Abstrak —Daerah  panas  bumi  Sipoholon merupakan salah satu daerah  berpotensi  panas  bumi  yang  terletak  di  Kabupaten Tapanuli Utara, Propinsi S umatera Utara, dan berada pada zona patahan S umatera dengan manifestasi  permukaan berupa mata air panas, bualan gas dan solfatar. Penelitian rinci metode gaya berat telah dilakukan di daerah ini pada tahun 2005. S ebanyak 230 data gaya berat telah diukur di daerah ini dengan cakupan luas  pengukuran  sekitar  14  km  x  16  km.  Untuk  melengkapi pemodelan  2D  gaya berat terdahulu, maka penulis melakukan pemodelan  3D  pada  data  gaya  berat  daerah  ini.  S tudi  ini bertujuan  untuk  mengetahui  gambaran  bawah  permukaan berdasarkan distribusi densitas batuan secara tiga dimensi (3D). Hasil pemodelan berupa blok berdensitas rendah maupun tinggi diinterpretasikan dan dikorelasikan dengan informasi dan data- data  geologi.  Hasil  pemodelan  inversi  3D  gaya  berat  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  intrusif  dan diduga  berperan  sebagai sumber panas dari sistem panas bumi S ipoholon.  S elain  itu,  model  juga  menunjukkan  adanya  blok batuan berdensitas rendah nilai antara 2,00  - 2,30 gr/cm 3 dekat permukaan  dan  di  sekitar  mata  air  panas  daerah  penelitian. Blok  batuan  ini  diinterpretasikan  sebagai  batuan  yang berasosiasi  dengan  rekahan  membentuk  zona  patahan  yang mengontrol manifestasi permukaan daerah S ipoholon.
Kata  Kunci —Gaya  Berat,  Panas  Bumi,  Pemodelan 3d, Sumber Panas, Zona Patahan.

## I. PENDAHULUAN
AERAH  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  ini  belum dikembangkan  untuk  keperluan  pembangkit  tenaga  listrik  [1], karena  belum  adanya  model  konseptual  sistem  panas  bumi daerah  ini.  Model  konseptual  adalah  penggabungan  model deskriptif  maupun  kualitatif  yang  menyatukan  informasi  fisik penting  dari  sistem  panas  bumi  [2].  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 [3]  berupa  zona  patahan  yang  ditandai  dengan  kontras densitas  rendah  dan  indikasi  sumber  panas  yang  ditandai dengan  kontras  densitas  tinggi  dengan batuan sekitarnya  [4]. 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  [5] sehingga  belum  sepenuhnya  menggambarkan  kondisi  bawah permukaannya.  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  struktur  bawah  permukaan  yang  lebih akurat khususnya indikasi sumber panas dan zona patahan 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.
Daerah  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).

## II. METODE PENELITIAN
Data  yang  digunakan  dalam  penelitian ini adalah data has il

## Analisis dan Pemodelan Inversi 3D Struktur Bawah Permukaan Daerah Panas Bumi Sipoholon Berdasarkan Data Gaya Berat
Jobit Parapat, Anik Hilyah, dan Widya Utama
Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : anik@geofisika.its.ac.id
D
pengukuran  metode  gaya  berat  tahun  2005.  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).
Gambar 1. Peta anomali residual
Pada penelitian ini, pemisahan anomali dilakukan menggunakan filter Second Vertical Derivative (SVD) dengan mengaplikasikan  operator filter Elkins  [6]  yang  ditampilkan pada  Tabel  1.  Dari  proses  pemisahan  ini, output yang dihasilkan  adalah  data  anomali  residual.  Kemudian  anomali residual  ini  dimodelkan  dengan  teknik  inversi  untuk menghasilkan  model  sebaran  densitas  bawah  permukaan daerah penelitian.
Pemodelan  struktur  bawah permukaan ini dilakukan dengan teknik inversi secara tiga dimensi (3D). Inversi 3D ini dilakukan dengan  menggunakan  perangkat  lunak  Grablox  1.6  sehingga menghasilkan  model  penampang  densitas  berbentuk  3D. Perangkat  lunak  ini menggabungkan dua metode inversi yaitu inversi Singular Value Decomposition (SVD) dan inversi Occam [7] yang diproses secara berurutan.
Inversi  Singular  Value  Decomposition  adalah  suatu  teknik penguraian  suatu  matriks  ke  dalam  dua  matriks  [4],  sebagai contoh  dari  matriks  A  menjadi  matriks  U  dan  V.  Secara
matematis persamaannya [4] dapat ditulis sebagai:
A = U S V T (1) dimana U adalah matriks ortogonal sebelah kiri, S adalah suatu matriks  diagonal,  dan V adalah  matriks  ortogonal  sebelah kanan.  Inversi  Occam  adalah  suatu  metode  inversi  yang memanfaatkan  tingkat  kekasaran  model  [8]  yang  secara matematis dapat ditulis:
U = ||ðm|| 2 + µ -1 {||Wd - WGm|| 2 – X 2 }                           (2) dimana ||ðm|| 2 merupakan  kekasaran  (roughness), µ -1 adalah Lagrange multiplier , ||Wd-WGm|| 2 adalah missfit , dan X 2 adalah error .
Pemodelan inversi ini biasanya bersifat tidak unik atau tidak tunggal  [9],  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.

## III. HASIL DAN DISKUSI
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.

## Gambar 2. Model awal yang digunakan
Proses inversi dilakukan dengan beberapa tahapan optimize yaitu dasar (Base), densitas (Density), densitas Occam (Occam d),  ketinggian  blok  (Heights)  dan  ketinggian  blok  Occam
(Occam  h).  Hasil  akhir  dari  proses  inversi  akan menghasilkan model densitas tiga dimensi (3D).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  5  (lima)  penampang  sayatan 2D dengan lintasan berarah  barat-timur  karena  mempertimbang-kan  struktur geologi berupa sesar yang ada sebagai pengontrol kemunculan manifestasi mata air panas di daerah penelitian.
Penampang model 2D lintasan  A-A’ 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.  Anomali  negatif  rendah  bernilai  sekitar  -7  mgal. Kondisi ini dikarenakan oleh adanya massa batuan berdensitas sangat rendah (warna biru tua hingga biru muda) dengan nilai 1,8  –  2,1  g/cm 3 pada  koordinat  X antara 498 sampai 499 yang dimulai  dari  permukaan  hingga  kedalaman  Z  sekitar  2  km. Kemungkinan  batuan  ini  diduga  sebagai  zona  lemah  dan merupakan produk dari proses deformasi. Jika kita bandingkan dengan  kondisi  geologi  permukaannya,  maka  anomali  rendah ini  berada pada ujung graben Tarutung yang terbentuk akibat pertemuan 2 (dua) ujung sesar.
Gambar 3. Penampang model 2D  lintasan A-A’
Penampang model 2D lintasan B-B’ 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. Anomali negatif rendah bernilai sekitar -4 mgal. Kondisi ini dikarenakan oleh adanya persebaran massa batuan  berdensitas rendah  (warna  biru  muda)  dengan  nilai  2,1  –  2,3  g/cm 3 di
beberapa  tempat.  Salah  satunya  pada  koordinat  X  antara 492 sampai 494 yang diduga sebagai patahan dan berperan sebagai pengontrol munculnya mata air panas Parbubu. Ada juga pada koordinat  498  sampai  499  dari  permukaan  hingga  pada kedalaman  1,7  km  yang  diduga  akibat  respon  dari  sesar pembentuk graben Tarutung.
Gambar 4. Penampang model 2D  lintasan B-B’
Penampang model 2D lintasan C-C’ 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.  Anomali negatif rendah bernilai sekitar -5 mgal. Kondisi ini dikarenakan oleh  adanya  massa  batuan  berdensitas  rendah  (warna  biru muda)  dengan  nilai  2,12  –  2,3  g/cm 3 pada  koordinat  X antara 495  sampai  496,5  dari  permukaan  hingga  kedalaman  1,5  km. Massa  batuan  ini  diduga  sebagai  batuan  yang  mengalami patahan  sehingga  berperan  sebagai  pengontrol  munculnya mata air panas Hutabarat.
Gambar 5. Penampang model 2D  lintasan C-C’
Penampang model 2D lintasan D-D’ yang terdapat pada Y = 229,25  ditunjukkan  oleh  Gambar  6.  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. Anomali negatif rendah  bernilai  sekitar  -3  mgal.  Kondisi  ini  dikarenakan  oleh adanya  massa  batuan  berdensitas  rendah  (warna  biru  muda) dengan  nilai  2,15  –  2,3  g/cm 3 pada  koordinat  X  =  493  dari permukaan  hingga  kedalaman  Z  =  1,2  km.  Hal  ini  diduga sebagai respon dari sesar yang mengontrol munculnya mata air panas Sipoholon.
Gambar 6. Penampang model 2D  lintasan D-D’
Penampang  model  2D lintasan  E-E’ yang terdapat pada Y = 230,75  ditunjukkan  oleh  Gambar  7.  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. Anomali negatif rendah tidak terlalu  kontras.  Kondisi  ini  dikarenakan  oleh  adanya persebaran  massa  batuan  berdensitas  rendah  (warna  biru muda)  dengan  nilai  2,15  –  2,25  g/cm 3 di beberapa tempat dari permukaan hingga kedalaman Z = 1 km. Hal ini diduga sebagai respon  dari  beberapa  sesar  diperkirakan  yang  tersebar  di sekitar utara mata air panas Sipoholon.
Gambar 7. Penampang model 2D  lintasan E-E’
Hasil pemodelan juga diinterpretasi secara 3D (Gambar 8).
Model  densitas  3D  tersebut  menunjukkan  batuan  dengan densitas rendah tersebar tidak terlalu jauh (maksimal 1,5 km) di bawah  permukaan,  sedangkan  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 menerobos 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.  Sedangkan  batuan berdensitas rendah dengan nilai 2,0 – 2,3 g/cm 3 juga ditemukan di  beberapa  tempat  dekat  permukaan  sampai  pada  kedalaman 1,5 km. Densitas rendah yang berada di sebaran mata air panas ini  diperkirakan  berasosiasi  dengan  rekahan yang membentuk zona  patahan  dan  mengontrol  munculnya  beberapa  mata  air panas pada daerah penelitian.

## IV. KESIMPULAN
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.  Selain  itu, model  juga  menunjukkan  adanya  blok  batuan  berdensitas rendah  dengan  nilai  antara  2,0  -  2,3  g/cm 3 yang  berada  di bawah mata air panas. Blok ini diinterpretasikan sebagai batuan yang berasosiasi dengan zona patahan yang berp eran sebagai pengontrol  munculnya  manifestasi  permukaan  di  daerah penelitian.  Hasil  penelitian  ini  dapat  digunakan  sebagai informasi  awal  dalam  pembuatan  model  konseptual  daerah penelitian.

## 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
[1] T .  Situmorang,  “Penelitian  Geomagnet  Daerah  Panas  Bumi Ria-Ria Sipoholon, T arutung, T apanuli Utara,” Bandung, 2005.
[2] A.  Zarkasyi, Buku  Panduan  Penelitian  Panas Bu m i . Bandung:
Pusat  Sumber  Daya Geologi Badan Geologi Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2015.
[3] H.  Atef,  A. M. S. El-Gawada, M. A. Zaherb, and K. S. I. Faraga, “T he  Contribution  of  Gravity  Method  in  Geothermal Exploration  of  Southern  Part  of  T he  Gulf  of  Suez–Sinai Region,  Egypt,” NRIAG  J.  Astron.  Geophys. ,  vol. 5, no. 1, pp.
173–185, 2016.
[4] A.  Sugianto  and  T .  Rahadinata,  “Pemodelan  Gaya  Berat  3D
Daerah  Panas  Bumi  Dolok  Morawa,  Kabupaten  Simalungun, Sumatera  Utara,” Bul.  Sum ber  Daya  Geol. ,  vol.  10, no. 2, pp. 26–39, 2015.
[5] A.  Djudjun,  “Penyelidikan  Gaya  Berat  Daerah  Panas  Bumi Sipoholon-T arutung  Kabupaten  T apanuli  Utara  Provinsi Sumatera Utara,” Bandung, 2005.
[6] T .  A.  Elkins,  “T he  Second  Derivative  Method  of  Gravity Interpretation,” Geophysics , vol. 23, pp. 97–127, 1951.
[7] S.  E.  Hjelt, Pragm atic  Inversion  of Geophysical Data . Jerman:
Springer Verlag, 1992.
[8] S.  C.  Constable,  R.  L.  Parker,  and  C.  G.  Constable,  “Occam’s Inversion:  A  Practical  Algorithm  for  Generating  Smo oth Models  from  Electro-magnetic  Sounding  Data,” Geophysics , vol. 52, no. 3, pp. 289–300, 1987.
[9] H.  Grandis, Pengantar  Pem odelan  Inversi  Geofisika .  Jakarta: Himpunan Ahli Geofisika Indonesia, 2009.