## Identifikasi struktur geologi bawah permukaan berdasarkan pemodelan 3D data gravitasi (studi kasus daerah potensi panas bumi Kepahiang)
Sukmaji Anom Raharjo 1 *, Aditya Verry Saputra 1 , Tony Rahadinata 2
1 Program Studi Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Jenderal Soedirman
2 Pusat Sumber Daya Mineral, Batubara dan Panas Bumi (PSDMBP), Bandung 1Jalan Dr. Suparno No.61 Karangwangkal Purwokerto Jawa Tengah *e-mail:sukmaji.raharjo@unsoed.ac.id
Abstrak – Telah dilakukan survei metode gravitasi di daerah potensi panas bumi Kepahian meliputi area dengan luas 12×16 km 2 dengan total 332 titik data pengukuran. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi struktur geologi  bawah  permukaan  dan  distribusi  densitas  batuan  bawah  permukaan  yang  berasosiasi  dengan  sistem hidrotermal  daerah  potensi  panas  bumi.  Pemodelan  dan  identifikasi  struktur  geologi  bawah  permukaan menggunakan  analisis  derivatif  yang  dapat  mengetahui  kontak  vertikal  massa  bawah  permukaan  dan  dapat mengetahui jenis struktur patahan yang dihasilkan. Hasil pemodelan 3D memperlihatkan suatu blok dengan nilai densitas rendah yang berarah selatan-barat dan terletak di daerah mata air panas. Densitas batuan rendah tersebut bernilai  sekitar  2,4    g/cm 3 dan  diiterpretasi  sebagai  jenis  batuan  piroklastik  yang  telah  mengalami  pelapukan akibat  naiknya  larutan  hidrotermal.  Hasil  pemodelan  juga  memperlihatkan  suatu  blok  batuan  dengan  densitas tinggi  yang  diinterpretasikan  sebagai  respon  batuan  andesit,  basalt  yang  masih  kompak  dan  memungkinkan sebagai sumber panas bagi daerah panas bumi Kepahiang.
Kata Kunci: panas bumi, gravitasi, analisis derivatif, pemodelan
Abstract  – A  survey  of  the  gravity  method  in  the  Kepahiang  geothermal  potential  area  has  been  carried  out, covering  an  area  of  12×16  km 2 with  a  total  of  332  measurement  data  points.  This  study  aims  to  identify  the subsurface geological structure and the distribution of subsurface rock density associated with the hydrothermal system  of  the  potential  geothermal  area.  Modeling  and  identifying  subsurface  geological  structures  using derivative analysis can determine the type of fault structure produced by subsurface mass's vertical contact. The 3D  modeling  results  show  a  block  with  a  low-density  value  located  in  the  hot  spring  area  in  a  southwest direction. The low rock density is about 2.4 g/cm 3 and is interpreted as pyroclastic rock undergoing weathering due  to  rising  hydrothermal  solutions.  The  modeling  results  also  show  a  block  of  rock  with  high  density, interpreted as a response to andesite rock, basalt, which is still compact and possible as a heat source for the Kepahiang geothermal area.
Key words: geothermal, gravity, derivatives analysis, modeling

## PENDAHULUAN
Daerah  panas  bumi  Kepahiang  berada  di  di daerah  Kabupaten  Kepahiang  dan  Rejang Lebong,  Provinsi  Bengkulu  yang  merupakan daerah  vulkanik  tinggi  dan  berada  di  jalur subduksi  pada  daerah  busur  magmatik  yang terletak  di  sebelah  barat  Pulau  Sumatra.  Secara geologi,  batuan  pada  komplek  Kaba  pada umumnya berjenis andesit–basaltik yang berasal dari    Bukit  Itam,  1960,  Biring,  Selojuang, Penyeluan  dan  Kaba.  Pembentukan  komplek gunung Kaba dipengaruhi oleh aktivitas tektonik yang  searah  dengan  pola  sesar  Sumatera  dan antitetiknya yang berarah baratdaya timurlaut [1].
Fluida  panas  pada  sistem  panas  bumi Kepahiang  bertipe  bikarbonat  dan  sulfat  yang
berada  pada  zona immature  water .  Indikasi sistem  panas  bumi  di  daerah  ini  dicirikan dengan munculnya manifestasi berupa air panas dengan  temperatur  tertinggi    94°C,  pH  netral, solfatara dan fumarol dengan temperatur hingga 360ºC  dan  alterasi  batuan  di  sekitar Airsempiang,  puncak  Kaba,  dan  mata  air  panas di daerah Sempiang dan Babakan Bogor [1].
Data geologi daerah Panas Bumi Kepahiang  menunjukkan  adanya  batuan  yang memiliki  sifat  impermeable  dengan  kandungan mineral  lempung  jenis  montmorilonit  dan kaolinit  yang  cukup  tinggi  pada  daerah  alterasi di  sekitar  manifestasi  Air  Sempiang.  Batuan alterasi  yang  terbentuk  merupakan  tipe  argilik hingga  argilik  lanjut.  Alterasi  tersebut  muncul pada aliran piroklastik dan lava produk Gunung
Kaba.  Batuan  penudung  ini  berada  pada  zona struktur  sesar  Sempiang  yang  berarah  hampir utara selatan. Selain data  alterasi, kemungkinan lainnya  yang  dapat  diinterpretasikan  sebagai batuan penudung adalah lava muda produk Kaba yang  masif  dan  belum  terkekarkan  secara kuat [1].
Salah  satu  faktor  penting  dalam  suatu sistem  panas  bumi  adalah  faktor  sumber  panas atau heat  source. Sumber  panas  ini  biasanya merupakan  magma  dibawah  permukaan  yang berasosiasi  dengan  batuan  yang  mempunyai densitas  yang  lebih  tinggi,  dan  kontras  dengan batuan  di  sekelilingnya.  Kontras  densitas  ini dapat  terlihat  dari  data  gravitasi  yang ditunjukkan  adanya  anomali  pada  peta gravitasi [2]
Untuk  mengetahui  zona  permeabel  dalam suatu sistem panas bumi diperlukan pemahaman dan informasi struktur geologi bawah permukaan yang mengontrol sistem panas bumi tersebut. Penyelidikan geologi diperlukan untuk mengetahui  keberadaan  struktur  regional, sedangkan analisa dan pemodelan data gravitasi diperlukan  untuk  menemukan  sruktur  maupun kontras litologi dengan perkiraan kedalamannya dibawah permukaan bumi [3]
Dalam  artikel  ini,  struktur  geologi  dan sumber panas dari sistem panas bumi Kepahiang diidentifikasi  menggunakan  analisa derivative medan gaya berat dengan estimasi densitas rata- rata  yang  diperoleh  dari  pengukuran  densitas sampel  batuan  di  lokasi  penelitian    dan pemodelan yang digunakan berupa pemodelan 3 dimensi.
Gambar 1. Peta struktur geologi daerah penelitian

## METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  data  gravitasi  yang digunakan  sebanyak  332  titik  dengan    spasi antar titik pengukuran dalam lintasan adalah 250 meter.  Data  pengukuran  gravitasi  meliputi  nilai bacaan  alat,  waktu  pengukuran  dan  data inner atau terrain sekitar  titik  pengukuran.  Nilai bacaan  alat  akan  dikonversi  ke  dalam  mGal yang  kemudian  diikatkan  ke  nilai  gaya  berat nasional  (IGSN  71)  DG0  Bandung.  Stasiun basis  (BS)  dibuat  di base  camp sebagai  titik looping pengukuran.  Hasil  pengukuran  BS  di daerah  panas  bumi  Kepahiang  terhadap  DG0 menghasilkan nilai gravitasi 97786,976 mGal.
Gambar  2. Peta  titik  ukur  gravitasi  daerah  panas bumi Kepahiang
Estimasi  densitas  yang  dihasilkan  adalah densitas  rata-rata  permukaan  daerah  penelitian yang dapat diperoleh dengan mengukur densitas sampel  batuan  dari  lokasi  penelitian  di laboratorium dan dibandingkan dengan menggunakan  analisis  kulitatif  dan  kuantitatif seperti metode metode Nettleton dan Parasnis.
Tabel  1. Densitas  batuan  daerah  panas  bumi (Laboratoriun PSDG)
No Kode Sampel Batuan Jenis Batuan Densitas (g/cm 3 ) 1 KP.17 Lava Tua 2,08 2 KP.91 Dasit 2,69 3 KP.114 Andesit 2,39 4 RK.89 Basalt 2,47 Densitas rata-rata 2,41 Penentuan densitas secara kualitatif menggunakan  metode  Nettleton  dilakukan dengan  membuat  profil  topografi  dan  profil anomali  Bouguer  untuk  densitas  yang  berbeda- beda  dari  tiap-tiap  lintasan  yang  dipilih.  Harga densitas  yang  dipilih  sebagai  densitas  batuan permukaan  (atau  densitas  topografi)  adalah
densitas yang profil anomali Bouguernya  tidak berkorelasi terhadap profil topografi.
Densitas rata–rata batuan  daerah penelitian secara  kuantitatif  diperoleh  menggunakan metode parasnis. Metode parasnis menggunakan persamaan  regresi  linear y = mx + c yang diturunkan  dari  persamaan  anomali  gravitasi (persamaan 1), di mana sumbu y diperoleh dari nilai  FAA  (g obs –  g n +  0,3086h)  dan  sumbu x didapat  dari  ketinggian  dikalikan  dengan 0,04192.  Kemiringan  garis  trend  dari  grafik tersebut  merupakan  densitas  rata  –  rata  batuan yang ada di daerah penelitian [4].
∆𝑔 = 𝑔 − 𝑔 + 0,3085ℎ − 0,04192𝜌 ℎ (1)
Selanjutnya, parameter densitas ini digunakan  untuk  mendapatkan Complete
Bouguer Anomaly (CBA) dengan menggunakan
persamaan  (2).  Peta  kontur Complete  Bouguer Anomaly ( CBA )  hasil  dari  pemetaan  nilai CBA dilakukan menggunakan Software Geosoft Oasis Montaj 8.4 . 𝐶𝐵𝐴 = 𝑔 −  𝑔(𝜙) + 𝑔 − 𝑔 + 𝑇𝐶 (2)
Pemisahan  anomali  residual  dan  regional dilakukan  untuk  melihat  anomali  bawah permukaan  yang  terdapat  di  daerah  penelitian yang  lebih  jelas.  Metode  pemisahan  anomali regional dari CBA dilakukan dengan menggunakan  filter moving  average ,  yang bekerja  dengan  meloloskan  data  berfrekuensi rendah  dan  menghilangkan  data  berfrekuensi tinggi  sehingga  didapatkan  anomali  regional. Pada penelitian ini digunakan low pass filter 5x5 dengan lebar window yang diestimasi menggunakan  analisis  spektrum.  Analisis spektrum  dilakukan  dengan  melakukan slicing sebanyak 7 lintasan pada peta kontur CBA yang meliputi seluruh daerah pengukuran. Analisis  derivative  pada  data  medan gravitasi yang digunakan untuk mengidentifikasi keberadaan  struktur  geologi  meliputi First Horizontal  Derivative (FHD)  and Second Vertical Derivative (SVD) yang bersifat sebagai low pass filter yang dapat memisahkan frekuensi rendah dari frekuensi tinggi [5]
Teknik  FHD  diterapkan  untuk  interpretasi kualitatif data anomali gravitasi residual, dimana kasus gradien horisontal paling tinggi merefleksikan perubahan densitas batuan dalam arah  lateral [6].  Perubahan  anomali  secara horizontal  ditandai  dengan  nilai  maksimum FHD  pada  grafik  FHD [4],  dengan  nilai  FHD diperoleh dari persamaan (3).
𝐹𝐻𝐷 = + (3)
Ketika  diterapkan  untuk  interpretasi  dua dimensi  (2D),  kurva  gradien  horisontal cenderung  menempati  ridge  yang  sempit.  Oleh sebab itu gradien horisontal yang bernilai paling besar  akan  terlokalisir  langsung  di  tepi  benda (batas  litologi).  Hal  ini  dapat  dimanfaatkan untuk  melokalisir  batas-batas  kontak  litologi benda  anomali  terhadap  lingkungannya  dengan cara  melihat  perubahan  densitas  benda  dalam arah lateral [6].
Karena medan gravitasi memenuhi persamaan  laplace,  SVD  dapat  diperoleh  dari turunan  horizontal,  yang  dapat  dituliskan  pada persamaan (4)
= − + (4)
dengan  kriteria  penentuan  jenis  patahan  seperti pada persamaan (5) dan (6) [7].
> Patahan Turun (5) < Patahan Naik             (6)
Penggunaan  SVD untuk  analisis  sebaiknya dibatasi  untuk  kondisi  struktur  geologi  yang relative  sedehana  dan  digunakan  untuk interpretasi secara kualitatif saja [8].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  perhitungan  densitas  menggunakan metode  Parasnis  adalah  2,3567  g/cm 3 dan dibulatkan menjadi 2,4 g/cm 3 .
Gambar 3. Estimasi densitas batuan dengan metode Parasnis
Metode  secara  kualitatif  yang  juga digunakan  yaitu  Nettleton  ( Gambar  4 ). Penentuan  densitas  batuan  dilakukan  dengan korelasi  antara  grafik  topografi,  gravitasi observasi  dan  densitas.  Anomali  Bouguer  titik ukur pada suatu lintasan diplot dengan berbagai macam densitas. Nilai densitas diperoleh apabila nilai  anomali  gravitasi  yang  dihasilkan  tidak mempunyai  korelasi  dengan  topografi.  Pada penelitian  ini  diperoleh  nilai  densitas  di  daerah penelitian yaitu 2,4 g/cm 3 .
Gambar 4. Estimasi densitas batuan dengan metode Nettleton
Nilai Complete  Bouguer  Anomaly (CBA) diperoleh  dari  persamaan  (2)  dengan  nilai densitas batuan yang digunakan yaitu 2,4 g/cm 3 , dan  sebaran  nilainya  terlihat  pada Gambar  5 , dan slicing lintasan pada peta CBA di Gambar 6 . Gambar 5. Peta Complete Bouguer Anomaly (CBA)
Dari  Peta  CBA,  nilai  anomali  pada daerah penelitian  berkisar  25,78  mGal  sampai  46,56 mGal,  dengan  anomali  CBA  tinggi,  berada  di bagian  timur  dan  barat  daya  dengan  nilai  > 39,55  mGal.  Anomali  ini  ditafsirkan  sebagai respon  dari  batuan  dasit  dan  andesit.  Anomali sedang,  berada  di  tengah  bagian  barat,  selatan, timur  dan  tenggara  dengan  nilai  31,98-39,55 mGal  yang  ditafsirkan  sebagai  respon  batuan basalt  yang  didominasi  oleh  batuan  piroklastik yang telah mengalami pelapukan lemah-sedang. Anomali  rendah,  tersebar  di  bagian  barat,  barat laut  dan  utara  dengan  nilai  25,78-31,98  mGal yang  ditafsirkan  sebagai  respon  batuan  yang telah  mengalami  pelapukan  dari  tingkat  lemah sampai kuat akibat naiknya larutan hidrotermal.
Gambar  6 .  Irisan  tujuh  lintasan  pada  analisis spektrum
Analisis spektrum dilakukan dengan slicing tujuh  lintasan  ( Gambar  6 )  pada  peta  kontur Complete  Bouguer  Anomaly  (CBA)  yang mencakup  seluruh  daerah  penelitian,  proses  ini bertujuan  untuk  memperoleh  data  anomali bouguer  dari  masing  masing  slicing  yang selanjutnya  ditransformasi  dalam  bilangan gelombang  dengan  melakukan  transformasi fourier, dan hasilnya terlihat pada Gambar 7 .
Gambar 7 . Grafik Analisis Spektrum Tujuh Lintasan
Dari  tujuh  lintasan  tersebut,  nilai  rata-rata sumber anomali regional berada pada kedalaman 3.947,4 m dan nilai rata-rata kedalaman anomali residual 248,71 m, yang ditunjukkan pada Tabel 2 . Tabel 2. Hasil Analisis Spektrum Lintasan Kedalaman Regional (m) Kedalaman residual (m) N 1 2401,1 158,4 11,01 2 3277,6 203,3 15,27 3 2876,7 278,3 14,83 4 5844,8 354,5 21,31 5 6272,8 288,8 22,24 6 4742,4 283,1 21,07 7 2176,3 174,4 23,92 Rata-rata 3947,4 248.7 18,52 Window 19
Gambar 9 . Anomali regional daerah penelitian
Daerah  dengan  anomali  tinggi  pada  peta anomali  regional  ( Gambar  9 )  berada  di  bagian timur,  tenggara,  selatan  dan  barat  daya  dengan nilai  anomali gravitasi 20,14 -24,31 mGal yang
diinterpretasi  sebagai  respon  batuan  dasit  yang masih kompak dan masif.
Gambar 10 . Anomali residual daerah penelitian
Anomali residual daerah penelitian ( Gambar  10 )  merupakan  respon  dari  objek bawah  permukaan  yang  menunjukan  struktur pada  kedalaman  yang  dangkal.  Terdapat beberapa  indikasi  adanya  struktur  geologi berupa patahan yang diinterpretasi dari anomali residual,  seperti  liniasi  di  bagian  utara,  tengah dan  barat  daya.  Pada  bagian  utara  hingga  barat terlihat  pola  anomali  dengan  liniasi  dan kerapatan  kontur  antara  anomali  rendah  dan sedang yang cukup tajam.
Liniasi  ini  menggambarkan  seperti  suatu struktur kaldera yang melingkupi mata air panas Sempiang  daerah  Gunung  Kaba.  Liniasi  ini diperkirakan  merupakan  segmen  struktur patahan  aktif  Sumatera  yang  memanjang  dari selatan  hingga  utara  Pulau  Sumatera  dan merupakan  kontrol  struktur  air  panas  Babakan Bogor.
Analisis  gradien  horizontal  dan  vertikal biasanya  dilakukan  sebagai  bagian  dari interpretasi  kualitatif  dan  semi  kuantitatif  yang diharapkan  dapat  memperjelas  batas  sumber anomali  dari  peta  anomali  residual [8].  First Horizontal Derivative (FHD) dilakukan terhadap peta  anomali  residual  untuk  memperjelas keberadaan  struktur  patahan  dan  hasilnya terlihat  pada Gambar  11 .  Nilai  FHD  tinggi 0,00545-0,00941 mGal/m pada daerah penelitian  menunjukkan    adanya  struktur geologi berupa patahan.
Gambar 11 . Peta Kontur Anomali FHD
Data  geologi  berupa  struktur  patahan  yang ditunjukkan dengan garis  berwarna hitam pada peta kontur anomali FHD ( Gambar 11 ) ternyata bersesuaian  dengan  nilai  FHD  yang  tinggi. Selanjutnya  dilakukan  analisa  Second  Vertical Derivative  (SVD)  untuk  mengidentifikasi  jenis patahannya  dengan  melakukan  irisan  (slicing) tegak  lurus  terhadap  arah  patahan  pada  peta kontur anomali SVD ( Gambar 12 ).
Gambar 12 . Peta Kontur Anomali SVD
Grafik  Kurva  SVD  seperti  ditunjukkan pada Gambar  12 menunjukkan  nilai  mutlak
maksimum  dan  nilai  mutlak  minimum,  dan dengan  menggunakan  persamaan  (5)  dan  (6) bisa ditentukan jenis patahannya .
Gambar 13 . Grafik nilai SVD pada irisan tegak lurus patahan
Jenis  patahan  dari  hasil  irisan  ketiga lintasan  pada Gambar  13 memiliki  jenis patahan turun yang ditunjukkan dari nilai mutlak maksimum  lebih  besar  dari  nilai  mutlak minimum  dan  sesuai  dengan  jenis  patahan  dari data geologi.
Model  geologi  3D  bawah  permukaan  pada penelitian  ini  dibuat  menggunakan  Perangkat lunak Grablok, dengan model awal berupa blok dengan densitas awal 2,67 g/cm 3 dimana sumbu X dibagi menjadi 26 blok, sumbu Y menjadi 33 blok  dan  sumbu  Z  menjadi  5  blok,  sehingga menghasilkan  4290  blok  minor.  Data  dari  nilai Complete Bouguer Anomaly (CBA)
diinversikan  terhadap  model  awal,  dengan teknik optimasi singular value decomposition .
Hasil  pemodelan  gravitasi  3D  daerah penelitian  ditunjukkan  pada Gambar  14 , dengan  model  3D  disajikan  dalam  bentuk penampang  dan  distribusi  densitas  dalam  arah X,  Y  dan  Z.  Batuan  dengan  densitas  tinggi terdapat  di  sekitar  gunung  Kaba  terlihat  hingga ke  permukaan  dan  diperkirakan  berasosiasi dengan batuan dasit dan andesit.
Batuan dengan densitas rendah yang berada di sekitar mata air panas Sempiang dan Babakan
Bogor  diperkirakan  berasosiasi  dengan  zona patahan  yang  menyebabkan  densitas  batuan menjadi lebih rendah dan memungkinkan batuan menjadi  permeable.  Zona  tersebut  sangat memungkinkan  menjadi  zona  reservoir  panas bumi.
Gambar 14 . Model 3D daerah penelitian

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dapat  disimpulkan  bahwa dari  data  gravitasi,  struktur  geologi  berupa patahan  turun  pada  daerah  potensi  panas  bumi Kepahiang  dapat  diidentifikasi.  Berdasarkan hasil  pemodelan  3D,  terindikasi  batuan  dengan densitas  tinggi  yang  diinterpretasikan  sebagai respon  batuan  beku  yang  masih  kompak  dan memungkinkan  sebagai  sumber  panas  bagi daerah  panas  bumi  Kepahiang,  dan  batuan dengan  densitas  rendah  yang  diperkirakan sebagai zona patahan dan batuan permeabel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] D. Kusnadi, “Penyelidikan  Terpadu Geologi dan Geokimia Daerah Panas Bumi Kepahiang,” 2010.
[2] E.  B.  Purwasatriya  and  A.  Widagdo, “Tinjauan  Potensi  Panas  Bumi  Gunung Slamet  Berdasarkan  Data  Gravitasi  dan Geologi,” Proceeding  Semin.  Nas.  Inov.
dan  Rekayasa  Teknol.  Ke-3 ,  no.  October, 2014.
[3] Y. Daud et al. , “First horizontal  derivative and Euler Deconvolution in application for reconstructing  structural  signature  over  the Blawan-Ijen  Geothermal  area,” IOP  Conf. Ser.  Earth  Environ.  Sci. ,  vol.  254,  no.  1, 2019, doi: 10.1088/1755- 1315/254/1/012008.
[4] D.  S.  Fitriani,  S.  N.  A.  Putri,  and  I.  F. Putrajy, “Metode Gravitasi Untuk Identifikasi  Sesar  Weluki  Dengan  Analisis
First  Horizontal  Derivative  Dan  Second Vertical  Derivative,”  vol.  IX,  pp.  53–60, 2020, doi: 10.21009/03.snf2020.01.fa.10.
[5] H.  A.  Azkia  and  Y.  Daud,  “Integrated geophysical  and  geological  methods  to identify  structure existence  as  a permeable zone  in  a  geothermal  field,” AIP  Conf. Proc. ,  vol.  2320,  no.  March,  2021,  doi:
10.1063/5.0038802.
[6] U.  N.  P.  Sehah  and  S.  A.  Raharjo, “Pemanfaatan  Data  Anomali  Gravitasi Citra  Satelit  Untuk  Interpretasi  Kualitatif Batas  Cekungan  Air  Tanah  Purwokerto,” Prosiding ,  2022,  [Online].  Available: http://jurnal.lppm.unsoed.ac.id/ojs/index.ph p/Prosiding/article/view/1841%0Ahttp://jur nal.lppm.unsoed.ac.id/ojs/index.php/Prosidi ng/article/download/1841/1600.
[7] S. Prabu et al. , “IDENTIFIKASI PATAHAN MIKRO PENYEBAB GEMPA BUMI,” vol. V, pp. 79–84, 2016.
[8] P.  Sumintadireja,  D.  Dahrin,  and  H. Grandis,  “A  note on the use  of  the  second vertical  derivative  (SVD)  of  gravity  data with reference to Indonesian cases,” J. Eng. Technol.  Sci. ,  vol.  50,  no.  1,  pp.  127–139, 2018,
doi: 10.5614/j.eng.technol.sci.2018.50.1.9.