## PENGARUH PATAHAN DAN INDUKSI SEISMIK PADA SISTEM GEOTHERMAL STUDI KASUS LAPANGAN GEOTHERMAL KAMOJANG
Anik Hilyah, Widya Utama Teknik Geofisika, ITS Email : anik.hilyah@gmail.com
Abstrak. Kamojang merupakan salah satu lapangan geothermal yang sampai saat ini  secara aktif  di eksploitasi.  Untuk itu pemeliharaan reservoar sangat penting dilakukan yang salah satunya melalui monitoring mikroseismik. Monitoring  mikroseismik  lapangan geothermal Kamojang secara kontinyu dilakukan untuk mengetahui bagaimana fluida injeksi berperan pada pembentukan hydrofracturing dan pengaruh struktur seismogenic terhadap  reservoar.  Struktur seismogenic seperti patahan berperan penting dalam recharge dan untuk keberlanjutan sistem  geothermal. Patahan juga berperan sebagai media pelepasan energi  seismik  selama injeksi fluida maupun selama eksploitasi. Penelitian ini menjelaskan aktivitas mikroseismik yang terekam selama satu tahun yang dapat dibedakan dari rekaman gempa  karena aktivitas tektonik. Hydrofracturing yang terbentuk sebagian besar terkonsentrasi di sekitar area geothermal sedangkan distribusi spasial hiposenter yang menunjukkan pelepasan energi seismik sebagian besar terdapat pada elevasi 0 – 3 km dimana terjadi perubahan fase dari air menjadi uap pada reservoar geothermal.
Kata Kunci : geothermal; induksi seismik; Kamojang
Abstract. Kamojang  is one of the geothermal  field  that  actively  exploited.  Reservoir  maintenance  is very  important to do,  by way of  microseismic  monitoring. Microseismic  monitoring  Kamojang geothermal field is continuously conducted to determine how fluid injection hydrofracturing role in the formation and effect of seismogenic structures of the reservoir. Seismogenic structures such as faults play an important role in the recharge and for the sustainability of the geothermal system. Fault also act as a medium of  seismic  energy release  during  fluid  injection  and during  exploitation.  This study describes  the recorded  microseismic  activity  during  one  year  that  can be distinguished  from the earthquake  due to  tectonic activity. Hydrofracturing  formed  largely concentrated  around  the geothermal area while the spatial distribution of hypocenter which shows the seismic energy release are mostly found  at an elevation of  0-3  km  where there is a  phase change  from water  to steam  in the geothermal reservoir.
Keywords : geothermal; seismic induction; Kamojang
PENDAHULUAN Induksi seismik saat ini telah banyak digunakan untuk  teknologi  bawah permukaan yaitu  pada eksploitasi hidrokarbon, sistem geothermal dan pertambangan.  Struktur seismogenic seperti patahan banyak ditemukan di berbagai kedalaman kerak bumi dengan ukuran dan frekuensi yang berbeda-beda pada lingkungan tektonik yang berbeda pula. Pada kerak bagian atas dekat dengan permukaan bumi, patahan banyak ditemui sebagai jalan aliran fluida yang memungkinkan adanya injeksi fluida ke dalam reservoar.
Injeksi fluida bisa berasal dari injeksi buatan maupun injeksi alami dari pergerakan fluida bawah permukaan. Injeksi  fluida di  sekitar patahan dapat menimbulkan tekanan pada pori. Tekanan pada pori diasosiasikan dengan timbulnya aktivitas
seismik yang dikenal sebagai induksi  seismik. Tekanan pada pori yang terjadi di  sekitar zona patahan dirumuskan dengan persamaan Terzaghi berikut ini:
𝜏 = 𝐶 − 𝜇 ( 𝜎 𝑛 − 𝑝 ) (1)
Dimana 𝜏 adalah shear stress, C  adalah kohesi, 𝜇 adalah koefisien friksi,
𝜎 𝑛 adalah normal stress terhadap bidang patahan, dan
𝑝 adalah tekanan fluida.
Berdasarkan persamaan (1), jika tekanan pada pori kecil maka akan meningkatkan shear stress pada patahan  dan mengunci segmen patahan. Namun pada tahap eksploitasi  akan terjadi
kompaksi terhadap reservoar  yang menyebabkan bertambahnya stress pada patahan. Pada akhirnya bertambahnya stress tersebut akan menyebabkan patahan aktif kembali dan menimbulkan aktivitas seismik. Stress yang terakumulasi pada segmen- segmen patahan akan menyebabkan aktivitas seismik di  sekitar patahan yang dikenal sebagai deformasi tektonik lokal (Borgia et al. 2000).
Kejadian induksi seismik  yang terjadi pada operasi geothermal telah lama diteliti. Pada umumnya,  penelitian-penelitian yang telah dilakukan menunjukkan, bahwa injeksi pada batuan sedimen menghasilkan  sedikit  aktivitas  seismik daripada injeksi pada batuan kristalin. Aktivitas seismik yang terekam mempunyai magnitudo 0 – 3 skala Richter. Stress local atau regional mempunyai peranan penting pada induksi seismik  yang disebabkan injeksi bawah permukaan. Sedangkan rekahan dan patahan mempunyai peranan penting dalam pergerakkan fluida (permeabilitas) dan perubahan stress pada kerak bumi. Penelitian ini berasumsi eksploitasi geothermal akan menyebabkan stress terakumulasi secara kontinyu pada patahan dan pada akhirnya stress tersebut  akan  terlepas  melalui coseismic  strain .
Hydro-fracturing yang terbentuk dapat dikorelasikan  dengan injeksi fluida atau produksi fluida dari  reservoar geothermal.

## 1. Struktur Geologi Lapangan Kamojang
Lapangan panas  bumi Kamojang merupakan bagian dari kompleks gunung api yang memanjang dari  Barat ke Timur yang terdiri atas rangkaian Gunung Rakutak, Danau Ciharus, Sistem Danau Pangkalan, Gunung Gandapura, Gunung Guntur, dan Gunung Masigit. Dilihat dari tingkat erosinya, rangkaian  vulkanik ini tumbuh dari arah Barat menuju Timur dengan Gunung Rakutak tertua serta Gunung Guntur termuda (Robert  1988). Berdasarkan peta geologi lapangan panas  bumi Kamojang  (Gambar 1) oleh divisi geothermal Pertamina Pusat (1975) bahwa struktur geologi daerah ini dikontrol oleh dinding kaldera pangkalan di sisi Barat, kelompok sesar normal berarah Barat Laut – Tenggara di bagian Utara dan sesar normal yang berarah Utara  –  Selatan di sisi Timur. Sesar normal Utara –  Selatan ini mengontrol pertumbuhan beberapa kawah seperti Leutak, Wakong, Saar, Manuk, dan Pojok, yang merupakan kelurusan manifestasi panas bumi di permukaan.
Gambar 1. Peta Geologi Area Geothermal Kamojang & Sekitarnya (Pertamina AG Kamojang, 2000)

## 2. Eksploitasi Geothermal
Eksplorasi lapangan panas  bumi Kamojang telah dimulai pada tahun 1918. Aktifitas penelitian dilanjutkan dengan pemboran berkedalaman 128 m di tahun 1926. Eksplorasi terpadu yang dilakukan sejak tahun 1964 menunjukkan lapangan Kamojang adalah lapangan sistem uap kering dengan potensi 300 MWe. Penyelidikan geofisika terpadu dilakukan dari tahun 1972 hingga 1974 (Hochstein  1976). Lima pemboran eksplorasi dilakukan, dan dikembangkan hingga lebih 20 sumur produksi dengan hasil daya listrik 30 MWe (Sudarman & (Hochstein 1983). Hingga tahun 1981, atas bantuan pemerintah Selandia Baru, pengembangan lapangan Kamojang mencapai 55 MWe. Hingga saat ini kapasitas total pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) sebesar 200 MW.
Saat ini telah banyak survei yang telah dilakukan untuk pengembangan lapangan geothermal Kamojang salah satunya adalah survei micro earthquake (MEQ) atau mikroseismik  yang secara rutin dilakukan untuk memonitor sistem reservoar.

## 3. Hydraulic Fracturing
Data yang dikumpulkan dalam penelitian ini adalah hasil pengamatan selama satu tahun dari bulan Maret 2004 sampai Februari 2005 di daerah sekitar lapangan panas  bumi Kamojang dengan menggunakan jaringan stasiun  mikroseismik  yang dipasang oleh Pertamina. Dalam periode tersebut telah terjadi ratusan kali gempa yang terdiri dari mikroseismik dan gempa jauh. Gempa jauh merupakan istilah yang dipakai untuk mendefinisikan gempa dengan magnitudo lebih besar dari 3 skala Richter. Gempa jauh diasosiasikan oleh pergerakan lempeng tektonik. Data gempa pada penelitian ini adalah kejadian gempa yang tercatat setidaknya oleh tiga stasiun pengamatan gempa.  Pada lapangan panas bumi Kamojang terdapat empat stasiun pengamatan gempa yang terletak di sekitar Kmj-32, CHR-A, Kmj-7 dan Kmj-25. Dari keempat stasiun pengamatan gempa tersebut telah dikumpulkan data untuk area panas bumi Kamojang tercatat 181 kali kejadian gempa dengan gempa mikro sebanyak 177 dan gempa jauh sebanyak 4 kali.
Durasi  mikroseismik secara  umum  berkisar
antara 20  -  40 detik pada frekuensi 20 Hz. Pada frekuensi yang lebih rendah yaitu 0,6 –  4 Hz yang terekam hanya gelombang Rayleigh, tidak ada pengukuran terhadap waktu tiba gelombang P dan S.  Mikroseismik yang terjadi berhubungan dengan dinamika pengisian fluida pada rekahan. Peristiwa seperti ini sering terjadi di sistem geothermal, area vulkanik dan glasier. Dinamika fluida tersebut juga menyebabkan reaktivasi rekahan
4.  Pembahasan Mikroseismik telah sering diterapkan  untuk monitoring pada area geothermal. Hiposenter berkorelasi dengan batuan berintensitas rekahan tinggi yang merupakan zona sirkulasi hidrotermal. Terkadang zona dengan intensitas rekahan tinggi tersebut juga tampak sebagai patahan aktif. Analisa tectonic setting dan rekaman aktivitas seismik pada area geothermal sangat berguna untuk penentuan kriteria eksploitasi.
Lapangan geothermal pada umumnya memiliki luas sekitar 10 km 2 , namun gempa dengan magnitudo besar yang diakibatkan patahan bisa berasal dari ratusan km jauhnya. Sehingga untuk penyelidikan gempa yang berhubungan dengan aktivitas geothermal hanya mempertimbangkan magnitudo dengan skala kecil (0 –  3 SR). Karakteristik  lain area geothermal adalah adanya body magmatic seperti pluton atau dyke yang terbentuk dekat permukaan dan dibatasi oleh patahan utama yang terbentuk selama proses tektonik. Pada kasus lapangan geothermal yang berasosiasi dengan jajaran gunung api, seperti pada studi kasus lapangan Kamojang, patahan utama terbentuk di dalam area vulkanik dan struktur kompresi ditemukan di sekeliling patahan tersebut.
Dari data pengamatan kejadian gempa selama satu tahun,  (Gambar 2) terdapat gempa jauh pada area dengan radius sekitar 30 km dengan magnitudo rata-rata 5,2 SR, sedangkan mikroseismik yang terjadi pada area geothermal mempunyai magnitudo rata-rata 1,1 SR. Berdasarkan data aktivitas gempa harian selama satu tahun,  maka  aktivitas gempa lapangan geothermal Kamojang diprediksi akan berlangsung secara kontinyu dalam waktu lama dan akan terjadi gempa dengan magnitudo kecil pada tahap awal eksploitasi.
# # # # # # # # # # # # ## # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # 45 38 33 52 31 28 34 41 22 65 26 62 40 46 30 56 51 44 11 14 17 67 KMJ-46 KMJ-21 KMJ-15 KMJ-35 KMJ-55 Sta.III Sta.IV Sta.I Sta.II F Cibitung F Ciharus F Cinangsi Danau Ciharus F Patengteung F Ciwelirang F Kendang G Sanggar G Gandapura F Citepus G Gaj N 804000 804000 806000 806000 808000 808000 810000 810000 812000 812000 9206000 9206000 9208000 9208000 9210000 9210000 9212000 9212000 = 4 Gempa Mikro = 177 # Gempa Jauh = 4 # Stasiun MEQ # Sumur Injeksi # Sumur Produksi # Batas Lapangan Patahan Rim Keterangan
Gambar 2. Distribusi Episenter Selama Satu Tahun
Distribusi  vertikal  penyebaran  pusat-pusat gempa  berhubungan  dengan  kedalaman dan jalur sesar, sehingga dapat menunjukkan dugaan adanya sesar  aktif pada zona-zona lemah  tersebut. Pada area  geothermal  Kamojang  distribusi  hiposenter terletak pada elevasi 0,02 km sampai dengan -17,01 km.  Hiposenter  sebagian besar berada di bawah zona reservoar dan sebagian  lagi  tepat di zona reservoar, yaitu gempa dengan  elevasi 0 sampai 3 km (Gambar 3).  Jika  diperhatikan,  penyebaran gempa  dengan hiposenter dangkal  tersebut, ternyata  posisi  penyebarannya  tidak  jauh  dari sumber  geothermal  dan mengelompok  di  sekitar sumur eksploitasi.
Jelas  bahwa  mikroseismik  yang terjadi pada kedalaman  tersebut diperkirakan  penyebabnya berupa  aktifitas dan proses-proses yang terjadi di reservoar    tersebut,  seperti transfer panas fluida yang berlangsung  terus-menerus, sedangkan pada bagian yang lebih dalam, penyebaran pusat gempa lebih  merata dan tidak  berpola  dengan  frekuensi yang lebih  rendah. Umumnya  gempa  jauh  berada pada kedalaman  ini. Hal  ini  diperkirakan penyebabnya  dari  aktifitas  sesar yang  lebih  dalam atau  pengangkatan  oleh  sumber panas seperti magma yang diselingi oleh aspek tektonik regional.
Gambar 3. Penampang Hiposenter Barat – Timur Area Panas Bumi Kamojang dan Sekitarnya Hasil Pengolahan dengan MEQ-Software.
Namun  ada juga beberapa  gempa  jauh yang terletak dekat dengan permukaan hingga sampai - 20 m yang letaknya  diluar  lapangan  panas  bumi Kamojang. Sedangkan  gempa  jauh pada daerah lapangan  panas  bumi  Kamojang  letaknya  sangat dalam sekitar lebih dari –20 km.

## KESIMPULAN
Induksi seismic pada area geothermal disebabkan oleh dua hal. Pertama disebabkan oleh pelepasan energi  akibat injeksi fluida melalui patahan  menuju reservoar. Kedua karena perubahan fase air menjadi uap di dalam reservoar geothermal.  Induksi seismik  tersebut terekam sebagai mikroseismik dengan distribusi hiposenter bervariasi. Hiposenter pada  elevasi  0,02 sampai dengan  –17,01 km berada di zona  reservoar dan hiposenter pada elevasi 0 sampai -3 km terletak di bawah zona reservoar. Penampang hiposenter menunjukkan akumulasi dengan kemiringan Barat Daya  –  Timur    Laut yang sesuai dengan pola struktur   zona  patahan.   Sedangkan   diluar   zona
tersebut banyak terjadi gempa jauh karena aspek tektonik.
DAFTAR PUSTAKA API, 1993. Geothermal Reservoir Engineering . Volume 2, Jakarta: PT Loka Datamas Indah. API, 1999. Klasifikasi Potensi Energi Panasbumi . Jakarta: Media API edisi September.
API, 2003.  A Silver Year of Indonesian Geothermal Development  –  A Lesson Learn. Proceeding of The 6 th Indonesian Geothermal Association –  Annual Meeting and Conference, Bandung. David Gubbins, 1990. Seismology and Plate Tectonics . Cambridge University Press, University of Leeds, Cambridge. John M.Reynolds, 1997. An Introduction to Applied and Enviromental Geophysics . UK: John Wiley & Sons. L.  Rybach, L.J.P.Muffler, 1981.  Geothermal System: Principles and Case Histories,  Great Britain:  John Wiley & Sons.
Malcolm A. Grant, Ian G.Donaldson, Paul F.Bixley, 1982. Geothermal Reservoir Engineering .  London: Academic Press.
Muh. Yustin Kamah, 2004. Laporan Periodik Monitoring Gempa Mikro (MEQ) Desember 2003 –  Juli 2004. Geoscience Engineering , Pertamina Area Geothermal Kamojang.
Prof. Manfred P.Hochstein, 2000. Geophysical Methods: Exploration of Mineral Deposit. Geophysical Courses Series, HAGI, Bandung. R.E.  Sherif, L.P.Geldart, 1995.  Exploration Seismology. Melbourne: Cambridge Press, University of Houston. Stephen A. Onacha.  Locating High Production Wells in East Africa Region Using Joint Geophysical Imaging (JGI) Methods-GEF/UNEP Funded Project, www.unep.org, Duke University USA.
-------------------