LAPORAN PRAKTIKUM WORKSHOP GEOFISIKA
IDENTIFIKASI STRUKTUR DAN LITOLOGI DAERAH PANAS BUMI CANGAR DENGAN METODE MAGNETOTELLURIC
Disusun Oleh: KELOMPOK 7 1. Dian Okta Abriyani 2. Hafizh Farhan Sinaga 3. Mandala Tunggul Sinaga 4. Muhammad Luthfi Secsiono 5. Rizqi Fadlilah 6. Yossi Ardianto
Asisten:
Surya Aji E. LABORATORIUM GEOFISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,yang telah memberikan rahmat hidayah dan inayahnya sehingga Laporan Praktikum Workshop Geofisika untuk metode Magnetotelluric ini dapat terselesaikan dengan baik meskipun tanpa luput dari kekurangan di dalamnya.
Ucapan
terima kasih penulis ucapkan kepada pihak-pihak terkait yang telah membantu dalam terselesaikannya Laporan ini : kepada Bapak Sukir Mar yanto, Ph.D., selaku dosen pembimbing, Mas Surya Aji selaku asisten praktikum untuk metode Magnetotelluric, orang tua, keluarga, serta teman-teman yang telah memberikan support dengan caranya masing-masing. Kritik dan saran yang membangun tetap penulis nantikan agar kedepannya tulisan berupa laporan praktikum dan semacamnya dapat dibuat dengan lebih baik lagi.
Malang,25 November 2016
Penulis
|Page
1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................ .............................................................................. ............................................. ............................... ........ 1 DAFTAR ISI ................................................................ ...................................................................................... ............................................ ...................................... ................ 2 DAFTAR GAMBAR ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................. ....................... 4
BAB I PENDAHULUAN ........................................................... .................................................................................. ............................................ ..................... 6
1.1 Latar Belakang .................................................. ........................................................................ ............................................ .................................. ............ 6 1.2 Rumusan Masalah .............................................. .................................................................... .............................................. ................................ ........ 7 1.3 Batasan Masalah ............................................. ................................................................... ............................................ .................................... .............. 7 1.4 Tujuan Penelitian ........................................... ................................................................. .............................................. ..................................... ............. 7 1.5 Manfaat ............................................... ..................................................................... ............................................ ............................................... ........................... 8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................ ..................................................................... ............................................... ........................ .. 9 2.1 Geologi Regional Cangar Ca ngar .............................................................. .................................................................................... ........................... ..... 9
2.2 Metode Pengukuran Magnetotelluric .................................................. ....................................................................... ..................... 10 2.3 Persamaan Maxwell .......................................... ................................................................ ............................................ .................................. ............ 12 2.4 Impedansi Bumi Homogen ............................................................... ..................................................................................... ...................... 15 2.5 Impedansi Bumi Berlapisa Horizontal .......................................... ................................................................ ......................... ... 16 BAB 3 METODE PENELITIAN ....................................... ................................................................ ............................................... ........................ .. 18
3.1 Waktu dan Tempat........................................ Tempat.............................................................. ............................................ .................................... .............. 18 3.2 Alat dan Bahan ............................................ .................................................................. .............................................. ..................................... ............. 20 3.3 Alur Penelitian ......................................... ................................................................. .............................................. ....................................... ................. 21 3.3.1 Langkah Akuisisi .......................................... .................................................................. ........................................... ................... 21 3.3.2 Langkah Pengolahan Data .................................................. ....................................................................... ..................... 22 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................. .................................................................... .................................. ............ 35
4.1 Analisa Pengukuran ........................................................... .................................................................................... ..................................... ............ 35 4.2 Analisa Pengolahan dan Permodelan ......................................................... ..................................................................... ............ 35 4.3 Interpretasi Hasil Permodelan Per modelan ........................................................... ................................................................................ ..................... 37 BAB 5 PENUTUP ............................................. ................................................................... .............................................. .............................................. ...................... 40
5.1 Kesimpulan ......................................... ............................................................... ............................................. ............................................. ........................ 40 5.2 Saran ............................................... ..................................................................... ............................................ .............................................. ............................ .... 40 2
DAFTAR PUSTAKA ............................................ .................................................................. ............................................... ...........................................41 ..................41 LAMPIRAN
……………………………………………………………………………….42
|Page
3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Peta Geologi Komplek Gunung Arjuno-Welirang (Tim Surve y PSDG, 2014) Gambar 2.2 Sketsa perambatan gelombang elektromagnetik di bawah permukaan bumi Gambar 3.1 Lokasi Agro Technopark Cangar Gambar 3.2 MTU (Metronix adu-07e) Gambar 3.3 Porous Pot Gambar 3.4 Coil Gambar 3.5 Kabel Gambar 3.6 Desain Survey Gambar 3.7 Create Survey Gambar 3.8 Destinasi Penyimpanan Gambar 3.9 Pemberian nama project Gambar 3.10 Create Line Gambar 3.11 Import Data Gambar 3.12 Mencari lokasi data Gambar 3.13 Proses import data ATS Gambar 3.13 Setting Site dan Run Gambar 3.14 Start Processing Gambar 3.15 Add Data Gambar 3.16 Proses FFT Gambar 3.17 Hasil FFT Gambar 3.18 Digital Filter Gambar 3.19 Proses Create Result Gambar 3.20 Hasil penggabungan data pada satu result Gambar 3.21 Hasil data setelah diseleksi Gambar 3.22 Eksport EDI Gambar 3.23 New Database Gambar 3.24 Destinasi Penyimpanan 4
|Page
Gambar 3.25 Database Properties Gambar 3.26 Penggantian koordinat dan datum Gambar 3.27 Ceklist Elevation Gambar 3.28 Mengaktifkan stasiun pada line yang berwarna merah beserta stasiunnya Gambar 3.29 Ceklist Open stations from list Gambar 3.30 Ceklist stasiun yang aktif Gambar 3.31 Hasil smoothing dan koreksi shift Gambar 3.32 Memilih line yang akan diinversi Gambar 3.33 Melakukan proses Mesh Gambar 3.34 Menu setting Mesh Gambar 3.35 Hasil setelah dilakukan proses Mesh Gambar 3.36 Proses inversi 2D Gambar 3.37 Input iteration Gambar 3.38 Proses Iterasi Gambar 3.39 Hasil Inversi 2D Gambar 4.1 Profil elevasi daerah pengukuran pada WinGlink Gambar 4.2 Proses filtering data Gambar 4.3 Pembuatan grid (mesh) untuk melakukan permodelan invers i Gambar 4.4 Peta Tahanan jenis line 1 Gambar 4.5 Model sederhana litologi pada line 1 Gambar 4.6 Peta tahanan jenis line 2 Gambar 4.7 Model litologi sederhana line 2
5
|Page
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Geofisika merupakan ilmu yang mempelajari tentang bumi menggunakan kaidahkaidah atau prinsip-prinsip dari ilmu fisika. Penelitian Geofisika dilakukan untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi melibatkan pengukuran di atas permukaan bumi dari parameter-parameter fisik yang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari pengukuran ini dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di bawah permukaan bumi baik itu secara vertikal maupun horisontal. Metode geofisika sebagai pendeteksi perbedaan tentang sifat fisis di dalam bumi. Kemagnetan, kepadatan, kekenyalan, dan tahanan jenis adalah sifat fisis yang paling umum digunakan untuk mengukur penelitian yang memungkinkan perbedaan di dalam bumi untuk ditafsirkan kaitannya dengan struktur mengenai lapisan ta nah, berat jenis batuan dan rembesan isi air, dan mutu air. Secara umum, metode geofisika dibagi menjadi dua kategori, yaitu metode pasif dan aktif. Metode pasif dilakukan dengan mengukur medan alami yang dipancarkan oleh bumi. Metode aktif dilakukan dengan membuat medan gangguan kemudian mengukur respon yang dilakukan oleh bumi. Medan alami yang dimaksud disini misalnya radiasi gelombang gempa bumi, medan gravitasi bumi, medan magnet bumi, medan listrik dan elektromagnetik bumi serta radiasi radiokativitas bumi. Medan buatan dapat berupa ledakan dinamit, pemberian arus listrik ke dalam tanah, pengiriman sinyal radar dan lain sebagainya. Secara praktis, metode yang umum digunakan di dalam geofisika diantaranya adalah metode Seismik, Gravity, Magnetik, Geolistrik (Self Potential, Resistivity, Induced Polarization) dan Elektromagnetik (GPR, VLF, Magnetotelluric). Dari berbagai macam metode seperti yang disebut di atas, metode Magnetotelluric merupakan salah satu metode yang banyak digunakan saat ini. Magnetotelluric dapat digunakan untuk berbagai kepentinngan eksplorasi, seperti misalnya panas bumi, air tanah, minyak bumi, dan sekedar untuk mengetahui struktur bawah permukaan dengan memanfaatkan parameter tahanan jenis batuan namun dengan cakupan yang lebh dalam dari yang mampu dicapai oleh metode geolistrik Resistivitas. Cangar merupakan salah satu kawasan di kota Batu yang memiliki beragam kekayaan bumi, diantaranya memiliki potensi panas bumi dan dianugerahi tanah yang sabur sehingga berpotensi dari segi pertanian, wisata alam dan penelitian. Dari segi wisata alam, manifestasi 6
panas bumi yang ada di Cangar telah dimanfaatkan menjadi pemandian air panas. Sedangkan dari segi penelitian, saat ini mulai dibangun kawasan penelitian terpadu dalam bidang pertanian, peternakan, dan kebumian, yang disebut dengan Agrotechno Park Cangar dan area ini dimiliki oleh Universitas Brawijaya. Untuk melakukan pengembangan daerah ini, diperlukan penelitian lebih lanjut salah satunya dengan metode Geofisika. Manifestasi panas bumi yang ada sekedar diketahui di permukaannya saja. Sementara untuk melakukan optimalisasi potensi panas bumi yang ada, perlu dicari tahu lebih lanjut dari manakah asal panas bumi tersebut dibawah permukaannya, termasuk mengetahui dimana letak reservoir panas bumi ini. Salah satu metode yang paling mutakhir untuk memetakan sistem panas bumi adalah Magnetotelluric. Oleh karena itu, Cangar dipilih sebagai daerah penelitian dengan menggunakan metode Magnetotelluric sebagai sa;ah satu metode penelitiannya.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang ada, maka rumusan masalah yang diangkat oleh penulis dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana proses akuisisi, processing, dan interpretasi dengan menggunakan metode Magnetotelluric? 2. Bagaimana litologi dan struktur yang ada dibawah permukaan daerah penelitian? 3. Bagaimana kaitannya struktur dan litologi tersebut terhadap manifestasi panas bumi yang ada?
1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang diterapkan dalam laporan ini dimaksudkan agar laporan menjadi lebih fokus dan data yang diproses lebih akurat adalah : 1. Cakupan data berada di wilayah Jawa Timur, Indonesia. 2. Objek area penelitian adalah lapangan di kawasan wisata pemandian air panas Cangar, Kota Batu.
1.4 Tujuan Penilitian Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar dapat : 1. Memahami lebih dalam mengenai proses akuisisi, pengolahan data, dan interpretasi metode Magnetotelluric yang diterapkan di daerah Cangar sebagai daerah penelitian
7
2. Mengetahui struktur dan litologi yang berperan di daerah penelitian ini, dan dapat dikorelasikan dengan peta geologi daerah setempat 3. Mengetahui peran struktur dan litologi tersebut dalam kaitannya dengan manifestasi panas bumi yang ada didaerah penelitian.
1.5 Manfaat Penelitian Harapan setelah dilakukannya praktikum workshop geofisika mengenai metode Magnetotelluric ini adalah dapat menambah pengetahuan dalam menerapkan teori dari metode Magnetotelluric secara nyata di lapangan. Sementara, hasil studi Magnetotelluric sendiri berguna sebagai tambahan informasi dalam rangka pendukung eksplorasi di daerah penelitian.
8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Geologi cangar Cangar merupakan daerah yang terletak di kompleks Arjuno-Welirang. ArjunoWelirang sendiri merupakan salah satu area prospek panasbumi di Jawa Timur, yang terletak di wilayah Kabupaten Malang, Mojokerto, Pasuruan, dan Kota Batu. Daerah prospek ini berada di lingkungan geologi yang didominasi oleh batuan vulkanik berumur kuarter (Tim Survey PSDG, 2010). Komplek G. Arjuno-Welirang mempunyai beberapa kerucut di puncaknya yaitu : Kerucut G. Arjuno (3339 mdpl., kerucut tertua), Kerucut G. Bakal (2960 mdpl), Kerucut G. Kembar II (3126 mdpl), Kerucut G. Kembar I (3030 mdpl), dan Kerucut G. Welirang (3156 mdpl). Kerucut-kerucut tersebut terbentuk akibat perpindahan titik erupsi yang membentuk kelurusan berarah tenggara-barat lau dan dikontrol oleh sesar normal. Selain kerucut-kerucut tersebut terdapat pula beberapa kerucut parasit yang merupakan hasil letusan samping pada tubuh Kompleks G. Arjuno-Welirang. Kerucut parasit tersebut adalah G. Ringgit (2477 mdpl) di bagian timur laut, G.Pundak (1544 mdpl) dan G. Butak (1207 mdpl) di bagian utara, serta dua buah kerucut lainnya yaitu G. Wadon dan G. Princi yang terdapat pada tubuh bagian timur (VSI, 2014). Hampir seluruh daerah panasbumi Gunung Arjuno-Welirang merupakan batuan produk vulkanik Kuarter. Beberapa produk gunungapi di daerah ini terdiri dari aliran lava dan piroklastik. Komponen stratigrafi dan struktur geologi diperlihatkan pada gambar 2.1. Struktur yang berkembang di daerah ini cukup komplek diantaranya berupa sesar normal, sesar mendatar, rim kaldera, dan amblasan. Sesar-s esar ini secara umum memotong komplek Gunung ArjunoWelirang dan berarah utara-selatan, barat laut-tenggara, barat da ya-timur laut, dan barattimur. Rim kaldera terletak di bagian tengah komplek Gunung ArjunoWelirang, sedangkan sektor amblasan berada di bagian puncak Gunung ArjunoWelirang dengan bukaan ke arah tenggara dan timur laut (Tim Survey PSDG, 2010).
9
Gambar 2.1 Peta Geologi Komplek Gunung Arjuno-Welirang (Tim Survey PSDG, 2014)
2.2 Metode Pengukuran Magnetotelluric Magnetotelluric (MT) adalah metode pasif yang mengukur arus listrik alami dalam bumi, yang dihasilkan oleh induksi magnetik dari arus listrik di ionosfer. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sifat listrik bahan pada kedalaman yang relatif besar (termasuk mantel) di dalam bumi. Dengan teknik ini, variasi waktu pada potensi l istrik diukur pada stasiun 10
pangkalan dan stasiun survei. Perbedaan pada sinyal tercatat digunakan untuk memperkirakan distribusi resistivitas listrik bawah permukaan. (Agung, 2009) Metode pengukuran MT (magnetotelluric) dan AMT (audio magnetotelluric) secara umum adalah sama, perbedaanya hanya pada cakupan frekuensi yang ditangkap, dimana semakin kecil frekuensi yang dihasilkan maka semakin dalam penyelidikan yang diperoleh. Metode MT memperoleh data dari frekuensi sekitar 400 Hz sampai 0.0000129 Hz (perioda sekitar 21.5 jam) sedangkan metode AMT memperoleh data dari frekuensi 10 kHz sampai 0.1 Hz, dimana sumbernya berasal dari alam (arus telurik yang terjadi di sekitar ionosfer bumi). (Agung, 2009) Untuk memperbaiki kualitas data dari gangguan elektromagnet lokal (power line, aktivitas industri, aktivitas manusia, jalan, pohon-pohon besar yang dapat menghasilkan gangguan
micro-vibrations
dari
akar-akarnya,
dll)
dapat
dilakukan
dengan
cara
mengkorelasikan data dari satu alat yang disimpan statis di suatu tempat yang jauh dari gangguan elektromagnetik lokal dengan alat lainnya yang berpindah-pindah (local, remote, f ar remote station) dan dilakukan dalam rentang waktu yang sama yang disinkronisasikan terhadap waktu UTC. (Agung, 2009) Sumber sinyal untuk metode magnetotellurik adalah medan magnetik yang berasal dari dalam dan luar bumi serta memiliki rentang frekuensi yang bervariasi. Medan magnet yang berasal dari dalam dikarenakan pergerakan antara mantel bumi terhadap inti bumi. Medan magnet yang berasal dari luar bumi adalah medan magnet yang dihasilkan di atmosfer dan magnetosfer. Semua sumber medan magnetik tersebut memiliki nilai yang bervariasi terhadap waktu, tetapi yang dimanfaatkan pada Metode Magnetotellurik hanya medan magnetik yang berasal dari luar bumi yang memiliki rentang frekuensi lebih besar. (Agung, 2009)
Gambar 2.2 Sketsa perambatan gelombang elektromagnetik di bawah permukaan bumi Sumber magnetik yang berasal dari luar bumi yaitu seperti peristiwa petir yang menyambar dan solar wind yang terjadi. Frekuensi yang dihasilkan oleh peristiwa solar wind 11
memiliki frekuensi lebih kecil dari 1 Hz sehingga jarak tembus medan magnetic menjangkau kedalaman yang cukup jauh. Frekuensi yang dihasilkan pada aktivitas petir atau kilat ialah di atas 1 Hz. Peristiwa ini terjadi di ionosfer dan menjalar hingga ke permukaan bumi. Ketika mencapai permukaan bumi secara otomatis medan magnet bumi akan mengalami perubahan. Jika perubahan medan magnet bumi terjadi berulang kali maka akan menghasilkan fluks magnet yang menginduksi arus listrik di bawah permukaan bumi dan menghasilkan medan magnet sekunder yang akan direkam oleh alat MT. (Simpson dan Bahr, 2005)
2.3 Persamaan Maxwell Persamaan Maxwell merupakan sintesa hasil-hasil eksperimen (empiris) mengenai
fenomena listrik − magnet yang didapatkan oleh Faraday, Ampere, Gauss, Coulomb disamping yang dilakukan oleh Maxwell sendiri. Penggunaan persamaan tersebut dalam metoda MT telah banyak diuraikan dalam buku-buku pengantar geofisika khususnya yang membahas metoda EM. Dalam bentuk diferensial, persamaan Maxwell dalam domain frekuensi dapat dituliskan sebagai berikut (Kadir, 2011). :
dimana : E : medan listrik (Volt/m) B : fluks atau induksi magnetik (Weber/m2 atau Tesla) H : medan magnet (Ampere/m) J : rapat arus (Ampere/m2) D : perpindahan listrik (Coulomb/m2) q : rapat muatan listri k (Coulomb/m3) Persamaan (1a) diturunkan dari hukum Faraday yang menyatakan bahwa perubahan fluks magnetik menyebabkan medan listrik dengan gaya gerak listrik berlawanan dengan variasi fluks magnetik yang menyebabkannya. Persamaan (1b) merupakan generalisasi teorema Ampere dengan memperhitungkan hukum kekekalan muatan. Persamaan tersebut menyatakan bahwa medan magnet timbul akibat fluks total arus listrik yang disebabkan oleh arus konduksi dan arus perpindahan. Persamaan (1c) menyatakan hukum Gauss yaitu fluks elektrik pada suatu ruang sebanding dengan muatan total yang ada dalam ruang tersebut. Sedangkan persamaan (1d) yang identik dengan persamaan (1c) berlaku untuk medan magnet, namun dalam hal ini 12
tidak ada monopol magnetik. Hubungan antara intensitas medan dengan fluks yang terjadi pada medium dinyatakan oleh persamaan berikut. (Kadir, 2011)
dimana : µ : permeabilitas magnetik (Henry/m)
ε : permitivitas listrik (Farad/m) σ : konduktivitas (Ohm -1/m atau Siemens/m) ρ : tahanan-jenis (Ohm.m) Untuk menyederhanakan masalah, sifat fisik medium diasumsikan tidak bervariasi terhadap waktu dan posisi (homogen isotropik). Dengan demikian akumulasi muatan seperti dinyatakan pada persamaan (1c) tidak terjadi dan persamaan Maxwell dapat dituliskan kembali sebagai berikut. (Kadir, 2011)
Tampak bahwa dalam persamaan Maxwell yang dinyatakan oleh persamaan (3) hanya terdapat dua variabel yaitu medan listrik E dan medan magnet H. Dengan operasi curl terhadap persamaan (3a) dan (3b) serta mensubstitusikan besaran-besaran yang telah diketahui pada persamaan (3) akan kita peroleh pemisahan variabel E dan H sehingga :
13
dimana x adalah E atau H, serta hubungan yang dinyatakan oleh persamaan (3c) dan (3d), maka kita dapatkan persamaan gelombang (persamaan Helmholtz) untuk medan listrik dan medan magnet sebagai berikut.
Perlu diingat bahwa pada persamaan tersebut di atas variabel E dan H merupakan fungsi posisi dan waktu. Jika variasi terhadap waktu dapat direpresentasikan oleh fungsi periodic sinusoidal maka :
dimana E0 dan H0 masing-masing adalah amplitudo medan listr ik
dan medan magnet, dan ω
adalah frekuensi gelombang EM. Dengan demikian persamaan (5) menjadi :
Pada kondisi yang umum dijumpai dalam eksplorasi geofisika (fr ekuensi lebih rendah
dari 104 Hz, medium bumi) suku yang mengandung ε (perpindahan listrik) dapat diabaikan terhadap suku yang mengandung σ (konduksi listrik) karena harga ωµσ ω µε >> 2 untuk µ µ π = 4 10 H/m -7 0 = . Pendekatan tersebut adalah aproksimasi keadaan kuasi-stasioner dimana waktu tempuh gelombang diabaikan. Eliminasi kebergantungan medan terhadap waktu seperti dilakukan untuk memperoleh persamaan (7) selain dimaksudkan untuk menyederhanakan persamaan juga untuk lebih mengeksplisitkan aproksimasi keadaan kuasi-stasioner tersebut. Dengan demikian, persamaan gelombang (5a) dan (5b) menjadi persamaan difusi sebagai berikut.
14
( Kadir, 2011)
2.4 Impedansi Bumi Homogen Gelombang EM dapat dianggap sebagai gelombang bidang yang merambat secara vertikal ke dalam bumi berapapun sudut jatuhnya terhadap permukaan bumi. Hal ini mengingat besarnya kontras konduktivitas atmosfer dan bumi. Penyelesaian persamaan gelombang (8a) dan (8b) yang merupakan persamaan diferensial orde 2 cukup kompleks mengingat semua variabel dapat bervariasi terhadap waktu dan posisi dalam sistem koordinat kartesian (x, y, z). Oleh karena itu akan kita tinjau permasalahan yang sederhana terlebih dahulu, yaitu untuk kasus medium homogen. Model bumi yang paling sederhana adalah suatu half-space homogen isotropik dimana diskontinyuitas tahanan-jenis hanya terdapat pada batas udara dengan bumi. Dalam hal ini setiap komponen horisontal medan listrik dan medan magnet hanya bervariasi terhadap kedalaman sehingga dekomposisi persamaan (8a) menghasilkan persamaan berikut (Saptaji, 2001) :
Secara umum eksponensial yang mengandung komponen bilangan imajiner dari k (e
±i z α ) menyatakan variasi sinusoidal gelombang EM terhadap kedalaman, sedangkan eksponensial yang mengandung komponen bilangan riil dari k (e ±βz ) menyatakan faktor atenuasi menurut sumbu z positif atau negatif. Konstanta A dan B ditentukan berdasarkan syarat batas (Saptaji, 2001).
Berdasarkan persamaan tersebut di atas, impedansi bumi homogen adalah suatu bilangan skalar kompleks yang merupakan fungsi tahanan-jenis medium dan frekuensi gelombang EM. Dalam hal ini impedansi yang diperoleh dari dua pasangan komponen medan 15
listrik dan medan magnet yang berbeda (E x / H y dan E y / H x ) secara numerik berharga sama mengingat simetri radial medium homogen atau medium 1-dimensi yang akan dibahas kemudian. Untuk selanjutnya impedansi bumi homogen disebut impedansi intrinsik (ZI = Zxy = - Zyx) (Saptaji, 2001).
2.5 Impedansi Bumi Berlapis Horizontal Dari solusi medan listrik dan medan magnet yang berlaku untuk bumi homogen tampak bahwa amplitudo gelombang EM mengalami atenuasi secara eksponensial terhadap kedalaman. Dengan menggunakan solusi tersebut kita dapat pula menghitung besarnya amplitudo gelombang EM pada suatu kedalaman tertentu. Skin depth didefinisikan sebagai kedalaman pada suatu medium homogen dimana amplitudo gelombang EM telah terreduksi menjadi 1/e dari amplitudonya di permukaan bumi (ln e = 1 atau e = 2.718 ...). Besaran tersebut dirumuskan sebagai berikut (Satrio, 2012):
dimana ρ adalah tahanan- jenis medium homogen atau ekivalensinya, ω = 2π f . Besaran skin depth digunakan untuk memperkirakan kedalaman penetrasi atau kedalaman investigasi gelombang EM. Untuk keperluan praktis digunakan definisi kedalaman
efektif yang lebih kecil dari skin depth yaitu δ/√2. Gambar 1 memperlihatkan kurva -kurva skin depth dan kedalaman efektif sebagai fungsi dari tahanan-jenis medium dan frekuensi gelombang EM. Dari persamaan (15) dan gambar 1 tampak bahwa makin besar tahanan-jenis medium dan perioda (T = f -1) gelombang EM maka kedalaman investigasinya makin besar (Satrio, 2012). Telah di bahas di atas bahwa impedansi yang dinyatakan sebagai perbandingan antara medan listrik (E) dan medan magnet (H) bergantung pada tahanan-jenis medium atau batuan. Dengan demikian, impedansi sebagai fungsi dari perioda memberikan informasi mengenai tahanan-jenis medium sebagai fungsi dari kedalaman. Berdasarkan hal tersebut metoda sounding MT dilakukan dengan merekam data berupa variasi medan li strik dan medan magnet pada beberapa perioda tertentu. Jika tahanan-jenis han ya bervariasi terhadap kedalaman, maka model yang digunakan untuk merepresentasikan kondisi ini adalah model 1-dimensi (1-D) (Satrio, 2012). Pada umumnya digunakan model yang terdiri dari beberapa lapisan horisontal dengan masing-masing lapisan bertahanan-jenis konstan atau homogen dan isotropis (model bumi
16
berlapis horisontal). Dalam hal ini parameter model adalah tahanan-jenis dan ketebalan tiap lapisan dengan lapisan terakhir berupa medium homogen (Satrio, 2012).
17
BAB III METODOLOGI
3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan Praktikum lapang workshop geofisika angkatan 2013 dengan menggunakan metode Magnetotelluric (MT) dilaksanakan pada tanggal 4 November 2016 hingga 10 November 2016 yang dilaksanakan di Agro Technopark Cangar, Bumiaji, Kota Batu, Jawa Timur.
Gambar 3.1 Lokasi Agro Technopark Cangar
3.2 Peralatan Peralatan yang digunakan pada waktu akuisisi data metode Magnetotelluric (MT) adalah sebagai berikut : 1. MTU ( Metronix adu-07e)
Gambar 3.2 MTU (Metronix adu-07e)
2. Porous Pot
18
Gambar 3.3 Porous Pot
3. Coil
Gambar 3.4 Coil
4. Kabel
Gambar 3.5 Kabel
19
3.3 Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan metode analisis data primer yang didapatkan langsung dari proses akuisisi yang dilakukan praktikan di kawasan wisata pemandian air panas Cangar, Kota Batu. Data yang digunakan merupakan hasil pembacaan alat yang dilakukan selama batas 3 jam . Dari data tersebut dilakukan pengolahan data (processing data) sehingga dapat dilakukan analisis data untuk kemudian dapat diketahui perkiraan penampang bawah permukaan daerah survey. 3.3.1 Akuisisi
Gambar 3.6 Desain Survey
Desain survey akuisisi metode Magnetotelluric (MT) dengan menggunakan dua line, jarak antar titik sebesar ±200 meter, kecuali pada titik day 6 memiliki jarak sebesar ±400 meter dan bentangan antara coil disetiap titik sebesar 30 meter. Mulai
Menggali Lubang untuk Porous Pot dan Coil
Menanam Porous Pot dan Coil Menghubungkan GPS dengan MTU
Melakukan Self Test 20
OK
Selesai
Not OK
Memulai Pengambilan Data
Menghubungkan Porous Pot dan Coil dengan MTU
Langkah awal yang dilakukan setelah mempersiapkan alat yaitu menggali lubag untuk menempatkan porous pot dan coil. Langkah selanjutnya adalah menghubungkan porouspot dan coil dengan kabel namun tidak dihubungkan dengan MTU. Selanjutnya, menghubungkan GPS dengan MTU. Setelah menghubungkan dengan kabel, dilakukan Self Test untuk mengetahui alat MTU dapat berfungsi dengan baik. Jika hasil Not OK, maka dilakukan Self test ulang hinggal mendapatkan hasil OK. Jika hasil OK, maka l angkah selanjutnya yaitu menghubungkan porous pot dan coil dengan MTU. Selanjutnya melakukan pengambilan data dengan 3 variasi frekuensi, yaitu High frequency (HF), Medium frequency (MF), serta Low frequency (LF) dengan nilai masing-masing 64 KHz, 4 KHz, dan 128 Hz. Setelah didapatkan data maka pengukuran selesai.
3.3.2 Pengolahan Data Mulai
Input Data ke Mappros
FFT
Digital Filtering
Seleksi Data
Konversi Data dengan format .EDI
Input Koordinat dan Elevasi di WinGlink
21
Aktivasi Line dan Stasiun yang akan diolah
Penampang Resistivitas 2D
Smoothing dan Koreksi
Edit Mesh
Inversi 2D
Langkah pertama adalah membuka perangkat lunak Mappros dan membuat survey baru pada menu File > Create Survey, seperti pada gambar 3.6. Selanjutnya membuat folder destinasi penyimpanan seperti gambar 3.7 dan megisi kolom dengan nama project yang diinginkan seperti gambar 3.8.
Gambar 3.7 Create Survey
Gambar 3.8 Destinasi Penyimpanan
22
Gambar 3.9 Pemberian nama project
Langkah selanjutnya setelah membuat project baru yaitu membuat Line baru pada menu Edit > Create Line, seperti pada gambar 3.9. Langkah berikutnya yaitu import data pada menu File > Easy ATS Import seperti pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Create Line
Gambar 3.11 Import Data
23
Gambar 3.12 Mencari lokasi data
Gambar 3.13 Setting Site dan Run
Pada gambar 3.12 untuk setting kolom site, jika pengambilan data pada stasiun pertama maka pada kolom diisi angka 1 dan jika pada stasiun kedua kolom diisi angka 2 dan dilakukan langkah yang sama pada stasiun selanjutnya. Sedangkan kolom run, jika data tersebut dilakukan pada running alat pertama maka kolom diisi angka 1 dan jika dilakukan pada running kedua maka diisi angka 2 dan dilakukan langkah yang sama pada running alat selanjutnya.
Gambar 3.13 Proses import data ATS
Langkah selanjutnya jika data ATS sudah terimport, maka dilakukan proses FFT pada menu Klik Kanan Run 1 > Start Processing seperti gambar 3.13. Selanjutnya memilih data dengan menu Add All seperti gambar 3.14
24
Gambar 3.14 Start Processing
Gambar 3.15 Add Data
Gambar 3.16 Proses FFT
Gambar 3.17 Hasil FFT
Langkah selanjutnya melakukan digital filter, untuk memperbaiki data dan data digital filter dibandingkan dengan data sebelum dilakukan digital filter. Jika data setelah dilakukan digital filter menjadi lebih buruk, maka tidak perlu di lakukan digital filter. Untuk melakukan digital filter dengan cara Klik Kanan Run 1 > Digital Filt er /32 atau /4. Seperti pada gambar 3.17.
25
Gambar 3.18 Digital Filter
Langkah berikutnya membuat folder result, untuk menggabungkan data LF, MF, dan HF menjadi satu result dengan cara Klik Kanan Site 1 > Create Result. Pada tampilan Create Result pada kolom setup diganti dengan STD seperti pada gambar 3.18.
Gambar 3.19 Proses Create Result
26
Gambar 3.20 Hasil penggabungan data pada satu result
Langkah selanjutnya seleksi data, untuk menghasilkan data yang lebih baik dengan cara menghapus data yang tertumpuk dan memilih data yang terbaik, seperti gambar 3.20.
Gambar 3.21 Hasil data setelah diseleksi
Setelah data terlihat lebih baik, langkah selanjutnya mengeksport data menjadi format .Edi
dengan
cara Klik Kanan Result > Eksport EDI > OK seperti
gambar 3.21.
27
Gambar 3.22 Eksport EDI
Pengolahan data selanjutnya menggunakan perangkat lunak WinGLink untuk mendapatkan penampang resistivitas dengan cara klik pada menu File > New Database seperti gambar 3.22, selanjutnya membuat destinasi penyimpanan seperti gambar 3.23. Langkah berikutnya akan muncul menu Database Properties seperti gambar 3.24 dan mengganti kordinat dan datumnya seperti gambar 3.25.
Gambar 3.23 New Database
28
Gambar 3.24 Destinasi Penyimpanan
Gambar 3.25 Database Properties
Gambar 3.26 Penggantian koordinat dan datum
Gambar 3.27 Ceklist Elevation
29
Selanjutnya mengaktifkan line dan stasiun yang akan dilakkukan sounding dan inversi 2D agar mendapatkan penampang resistivitas pada menu maps pada perangkat lunak WinGLink seperti gambar 3.27.
Gambar 3.28 Mengaktifkan stasiun pada line yang berwarna merah beserta stasiunnya
Langkah berikutnya yaitu dilakukan sounding pada menu sounding dengan cara ceklist pada Open Stations from List seperti gambar 3.28. Selanjutnya ceklist stasiun yang aktif pada satu line seperti gambar 3.29.
Gambar 3.29 Ceklist Open stations from list
30
Gambar 3.30 Ceklist stasiun yang aktif
Langkah Selanjutnya dilakukan smoothing dan koreksi shift pada setiap stasiun yang aktif untuk mendapatkan penampang yang lebih baik seperti gambar 3.30.
Gambar 3.31 Hasil smoothing dan koreksi shift
Setelah dilakukan sounding, langkah selanjutnya adalah inversi 2D dengan cara pilih line yang akan diinversi (ceklist use topography) > Ok seperti gambar 3.31.
Gambar 3.32 Memilih line yang akan diinversi
Langkah berikutnya dilakukan proses Mesh untuk membuat grid agar menghasilkan penampang resistivitas yang baik dengan cara klik pada menu Edit > Reset Mesh to Default > User Defined seperti pada gambar 3.32. Selanjutnya akan muncul menu setting mesh seperti gambar 3.33.
31
Gambar 3.33 Melakukan proses Mesh
Gambar 3.34 Menu setting Mesh
32
Gambar 3.35 Hasil setelah dilakukan proses Mesh
Langkah selanjutnya melakukan inversi 2D dengan cara klik pada menu Inversion > Run Smooth Inversion seperti gambar 3.35. Dan akan muncul menu untuk input iteration > Ok seperti gambar 3.36. Selanjutnya tunggu sampai proses iterasi selesai seperti gambar 3.37.
Gambar 3.36 Proses inversi 2D
Gambar 3.37 Input iteration
33
Gambar 3.38 Proses Iterasi
Gambar 3.39 Hasil Inversi 2D
34
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Analisa Pengukuran Pada desain survei Metode Magnetotelurik ini terdapat 5 titik pengambilan dengan membuat 2 line dengan masing-masing disetiap linenya terdapat 3 data dan 2 data kemudian kedua line tersebut di cross-kan. Hal itu dilakukan agar saat permodelan mendapatkan hasil yang maksimal baik secara mapping dan sounding . Pada hasil mapping dengan memproses data koordinat dan elevasinya sedangkan pada hasil sounding dilakukan pada 2 dimensi dengan memasukkan data edi pada setiap line. Dimana kedua hasil mapping dan sounding dilakukan dengan menggunakan Software WinGlink.
Gambar 4.1 Profil elevasi daerah pengukuran pada WinGlink Dari peta diatas, sesuai skala warna dapat diketahui bahwa daerah dengan warna cenderung biru memiliki elevasi yang rendah dibandingkan dengan daerah dengan warna hijau sampai kuning.
4.2 Analisa Pengolahan dan Permodelan Pada pengolahan pertama dengan Software Mappros, didapatkan persebaran data yang cukup baik, terkecuali pada day 4. Ini diakibatkan karena pada saat proses akuisisi berjalan terjadi hujan yang cukup lebat diiringi munculnya petir yang tentu akan mengganggu kualitas data yang terukur. Namun demikian, data pada day 4 tersebut masih dapat digunakan dan dipertanggung jawabkan hasilnya. Pengolahan yang dilakukan pada Software ini meliputi FFT untuk mengubah domain waktu ke domain frequency. Karena data yang didapatkan dari pengukuran berupa variasi medan EM dalam seri waktu. Tujuan pengubahan domain ini adalah 35
agar data dapat difilter, karena dalam proses filtering yang difilter adalah frequency bukan dalam domain waktu. Filtering yang digunakan adalah digital filtering untuk memfilter frequency yang dianggap sebagai noise dan meloloskan frequency yang dianggap sebagai data. Filtering yang digunakan adalah 1/32 dari frequency awal. Sehingga frequency yang diambil sebagai data adalah yang dibawah 1/32 dari frequency awal tersebut untuk tiap-t iap pita frequency nya (low, medium, dan high frequency). Digital filter ini diterapkan dengan trial and error . Karena ada kalanya digital filter justru membuat data yang didapatkan semakin buruk yang menunjukkan bahwa data tersebut dipenuhi oleh noise. Oleh karena itu, tidak semua data pada day 2 sampai 6 ini diambil yang sudah di filtering untuk maju ke tahapan selanjutnya (permodelan). Setelah proses filtering, maka data di seleksi untuk membuang data yang sekiranya mengganggu data asli, yakni data yang saling bertumpukan (cukup dipilih salah satunya) dengan antar dua titik yang terdekat.
Gambar 4.2 Proses filtering data
Permodelan dilakukan dengan menggunakan software WinGlink tanpa melewati proses editing pada MT Editor. Koreksi shift static dilakukan pada software ini, dan kurva resistivity & fase di-smoothing agar sedemikian mirip dengan kurva pada model sebenarnya baru kemudian dilakukan permodelan inversi.
36
Gambar 4.3 Pembuatan grid (mesh) untuk melakukan permodelan inversi
4.3 Analisa Hasil Permodelan 4.3.1 Line 1 Berdasarkan hasil permodelan pada line 1 dengan data pada day 2, day 4 dan day 5
dengan eror 5.8 % dapat dianalisa bahwa pada arah timur laut antara data day 4 dengan day 2 terdapat anomali tinggi dengan didapatkannya nilai resistivitas semu tinggi dengan warna hijau kekuningan yang dimungkinkan akibat dari sumber air panas di daerah cangar tersebut sedangkan pada arah barat laut data day 5 terdapatnya clay dengan nilai resistivitas semu yang rendah dengan ditandai warna merah hingga orange namun pada kedalaman kira-kira -500 mdpl terdapatnya anomaly yang sangat tinggi kemenerusan dari hasil data day 4 dan day 2.
Gambar 4.4 Peta Tahanan jenis line 1
37
Anomaly tinggi pada daerah ini mencapai nilai 400 ohm.m yang ditunjukkan oleh warna ungu, yang dapat dinterpretasikan sebagai intrusi batuan beku. Warna hijau kekuningan yang tersebar di bagian selatan diinterpretasikan sebagai batuan vulkanik, yang mungkin juga berfungsi sebagai reservoir panas bumi. Pada daerah ini penulis berasumsi bahwa manifestasi panas bumi yang muncul ke permukaan adalah sebagai akibat adanya patahan yang menembus permukaan, dan ini sesuai setelah dioverlay secara manual dengan lembar Geologi setempat dimana sesar yang dimaksud adalah sesar Cangar yang memang terpotong oleh line 1 ini. Model geologi sederhana untuk menggambarkan litologi batuan sesuai dengan peta tahanan jenis tersebut adalah sebagai berikut.
Intrusi Clay Sesar Cangar
Batuan vulkanik : reservoir?
Gambar 4.5 Model sederhana litologi pada line 1
4.3.2 Line 2 Sedangkan pada hasil permodelan pada line 2 dengan data pada day 2, day 3, dan day 6
dengan eror 5.5 % dapat dianalisa bahwa pada arah timur data day2 dan day 3 terdapatnya clay dengan nilai resistivitas semu yang rendah ditandai dengan warna merah ke orange namun pada kedalaman kira-kira -500 mdpl terdapat anomali tinggi. Sedangkan pada arah barat data day 6 terdapat anomali tinggi dengan didapatkannya nilai resistivitas semu sangat tinggi ditandai dengan warna biru muda ke ungu di sekitar elevasi 1000 mdpl hingga kedalaman 500 dibawah permukaan laut yang dimungkinkan akibat sebagai adanya intrusi batuan beku yang tersingkap hampir di permukaan. Sementara itu, anomaly tinggi berwarna biru muda hingga ungu yang tersebar di bagian selatan diinterpretasikan sebagai intrusi yang mampu menjadi batuan sumber panas (heat source). Warna hijau dengan nilai resistivitas berkisar pada 100 hingga 200 ohm.m diinterpretasikan sebagai batuan vulkanik yang mampu menjadi reservoir panas bumi.
38
Gambar 4.6 Peta tahanan jenis line 2 Area yang dicakupi oleh line 2 ini dapat digambarkan model geologi sederhana nya sepert berikut ini. Clay Batuan beku intrusi
Batuan Vulkanik : Reservoir?
Batuan beku intrusi
Gambar 4.7 Model litologi sederhana line 2
39
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Metode Magnetotelluric merupakan metode yang digunakan untuk mencari nilai tahanan jenis atau resistivitas batuan bawah permukaan bumi dengan memanfaatkan variasi nilai medan electromagnet dalam seri waktu. Metode MT sering digunakan dalam eksplorasi panas bumi. Pada penelitian kali ini didapatkan data yang hampir kesemuanya baik meskipun ada 1 titik yang sedikit mengalami gangguan saat pengukuran sehingga menurunkan kualitas data. Dari hasil pengolahan awal dengan Mappros, didapatkan kenyataan bahwa tidak semua data yang difilter menjadi lebih baik kualitasnya, dalam banyak kasus justru filtering tidak perlu diterapkan. Setelah dilakukan permodelan dengan WinGlink, diketahui bahwa litologi yang mendukung adanya sistem panas bumi dibawah permukaan daerah penelitian adalah clay sebagai batuan penudung, batuan vulkanik yang dapat menjadi batuan reservoir, dan intrusi batuan beku yang dapat menjadi sumber panas untuk sistem panas bumi didaerah ini. Selain itu, manifestasi panas bumi dipermukaan berupa mata air panas (hotspring) yang ditemukan di area penelitian dikontrol oleh keberadaan sesar Cangar. Melihat harga eror permodelan yang cukup rendah (sekitar 5%), maka dapat dikatakan bahwa permodelan yang dilakukan cukup dapat dipertanggung jawabkan.
5.2 Saran Untuk menghasilkan data yang lebih baik dan semakin dapat dipertanggung jawabkan, hendaknya pengolahan tidak hanya dilakukan pada Mapros, namun juga dengan menggunakan MT Editor. Selain itu, untuk pengambilan data dalam skala yang lebih besar (lebih professional), maka lebih baik dilakukan pada musim non hujan agar data yang didapatkan tidak banyak terpengaruh oleh noise, dan kondisi tanah pun menunjukkan keadaan sebenarnya tanpa pengaruh dari air hujan.
40
DAFTAR PUSTAKA Agung, L., 2009, Pemodelan Sistem Geothermal dengan Menggunakan Metode Magnetotelurik di Daerah Tawau, Sabah, Malaysia, Universitas Indonesia , Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Depok. Kadir, T.V.S., 2011, Metode Magnetotellurik (MT) Untuk Eksplorasi Panas Bumi Daerah Lili, Sulawesi Barat dengan Data Pendukung Metode Gravitasi, Universitas Indonesia, Kekhususan Geofisika Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Depok. Saptaji, Ir. N.M. Ph.D, 2001, Tehnik Panas Bumi, Institud Teknologi Bandung, Departemen Teknik Perminyakan, Fakultas Ilmu Kebumian dan teknologi Mineral, Bandung. Satrio, A., Koesuma, S., 2012, Identifikasi Panasbumi di Daerah Ngijo dan Pablengan Karanganyar Menggunakan Metode Audio Magnetotelurik, ISSN: 2089-0133, Indonesia Journal of Applied Physics Vol. 2. No.2: 198. Simpson, F. dan Bahr, K., 2005, Practical Magnetotellurics, Cambridge University Press. Tim Survey Terpadu Geologi dan Geokimia PSDG. 2010. Laporan Akhir Survey Geologi dan Geokimia Daerah Panasbumi Arjuno-Welirang Kabupaten Mojokerto dan Malang Provinsi Jawa Timur. Laporan Akhir Pusat Sumber Daya Geologi. Bandung VSI. 2014. Gunung Arjuno-Welirang. Retrieved from VSI ESDM Web Site: http://www.vsi.esdm.go.id/index.php/gunungapi/data-dasargunungapi/544-garjuno-welirang?start=2
41
