survei magnetotelurik (mt) dan time domain …psdg.bgl.esdm.go.id/kolokium/2015_2/pb/1.20 survei mt...
TRANSCRIPT
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
Exfa .............................. (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
503
2 2
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)
32⁄
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 (ℎ𝑒𝑛𝑟𝑦
𝑚)
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)]
32⁄
...................(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 MTMP-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 1. Peta Indeks Lokasi Survei
Gambar 2. Peta Geologi Daerah Mapos
Gambar 3. Peta Sebaran Titik Ukur MT dan TDEM
Gambar 4. Peta Tahanan Jenis per Kedalaman
Gambar 5. Model Tahanan Jenis 2D Lintasan 1 dan 2
Gambar 6. Peta Zona Keprospekan Daerah Panas Bumi Mapos