuk peta tahanan jenis berbagai elevasi dan model tahanan jenis AMT 2D. Pada makalah ini dibahas peta tahanan jenis pada elevasi 0 meter, -200 meter, dan - 500 meter. Ketiga peta tersebut memperlihatkan pola sebaran tahanan jenis yang sangat berbeda (Gambar 5). Pada elevasi 0 meter, daerah survei didominasi oleh nilai tahanan jenis rendah (<20 Ohm.m). Tahanan jenis rendah tersebut diinterpretasikan sebagai respon dari batuan ubahan untuk yang berada di sekitar manifestasi dan diinterpretasikan sebagai respon dari aliran/jatuhan piroklastik untuk yang berada di sebelah utara dan timur. Pada elevasi -200 m, pola sebaran tahanan jenis cukup bervariasi dan membentuk pola liniasi berarah baratlaut-tenggara. Liniasi tersebut dicirikan dengan adanya kontras nilai tahanan jenis rendah dan tahanan jenis sedang. Pada elevasi ini juga terlihat adanya sebaran nilai tahanan jenis rendah yang membentuk pola tertutup di sekitar mata air panas Tinggi Raja. Nilai tahanan jenis rendah tersebut diduga berasosiasi dengan batuan ubahan. Pada elevasi - 500 m, pola sebaran nilai tahanan jenis cenderung didominasi oleh nilai tahanan jenis sedang dan tahanan jenis tinggi. Nilai tahanan jenis sedang yang berada di sekitar manifestasi diinterpretasikan sebagai zona prospek. Zona tersebut juga berkorelasi dengan zona rekahan dari data gaya berat Hasil pemodelan tahanan jenis AMT 2D yang merepresentasikan sistem panas bumi di daerah Dolok Marawa ditunjukkan oleh model tahanan jenis AMT 2D lintasan 3 dan lintasan 4 (Gambar 5). Pada kedua model tersebut terlihat adanya sebaran nilai tahanan jenis rendah pada kedalaman sekitar 100 m hingga kedalaman 600 m dengan pola memanjang dari baratdaya ke timurlaut. Nilai tahanan jenis rendah yang berada di bagian tengah sekitar manifestasi diinterpretasikan sebagai respon dari batuan ubahan yang diduga berperan sebagai batuan penudung pada sistem panas bumi di daerah ini. Di bagian bawah kedua lintasan tersebut terdapat nilai tahanan jenis tinggi yang menunjukkan adanya batuan resistif.
Batuan resistif tersebut dapat berupa batu gamping dan/atau batuan intrusi yang menjadi indikasi adanya sumber panas di bagian bawah. Di antara nilai tahanan jenis tinggi dan nilai tahanan jenis rendah (bagian tengah sekitar manifestasi) terdapat nilai tahanan jenis sedang yang diperkirakan sebagai respon dari zona reservoir. Zona reservoir tersebut diperkirakan berada pada kedalaman sekitar 600 m. PEMBAHASAN Sistem panas bumi di daerah Dolok Marawa diperkirakan berkaitan dengan aktivitas magmatik di bawah Dolok Bahtopu dengan sumber panas berupa kantong magma. Aktivitas magmatik tersebut memanaskan batuan di atasnya termasuk fluida yang terkandung di dalamnya. Fluida yang panas tersebut berinteraksi dengan batuan di sekitarnya sehingga menimbulkan adanya perubahan sifat fisika dan kimia batuan. Salah satu sifat fisika batuan yang mengalami perubahan adalah nilai tahanan jenis batuan. Batuan yang terubahkan (alterasi) dan berfungsi sebagai batuan penudung umumnya memiliki nilai tahanan jenis rendah (<10 Ohm.m), sedangkan nilai tahanan jenis pada zona reservoir memiliki nilai tahanan jenis lebih tinggi (Johnston, 1992). Pada kasus ini, nilai tahanan jenis rendah yang diperkirakan berasosiasi dengan batuan penudung berada di sekitar manifestasi panas bumi yang tersebar cukup luas dari dekat permukaan hingga kedalaman sekitar 500 m. Zona reservoir juga diduga berada di sekitar manifestasi dengan kedalaman 600-700 m dan tersebar dengan pola memanjang ke arah baratlaut dan tenggara. Zona reservoir tersebut dibatasi oleh nilai tahanan jenis tinggi (zona resistif) di bagian bawahnya. Fluida panas bumi umumnya terakumulasi pada zona kekar, yaitu zona yang memiliki permeabilitas tinggi. Zona tersebut umumnya memiliki nilai densitas batuan yang lebih rendah dari batuan di sekitarnya. Berdasarkan hasil pemodelan data gaya berat, zona rekahan tersebut diperkirakan berada di antara Patahan Bahtopu dan Patahan Bahbotala. Pada model gaya berat juga terlihat adanya zona dengan nilai densitas tinggi. Zona tersebut diperkirakan berasosiasi dengan batuan beku yang mengindikasikan adanya sumber panas di bagian bawah. Berdasarkan kompilasi terpadu data AMT dan gaya berat, daerah prospek panas bumi diperkirakan berada pada zona anomali gaya berat residual rendah yang berasosiasi dengan zona rekahan dan zona nilai tahanan jenis AMT sedang yang berasosiasi dengan zona reservoir. Daerah prospek tersebut berada di sekitar manifestasi dan melebar ke arah baratlaut dan tenggara dengan luas sekitar 5 km 2 (Gambar 6). KESIMPULAN Hasil survei gaya berat memperlihatkan adanya zona anomali tinggi di sekitar Dolok Bahtopu yang diperkirakan berasosiasi dengan batuan berdensitas tinggi seperti lava atau batuan intrusi. Di sekitar mata air panas Tinggi Raja terdapat zona anomali rendah yang berasosiasi dengan zona rekahan. Hasil pemodelan 2-D AMT memperlihatkan adanya sebaran nilai tahanan jenis rendah pada kedalaman sekitar 100 m hingga kedalaman 600 m dengan pola memanjang dari baratdaya ke timurlaut. Nilai tahanan jenis rendah yang berada di bagian tengah sekitar manifestasi diinterpretasikan sebagai respon dari batuan ubahan yang diduga berperan sebagai batuan penudung. Di bagian bawah terdapat nilai tahanan jenis tinggi yang menunjukkan adanya batuan resistif berupa batu gamping dan/atau batuan intrusi. Di antara nilai tahanan jenis tinggi dan nilai tahanan jenis rendah (bagian tengah sekitar manifestasi) terdapat nilai tahanan jenis sedang yang diperkirakan sebagai respon
dari zona reservoir. Puncak dari zona reservoir tersebut berada pada kedalaman sekitar 600 m. Berdasarkan kompilasi terpadu data gaya berat dan AMT daerah prospek panas bumi diperkirakan berada pada zona anomali gaya berat residual rendah yang berasosiasi dengan zona rekahan dan zona nilai tahanan jenis AMT sedang yang berasosiasi dengan zona reservoir. Daerah prospek tersebut berada di sekitar manifestasi dan melebar ke arah baratlaut dan tenggara dengan luas sekitar 5 km 2. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Kepala Pusat Sumber Daya Geologi atas pemberian ijin untuk penulisan makalah ini. Penulis juga memberikan apresiasi yang setinggi-tinggi kepada seluruh anggota tim survei gaya berat dan AMT di daerah panas bumi Dolok Marawa. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Koordinator Kelompok dan reken-rekan di Kelompok Penyelidikan Panas Bumi yang telah bersedia berdiskusi dengan penulis. DAFTAR PUSTAKA Akbar, N., 1972. Inventarisasi dan Penyelidikan Pendahuluan Gejala Panas Bumi di Daerah Sumatera Utara, Direktorat Vulkanologi, Bandung. Hjelt, S. E., 1992. Pragmatic inversion of geophysical data. Springer-Verlag, Germany, h. 262. Johnston, J.M., Pellerin, L., dan Hohmann, G.W., 1992. Evaluation of Electromagnetic Methods for Geothermal Reservoir Detection. Geothermal Resources Council Transactions, 16. h. 241 245. Pirttijärvi, M.,2004, GRABLOX: Gravity interpretation and modelling software based on 3D block model. User s guide. Archive Report, Q 16.2/2004/2, Geological Survey of Finland, h. 39. Rodi, W., Mackie, R.L., 2001. Nonlinear Conjugate Gradients Algoritm for 2-D Magnetotellurics Inversion. Geophysics, 66, h. 174-187. Setiawan, D.I., Setiadarma, D., Sundhoro, H., Sulaeman, B., 2006. Penyelidikan Geologi dan Geokimia di Daerah Panas Bumi Dolok Marawa, Kabupaten Simalungun, Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung. Sugianto, A., Supriyadi, Y., Widodo, S., 2014. Survei Geofisika Terpadu Audio Magnetotelurik dan Gaya Berat Daerah Panas Bumi Kaloy, Kabupaten Aceh Tamiang, Provinsi Aceh. Prosiding Hasil Kegiatan Lapangan Pusat Sumber Daya Geologi Tahun Anggaran 2014. Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung. Sundhoro, H., Bakrun, Suryakusuma, D., Sulaeman, B., Situmorang T., 2006. Survei Panas Bumi Terpadu (Geologi, Geokimia, dan Geofisika) Daerah Dolok Marawa, Kabupaten Simalungun, Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung. Suryakusuma, D., Situmorang D., Sumarna, Sunarto, Hasanudin, 2006. Penyelidikan Gaya Berat dan Geomagnet Daerah Panas Bumi Dolok Marawa Kabupaten Simalungun, Propinsi Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung. Zarkasyi, A., Bakrun, Widodo, S., 2006. Penyelidikan Geolistrik Daerah Panas Bumi Dolok Marawa, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan dan Non Lapangan Tahun 2006 Pusat Sumber Daya Geologi, Bandung.
Gambar 1. Peta Lokasi Daerah Survei Gambar 2. Peta Geologi Daerah Panas Bumi Dolok Marawa (disederhanakan dari Setiawan, dkk., 2006)
Gambar 3. Peta Sebaran Titik Ukur Gaya Berat dan AMT Daerah Panas Bumi Dolok Marawa Gambar 4. Peta Anomali Bouguer, Regional, Residual, dan Model Gaya Berat 3D
Gambar 5. Peta Tahanan Jenis Elevasi 0 m, -200 m, -500 m dan Model Tahanan Jenis 2D Lintasan 3 dan 4 Gambar 6. Peta Kompilasi Data Geosain Untuk Perkiraan Daerah Prospek Panas Bumi Dolok Marawa