## APLIKASI METODE MAGNETOTELURIK DALAM INTERPRETASI STRUKTUR PANAS BUMI: DAERAH PANAS BUMI GUNUNG KARUA, TANA TORAJA SULAWESI SELATAN
Ahmad Zarkasyi 1 , Firman Syaifuddin 2 ,  Nugroho Syarif Setiawan 2
1 Pusat Sumber Daya Geologi
2 Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil Lingkungan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : firman@geofisika.its.ac.id
Abstrak. Wilayah panas bumi Bittuang memiliki manifestasi yang terdiri dari mata air panas dan batuan alterasi dengan suhu reservoir diperkirakan sekitar 200 o C. Hasil penelitian sebelumnya dan pengamatan lapangan mengarahkan kami untuk melakukan penelitian berkelanjutan di daerah ini, yang bertujuan untuk menentukan struktur resistivitas hingga kedalaman sekitar 2-4 km. Dalam penelitian ini kami menggunakan inversi dua dimensi (2D) magnetotelurik (MT), yang digunakan untuk mencirikan struktur resistivitas listrik reservoir  panas  bumi.    Untuk  mencapai  tujuan  penelitian  ini,  kami  melakukan  pengukuran  medan magnetotelurik (MT). Hasil penelitian menunjukkan  adanya  kemenerusan yang  ditunjukkan dari  data geologi dan zona resistivitas rendah pada permukaan dangkal dengan kedalaman sekitar 1-1,25 km yang paling mungkin terkait dengan batuan  alterasi atau clay cap . Zona di bawah clay cap dengan resistivitas lebih tinggi (50-250 ohm.m) diindikasikan sebagai zona reservoir.
Kata Kunci: magnetotelurik; panasbumi; inversi 2D; Bittuang
Abstract. Bittuang Geothermal area has manifestations consisting of hot springs and alterations rock with reservoir temperature estimated about 200°C. The result of previous research and field observations lead us to carry out continuing research in this area, which is aimed to determine resistivity structure to a depth about 2-4 km. In this paper we utilized two-dimensional (2D) magnetotelluric (MT) inversions, which used to characterize the electrical resistivity structure of geothermal reservoirs. We carried out Magnetotelluric (MT) field measurements to achive the purpose of this study. The results reveal the existence of a strike which indicated from the geological data and a low resistivity zone at a shallow surface with depth about 1-1,25 km that is most probably associated with alteration rock or clay cap. The zone below the claycap with higher resistivity (50-250 ohm.m) is indicated as reservoir zone.
Keywords: magnetotelluric; geothermal, 2D inversion, Bittuang

## PENDAHULUAN
Daerah  panas  bumi  Gunung  Karua  terletak  di Kabupaten  Tana  Toraja,  Provinsi  Sulawesi  Selatan (Gambar  1).  Indikasi  potensi  panas  bumi  Bittuang berupa dua kelompok manifestasi panas bumi yaitu di  daerah  Balla  dan Cepeng  dengan  temperatur air panas (AP) dengan sekitar 37-96,7 o C, batuan ubahan dan solfatara. Penelitian maupun eksplorasi geosain untuk  mendapatkan  data  potensi  energi  panas Gunung  Karua  di  Tana  Toraja  dimulai  oleh  Pusat Sumber Daya Geologi-Badan  Geologi di tahun 2009 dengan  metode  geologi,  geokimia,  dan  geofisika (geolistrik, gaya berat dan magnetik). Hasil penelitian merekomendasikan zona prospek panas bumi yang harus dilanjutkan dengan  metode geofisika  dengan penetrasi lebih dalam.
Akuisisi  data  magnetotelurik  (MT)  telah dilaksanakan pada tahun 2012 dan 2014. Jumlah titik MT  pada  tahun  pertama  sebanyak  38 titik dengan sebaran  berada  pada  bagian  selatan.  Pengukuran pertama  ini  melingkupi manifestasi panas  bumi  air panas (AP) Cepeng sampai dengan AP Balla. Akuisisi data MT  dilanjutkan pada tahun 2014 sebanyak  25 titik dengan area  sebaran dilanjutkan ke  arah utara atau  sampai  dengan  tubuh  Gunung  Karua.  Hasil penelitian  dengan  metode  MT  diharapkan  dapat memberikan  informasi  mengenai  struktur  sistem panas  bumi  Gunung  Karua  secara  lebih  detail  dan jelas.
Metode  Magnetotelurik (MT)  memiliki sejarah panjang  dalam eksplorasi panas  bumi. Respons MT dari  reservoir  suhu  tinggi  menunjukkan  resistivitas
sebagai  indikator  tidak  langsung  dari  fluida  panas bumi,  sebagai  respons  terhadap  batuan  teralterasi (Pellerin dkk., 1996). Resistivitas merupakan besaran fisis  primer  bumi  yang  sangat  dipengaruhi  oleh proses aktivitas hidrotermal di reservoir panas bumi. Jika  dipetakan,  resistivitas  dapat  digunakan  untuk menyimpulkan zona  rekahan  dengan  permeabilitas tinggi yang belum dimanfaatkan dan terisi oleh fluida panas (Gasperikova dkk., 2015).
Gambar 1 Daerah panas bumi Gunung Karua-Tana Toraja, Sulawesi Selatan

## Daerah Panas Bumi Gunung Karua
Daerah panas bumi Gunung Karua disebut juga daerah  panas bumi Bittuang. Geomorfologi area  ini didominasi oleh  morfologi perbukitan non-vulkanik, puncak  Gunung  Karua,  tubuh  Gunung  Karua,  dan kaki Gunung Karua.
Batuan  yang  menyusun  daerah  ini  berupa batuan batuan malihan, sedimen, batuan terobosan dan  batuan  produk-produk  vulkanik  (Gambar  2). Batuan  vulkanik  lava  Gunung  Karua-3  merupakan vulkanik  termuda  (0,3±0,1  juta  tahun)  yang diperkirakan berperan penting dalam pembentukan sistem  panas  bumi  Bittuang  (Anonim  a,  2009; Soetoyo, 2010).
Struktur yang berkembang terdiri dari struktur rim  kaldera,  sekumpulan  sesar  normal  berarah baratlaut-tenggara, baratdaya-timurlaut, dan berarah  hampir  utara-selatan.  Bagian  sesar  yang berarah  hampir  utara-selatan  inilah  yang  diduga mengontrol  keberadaan  manifetasi  panas  bumi berupa  mata  air  panas  (AP)  Balla  dan  Cepeng. Terdapat pula struktur berupa sesar mendatar yang berarah  baratdaya-timurlaut  yang  memotong  dan menimbulkan pergeseran pada struktur dan batuan yang sudah terbentuk sebelumnya.
Gambar 2 Geologi daerah panas bumi Gunung Karua/Bittuang (Anonim a, 2009 dan Soetoyo, 2010)
Terdapat  dua  tipe  dari  AP  yang  muncul  di Bittuang (Anonim a, 2009; D Kusnadi dan D Setiawan, 2009).  Mata  air  panas  Balla  bertipe  klorida sedangkan Cepeng masuk tipe air bikarbonat. Mata air  panas  Balla  berada  di  zona partial equilibrium , yang merupakan indikator adanya proses water rock interaction antara batuan dan fluida panas. Proses ini menyebabkan terbentuknya air panas bertemperatur  tinggi (90-96 o C) dengan  temperatur reservoir diperkirakan sebesar 200 o C (Gambar 3).

## METODOLOGI
Metode  MT  merupakan  salah  satu  metode geofisika  yang  dapat menggambarkan  sifat elektrik (distribusi  tahanan  jenis)  bawah  permukaan  yang memanfaatkan variasi medan elektromagnetik alami
sebagai  sumbernya.  Rentang  frekuensi  dari  medan elektromagnet alami berkisar antara 10-4 Hz hingga 104 Hz (Chave dan Jones, 2012)
Gambar 3 Geokimia daerah panas bumi Gunung Karua/Bittuang (Anonim a, 2009 dan Kusnadi, 2010)
Frekuensi  tinggi,  lebih  dari  1  Hz,  dihasilkan  dari aktivitas petir,  sedangkan  untuk  frekuensi  rendah, kurang dari 1 Hz dihasilkan dari interaksi solar wind dan medan  magnet bumi. Fluktuasi medan magnet menyebabkan  arus  listrik  sedangkan  variasi konduktivitas listrik berarah  lateral  dan  vertikal  di kerak bumi disebabkan oleh adanya ion atau benda konduktif padat (Zhdanov, 2002).
Tahanan  jenis  atau  resistivitas  diperoleh  dari perbandingan nilai medan listrik dan medan magnet yang  disebut  juga  sebagai  persamaan  Cagniard (Cagniard, 1953). Persamaan ini merupakan hasil dari persamaan  Maxwell  dengan  asumsi  gelombang bidang:
𝜌 𝑎 = 1 5 𝑓 𝑥  | 𝐸 𝐻 | 2 (1)
dimana :
𝜌 𝑎 : tahanan jenis semu (ohm.m) f : frekuensi (Hz) E : medan listrik (mV/km) H : medan magnet (nT) Kedalaman efektif dalam metode MT bergantung  kepada  tahanan  jenis  batuan  dan frekuensi  yang  digunakan.  Penetrasi  kedalaman efektif didapatkan dengan menggunakan persamaan (Zhdanov, 2009):
𝛿 = 1 𝛼 = √ 2 𝜇 0 𝜎𝜔 (2)
dimana :
𝛿 : skin depth (m) 𝜔 : frekuensi sudut 𝜎
: konduktivitas (S/m)
𝜇 0 : permeabilitas magnetik (H/m)
Data MT yang diperoleh dan dilanjutkan dalam proses  memiliki  rentang  frekuensi  300  Hz  sampai dengan  0,01  Hz.  di  Gunung  Karua.  Total  stasiun berjumlah  63  titik  (Gambar  4).  Kualitas  data mayoritas  berkualitas  baik  kecuali  beberapa  titik muncul  bump  pada  frekuensi  rendah  <0.1  Hz. Kelemahan data MT di daerah ini adalah efek statik yaitu  pergeseran  vertikal  ke  atas  dan  ke  bawah terhadap  nilai  yang  sebenarnya  yang  disebabkan oleh  heterogenitas  lokal  di  permukaan  dan  juga faktor topografi.

## Gambar 4 Stasiun pengukuran MT
Analisis arah strike untuk pemilihan arah rotasi menggunakan  metode  kualitatif.  Hasil  analisis  ini ditentukan  arah  00  atau  tidak  dirotasi.  Alasan  ini karena  pertimbangan  analisa  kualitatif  (sesar geologi)  yang  cendrung  berarah  utara-selatan. Koreksi  statik  menggunakan  metode  statistik. Metode ini menentukan median nilai tahanan jenis semu dari  titik-titik MT  yang berada  di sekitar  titik MT yang akan dikoreksi (Gambar 5).
Pemodelan  data  MT  di  daerah  Gunung  Karua menggunakan  teknik  inversi  2D.  Inversi  2D merupakan salah satu proses pengolahan data yang melibatkan  teknik  penyelesaian  matematis  dan statistik  dalam  menentukan  distribusi  sifat  fisis batuan bawah permukaan (M.R.Annas Qahhar dkk., 2015). Metode yang  digunakan adalah  NLCG (Non- Linear  Conjugate  Gradient)  yang  dapat  secara
langsung  meminimalisasi  problem  yang  bukan kuadratik,  membebaskan  kerangka  iterasi  dan inversi linear (Rodi dan L. Mackie, 2001). Metode ini mengevaluasi  fungsi  forward  untuk  setiap  model terbaru. Oleh karena itu, setiap satu kali iterasi pada inversi  untuk  setiap  lintasan  menyelesaikan  dua atau tiga problem forward (Siripunvaraporn, 2012).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahanan jenis semu invarian yang dicuplik pada frekuensi  100, 10,  1  dan  0,1  Hz  (Gambar  6).  Pada frekuensi 100 Hz terdapat tahanan jenis semu <  50 ohm.m yang muncul di daerah  sekitar AP Balla  dan menerus ke arah Gunung Karua sampai dengan mata air  panas  di  lembah/kaki  selatan  Gunung  Karua. Tahanan  jenis  <  50  ohm.m  ini  meluas  area penyebarannya pada frekuensi 10 Hz tetapi semakin terisolir dan mengecil  areanya  pada frekuensi  1 Hz bahkan  tidak terdeteksi lagi  pada  frekuensi  rendah (0,1 Hz).
Nilai tahanan jenis < 50 ohm.m ini diperkirakan memiliki asosiasi dengan batuan lava    dan    aliran piroklastik    produk Gunung Karua yang mengalami proses  alterasi  hidrotermal.  Batuan  teralterasi semakin luas  penyebarannya  pada  frekuensi  10 Hz dan  mulai  berkurang  intesitas  alterasinya  pada frekuensi 1 Hz.
Di luar area bertahanan jenis lebih < 50 ohm.m, terpetakan  tahanan  jenis  70-200  ohm.m.  Nilai
tahanan  jenis  jenis  tinggi  ini  konsisten  tersebar bahkan dengan nilai yang semakin tinggi di atas 500 ohm.m pada frekuensi rendah.  Tahanan jenis tinggi ini di bagian tengah ke selatan diperkirakan  respon batuan yang lebih kompak dan diperkirakan sebagai batuan basement.
Gambar 6 Tahanan jenis semu invariant yang dicuplik pada frekuensi 100, 10, 1, dan 0.1 Hz

## Model Tahanan  Jenis
Model  tahanan  jenis  yang  dihasilkan  dari inversi  2D  dipotong  pada  berbagai  kedalaman. Kompilasi  hasil  perpotongan  ditampilkan  pada Gambar 7.
Gambar 5 Contoh data MT daerah Gunung Karua sebelum (kiri) dan sesudah (kanan) dilakukan koreksi statik
Pada  kedalaman  250-500  meter  sebaran  batuan bertahanan jenis <50 ohm.m berada di sekitar mata air panas Balla menerus ke arah Gunung Karua yang diperkirakan  merupakan  batuan  produk  vulkanik yang  teralterasi/terubahkan sehingga  nilai  tahanan jenisnya menjadi rendah. Luas sebaran tahanan jenis < 50 ohm.m ini mulai mengecil pada kedalaman 750- 1000 meter dan tergantikan oleh nilai tahanan jenis sekitar  50-100  ohm.m.  Di  atas  kedalaman  1000 meter, sebaran tahanan jenis di lokasi-lokasi mata air panas  semakin  tinggi  nilainya.  Diperkirakan  pada kedalaman  100-1500  meter  ini  merupakan  zona transisi dari  tahanan  jenis  rendah  ke  tahanan  jenis tinggi ini. Zona transisi ini diduga sebagai zona batas antara lapisan penudung (batuan teralterasi) dengan lapisan reservoir pada  sistem panas bumi Bittuang. Pada kedalaman 2000 meter sebaran tahanan jenis didominasi  oleh  tahanan  jenis  tinggi,  diperkirakan pada kedalaman ini sudah merupakan batuan dasar.
Nilai  tahanan  jenis  <  50  ohm.m  yang diinterpretasikan  sebagai  respon  dari  batuan teralterasi tersebar di wilayah sekitar AP Balla  yang penyebarannya  ke  arah  utara atau  puncak Gunung Karua dan menutup   di   sekitar   kaki   selatannya.
Tahanan  jenis  rendah  ini  terdeteksi di  model penampang  (Gambar  8)  mulai  dari  permukaan hingga elevasi 500-600 m dpl atau kedalaman sekitar 1000-1250 meter. Reservoir panas bumi diperkirakan  terletak  di  bawah  lapisan  claycap tersebut  dengan  nilai  tahanan  jenis  antara  50-250 ohm.m dan tersebar di sekitar AP Balla hingga bagian
utara  ke  arah  Gunung  Karua.  Bagian  puncak  dari reservoir  tersebut  diperkirakan  berada  di  bagian tengah  dengan  ketebalan  reservoir  sekitar  1000 meter.

## PENUTUP Simpulan dan Saran
Hasil pemodelan 2D data MT dapat digunakan untuk  mendefinisikan  sistem  panas  bumi  Gunung karua/Bittuang  seperti  lapisan  penudung  dan reservoir. Lapisan penudung/caprock diinterpretasikan  pada  lapisan  batuan  bertahanan jenis < 50 ohm.m yang berasal dari batuan vulkanik teralterasi.  Lapisan  ini terdeteksi  dekat  permukaan hingga  kedalaman  sekitar  1000-1250  meter. Reservoir  panas  bumi  diperkirakan  berada  mulai kedalaman  1000-1250 meter  dengan  nilai  tahanan jenis  antara  50-250  ohm.m  dan  ketebalan  sekitar 1000 meter.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  tim  penulis  hantarkan kepada para staf Pusat Sumber Daya Geologi bidang panas  bumi  yang  telah  berperan  serta  dalam penulisan  ini.  Kegiatan  diskusi  terutama  tentang informasi geologi daerah  sangat  bermanfaat  dalam interpretasi hasil MT.
Gambar 7 Model tahanan jenis 2D yang dicuplik pada kedalaman 250, 500, 750, 1000, 1500, dan 2000 meter.
Gambar 8 Interpretasi penampang model tahanan jenis 2D dikorelasikan dengan sistem panas bumi

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim  a  (2009), Laporan  Survei  Geofisika  Terpadu Daerah Panas  Bumi Bittuang,  Kabupaten Tana Toraja,  Sulawesi  Selatan. Pusat  Sumber  Daya Geologi, Badan Geologi, Bandung, Diambil dari http://psdg.bgl.esdm.go.id/perpus/index.php?p =show_detail&id=127.
Anonim  b  (2009), Laporan  Survei Terpadu          Geologi dan  Geokimia  Daerah  Panas  Bumi  Bittuang, Kabupaten  Tana  Toraja,  Provinsi  Sulawesi Selatan Pusat  Sumber  Daya  Geologi,  Badan Geologi, Bandung,.
Anonim c (2012), Laporan Survei MT daerah   Panas Bumi Bittuang,  Kabupaten  Tana  Toraja,  Provinsi Sulawesi   Selatan Pusat Sumber  Daya Geologi, Badan Geologi, Bandung,.
Cagniard, L. (1953), "Basic Theory of the Magneto-Telluric
Method of Geophysical Prospecting", Geophysics , Vol.18. http://doi.org/10.1190/1.1437915.
Chave, A.D. dan Jones, A.G. (2012), The Magnetotelluric Method:  Theory  and  Practice ,  Cambridge
University Press. http://doi.org/10.1017/CBO9781139020138.
D Kusnadi dan D Setiawan (2009), "Penyelidikan Geokimia Daerah Panas bumi Bittuang, Kabupaten Tanan Toraja, Sulawesi Selatan", Prosiding Pemaparan Hasil – Hasil  Kegiatan  Lapangan  dan  Non Lapangan  Tahun  2009  Pusat  Sumber  Daya Geologi, Badan Geologi, Bandung ,.
Gasperikova, E., Rosenkjaer, G., Arnason, K., A. Newman, G.  dan  Lindsey,  N.  (2015),  "Resistivity characterization  of  the  Krafla  and  Hengill geothermal  fields  through  3D  MT  inverse modeling", Geothermics ,
Vol.57.
http://doi.org/10.1016/j.geothermics.2015.06.0 15.
M.R.Annas  Qahhar,  Yunus  Daud,  Surya  Aji  Pratama,
Ahmad Zarkasyi, Asep Sugianto dan Edi Suhanto (2015), Modeling  of  Geothermal  Reservoir  in Lawu field Using 2-D Inversion of
Magnetotelluric Data ,.
Pellerin, L., Johnston, J.M. dan Hohmann, G.W. (1996), "A numerical  evaluation  of electromagnetic methods in geothermal exploration",
GEOPHYSICS ,  Vol.61,  No.1,  hal.  121 – 130. http://doi.org/10.1190/1.1443931.
Rodi, W. dan L. Mackie, R. (2001), "Nonlinear Conjugate Gradients  Algorithm  For  2-D  Magnetotelluric Inversion", Geophysics ,  Vol.66,  hal.  174 – 187.
http://doi.org/10.1190/1.1444893. Siripunvaraporn, W. (2012), "Three-Dimensional Magnetotelluric  Inversion:  An  Introductory Guide  for  Developers  and  Users", Surveys  in
Geophysics , Vol.33, No.1, hal. 5 – 27. http://doi.org/10.1007/s10712-011-9122-6.
Soetoyo  (2010),  "Penyelidikan  Geologi  Daerah  Panas bumi  Bittuang,  Kabupaten  Tanan  Toraja, Sulawesi Selatan", Prosiding Pemaparan Hasil – Hasil  Kegiatan  Lapangan  dan  Non  Lapangan Tahun 2009 Pusat Sumber Daya Geologi ,.
Zhdanov, M.S.  (2002), Google-Books-ID: tHtDETv7VCoC,
Geophysical Inverse  Theory and  Regularization Problems , Elsevier.
Zhdanov, M.S. (2009), Google-Books-ID: 5UpLWlzX9HIC, Geophysical  Electromagnetic  Theory  and Methods , Elsevier.
-------------------