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 37-65oC. 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 km2.
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 37oC sampai
65oC. 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
37oC sampai 65oC. 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 baratdaya-
timurlaut. 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 km2
(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 km2.
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 sebesar-
besarnya 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