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