Abstrak - S ebuah kawasan yang memiliki aktivitas vulkanik, mempunyai  potensi  S DA  yang  dapat  dimanfaatkan  sebagai sumber  energi  panas  bumi  hingga  cadangan  hidrokarbon. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengkarakterisasi fisis dan analisa hubungan antara parameter densitas, kecepatan Vp, atenuasi,  dan  resistivitas  pada  batuan  vulkanik  studi  kasus Gunung Arjuno-Welirang. Penelitian diawali dengan pengambilan sampel di lapangan dan pembuatan coring batuan sehingga  didapatkan  45  coring  batuan,  dari  16 sampel batuan, yang  mewakili  6  satuan  batuan,  kemudian  dilakukan pengukuran  parameter  resistivitas  dengan  metode konfigurasi axial resistivity, pengukuran densitas dengan prinsip Archimedes,  dan  pengukuran  kecepatan  Vp  serta  atenuasi dengan transmisi gelombang ultrasonik. Maka didapatkan hasil rentang  parameter  densitas  batuan  vulkanik  Arjuno Welirang berkisar antar 2400 – 2900 kg/m 3 , sedangkan rentang resistivitas bervariasi  dari  30-185  kOhm.m,  kemudian  rentang  nilai kecepatan  Vp  bervariasi  dari  5100-6700  m/s, dengan   koefisien atenuasinya memiliki rentang  0.05–0.23x10 -3 dB/m, dimana nilai densitas akan berbanding lurus dengan kecepatan Vp, dan nilai resistivitas akan berbanding terbalik dengan densitas-kecepatan Vp.  Berdasarkan  analisa  petrologi  batuan  vulkani k  Arjuno- Welirang memiliki tipe intermediate-mafik dengan nama batuan dominasi andesit-basaltik dan basalt.
Kata kunci — Atenuasi, Batuan Vulkanik, Densitas, Kecepatan Vp, Resistivitas

## I. PENDAHULUAN
I  Indonesia,  sebaran  gunung  aktif  dibagi  menjadi empat  busur  gunung  api,  yakni  Busur  Gunung  Api Sunda, Busur Gunung Api Banda, Busur Gunung Api Halmahera, dan Busur Gunung Api Sulawesi Utara-Kepulauan Sangihe[1]. Sebuah kawasan yang memiliki aktivitas vulkanik,  mempunyai  potensi  sumber  daya  alam  yang  dapat dimanfaatkan  sebagai  sumber  energi  panas  bumi  hingga cadangan hidrokarbon. Sampai saat ini karakterisasi fisis yang berhasil  dilakukan  oleh  metode  geofisika  untuk  lingkungan vulkanik  hanya  metode gravity ,  geolistrik,  magnetik  dan elektromagnetik. Sedangkan metode sesimik yang memanfaatkan  kecepatan  gelombang  belum  mendapatkan hasil  eksplorasi  yang  baik.  Tujuan  dari  penelitian  ini  ialah untuk  mengkarakterisasi  fisis  dan  analisa  hubungan  antara parameter  densitas,  kecepatan  Vp,  atenuasi,  dan  resistivitas
pada  batuan  vulkanik  studi  kasus  Gunung  Arjuno-Welirang, serta menganalisa petrologi batuan vulkanik.

## A. Geologi Regional
Gunung Arjuno – Welirang secara administrasi terdapat di 3 wilayah  kabupaten,  Kabupaten  Malang,  Mojokerto,  dan Pasuruan  dengan  letak  geografis  pucak terdapat pada 7 o 40' - 7 o 53'  LS  112 o 31’7"  -  112 o 42'52"  Kedua  gunung  api  ini merupakan  tipe  Gunungapi  Strato  tipe  A.  Batuan  penyusun kompleks  gunung  tersebut  ialah  andesit-basaltik,  yang dihasilkan  oleh  tiga  buah  erupsi  pusat dari G. Arjuno Tua, G. Arjuno  Muda  dan  G.  Welirang  berupa  aliran  lava,  aliran piroklastik,  jatuhan  piroklastik  dan  lahar  yang  sebarannya  ke arah utara dan barat[2] (Gambar  1).

## B. Karak ter Fisik  Batuan
1) Densitas Batuan Vulkanik Untuk  mengetahui  densitas bulk ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilainya diantaranya komposisi mineral (densitas  mineral  dan  fraksi  volume);  porositas  (pori  dan fracture )  dan  porositas  fluida  pori    batuan[3].  Untuk mendapatkan nilai densitas bulk batuan digunakan persamaan dibawah ini:
𝜌 =   ∑ 𝜌 𝑖 ∙ 𝑉 𝑖 n i=1 (1)
Karakterisasi  Fisis Hubungan  Densitas,

## Resistivitas,  Kecepatan (Vp), dan Atenuasi  pada Batuan Vulkanik (Studi Kasus  Gunung Arjuno- Welirang,  Jawa Timur)
Yulia Nur Fajrina,  Wien Lestari, Firman Syaifuddin Jurusan Teknik Geofisika,  Fakultas Teknik Sipil  dan Perencanaan, Institut Teknologi  Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : wien@geofisika.its.ac.id
D
Gambar.  1.    Komponen  Satuan  Batuan  dan  Struktur  Geologi  Komplek Gunung Arjuno-Welirang
dimana  : 𝜌 𝑖 = densitas mineral-mineral,  densitas fluida 𝑉 𝑖 = fraksi  volume
Densitas  batuan  beku  sangat  dipengaruhi  oleh  kandungan pH  mineralnya  (felsik  -  mafik).  Rentang  nilai  densitas  antar batuan  beku  cenderung  kecil  jika  dibandingkan  batuan sedimen  (pengaruh volume  fracture ),  namun  nilainya  lebih tinggi dibanding batuan sedimen.
2) Kecepatan Vp Batuan Vulkanik
Velocity  Vp  ialah  kecepatan  gelombang kompres ional yang mampu  ditempuh  suatu  batuan.  Kecepatan  Vp  memiliki hubungan  persamaan yang berbanding lurus dengan densitas. Persamaan umum densitas -kecepatan batuan beku yang sering digunakan  diantaranya  menggunakan  persamaan  Christensen & mooney (1995)  [4]dan Godfrey  (1997)[5],  dimana : 𝜌𝐶ℎ𝑟𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑠𝑒𝑛 ( ( 𝑔 𝑐𝑚3 ) = 0.541 + 0.36𝑉 𝑝 (2)
𝜌 𝐺𝑜𝑑𝑓𝑟𝑒𝑦  ( 𝑔 𝑐𝑚3 ) = 2.4372 + 0.076𝑉 𝑝 (3)
dimana  :
ρ    = Densitas
Vp  = Kecepatan Vp
3) Atenuasi Gelombang  Seismik  Batuan Vulkanik
Atenuasi  ialah    gabungan  antara  pelepasan  energi  dan penyerapan  frekuensi  medium.  Pengaruh  atenuasi  pada gelombang  seismik  yakni  dengan  penurunan  amplitudo  dan melebarnya  sinyal  (panjang  gelombang).  Koefisien  atenuasi batuan  beku  lebih  kecil  dibanding  batuan  lainnya  (high attenuation). Koefisien atenuasi dan faktor dispasi, dirumuskan dengan :
∝ = 1 𝑥2 −𝑥1 ∙ 20 ∙ log ( 𝐴(𝑥1) 𝐴(𝑥2) ) (4)
dimana  :
∝ = koefisien atenuasi (dalam dB m -1 ) 𝐴(𝑥 1 ) = amplitudo  pada jarak x 1 𝐴(𝑥 2 ) = amplitudo  pada jarak x 2 x 1, x 2 = jarak  (m)
4) Resistivitas Batuan Vulkanik
Aliran  arus  listrik  di  dalam  batuan  dipengaruhi  oleh banyaknya  elektron  bebas.  Faktor  yang  mempengaruhi  nilai resistivitas  batuan  :  kandungan  air,  tekstur  batuan,  jenis batuan,  porositas  dan  permeabilitas,  mineral  lempung, salinitas[3].

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Tahapan Penelitian
Tahapan  metodologi  pada  penelitian  ini  dimulai  dengan studi  literatur  dan tinjauan geologi untuk mempelajari karakter fisis  batuan  vulkanik,  parameternya,  serta  kondisi  geologi lapangan  penelitian.  Kemudian dilakukan pengambilan sampel dilapangan  berupa  blok  batuan  dan hand  sampling ,  serta proses  coring.  Dari  coring  yang  didapat,  dilakukan  berbagi pengukuran  parameter  fisis  batuan  dan  pendeskripsian petrologi,  serta  dianalisa hubungan antara parameter fisis dan pengaruh petrologi batuan terhadap parameter fisis.

## B. Data Penelitian
Pada  pengambilan  sampel  di  lapangan  dan  pembuatan coring  batuan  sehingga  didapatkan  45  coring  batuan,  dari 16 sampel  batuan,  yang  mewakili  6  satuan  batuan   (Gambar  3). Enam  satuan  batuan  tersebut,  yakni  Lava  Anjansmara  (Qla), Lava  Tua  Arjuno  Welirang  (Qltaw),  Aliran  Piroklastik  Tua Arjuno  Welirang  (Qaptaw),  Lava  Erupsi  Samping  (Qes)  Lava Welirang I (Qlw  I),  Aliran Piroklastik  Welirang (Qapw).

## C. Metode Penelitian
Pengukuran  densitas  sampel  coring  batuan  dilakukan dengan  menggunakan  prinsip  Archimedes.  Untuk  melakukan pengukuran  densitas  dilakukan  dengan  mengambil  data variabel  ukur  massa  kering  (Mk),  berat  kering  (Wk),  berat basah atau berat batuan saat batuan tersaturasi air dan dibuat dalam  keadaan melayang (Wsat).
Pengukuran data resistivitas dilakukan dengan menggunakan  alat  ukur  resistivitymeter  yang  terhubung dengan  elektroda  pada  batuan.  Elektroda  dibuat  dari lempengan  tembaga  yang  menyentuh  langsung  ke  batuan, dimampatkan, dan dihubungkan ke resistivitymeter[6] (Gambar  2a).  Variabel  yang  terukur  pada  resistivity  meter  ini berupa  arus  injeksi  yang  mengalir  masuk  ke  batuan(Ampere) dan beda potensial di kedua ujung batuan (Volt)
Pengukuran  parameter  Vp  dan  atenuasi  menggunakan perangkat  signal  generator, tranducer, receiver, dan osiloskop (Gambar 2b). Kemudian variabel yang diukur  pada pengambilan  data  kecepatan  Vp  ialah  waktu  tempuh gelombang  longitudinal  dan  dimensi  panjang  batuan . Pengukuran  atenuasi  dapat dilakukan dengan mengukur peak to peak  amplitude pada suatu batuan dengan dimensi panjang x  dan  membandingkannya  dengan  variasi  dimensi  panjang yang berbeda, namun jenis batuan yang sama.
(a)
(b)
Gambar. 2.  Metode pengukuran Resistivitas (a)dan Pengukuran Kecepatan Vp dan atenuasi pada batuan

## III. HASIL DAN ANALISA

## A. Analisa Petrologi Batuan Vulk anik
Berdasarkan  analisa  petrologi  yang  dilakukan  pada  sampel (Gambar  3),  batuan  vulkanik  Arjuno-Welirang  memiliki  tipe intermediate-mafik  dengan  nama  batuan  dominasi  andesit- basaltik  dan  basalt.  Disebut  tipe  intermediate  hingga  mafik, dikarenakan  komposisi  mineralnya  sebagian  besar  sama seperti,  kuarsa,  plagioklas,  piroksen,  olivin  dan amfibol. Yang membedakan  antar  satuan  batuan satu dengan satuan batuan lainnya  hanya  struktur  dan  persantase  komposisi  dominan mineral.

## B. Analisa Hubungan Parameter Fisis Batuan Vulk anik
Berdasarkan  perbedaan  trend  dan  sebaran  data  pada crossplot,  maka  batuan  vulkanik sampel dapat dikelompokkan 3  kategori  produk  batuan  vulkanik,  yakni  produk  kategori lava, piroklastik,  dan lava vesikular.
Berdasarkan  hasil  penelitian  rentang  parameter  densitas batuan  vulkanik  Arjuno  Welirang  berkisar  antar  2400  –  2900 kg/m3,  sedangkan  rentang  resistivitas  bervariasi  dari  30-185 kOhm.m,  kemudian  rentang  nilai  kecepatan  Vp  bervariasi  dari 5100-6700  m/s,  dengan    koefisien  atenuasinya  memiliki rentang    0.05–0.23x10-3dB/m.  Dimana  persamaan  hubungan antar parameternya di jelaskan pada Tabel 1.
Sehingga dapat digaris bawahi bahwa pada batuan vulkanik dengan  kondisi  dry,  kecepatan  Vp  akan  berbanding  lurus dengan  densitas,  atau  dapat  didefinisikan  kecepatan Vp akan naik  seiring  dengan  naiknya  densitas.  Sedangkan  resistivitas akan  berbading  terbalik  dengan  densitas -kecepatan  Vp,  atau dapat  didefinisikan  resistivitas    akan  semakin  naik  nilainya, apabila  nilai  densitas -kecepatan  Vp  semakin  turun  nilainya (Gambar  4).  Hal  ini  karena  pada  kondisi  dry  rock  atau  pada saat  batuan  kering  resistivitas  batuan  yang  memiliki  pori dengan densitas menurun,  lebih  akan  memiliki  nilai resistivitas  yang  tinggi  akibat  perantara  antar  kontak mineralnya  tidak  serapat  dengan  kontak  mineral  pada  batuan vulkanik  produk  lava,  sehingga  batuan  ini  tidak  konduktif dibandingkan batuan dengan densitas yag lebih besar.

## IV. KESIMPULAN
Dari  Penelitian  yang  sudah  dilakukan  dapat  diambill kesimpulan  bahwa :
1. Rentang  parameter  batuan  vulkanik dry  rock s memiliki nilai  densitas,  kecepatan  Vp,  faktor  atenuasi,  dan resistivitas  yang  tinggi  dibandingkan  dengan  batuan kelompok  lain seperti batuan sedimen.
2. Dari  hasil  pengukuran  dan  analisa  pada  batuan  vulkanik dry  rock s ,  nilai  densitas  akan  berbanding  lurus  dengan kecepatan  Vp,  dan  nilai  resistivitas  akan  berbanding terbalik  dengan densitas -kecepatan Vp.
3. Tipe batuan vulkanik Gunung Arjuno-Welirang merupakan  tipe  intermediate  hingga  mafik,  dengan dominasi batuan andesit-basaltik dan basalt.
4. Karena  hasil  parameter  fisis  (densitas,  Vp,  atenuasi,  dan resistivitas)  batuan  vulkanik  sangat  dipengaruhi  oleh faktor  mineral,  tekstur  dan  struktur  batuannya,  maka deskirpsi  petrologi  dapat  membantu  proses  interpretasi hasil pengukuran dan analisa setiap parameter.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sutikno, Bronto. 2002. Volkanologi. Staf Pengajar pada Jurusan T eknik Geologi Sekolah T inggi T eknologi Nasional Yogyakarta
[2] Berita Berkala Vulkanologi, Edisi Khusus, 1992, G. Arjuno -Welirang.
[3] Schoen, J. H., 2011, Handbook of Petroleum Exploration and P roduction Volume 8 :Physical Properties of Rocks, Oxford UK, Elsevier.
[4] Christensen, N.I. and Mooney, W.D., 1995. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: a global view. J. Geophys. Res., 100, 9761–9788.
[5] Mavko, G., Mukerji T.,Dvorkin J., 2009, The Rock Physics Handbook : T ools  for  Seismic  Analysis  of  Porous  Media,  Cambridge  University Press, New York
[6] bousrafa, E.M., Somerville, J.M., Hamilton, S.A. Holden, P.W., 2013, A laboratory  measurement  technique  for  axial  and  radial  resistivity  at ambient or  reservoir  stress  state  conditions  Institute  of PetroleumEngineering, Heriot -WattUniversity, Edinburgh E ,UK
Gambar. 3. Hand sampling section pada 6 satuan batuan dengan pembesaran 100x
T abel 1. Hubungan parameter fisis batuan vulkanik kondisi dry rock Hubungan Parameter Persamaan Keterangan Densitas – Kecepatan Vp Vp = 2.7778ρ - 1.5 Berbanding lurus Resistivitas – Kecepatan Vp Vp = 13328ρ -0.075 Berbanding terbalik Densitas – Resistivitas ρresist= 191.94x 3 - 1370.9x 2 + 3070.2x - 1988.1(x= densitas) Berbanding terbalik Densitas –Koefisien Atenuasi α= 0.2747ρ2 - 1.475ρ + 2.0928 Berbanding terbalik Kecepatan Vp –Koefisien Atenuasi α=  0.0266Vp2 - 0.3093Vp+ 1.0184 Berbanding terbalik Resistivitas – Koefisien Atenuasi α= 0.2747ρ 2 - 1.475ρ + 2.0928
Berbanding
lurus
* Keterangan – Hubungan antar param eter fisis