## PEMODELAN 3D DATA GAYA BERAT UNTUK MENGIDENTIFIKASI SUMBER PANAS DAERAH PANAS BUMI SIPOHOLON, SUMATERA UTARA
Jobit Parapat 1) , Anik Hilyah 1) , Widya Utama 1) , Tony Rahadinata 2)
1 Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya,
2 Pusat Sumber Daya Mineral Batubara dan Panas Bumi, Badan Geologi e-mail : jobit.parapat@gmail.com
Abstrak. Daerah  Sipoholon,  yang  terletak  di  Kabupaten  Tapanuli  Utara,  berdasarkan  manifestasi permukaan dan pola geologinya merupakan daerah yang berpotensi adanya sumber daya panas bumi. Potensi  ini  belum  dikembangkan  untuk  keperluan  pembangkit  listrik  karena  belum  adanya  model konseptual,  informasi  sistem  kerja,  dan  jenis  sumber  panas  di  daerah  ini.  Survei  gaya  berat  telah dilakukan di daerah ini pada tahun 2005. Terdapat 230 data gaya berat telah diukur di daerah ini dengan cakupan luas pengukuran sekitar 14 km x 16 km. Oleh karena itu, penulis telah melakukan pemodelan 3D pada data gaya berat tersebut untuk mengidentifikasi sumber panas daerah penelitian berdasarkan distribusi  densitas  batuan  secara  tiga  dimensi  (3D).  Pemodelan  ini  memanfaatkan  teknik  inversi  3D menggunakan  perangkat  lunak  Grablox  yang  menggabungkan  2  metode  inversi  yaitu  inversi singular value decomposition (SVD) dan inversi Occam. Hasil pemodelan ini memperlihatkan bahwa adanya blok batuan berdensitas tinggi dengan nilai antara 2,80 – 3,00 g/cm 3 yang berada di bagian selatan dan timur dengan  kedalaman  >  2  km.  Blok  batuan  ini  diinterpretasikan  sebagai  tubuh  batuan  beku  intrusi  dan diduga  berperan  sebagai  sumber  panas  dari  sistem  panas  bumi  Sipoholon.  Hasil  penelitian  ini  dapat digunakan  sebagai  informasi  awal  dalam  pembuatan  model  konsptual  sistem  panas  bumi  daerah Sipoholon.
Kata kunci : Densitas, gaya berat, model konseptual, pemodelan inversi 3D, sumber panas
Abstact. Sipoholon area, based on its surface manifestations and geological setting, is a potential area of geothermal resource. Unfortunately, this potential has not been developed for power plant purpose, because  the absence of conceptual model, information of  working system, and type of heat source of this  area.  At  2005,  series  of  gravity  investigation  has  been  done  in  this  field.  The  gravity  data  were measured from 230 stations covering an area of about 16 km x 14 km. Therefore, the author has done 3D  modeling  of  the  same  gravity  data  to  identify  the  heat  source  of  this  area  based  on  3D  model  of density distribution. This modeling use 3D inversion method of Grablox software which combine 2 (two) inversion  method  namely  singular  value  decomposition  (SVD)  and  Occam  inversion.  The  result  of  this modeling show that there is a presence of high density blocks whose value between 2,80 – 3,00 g/cm 3 which  located  in  the  southern  and  eastern  with  >  2  km  of  depth.  These  blocks  is  interpreted  as  an intrusive  body  and  considered    as  the  heat  source  of  Sipoholon  geothermal  system.  The  result  of  this study  can  be  used  as an  initial  information  in  making  conceptual  model  of  geothermal  system  of  this area.
Keywords : 3D inversion modeling, conceptual model, density, gravity, heat source

## PENDAHULUAN
Daerah Sipoholon, yang terletak di Kabupaten Tapanuli Utara, berdasarkan manifestasi permukaan  panas  bumi  dan  pola  geologinya merupakan daerah yang berpotensi adanya sumber daya  panas  bumi.  Namun,  potensi  belum dikembangkan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik  (Situmorang,  2005),  karena  belum  adanya model  konseptual  sistem  panas  bumi  daerah. Model  konseptual  adalah  penggabungan  model deskriptif  maupun  kualitatif  yang  menyatukan
informasi  fisik  penting  dari  sistem  panas  bumi (Zarkasyi, 2015). Model ini dihasilkan dari integrasi hasil penelitian geologi, geokimia, dan geofisika.
Daerah  panas  bumi  Sipoholon  sudah  pernah diteliti  dari  segi  geologi,  geokimia,  dan  geofisika pada tahun 2005. Salah satu metode geofisika yang digunakan dalam penyelidikan potensi panas bumi di daerah Sipoholon ini adalah metode gaya berat. Penggunaan  metode  ini  dalam  eksplorasi  panas bumi  cukup  efektif  karena  dapat  mendelineasi struktur  bawah  permukaan  (Atef,  2016)  berupa
indikasi  sumber  panas  yang  ditandai  dengan kontras  densitas  tinggi  (Sugianto,  2015).  Hasil  dari pengukuran ini perlu dimodelkan untuk mendapatkan persebaran densitas bawah
permukaannya.  Pemodelan  gaya  berat  terdahulu yang  pernah  dilakukan  di  daerah  ini  masih menggunakan  teknik  pemodelan  kedepan  dua dimensi  (Djudjun,  2005)  sehingga  belum sepenuhnya  menggambarkan  kondisi  bawah permukaannya.  Selain  itu,  hasil  penelitian  geologi, geofisika,  dan  geokimia  sebelumnya    belum menunjukkan  jenis  sumber  panas  daerah penelitian,  sehingga  sampai  saat  ini  sistem  kerja panas  bumi  daerah  ini  masih  dalam  perdebatan. Oleh  karena  itu,  untuk  melengkapi  informasi tersebut,  perlu  adanya  pemodelan  inversi  secara tiga dimensi (3D inversion modeling) terhadap data gaya  berat  yang  sama,  sehingga  dihasilkan informasi  bawah  permukaan  yang  lebih  akurat khususnya indikasi sumber panas dari sistem panas bumi daerah Sipoholon ini. Hasil dari studi ini dapat digunakan  sebagai  informasi  awal  dalam pembuatan  model  konseptual  sistem  panas  bumi daerah penelitian.
Lokasi  daerah  penelitian  ini  adalah  daerah panas  bumi  Sipoholon  yang  secara  administratif terletak  di  Kecamatan  Sipoholon  bagian  tenggara dan Kecamantan Tarutung bagian utara, Kabupaten Tapanuli Utara, Provinsi Sumatera Utara. Daerah ini berjarak  sekitar  280  km  sebelah  selatan  Kota Medan  dengan  jarak  tempuh  7  jam  melalui  jalur darat.  Secara  geografis,  daerah  ini  terletak  antara 98 o 54’00’’ - 99 o 01’30’’ BT dan 01 o 56’00’’ LU sampai 02 o 06’00’’ LU atau antara 488000 mT - 504000 mT dan  215600  -  232100  mU  pada  sistem  koordinat UTM zona 47 belahan bumi utara.
Lokasi  penelitian  ini  merupakan  salah  satu daerah  berpotensi  panas  bumi  yang  sudah ditetapkan  menjadi  Wilayah  Kerja  Pertambangan (WKP)  oleh  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya Energi  Republik  Indonesia.  Namun  sampai  saat  ini belum  dimanfaatkan  secara  tidak  langsung  untuk pembangkit listrik. Hal ini diakibatkan karena masih perlunya  penelitian  lain  yang  lebih  rinci  untuk memastikan  model  konseptual  sistem  panas  bumi daerah  ini  dan  besarnya  potensi  energi  yang  bisa
dibangkitkan. Daerah penyelidikan memiliki ukuran sekitar  14  km  (ke  arah  timur)  x  16  km  (ke  arah utara).

## METODOLOGI
Data  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  data  hasil  pengukuran  metode  gaya  berat. Data  gaya  berat  dihasilkan  dari  230  titik  stasiun pengukuran, dimana 7 lintasan berarah barat-timur (177  stasiun  teratur)  dan  titik  regional  (53  stasiun acak)  dengan  spasi  250  m  hingga  500  m,  yang tersebar  di  sekitar  graben  Tarutung.  Data  yang didapatkan  kemudian  direduksi  dengan  beberapa koreksi  yang  umum,  termasuk  koreksi  medan (terrain),  sehingga  dihasilkan  data  anomali Bouguer.  Kemudian  data  anomali  Bouguer dipisahkan  menggunakan  metode second  vertical derivative (SVD)  dengan  aplikasi filter Elkins, sehingga dihasilkan anomali residual (Gambar 1).
Pada  penelitian  ini,  pemisahan  anomali dilakukan  menggunakan  filter Second  Vertical Derivative (SVD)  pada  perangkat  lunak Surfer  11 dengan  mengaplikasikan  operator  filter  Elkins (Elkins,  1951).  Dari  proses  pemisahan  ini, output (keluaran)  yang  dihasilkan  adalah  data  anomali residual. Kemudian anomali residual ini dimodelkan secara  inversi  untuk  menghasilkan  model  sebaran densitas bawah permukaan daerah penelitian.
Pemodelan  struktur  bawah  permukaan  ini dilakukan  dengan  teknik  inversi  tiga  dimensi  (3D). Inversi  3D  ini  dilakukan  dengan  menggunakan perangkat  lunak  Grablox  1.6  dari  Pirttijarvi  (2004) sehingga  menghasilkan  model  pe  nampang densitas  berbentuk  3D.  Perangkat  lunak  ini menggabungkan  dua  metode  inversi  yaitu  inversi Singular  Value  Decomposition  (SVD)  dan  inversi Occam  (Hjelt,  1992)  yang  diproses  secara berurutan.
Inversi  Singular  Value  Decomposition  adalah suatu  teknik  penguraian  suatu  matriks  ke  dalam dua  matriks  (Zhao,  2011),  sebagai  contoh  dari matriks  A  menjadi  matriks  U  dan  V.  Secara matematis  persamaannya  (Sugianto,  2015)  dapat ditulis sebagai:
A = U S V T (1) dengan:
U : matriks ortogonal sebelah kiri S : matriks diagonal V : matriks ortogonal sebelah kanan T : transpose matriks
Gambar 1. Peta anomali residual
Inversi  Occam  adalah  suatu  metode  inversi  yang memanfaatkan
tingkat
kekasaran model
(Constable,  1987).  Metode  ini  sering  diaplikasikan pada pengolahan data Magnetotelurik (Budiraharjo et  al.,  2017;  Wijaya  et  al.,  2016)  yang  secara matematis dapat ditulis:
U = ||ðm|| 2 + µ -1 {||Wd - WGm|| 2 – X 2 }    (2) dengan:
||ðm|| 2
: kekasaran (roughness)
µ : Lagrange multiplier ||Wd-WGm|| 2 : misfit X : error
Pemodelan  inversi  ini  biasanya  bersifat  tidak unik  atau  tidak  tunggal  (Grandis,  2009),  artinya suatu respon anomali bisa dihasilkan oleh beberapa model  bawah  permukaan.  Oleh  karena  itu,  salah satu  solusinya  adalah  penggunaan  kedua  metode inversi  tersebut  diatas.  Integrasi  kedua  metode inversi  tersebut  mampu  mengurangi  dan
menghasilkan  nilai  error  (antara  data  observasi dengan  data  hasil  perhitungan)  yang  lebih  kecil, baik  dari  sisi  nilai  densitas  maupun  dimensinya melalui proses optimize , sehingga dihasilkan model densitas yang lebih akurat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Model  awal  (Gambar  2)  dibuat  menggunakan perangkat  lunak Grablox  1.6 dimana  sumbu  X dibagi  menjadi  28  blok  (nx),  sumbu  Y  menjadi  32 blok  (ny),  dan  sumbu  Z  menjadi  10  blok  (nz) sehingga  menghasilkan  8960  blok  minor.  Data anomali  residual  kemudian  diinversikan  terhadap model  awal.  Proses  inversi  dilakukan  dengan beberapa  tahapan  optimasi  yaitu  optimasi  dasar (Base),  densitas  (Density),  Occam  densitas  (Occam d), ketinggian blok (Heights) dan Occam ketinggian blok (Occam h). Hasil akhir dari proses inversi akan menghasilkan model densitas tiga dimensi (3D).

## Gambar 2. Model awal yang digunakan
Hasil  pemodelan  3D  kemudian  ditampilkan dalam  bentuk  sayatan  penampang  densitas  2D. Penampang  model  tersebut  merupakan  gambaran densitas batuan secara vertikal hasil sayatan model 3D.  Pada  penelitian  ini,  disajikan  6  (enam) penampang  sayatan  2D  dengan  lintasan  berarah barat-timur  karena  mempertimbangkan  struktur geologi  berupa  sesar  yang  ada  sebagai  pengontrol
kemunculan  manifestasi  mata  air  panas  di  daerah penelitian.
Penampang model 2D lintasan 1 yang terdapat pada  Y  =  216,75  ditunjukkan  oleh  Gambar  3. Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon, sayatan penampang ini melintasi daerah Gunung  Martimbang,  satuan  piroklastik  Toba  1, satuan piroklastik Toba 2, dan juga Gunung Jorbing. Sayatan  ini merupakan  sayatan paling  selatan dari daerah penelitian. Anomali maksimal pada sayatan ini  bernilai  sekitar  5  mgal.  Kondisi  ini  dikarenakan oleh  adanya  massa  batuan  berdensitas  tinggi (warna merah) dengan nilai 2,85– 3,00 g/cm 3 pada koordinat X antara  492 sampai 497 dan mulai pada kedalaman Z > 1 km.

## Gambar 3. Penampang model 2D  lintasan 1
Penampang model 2D lintasan 2 yang terdapat pada  Y  =  219,75  ditunjukkan  oleh  Gambar  4. Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon, sayatan penampang ini melintasi daerah mata air panas Parbubu,  satuan endapan aluvium, sinter karbonat, satuan piroklastik Toba 2, dan juga Gunung  Jorbing.  Anomali  maksimal  pada  sayatan ini  bernilai  sekitar  8  mgal.  Kondisi  ini  dikarenakan oleh  adanya  massa  batuan  berdensitas  sedang (warna jingga) dengan nilai 2,75 – 2,90 g/cm 3 yang tersebar  dibawah  permukaan  membentuk  pola penerobosan  keatas  dengan  rata-rata  pada kedalaman 1 - 1,5 km.
Gambar 4. Penampang model 2D  lintasan 2
Penampang model 2D lintasan 3 yang terdapat pada  Y  =  225,25  ditunjukkan  oleh  Gambar  5. Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon,  sayatan  penampang  ini  melintasi Gunung  Siborboron,  satuan  piroklastik  Toba  2, satuan endapan aluvium, sinter karbonat, dan juga daerah  mata  air  panas  Hutabarat.  Anomali maksimal pada sayatan ini bernilai sekitar 7,5 mgal. Kondisi ini dikarenakan oleh adanya massa batuan berdengan  densitas  tinggi  (warna  merah)  dengan nilai 2,80 – 3,00 g/cm 3 pada koordinat X antara  488 sampai 490 dan pada kedalaman rata-rata Z > 2 km pada koordinat X antara  497 sampai 502 dan pada kedalaman Z > 1,7 km.

## Gambar 5. Penampang model 2D  lintasan 3
Penampang model 2D lintasan 4 yang terdapat pada  Y  =  227,25  ditunjukkan  oleh  Gambar  6. Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon, sayatan penampang ini melintasi daerah satuan endapan aluvium, satuan piroklastik Toba 2 dan  beberapa  pa-tahan  berarah  barat  laut- tenggara. Anomali gravitasi maksimal pada sayatan ini  bernilai  sekitar  4  mgal.  Kondisi  ini  dikarenakan oleh  adanya  massa  batuan  dengan  berdensitas sedang  (warna  jingga)  dengan  nilai  2,75  –  2,85 g/cm 3 pada koordinat X antara  495,5 sampai 496,5 dan kedalaman Z antara 0,4 km sampai 1,2 km.

## Gambar 6. Penampang model 2D  lintasan 4
Penampang model 2D lintasan 5 yang terdapat pada  Y  =  229,25  ditunjukkan  oleh  Gambar  7.
Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon, sayatan penampang ini melintasi daerah Gunung  Palangkagading,  satuan  Piroklastik  Toba, sinter  karbonat,  dan  mata  air  panas  Sipoholon. Anomali  gravitasi  maksimal  pada  sayatan  ini bernilai sekitar 7 mgal.  Kondisi ini dikarenakan oleh adanya  massa  batuan  berdensitas  sedang  (warna jingga)  dengan  nilai  2,75  –  2,95  g/cm 3 pada koordinat X = 497 dan kedalaman Z = 0,5 km.

## Gambar 7. Penampang model 2D  lintasan 5
Penampang model 2D lintasan 6 yang terdapat pada  Y  =  230,75  ditunjukkan  oleh  Gambar  8. Berdasarkan pada peta geologi daerah panas bumi Sipoholon, sayatan penampang ini melintasi daerah Gunung  Palangka  Gading  dan  satuan  piroklastik Toba 2. Sayatan ini merupakan sayatan paling utara dari  daerah  penelitian.  Anomali  maksimal  pada sayatan  ini  bernilai  sekitar  5  mgal.  Kondisi  ini dikarenakan oleh adanya massa batuan berdensitas tinggi (warna jingga kemerahan) dengan nilai 2,80 – 3,00  g/cm 3 pada  koordinat  X  antara    492  sampai 499 yang dimulai pada kedalaman Z > 2 km. Diduga batuan  ini  merupakan  batuan  beku  intrusi  yang telah membeku namun masih memiliki sisa panas.

## Gambar 8. Penampang model 2D  lintasan 6
Hasil pemodelan juga  diinterpretasi secara 3D (Gambar  9).  Model  densitas  3D  tersebut menunjukkan  batuan  dengan  densitas  tinggi
tersebar  dan  berkelompok-kelompok  di  beberapa tempat  mulai  pada  kedalaman  >1,5  km.  Batuan berdensitas tinggi dengan nilai 2,80 – 3,00 g/cm 3 di bagian  selatan  dan  timur  terlihat  muncul  dari bawah  hingga  hingga  kedalaman  2  km.  Batuan  ini diinterpretasikan sebagai batuan beku intrusif yang diperkirakan berperan sebagai sumber panas pada sistem panas bumi di daerah penelitian ini.

## Gambar 9. Interpretasi model densitas 3D

## PENUTUP Simpulan
Hasil  pemodelan  inversi  3D  data  gaya  berat memperlihatkan  bahwa  adanya  blok  batuan berdensitas  tinggi  dengan  nilai  antara  2,80  –  3,00 g/cm 3 yang  tersebar  di  selatan  dan  timur  pada kedalaman  Z  >  2  km.  Batuan  ini  diinterpretasikan sebagai  batuan  beku  intrusif  dan  diduga  berperan sebagai  sumber  panas  dari  sistem  panas  bumi daerah penelitian.

## Saran
Hasil  penelitian  ini  dapat  digunakan  sebagai informasi  awal  dalam  pembuatan  model konseptual  daerah  penelitian.  Perlu  adanya penelitian  lebih  lanjut  untuk  mengidentifikasi komponen penyusun sistem panas bumi lainnya.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  yang sebesar-besarnya  kepada  Pusat  Sumber  Daya Mineral  Batubara  dan  Panas  Bumi,  Badan  Geologi
KESDM  RI  atas  dukungan  data  gaya  berat  sebagai bahan  penulisan artikel  ini.  Rasa  terima  kasih  juga penulis  sampaikan  kepada  Mbak  Fitri  Jusmi  atas kesediaan waktu  diskusi  dalam proses  pengolahan data.

## DAFTAR PUSTAKA
Atef,  H.,  El-Gawada,  A.M.S.,  Zaherb,  M.A.,  dan  Faraga, K.S.I.  2016.  The  Contribution  of  Gravity  Method  in Geothermal Exploration of Southern Part of The Gulf of Suez–Sinai  Region,  Egypt. NRIAG  Journal  of  Astronomy and Geophysics . Vol. 5 (1). Hal: 173–185
Budiraharjo,  S.,  Utama,  W.,  Warnana,  D.D.,  Darmawan, A.,  2017.  Analisis  Inversi  2D  Metode  Occam  Untuk Memodelkan  Resistivitas  Bawah  Permukaan  Data Magnetotellurik. J. Geosaintek 3, 1–12.
https://doi.org/10.12962/j25023659.v3i1.2950
Constable, S. C., Parker, R. L., dan Constable, C. G. 1987. Occam’s Inversion: A Practical Algorithm for  Generating Smooth  Models  from  Electromagnetic  Sounding  Data. Geophysics. Vol. 52 (3). Hal: 289-300
Djudjun, A. 2005. Penyelidikan Gaya Berat Daerah Panas Bumi  Sipoholon-Tarutung  Kabupaten  Tapanuli  Utara Propinsi  Sumatera  Utara. Pemaparan  Hasil  Kegiatan Lapangan  Subdit  Panas  Bumi  2005. Bandung:  Pusat Sumber Daya Geologi Badan Geologi Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia
Grandis,  H.  2009. Pengantar  Pemodelan  Inversi Geofisika .  Jakarta:  Himpunan  Ahli  Geofisika  Indonesia (HAGI)
Hjelt,  S.  E.  1992. Pragmatic  Inversion  of  Geophysical Data . Jerman: Springer Verlag
Parttijavri,  M.  2004.  GRABLOX:  Gravity  Interpretation and  Modelling  Software  Based  on  3D  Block  Model. User’s  Guide. Archieve  Report ,  Q16.2/2004/2.  Hal.  39. Geological Survey of Finland
Sugianto,  A  dan  Rahadinata,  T.  2015.  Pemodelan  Gaya Berat 3D Daerah Panas Bumi Dolok Morawa, Kabupaten Simalungun,  Sumatera  Utara. Buletin  Sumber  Daya Geologi. Vol. 10 (2). Hal: 26-39
Situmorang,  T.  2005.  Penelitian  Geomagnet  Daerah Panas Bumi Ria-Ria Sipoholon, Tarutung, Tapanuli Utara. Pemaparan Hasil Kegiatan Lapangan Subdit Panas Bumi 2005 .  Bandung:  Pusat  Sumber  Daya  Geologi  Badan Geologi  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral Republik Indonesia
Wijaya, R.A.K., Bahri, A.S., Warnana, D.D.W., Darmawan, A.D.,  2016.  Inversi  1-D  Pada  Data  Magnetotellurik  Di Lapangan  X  Menggunakan  Metode  Occam  Dan Simulated  Annealing.  J.  Geosaintek  2,  75–80. https://doi.org/10.12962/j25023659.v2i2.1920
Zarkasyi,  A.,  dkk.  2015. Buku  Panduan  Penelitian  Panas Bumi .  Bandung:  Pusat  Sumber  Daya  Geologi  Badan Geologi  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral Republik Indonesia.
-------------------