JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA VOLUME 6, NOMOR 2 JUNI,2010

Studi Gempa Mikro untuk mendeteksi Rekahandi area Panas bumi Kamojang Kabupaten Garut

Anik HilyahProgram Studi Geofisika, Jurusan Fisika,

FMIPA-Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111

IntisariLapangan geothermal Kamojang terletak pada jalur gunungapi yang pembentukannya dikontrol oleh proses-

proses geologi yang diindikasikan oleh adanya sesar lokal atau rekahan yang merupakan salah satu penyebabtimbulnya gempa. Dalam periode bulan Maret 2004 - Februari 2005 tercatat gempa mikro 275 kali dan gempajauh 115 kali. Gempa mikro sebagian besar terjadi dalam area panasbumi Kamojang yang disebabkan karenapergerakan struktur dan perubahan fase air panas menjadi uap dari fluida injeksi. Sedangkan diluar area tersebutbanyak terjadi gempa jauh karena aspek tektonik. Pola penyebaran episenter menunjukkan arah aliran fluidainjeksi pada umumnya cenderung menuju ke daerah dengan sumur produksi yang masih aktif namun ada jugafluida injeksi yang bergerak kearah Baratlaut - Tenggara yang mengikuti rekahan-rekahan di daerah tersebut.Sedangkan dari distribusi hiposenter menunjukkan kedalaman mulai dari 0,02 km sampai dengan 17,01 km.Hiposenter sebagian besar berada di bawah zona reservoar dan sebagian lagi tepat di zona reservoar, yaitu padaelevasi 0 sampai - 3 km. Dari penampang proyeksi hiposenter yang membujur dari Barat ke Timur menunjukkangejala dengan kemiringan ke arah Baratdaya - Timurlaut, hal ini sesuai dengan pola struktur zona sesar.

KATA KUNCI: gempa, panasbumi, rekahan

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Eksplorasi lapangan panasbumi Kamojang telah dimulaipada tahun 1918. Aktifitas penelitian dilanjutkan denganpemboran berkedalaman 128 m di tahun 1926. Eksplorasi ter-padu yang dilakukan sejak tahun 1964 menunjukkan lapanganKamojang adalah lapangan sistem uap kering dengan potensi300 MWe [1]. Pada tahun 1996 sampai sekarang lapanganKamojang menghasilkan listrik 140 MWe. Dan pada masayang akan datang direncanakan penambahan kapasitas sebe-sar 60 MWe. Lapangan panasbumi Kamojang merupakan sis-tem dominasi uap yang cenderung kehabisan air, oleh karenaitu perlu dilakukan reinjeksi berdasarkan kondisi reservoir.Pada masa produksi terjadi perubahan tekanan, temperaturdan fasa fluida panasbumi. Hal ini merupakan salah satupenyebab gempa bumi mikro dalam reservoir [2]. Oleh karenaitu dengan dilakukan monitoring gempa bumi mikro (MicroEarthquake) dapat diketahui perubahan fisik dan hidrologireservoir dari pemetaan distribusi hiposenter dan episenteryang dihasilkan.

E-MAIL: anik@physics.its.ac.id

1

Gambar 1: Lokasi daerah penelitian (Pertamina AG Kamojang)

B. Lokasi dan Potensi

Lapangan panasbumi Kamojang berada dalam wilayahKabupaten Garut, Jawa Barat. Lapangan ini berjarak pm17 km Baratlaut Garut atau pm 42 km Tenggara Bandung,dan berada pada ketinggian 1640 - 1750 m diatas permukaanlaut. Secara geografis, lapangan Kamojang terletak pada po-sisi 10737,5 - 10748 BT dan 75,5 - 716,5 LS. Sebagailapangan panasbumi pertama di Indonesia, lapangan Kamo-jang berpotensi 300 MWe. Melalui 24 sumur produksi, de-wasa ini telah dihasilkan energi listrik 140 MWe dan akandikembangkan hingga 200 MWe [3].

c Jurusan Fisika FMIPA ITS 100208-1

J. FIS. DAN APL., VOL. 6, NO. 2, JUNI 2010 ANIK H

II. KONDISI LAPANGAN PANASBUMI KAMOJANG

A. Struktur Geologi

Ada tiga kelompok utama struktur geologi yang berpen-garuh di lapangan panasbumi Kamojang (Robert, D, 1987).Pertama, dinding kaldera di bagian barat disebut sebagaistruktur sesar yang paling produktif di daerah Kamojang. Ke-dua, sepasang struktur graben (terletak di bagian timur danbaratdaya), masing-masing dipisahkan oleh struktur horst.Sedangkan yang ketiga adalah dua sistem sesar geser be-rarah Timurlaut-Baratdaya. Sesar geser pertama (paling utara)menutup salah satu sumbu sumber panas di lapangan panas-bumi ini. Sedangkan sesar geser yang terdapat di bagian se-latan menggambarkan arah gerakan kekiri (left lateral fault)dan merupakan zona permeabilitas buruk (poor permeabilityzone).

B. Stratigrafi Lapangan

Permana (1986) memperkirakan ada tiga satuan stratigrafidaerah Kamojang. Satuan stratigrafi Gunungapi PangkalanPurba, sebagai satuan tertua, membentang dari barat DanauPangkalan hingga Gunung Masigit. Satuan Gunungapi Gen-erasi Kedua, terdiri dari Gunung Pogor, Gunung Cakra, Gu-nung Gandapura dan Gunung Gajah. Terakhir, satuan strati-grafi Gunungapi Kerucut Parasit, diantaranya Gunung Gun-tur dan Gunung Cibatuipis. Batuan vulkanik yang ada didaerah ini berasal dari berbagai sumber erupsi, dipengaruhioleh struktur geologi (tektonik) dan ubahan hidrotermal yangkuat, sehingga sulit sekali mengenali asal batuan. Olehsebab itu stratigrafi lapangan panasbumi di Kamojang dis-usun berdasarkan lapisan demi lapisan dari jenis batuan yangdiperoleh selama operasi pemboran, sedangkan penamaannyadilengkapi dengan intensitas ubahan.

III. DASAR-DASAR FISIS

A. Pengertian Umum Sistem Panasbumi

Energi panas yang dimiliki oleh uap air atau air panas padadasarnya berasal dari magma dalam perut bumi. Magma inimengalirkan energi panasnya secara konduksi pada lapisanbatuan yang impermeabel berupa bedrock. Diatas bedrockini terdapat lapisan batuan permeabel yang berfungsi sebagailapisan akuifer (pembawa air). Air dalam lapisan akuifer be-rasal dari air hujan dan mengambil energi panas dari bedrocksehingga suhunya meningkat dan bergerak naik ke permukaanbumi akibat adanya perbedaan berat jenis. Pada saat air panasini bergerak ke atas maka tekanan hidrostatisnya turun, sam-pai pada suatu kedalaman tertentu dimana tekanan ini lebihrendah daripada tekanan uap pada temperatur air panas yangbersangkutan [4]. Kemudian air tersebut akan mengalamipenguapan sehingga terbentuklah sistem reservoar. Sistem

Gambar 2: Model reservoar panasbumi (Geothermal Education Of-fice - US)

reservoar ini dimungkinkan karena diatas lapisan akuifer ter-dapat batuan impermeabel yang dikenal dengan caprock[5].

B. Peranan Gempa Bumi Mikro dan Sistem Panasbumi

1. Dalam eksplorasiPengamatan gempa mikro pada eksplorasi panasbumiadalah untuk meneliti retakan berpotensi (sesar aktif)yang mempunyai permeabilitas dan porositas tinggi,melokalisir perkiraan daerah prospek panasbumi dankalau memungkinkan dapat membantu menentukan po-sisi bor [6].

2. Dalam ProduksiDari pola kejadian gempa mikro yang dipantau dan jugareinjeksi air, akan dapat ditarik kesimpulan mengenaikarakteristik pengisian recharge retakan-retakan besaryang sangat mempengaruhi pengisian reservoar secarakeseluruhan [7]. Karakteristik pengisian kembali reser-voar ini penting diketahui untuk melakukan pemeli-haraan agar tidak terjadi ketimpangan air dalam reser-voar yang pada gilirannya nanti akan mengakibatkanpenurunan produksi.

C. Gelombang Seismik

Gelombang gempa disebut juga gelombang seismik terjadikarena beberapa proses atau aktifitas geologi yang terjadi padaatau sekitar sumber panasbumi. Getaran gelombang seismikyang relatif kecil hanya dapat dideteksi dengan alat seismo-graf di suatu tempat di permukaan bumi yang dipasang dalamjaringan gempa mikro yang telah ditentukan.

Dua jenis gelombang utama adalah gelombang body dangelombang permukaan. Gelombang body menjalar melewatilapisan dalam bumi, tapi gelombang permukaan hanya dapatbergerak di permukaan bumi. Gempa menjalarkan energi seis-mik sebagai gelombang body dan gelombang permukaan [8].Namun pada gempa mikro yang digunakan hanya gelombangbody saja.

Jenis pertama gelombang body adalah gelombang P ataugelombang primer atau gelombang longitudinal atau gelom-bang kompresi. Dengan kecepatan antara 1,5 dan 8 km perde-tik dalam kerak bumi. Gelombang P bergerak melewati bat-

100208-2

J. FIS. DAN APL., VOL. 6, NO. 2, JUNI 2010 ANIK H

uan padat dan fluida. Gelombang P adalah gelombang seis-mik tercepat dan akan terbaca pertama pada seismograf. Ke-cepatan gelombang P, yaitu:

Vp =

+ 2

=

M

(1)

dengan Vp = kecepatan gelombang P, = konstanta Lame, = modulus geser, = densitas dan M = modulus gelombang P.

Jenis kedua gelombang body adalah gelombang S ataugelombang sekunder atau gelombang transversal, yaitugelombang kedua pada gempa, juga dikenal sebagai gelom-bang geser, menjalar lebih lambat, biasanya pada 60% sampai70% dari kecepatan gelombang P dan hanya dapat melintasibatuan padat [9]. Gelombang S menjalar lebih lambat dari-pada gelombang P, sehingga akan terekam seismograf setelahgelombang P. Kecepatan gelombang S, yaitu :

Vs =

(2)

Pada daerah Kamojang diperkirakan jenis batuan yangdominan adalah basalt dan andesit dengan kecepatan gelom-bang P sekitar 6 km/detik dan kecepatan gelombang S 3,34km/detik. Harga perbandingan kedua kecepatan gelombangini atau Vp/Vs adalah kira-kira 1,8. Selanjutnya harga-harga tersebut digunakan dalam perhitungan parameter gempamikro.

D. Parameter Gempa

Magnitudo

Ukuran dari kekuatan gempa disebut magnitudo, yaitu pa-rameter gempa yang mengukur besarnya energi gempa yangdilepaskan dari sumbernya. Jadi pengukuran magnitudo yangdilakukan di tempat yang berbeda harus menghasilkan hargayang sama walaupun gempa yang dirasakan di tempat-tempattersebut tentu berbeda.

Estimasi Kedalaman Pusat Gempa Mikro

Kedalaman fokus Z dapat ditentukan dari beberapa per-samaan, misalnya untuk n stasiun tertentu terdapat n per-samaan pula. Jika kita uraikan persamaan diatas untuk se-tiap stasiun dan kemudian seluruh suku berdorde 2 dalamX, Y, Z dan T dikeluarkan dengan jalan mengurangkanberturut-turut antara dua buah persamaan masing-masing sta-siun. Maka persamaan di atas untuk dua buah stasiun dapatditulis menjadi:

(X2 X1)X + (Y2 Y1) y +(Z2 Z1)Z V 2 (T2 T1)T

=V 2(T 21 T 22

)+X22 + Y

22 + Z

22 X21 Y 21 Z21

2(3)

Gambar 3: Jumlah gempa selama satu tahun

Gambar 4: Bentuk getaran gempa mikro

Jadi untuk n buah stasiun terdapat n-1 persamaan dengan 4buah bilangan tak diketahui yaitu X, Y, Z dan T.

Z =

V 2 (Ti T)2 +

(Xi X)2 +

(Yi Y)2

n(4)

IV. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

A. Pengumpulan Data

Pada lapangan panasbumi Kamojang terdapat empat sta-siun pengamatan gempa. Dari keempat stasiun pengamatangempa tersebut telah dikumpulkan data dari seismogram se-banyak 390 kali kejadian gempa dengan gempa lokal ataugempa mikro sebanyak 275 kali dan gempa jauh sebanyak115 kali. Khusus untuk area panasbumi Kamojang tercatat181 kali kejadian gempa dengan gempa mikro sebanyak 177dan gempa jauh sebanyak 4 kali. Gempa banyak terjadi padabulan Maret 2004 dan Februari 2005 dan paling sedikit padabulan Januari 2005.

B. Pembahasan

Gempa mikro sebagian besar terjadi dalam area panas-bumi Kamojang yang disebabkan karena injeksi fluida, sedan-gkan diluar area tersebut banyak terjadi gempa jauh. Gempajauh tersebut umumnya dikarenakan air permukaan pada ja-man dahulu masuk jauh ke dalam bumi yang kemudianmengumpul sehingga pada periode tertentu dan karena adanyastruktur yang mengontrol akan bergerak dan menyebabkangempa. Kelompok besar gempa jauh ini terletak di daerah

100208-3

J. FIS. DAN APL., VOL. 6, NO. 2, JUNI 2010 ANIK H

Danau Ciharus. Gempa jauh juga bisa disebabkan oleh akti-fitas tektonik dan vulkanik yang cukup besar yang terjadi ditempat lain.

Pada gambar diatas magnitudo rata-rata gempa mikro yaitusebesar 1,08 Skala Richter dan magnitudo rata-rata gempajauh sebesar 5,22 Skala Richter. Pengelompokkan gempamikro dan gempa jauh berdasarkan pada range magnitudonyaseperti yang telah dijelaskan di bagian sebelumnya.

Distribusi episenter

Gambar 5 menunjukkan distribusi episenter tidakmerata untuk seluruh daerah penyelidikan tetapi ter-jadi pengelompokan-pengelompokan. Pengelompokan-pengelompokan ini terutama terjadi di sekitar daerah aktifatau tidak stabil sumber panasbumi. Setiap titik posisi episen-ter tersebut menunjukkan indikasi atau merupakan fungsi darikeaktifan sesar. Oleh sebab itu dapat disimpulkan bahwa,pada daerah-daerah dengan pengelompokkan episenter yangdisebutkan diatas, aktifitas geologinya sangat tinggi, sepertidi sekitar danau Pangkalan dan daerah sebelah baratdayaG.Cibatuipis (Darajat) yang merupakan daerah prospekpanasbumi juga. Untuk daerah sekitar danau Pangkalansudah terbukti dari penelitian sebelumnya bahwa daerahtersebut memiliki prospek cukup baik untuk panasbumi,sehingga saat ini telah dilakukan pemboran-pemboran olehPertamina yang sampai sekarang telah berproduksi darisekian sumur yang telah dibor untuk dimanfaatkan sebagaiPLTP [3].

Pola distribusi episenter secara garis besar terletak disekitarsumur injeksi dengan arah aliran fluida injeksi kearah sumurproduksi yang masih aktif, namun ada juga fluida injeksi yangbergerak kearah Baratlaut-Tenggara yaitu mengikuti rekahan-rekahan di daerah tersebut.

Distribusi hiposenter

Distribusi vertikal penyebaran pusat-pusat gempaberhubungan dengan kedalaman dan jalur sesar, sehinggadapat menunjukkan dugaan adanya sesar aktif pada zona-zonalemah tersebut. Pada area panasbumi Kamojang hiposenterterletak pada kedalaman mulai dari 0,02 km sampai kedala-man -17,01 km yang sebagian besar berada di bawah zonareservoar dan sebagian lagi tepat di zona reservoar, yaitugempa dengan elevasi 0 sampai 3 km.

Jika diperhatikan penyebaran dari posisi gempa yangkedalaman fokusnya dangkal tersebut, ternyata posisi penye-barannya tidak jauh dari sumber panasbumi dan agak men-gelompok. Jelas bahwa gempa mikro yang terjadi padakedalaman tersebut, diperkirakan penyebabnya berupa aktifi-tas dan proses-proses yang terjadi di reservoar tersebut sepertitransfer panas fluida yang berlangsung terus-menerus. Sedan-gkan pada bagian yang lebih dalam, penyebaran pusat gempalebih merata dan tidak berpola dengan frekuensi yang lebihrendah. Umumnya gempa jauh berada pada kedalaman ini.Hal ini diperkirakan penyebabnya dari aktifitas sesar yang

lebih dalam atau pengangkatan oleh sumber panas sepertimagma yang diselingi oleh aspek tektonik regional. Namunada juga beberapa gempa jauh yang terletak dekat dengan per-mukaan hingga sampai -20 m yang letaknya diluar lapanganpanasbumi Kamojang. Sedangkan gempa jauh pada daerahlapangan panasbumi Kamojang letaknya sangat dalam sekitarlebih dari -20 km, yang terekam pada bulan Mei dan Desem-ber 2004. Distribusi gempa mikro pada kedalaman di bawahpermukaan laut menunjukkan aktifitas pergerakan fluida be-rada dalam zona akuifer panas, sehingga disimpulkan bahwafluida injeksi telah mencapai zona akuifer dalam yang kemu-dian mengalami pemanasan sampai mencapai boiling.

Proses pemanasan untuk mencapai perubahan dari fase airpanas ke fase uap yang lebih kecil menimbulkan pelepasanenergi yang kemudian terekam sebagai gempa mikro denganmagnitudo kecil. Penampang proyeksi melintang dari pusatgempa ini sesuai dengan pola struktur geologi yang ada diKamojang, dimana zona yang membujur dari Barat ke Timurmenunjukkan gejala dengan kemiringan ke arah Baratdaya -Timurlaut, hal ini sesuai dengan pola struktur zona sesar (li-hat gambar berikut ini).

V. SIMPULAN

1. Hasil penyelidikan aktifitas gempa mikro selama 1tahun, mulai Maret 2004 sampai Februari 2005, me-nunjukkan tingkat kegempaan di lapangan panasbumiKamojang dan sekitarnya cukup tinggi, yaitu 390gempa yang terdiri dari 115 gempa jauh dan 275 gempamikro. Frekuensi gempa terbanyak terjadi pada Maret2004 dan Februari 2005 dan paling sedikit pada Januari2005.

2. Distribusi episenter mengindikasikan arah fluida in-jeksi yang cenderung menuju ke daerah dengan banyaksumur produksi yang masih aktif, namun ada juga flu-ida injeksi yang bergerak kearah Baratlaut - Tenggarayaitu di sekitar sumur injeksi Kmj-21 yang mengikutirekahan di daerah tersebut.

3. Distribusi hiposenter menunjukkan kedalaman 0,02sampai -17,01 km yang sebagian besar berada di reser-voar dan di bawah zona reservoar yaitu pada elevasi0 sampai -3 km. Penampang hiposenter menunjukkanakumulasi dengan kemiringan Baratdaya - Timurlautyang sesuai dengan pola struktur zona sesar.

4. Gempa mikro yang terjadi di area Kamojang dise-babkan karena perubahan fase air panas menjadi uapdari fluida injeksi yang terjadi di sepanjang rekahan-rekahan dalam reservoir. Perubahan fase ini kemudianmenyebabkan tekanan pada rekahan-rekahan. Sedan-gkan diluar area tersebut banyak terjadi gempa jauhkarena aspek tektonik.

100208-4

J. FIS. DAN APL., VOL. 6, NO. 2, JUNI 2010 ANIK H

1

##

###

##

##

##

####

##

# # #

# #

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

##

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#####

##

#

##

#

#

#

#

#

#

######

#

#

#

#

#

###

##

#

#

#

#

#

#

##

#

#

#

#

#

#

##

#

#

#

##

#

##

#

#

#

#

##

#

#

###########

#

#

#

####

#

##

#

#

##

#

#

#

#

##

#

#

#

#

#

###

#

#

#####

#

#

#

#

#

#

#

###

#

########

#

#

#

#

######

#

##

#

#

###

#########

#

#

#

#

#

#

#

#

#

###

#

#

#

#

#

#####

#

#

45

38

3352

3128

3441

2265

26

6240

4630

56

51

44

11

14

1767K M J-4 6

K M J-2 1

K M J-1 5K M J-3 5

K M J-5 5

S ta . II I

S ta . IV

S ta . IS ta . II

F C ib itun g

F C iha ru s

F C ina n g s i

Dan au C iha rus

F P ate n g te u ng

F C iw e lira ng

F K en d a n g

G Sa ng gar

G G an dap ura

F C ite pus

G G a

N

804000

804000

806000

806000

808000

808000

810000

810000

812000

812000

9206000 9206000

9208000 9208000

9210000 9210000

9212000 9212000

=4

G em pa M ik r o = 177#

G em pa Jau h = 4#

S tas iu n M EQ#

Sum ur In jeks i#

Sum ur P ro duk s i#

Bata s L apa ng an

Pata ha n

Rim

K e te ra n g a n

Gambar 5: Distribusi episenter selama satu tahun

Gambar 6: Penampang hiposenter Barat - Timur area panasbumiKamojang & sekitarnya hasil pengolahan dengan MEQ-Soft.

[1] API,A Silver Year of Indonesian Geothermal Development - ALesson Learn, Proceeding of The 6th Indonesian Geothermal As-sociation - Annual Meeting and Conference, Bandung, 2003.

[2] API, Klasifikasi Potensi Energi Panasbumi, Media API edisiSeptember, Jakarta, 1999.

[3] Muh.Yustin Kamah, Laporan Periodik Monitoring Gempa Mikro(MEQ) Desember 2003 - Juli 2004, Geoscience Engineering,Pertamina Area Geothermal Kamojang, 2004.

[4] API, 1993, Geothermal Reservoir Engineering (PT Loka Data-mas Indah, Jakarta, 1993).

[5] Malcolm A. Grant, Ian G.Donaldson, Paul F.Bixley, GeothermalReservoir Engineering ( Academic Press, London, 1982).

[6] John M.Reynolds, An Introduction to Applied and EnviromentalGeophysics( John Wiley & Sons, UK, 1997).

[7] Prof.Manfred P.Hochstein, Geophysical Methods: Explorationof Mineral Deposit, Geophysical Courses Series, HAGI, Ban-dung, 2000.

[8] R.E.Sherif, L.P.Geldart, Exploration Seismology, ( CambridgePress, University of Houston, Melbourne, 1995).

[9] David Gubbins, Seismology and Plate Tectonics,( CambridgeUniversity Press, University of Leeds, Cambridge, 1990).

[10] L.Rybach, L.J.P.Muffler, Geothermal System: Principles andCase Histories ( John Wiley & Sons, Great Britain, 1981).

100208-5