SURVEI MAGNETOTELURIK (MT) DAN TIME DOMAIN ELECTROMAGNETIC (TDEM)

DAERAH PANAS BUMI DOLOK MARAWA, KABUPATEN SIMALUNGUN

PROVINSI SUMATERA UTARA

Asep Sugianto1), Sri Widodo1), Dhonna Yulianty2), dan Tanti Indriani2) 1)Kelompok Penyelidikan Panas Bumi dan 2)Bidang Sarana Teknik,

Pusat Sumber Daya Geologi

SARI

Survei Magnetotelurik (MT) dan Time Domain Electromagnetic (TDEM) telah dilakukan

di daerah panas bumi Dolok Marawa pada tahun 2015. Secara administrasi daerah tersebut

terletak di Kecamatan Silau Kahean, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara.

Manifestasi panas bumi muncul berupa sebaran mata air panas di sekitar Bukit (Dolok) Tinggi

Raja dengan temperatur antara 37oC hingga 65oC. Survei ini bertujuan untuk memperoleh

informasi struktur tahanan jenis bawah permukaan yang berkorelasi dengan sistem panas

bumi. Pengukuran MT dan TDEM telah dilakukan pada 43 titik ukur yang tersebar membentuk

7 lintasan berarah baratdaya-timurlaut dengan jarak antar titik ukur sekitar 500 m.

Hasil survei MT dan TDEM memperlihatkan adanya zona tahanan jenis rendah di

sekitar Dolok Tinggi Raja yang melebar ke arah timur dan selatan. Dari hasil pemodelan

tahanan jenis MT 2D, nilai tahanan jenis rendah tersebut tersebar dari dekat permukaan

hingga kedalaman sekitar 500 m dengan pola memanjang dari baratdaya hingga ke timurlaut.

Nilai tahanan jenis rendah yang berada di sekitar mata air panas Tinggi Raja, Balakbak, dan

Partulatula diinterpretasikan sebagai batuan ubahan yang berperan sebagai batuan penudung

pada sistem panas bumi di daerah ini. Berdasarkan hasil kompilasi dengan data terdahulu,

daerah prospek panas bumi diperkirakan terletak di sekitar Dolok Tinggi Raja melebar ke arah

timur dan selatan dengan luas sekitar 4 km2.

PENDAHULUAN

Daerah panas bumi Dolok Marawa

merupakan salah satu lokasi panas bumi

yang terletak di Pulau Sumatera. Daerah

tersebut berada di sebelah timurlaut Danau

Toba dan di sebelah tenggara Pembangkit

Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

Sibayak. Secara administrasi termasuk

kedalam Kecamatan Silau Kahean,

Kabupaten Simalungun, Sumatera Utara.

Keberadaan potensi panas bumi dicirikan

dengan munculnya beberapa manifestasi

panas bumi permukaan. Manifestasi

tersebut berupa mata air panas dan kolam

panas dengan temperatur antara antara

37oC hingga 65oC. Penelitian

kepanasbumian telah banyak dilakukan

sejak tahun 1972 hingga sekarang.

Diantaranya inventarisasi dan penyelidikan

pendahuluan gejala panas bumi di daerah

Sumatera Utara (Akbar, 1972),

penyelidikan geologi dan geokimia

(Setiawan, dkk., 2006), penyelidikan gaya

berat dan magnet (Suryakusuma, dkk.,

2006), penyelidikan geolistrik (Zarkasyi,

dkk., 2006), penyelidikan terpadu geologi,

geokimia, dan geofisika (Sundhoro, dkk.,

2006), dan survei gaya berat dan audio

magnetotelurik (Sugianto, dkk, 2015).

Dalam rangka menindaklanjuti penelitian

sebelumnya, maka pada tahun 2015 telah

dilakukan survei magnetotelurik (MT) dan

time domain electromagnetic (TDEM).

Survei ini bertujuan untuk memperoleh

informasi struktur tahanan jenis bawah

permukaan yang berkorelasi dengan

sistem panas bumi.

Metode MT merupakan metode

geofisika yang sering digunakan dalam

survei panas bumi karena memiliki

penetrasi yang dalam >5 km dan dapat

mendeteksi lapisan konduktif diantara

lapisan batuan resistif yang tebal (Ushijima,

dkk., 2000). Penggunaan metode MT

dalam eksplorasi panas bumi telah banyak

dipublikasikan, diantaranya oleh Mulyadi

dan Guntur (1998), Ushijima dkk. (2005),

Uchida (2005), Sugianto, dkk. (2010), dan

Sugianto, dkk. (2011).

Data MT yang terukur di lapangan

umumnya mengalami distorsi akibat

adanya struktur 3D di dekat permukaan,

sehingga menimbulkan efek statik

(Sugianto, 2014). Efek statik atau static

shift tersebut dapat diselesaikan melalui

koreksi data MT dengan data time domain

electromagnetic (TDEM), seperti telah

dibahas antara lain oleh Jones (1988),

Sternberg, dkk. (1988). Karena itu, pada

survei ini dilakukan pengukuran MT dan

TDEM, dimana data TDEM akan

digunakan untuk mengkoreksi efek statik

pada data MT.

Geologi dan Manifestasi Panas Bumi

Secara geologi daerah Dolok

Marawa didominasi oleh batuan vulkanik

berupa aliran dan jatuhan piroklastik

produk letusan Toba, lava Sipapagus, lava

Bahtopu yang berumur Kuarter. Selain

produk vulkanik ditemukan juga batuan

sedimen seperti endapan travertin dan

aluvium (Gambar 2). Di sekitar Bahbutala

ditemukan batugamping yang berumur

Tersier dan diperkirakan sebagai batuan

dasar daerah ini. Struktur geologi yang

berkembang di daerah ini berupa sesar

yang berarah baratdaya-timurlaut dan

baratlaut-tenggara (Setiawan, dkk, 2006).

Aktivitas panas bumi di daerah ini dicirikan

dengan munculnya beberapa manifestasi

panas bumi permukaan. Manifestasi

tersebut berupa mata air panas dan kolam

air panas dengan temperatur antara 37oC

sampai 65oC. Manifestasi tersebut muncul

di beberapa lokasi dan menyebar di sekitar

perbukitan (dolok) Tinggi Raja. Di sekitar

manifestasi terdapat endapan travertin

yang tersebar cukup luas.

METODE

Metode yang digunakan dalam

survei ini adalah metode magnetotelurik

(MT) dan Time Domain Electromagnetic

(TDEM). Metode TDEM digunakan untuk

koreksi statik data MT karena data MT yang

terukur di lapangan umumnya mengalami

distorsi sehingga menimbulkan efek statik.

Pengukuran data MT dan TDEM telah

dilakukan pada 43 titik ukur yang tersebar

membentuk 7 lintasan berarah baratdaya-

timurlaut dengan jarak antar titik ukur

sekitar 500 m (Gambar 3). Sebaran titik

ukur MT dan TDEM tersebut didesain

sedemikian rupa agar melingkupi seluruh

perkiraan daerah prospek.

Pemodelan data MT dilakukan

dengan inversi 2D menggunakan algoritma

Non Linear Conjugate Gradient (NLCG)

dari Rodi dan Mackie (2001). Data yang

digunakan dalam pemodelan ini adalah

gabungan dari data MT dan data AMT yang

juga diambil pada tahun 2015.

Penggabungan kedua data ini dapat

memberikan gambaran mengenai struktur

tahanan jenis bawah permukaan yang lebih

detail. Sebaran titik MT dan AMT yang

digunakan dalam pemodelan diperlihatkan

oleh Gambar 3.

Parameter pemodelan meng-

gunakan (a) Smoothing Operator (Tau) 1,

(b) Standard Deviation untuk Data Error

Rho 5% dan Phase 10%, dan (c) Standard

Deviation untuk Error Floor Rho 5% dan

Phase 10%. Parameter tersebut

merupakan parameter pemodelan yang

memberikan hasil terbaik setelah dilakukan

percobaan dengan beberapa kombinasi

parameter.

HASIL

Hasil survei disajikan dalam bentuk

peta tahanan jenis berbagi kedalaman dan

penampang model tahanan jenis 2D. Pada

makalah ini akan disajikan peta tahanan

jenis pada kedalaman 250 m, 500 m, 750

m, 1000 m, dan 2000 m dan penampang

model tahanan jenis 2D lintasan 6 (LG-6)

dan lintasan 8 (LG-8). Selain itu, disajikan

juga peta Base of Conductor (BOC)

berdasarkan hasil interpretasi batas bawah

zona konduktif. Peta BOC tersebut dapat

digunakan untuk mendelineasi daerah

prospek.

Peta tahanan jenis pada kedalaman

250 m, 500 m, 750 m, 1000 m, dan 2000 m

memperlihatkan pola sebaran nilai tahanan

jenis yang bervariasi (Gambar 4). Sebaran

nilai tahanan jenis pada kedalaman 250 m

didominasi oleh nilai tahanan jenis rendah

<20 Ohm.m. Nilai tahanan jenis rendah

yang tersebar di sekitar mata air panas

Tinggi Raja, Balakbak, dan Partulatula

diinterpretasikan sebagai respon dari

batuan ubahan, sedangkan nilai tahanan

jenis yang tersebar di sebelah baratlaut,

timurlaut, dan selatan diinterpretasikan

sebagai respon dari batuan piroklastik.

Pada kedalaman 500 m, di sekitar

manifestasi tersebut terlihat adanya

sebaran nilai tahanan jenis sedang 20-50

Ohm.m. Kondisi ini menunjukkan adanya

perubahan nilai tahanan jenis pada

kedalaman sekitar 500 m yang

diinterpretasikan sebagai batas bawah dari

zona batuan ubahan.

Pada kedalaman 750 m, nilai

tahanan jenis rendah hanya tersebar di

sebelah timur dan baratdaya mata air

panas Tinggi Raja yang diinterpretasikan

sebagai batuan piroklastik jenuh air. Di

sekitar sebaran mata air panas terdapat

nilai tahanan jenis sedang 100-200 Ohm.m

yang diduga sebagai respon dari reservoir

panas bumi karena nilai tahanan jenis

batuan reservoir umumnya lebih tinggi

daripada nilai tahanan jenis batuan

penudung (Johnston, 1992). Zona nilai

tahanan jenis sedang tersebut membentuk

pola kontur tertutup dengan dibatasi oleh

sebaran nilai tahanan jenis rendah-sedang

<50 Ohm.m. Kontras nilai tahanan jenis

sedang 100-200 Ohm.m dengan tahanan

jenis rendah-sedang <50 Ohm.m diduga

sebagai batas dari zona reservoir panas

bumi daerah Dolok Marawa.

Nilai tahanan jenis tinggi >1000

Ohm.m mulai terlihat pada kedalaman

1000 m. Nilai tahanan jenis tinggi tersebut

tersebar secara terpisah di sebelah

baratlaut, timurlaut, dan di sekitar Bukit

(Dolok) Tinggi Raja yang diduga sebagai

respon dari batuan terobosan dan/atau

batuan dasar berupa batuan metamorf.

Sebaran nilai tahanan jenis tinggi ini

semakin meluas pada kedalaman 2000 m

dan membentuk kelurusan berarah

baratdaya-timurlaut dan baratlaut-

tenggara. Pola tersebut ditafsirkan sebagai

indikasi adanya struktur sesar yang

menerus hingga kedalaman 2000 m dan

menjadi salah satu pengontrol sistem

panas bumi di daerah ini.

Model tahanan jenis 2D pada LG-6

dan LG-8 memperlihatkan sebaran nilai

tahanan jenis rendah <20 Ohm.m (zona

konduktif) dari dekat permukaan hingga

kedalaman sekitar 500 m (Gambar 5). Zona

konduktif tersebut tersebar secara

menerus dari baratdaya hingga ke timurlaut

dan diinterpretasikan sebagai batuan

penudung pada sistem panas bumi daerah

Dolok Marawa.

Peta BOC memperlihatkan elevasi

batas bawah zona konduktif yang

mencerminkan kedalaman dari batas

bawah batuan penudung. Peta tersebut

memperlihatkan tiga kelompok BOC yang

memiliki elevasi >-100 m (Gambar 6).

Kelompok pertama tersebar luas dari

sekitar Dolok Tinggi Raja melebar ke arah

timur dan selatan melingkupi mata air

panas Tinggi Raja, Balakbak, dan

Partulatula. Kelompok pertama ini diduga

kuat berkaitan dengan zona prospek panas

bumi karena zona konduktif yang

diinterpretasikan sebagai batuan

alterasi/batuan penudung berada di sekitar

sebaran mata air panas. Kelompok kedua

berada di sebelah barat Dolok Tinggi Raja

yang menyebar dengan pola memanjang

dari utara ke selatan, sedangkan kelompok

ketiga tersebar di sekitar mata air panas

Bahbotala.

PEMBAHASAN

Sistem panas bumi di daerah Dolok

Marawa diperkirakan berkaitan dengan

aktivitas magmatik di bawah Bukit (Dolok)

Bahtopu yang secara geologi tersusun atas

batuan andesit. Batuan penudung yang

umumnya dicirikan dengan nilai tahanan

jenis rendah (zona konduktif) diperkirakan

berada di sekitar mata air panas Tinggi

Raja, Balakbak, dan Partulatula yang

tersebar cukup luas dari dekat permukaan

hingga kedalaman sekitar 500 m.

Delineasi daerah prospek

ditentukan dengan kompilasi data geosain.

Kompilasi tersebut dibuat berdasarkan

hasil pemodelan MT dan peta BOC yang

telah ditumpangsusunkan dengan hasil

survei gaya berat dan AMT (Sugianto, dkk.,

2015). Peta kompilasi geosain

diperlihatkan oleh Gambar 7. Berdasarkan

peta kompilasi tersebut, daerah prospek

panas bumi diperkirakan berada pada zona

anomali gaya berat residual rendah yang

berasosiasi dengan zona rekahan, zona

nilai tahanan jenis sedang, dan zona BOC

dengan elevasi >-100 m yang berasosiasi

dengan batas bawah zona konduktif.

Daerah prospek tersebut terletak di sekitar

Bukit (Dolok) Tinggi Raja melebar ke arah

timur dan selatan dengan luas sekitar 4

km2.

KESIMPULAN

Hasil survei magnetotelurik (MT)

dan Time Domain Electromagnetic (TDEM)

memperlihatkan adanya zona tahanan

jenis rendah <20 Ohm.m di sekitar Bukit

(Dolok) Tinggi Raja yang melebar ke arah

timur dan selatan. Tahanan jenis rendah

tersebut diperkirakan berasosiasi dengan

batuan ubahan yang berperan sebagai

batuan penudung. Hasil pemodelan

tahanan jenis MT 2D memperlihatkan

sebaran nilai tahanan jenis rendah dari

dekat permukaan hingga kedalaman

sekitar 500 m dengan pola memanjang dari

baratdaya hingga ke timurlaut. Pada

kedalaman sekitar 1000 m terlihat sebaran

nilai tahanan jenis tinggi (zona resistif)

yang diinterpretasikan sebagai batuan

terobosan dan/atau batu gamping. Peta

Base of Conductor memperlihatkan batas

bawah zona konduktif dengan elevasi >-

100 m dan berasosiasi dengan batuan

penudung terletak di sekitar Bukit Tinggi

Raja dan melebar ke arah timur dan

selatan.

Berdasarkan kompilasi geosain

yang meliputi data gaya berat, Audio

Magnetotelurik, Magnetotelurik, dan

TDEM, daerah prospek panas bumi

diperkirakan berada pada zona anomali

gaya berat residual rendah yang

berasosiasi dengan zona rekahan, zona

nilai tahanan jenis sedang dan zona BOC

dengan elevasi >-100 m yang berasosiasi

dengan batas bawah zona konduktif.

Daerah prospek tersebut terletak di sekitar

Bukit (Dolok) Tinggi Raja melebar ke arah

timur dan selatan dengan luas sekitar 4

km2.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan apresiasi

yang setinggi-tingginya kepada seluruh

anggota tim survei MT dan TDEM daerah

panas bumi Dolok Marawa. Penulis juga

mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada koordinator dan rekan-

rekan di Kelompok Penyelidikan Panas

Bumi atas kesediaanya untuk berdiskusi

dengan penulis.

DAFTAR PUSTAKA

Akbar, N., 1972. Inventarisasi dan Penyelidikan Pendahuluan Gejala Panas Bumi di Daerah

Sumatera Utara, Direktorat Vulkanologi, Bandung.

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.

Jones, A.G., 1988. Static Shift of Magnetotelluric Data and its Removal in a Sedimentary Basin

Environment, Geophysics, 53, h. 967-978.

Mulyadi dan Guntur, B., 1998. Magnteotelluric Method Applied for Exploration of Geothermal

Resources in Sumatra. Proceedings Twenty-Third Workshop on Geothermal Reservoir

Engineering, Stanford University, California.

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.

Sternberg, B.K., Washburne, J.C., Pellerin, L., 1988. Correction for the Static Shift in

Magnetotellurics using Transient Electromagnetic Soundings, Geophysics, 53, h. 1459-

1468.

Sugianto, A, dan Grandis, H., 2014. A New Alternative Technique for Decomposition of

Magnetotelluric Impedance Tensor. Proceedings Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT)

HAGI 2014, Solo.

Sugianto, A. dan Kristianto, A., 2011. Survei Magnetotelurik Daerah Panas Bumi Kepahiang

Kabupaten Kepahiang, Bengkulu. Prosiding Hasil Kegiatan Pusat Sumber Daya

Geologi Tahun 2011, Bandung.

Sugianto, A., Rahadinata, T., dan Supriyadi, Y., 2015. Survei Terpadu Gaya Berat dan Audio

Magnetotelluric Daerah Panas Bumi Dolor Marawa Kabupaten Simalungun, Sumatera

Utara. Prosiding Kegiatan Lapangan Tahun Anggaran 2015, Pusat Sumber Daya

Geologi, Bandung.

Sugianto, A., Rahadinata, T., dan Supriyadi, Y., 2015. Survei Terpadu Gaya Berat dan Audio

Magnteotellurik Daerah Panas Bumi Dolok Marawa, Kabupaten Simalungun, Sumatera

Utara. Prosiding Kegiatan Lapangan Tahun Anggaran 2015 Pusat Sumber Daya

Geologi, Bandung.

Sugianto, A., Suhanto, E., dan Marpaung, H., 2010. Survei Magnetotelurik Daerah Panas Bumi

Gunung Arjuno-Welirang, Jawa Timur. Prosiding Hasil Kegiatan Pusat Sumber Daya

Geologi Tahun 2010, 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.

Uchida, T., 2005. Three-Dimensional Magnetotelluric Investigation in Geothermal Fields in

Japan and Indonesia. Proceedings World Geothermal Congress 2005, Antalya, Turkey.

Ushijima, K., Mustopa, E.J., Jotaki, H., dan Mizunaga, H., 2005. Magnetotelluric Soundings in

the Takigami Geothermal Area, Japan. Proceedings World Geothermal Congress

2005, Antalya, Turkey.

Ushijima, K., Tagomori, K., dan Pelton, W.H., 2000. 2D Inversion of VES and MT Data in

Geothermal Area. Proceedings World Geothermal Congress 2000, Kyushu-Tohoku,

Japan.

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 AMT, MT dan TDEM Daerah Panas Bumi

Dolok Marawa

Gambar 4. Peta Tahanan Jenis Pada Beberapa Kedalaman Berdasarkan Hasil Pemodelan

Tahanan Jenis 2D

Gambar 5. Penampang Model Tahanan Jenis 2D Lintasan LG-6 (atas) dan LG-8 (bawah)

Gambar 6. Peta Base of Conductor Daerah Panas Bumi Dolok Marawa

Ga

mb

ar

7.

Peta

Kom

pila

si G

eosa

in D

aera

h P

anas B

um

i D

olo

k M

ara

wa