IDENTIFIKASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH POTENSI PANAS BUMI DAERAH “X” BERDASARKAN PEMODELAN DATA MAGNETIK TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh MARIANO NATHANAEL NIM: 20218006 (Program Studi Magister Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Januari 2021 i ABSTRAK IDENTIFIKASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH POTENSI PANAS BUMI DAERAH “X” BERDASARKAN PEMODELAN DATA MAGNETIK Oleh MARIANO NATHANAEL NIM: 20218006 (Program Studi Magister Fisika) Salah satu sumber energi yang terbarukan di Indonesia adalah panas bumi. Potensi dari sumber energi panas bumi ini sangat besar, yaitu mencapai 40% dari potensi panas bumi di dunia yang tersebar di 299 lokasi di seluruh Indonesia (Sugiharta dkk., 2016:3). Salah satu metode geofisika yang dapat digunakan dalam pencarian daerah potensi panas bumi adalah metode magnetik. Metode ini dilakukan berdasarkan pengukuran anomali geomagnet yang diakibatkan oleh perbedaan kontras suseptibilitas magnetik dari daerah yang disurvei (Broto dan Putranto, 2011). Melalui pengolahan data magnetik dengan menggunakan pendekatan forward modelling dapat diperoleh dugaan struktur geologi di bawah permukaan daerah “X”. Penelitian ini menggunakan perangkat lunak Surfer 16 dan Magpick untuk melakukan transformasi data magnetik berupa transformasi kontinuasi ke atas dan transformasi reduksi ke kutub. Peta kontur yang dihasilkan diiris dalam 3 irisan yang saling berpotongan dan data setiap irisan diolah dengan pendekatan forward modelling menggunakan perangkat lunak Mag2dc yang memakai metode trial and error. Kedalaman pemodelan adalah 1000 meter dan error pemodelan untuk ketiga slice A-B, A-C, dan A-D masing-masing diperoleh sebesar 3,82%, 5,06% dan 2,89%. Analisis hasil pemodelan ketiga irisan menghasilkan model yang saling bersesuaian satu sama lain. Ditemukan beberapa lapisan batuan, lapisan permukaan diduga berupa batuan sedimen dolomit (suseptibilitas 0,001 dalam satuan SI), lalu di bagian bawah diduga sebagai batuan gamping (suseptibilitas 3,000 dalam satuan SI), yang dapat menjadi batuan penudung dari sumber panas bumi dan juga batuan dengan nilai suseptibilitas negatif (-0,01 SI sampai -1,494 dalam satuan SI), yaitu batuan yang diduga sebagai batuan yang mengalami alterasi sehingga terjadi penurunan nilai suseptibilitas magnetik batuan. Hal ini mengindikasikan terdapatnya adanya aliran fluida yang panas dari sumber panas bumi yang ada di bawah permukaan atau bisa juga mengindikasikan daerah sumber panas bumi itu sendiri. Pada irisan A-B juga ditemukan adanya daerah patahan, yang mengindikasikan patahan tersebut disebabkan oleh tekanan panas bumi yang ada di bawah permukaan daerah “X”. Kata kunci : panas bumi, metode magnetik, forward modelling, suseptibilitas. ii ABSTRACT IDENTIFICATION OF SUBSURFACE STRUCTURE OF AREA “X” AS GEOTHERMAL POTENTIAL AREA BASED ON MAGNETIC DATA MODELING By MARIANO NATHANAEL NIM: 20218006 (Master’s Program in Physics) One of the renewable energy sources in Indonesia is geothermal energy. The potential of this geothermal energy source is very large, reaching 40% of the world's geothermal potential which is spread over 299 locations throughout Indonesia (Sugiharta et al., 2016:3). One of the geophysical methods that can be used in search for geothermal potential areas is the magnetic method. This method is carried out based on the measurement of geomagnetic anomalies caused by differences in the magnetic susceptibility contrast of the surveyed areas (Broto and Putranto, 2011). Through magnetic data processing using a forward modeling approach, an estimate of the geological structure below the surface of area “X” can be obtained. This research uses Surfer 16 and Magpick software to perform magnetic data transformations in the form of upward continuation transformations and reduction to pole transformations. The resulting contour map is sliced into 3 intersecting slices and data for each slice is processed with a forward modeling approach using Mag2dc software which uses trial and error methods. The depth of modeling is 1000 meters and the modeling error for the three slices A-B, A-C, and A-D are respectively 3.82%, 5.06% and 2.89%. Results analysis of the modeling of the three slices are correspond to one another. Several layers of rock were found, the surface layer is thought to be dolomite sedimentary rock (susceptibility 0.001 in SI units), then at the bottom it is thought to be limestone (susceptibility 3,000 in SI units), which can be cap rock from geothermal sources as well as value rocks negative susceptibility (-0.01 SI to -1.494 in SI units), rocks that are thought to be rocks that have changed so that there is a decrease in the value of magnetic rock susceptibility. This indicates the presence of hot fluid flow from geothermal sources that are below the surface or it can also indicate the geothermal source area itself. In slice A-B, a fault area is also found, which indicates the fault is caused by geothermal pressure below the surface of area “X”. Key words: geothermal, magnetic method, forward modeling, susceptibility. iii IDENTIFIKASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN DAERAH POTENSI PANAS BUMI DAERAH “X” BERDASARKAN PEMODELAN DATA MAGNETIK Oleh MARIANO NATHANAEL NIM: 20218006 (Program Studi Magister Fisika) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Tanggal 5 Januari 2021 ______________________________ (Dr.Eng. Alamta Singarimbun, M.Si.) iv PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Nathanael, M. (2020): Identifikasi Struktur Bawah Permukaan Daerah Potensi Panas Bumi Daerah “X” Berdasarkan Pemodelan Data Magnetik, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Nathanael, M. (2020): Identification of Subsurface Structure of area “X” as Geothermal Potential Area Based on Magnetic Data Modeling, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v Dipersembahkan kepada istri tercinta dan ketiga anak-anakku yang kukasihi dalam Tuhan Yesus Kristus. vi KATA PENGANTAR Saya sangat bersyukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang sungguh saya rasakan pertolongan-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan sidang-sidang Tesis dan juga penyelesaian penulisan Tesis ini. Sungguh tanpa Dia, saya tidak bisa berbuat apa- apa. Banyak hal yang saya dapatkan selama menempuh studi Magister di ITB, terlebih lagi dalam merasakan pertolongan-Nya di tengah kesibukan saya yang sangat padat sebagai pelayan-Nya di Gereja, sebagai Kepala Keluarga dengan tiga orang anak dan sebagai seorang guru PNS. Sungguh keajaiban bagi saya Tesis ini bisa selesai. Kepada Isteri tercinta, terimakasih buat dukungan dan pengertian yang sangat luar biasa yang diberikan buat saya ketika sedang kuliah S2 di ITB. Juga kepada ketiga anak saya yang telah memberikan motivasi setiap kali saya melihat mereka, supaya saya segera menyelesaikan program Magister ini. Selain itu saya juga ingin mengucapkan terimakasih sedalam-dalamnya kepada: 1. Dosen Pembimbing saya, Bpk. Dr.Eng. Alamta Singarimbun, M.Si. Banyak solusi dan kemudahan yang saya terima selama bimbingan dengan Bapak. 2. Dosen Penguji Sidang, Bpk. Harry Mahardika S.Si.,M.Si.,Ph.D. dan Dr. Fatimah Arofiati Noor. Mereka memberi masukan yang sangat baik sehingga Tesis yang saya kerjakan menjadi jauh lebih baik lagi. 3. Ketua Program Studi Magister dan semua Dosen-Dosen Fisika di ITB yang banyak sekali memberi ilmu sepanjang saya kuliah di ITB. 4. Yolanda, yang telah menjadi rekan diskusi dan memberi banyak bantuan untuk memahami perangkat lunak yang dipakai dalam penelitian ini. 5. Rekan-rekan seangkatan fisika, rekan-rekan Guru di SMAN 2 Bandung, rekan- rekan seiman di gereja dan semua handai taulan yang terus memberi dukungan moril, doa dan motivasi kepada saya untuk menyelesaikan kuliah ini. Penulis menyadari bahwa Tesis ini masih belum sempurna, karena itu penulis mengharapkan masukan dan kritik dari berbagai pihak. Bandung, Januari 2021 Penulis vii DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................ i ABSTRACT ............................................................................................................ii HALAMAN PENGESAHAN ...............................................................................iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ...................................................................iv HALAMAN PERUNTUKAN .............................................................................. v KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ..............................................................ix DAFTAR TABEL ................................................................................................. x DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ........................................................xi Bab I Pendahuluan ..........................................................................................1 I.1 Latar Belakang ..............................................................................1 I.2 Rumusan Masalah .........................................................................2 I.3 Batasan Masalah ............................................................................2 I.4 Tujuan Penelitian ...........................................................................3 I.5 Metode Penelitian ..........................................................................3 I.6 Sistematika Penulisan ....................................................................3 Bab II Tinjauan Pustaka ...................................................................................5 II.1 Sistem Panas Bumi ......................................................................5 II.1.1. Sumber Panas Bumi .....................................................5 II.1.2. Sistem Panas Bumi .......................................................5 II.1.3 Klasifikasi Panas Bumi .................................................6 II.2 Metode Magnetik ........................................................................7 II.3 Medan Magnetik Bumi ................................................................10 II.4 Teori Dasar Magnetik ..................................................................12 II.4.1. Persamaan Maxwell ......................................................12 II.4.2. Sifat Kemagnetan Bahan ..............................................13 II.4.3 Momen Magnetik dan Momen Dipol Magnetik ...........13 II.4.4. Intensitas Magnet (H) dan Magnetisasi (M) .................14 II.4.5. Suseptibilitas Magnetik ................................................17 II.4.6 Momen Dipol Spin dan Momen Dipol Orbital Elektron ........................................................................ 18 II.5 Suseptibilitas dan Magnetisasi pada Batuan ...............................21 II.5.1. Pengelompokan batuan dan mineral berdasarkan nilai suseptibilitas .................................................................. 21 II.5.2. Remanensi Magnetik pada Batuan ................................26 II.6 Pengukuran Medan Magnet Pada Survei Magnetik ....................27 II.6.1. Pengukuran Medan Magnet Bumi .................................27 II.6.2. Pengukuran Medan Magnet Anomali ............................30 II.6.3. Magnetometer (Proton Precission Magnetometer) .......32 Bab III Metodologi Penelitian ...........................................................................33 III.1 Pendekatan Forward Modelling ...............................................33 viii III.2 Pengolahan Data Magnetik ......................................................34 III.2.1 Koreksi Harian .........................................................34 III.2.2 Koreksi IGRF ...........................................................35 III.2.3 Koreksi Topografi ....................................................35 III.3 Transformasi Data Magnetik ...................................................36 III.3.1 Kontinuasi ke Atas ...................................................37 III.3.2 Reduksi ke Kutub .....................................................38 III.3.3 Pemisahan Anomali Lokal dan Regional .................38 III.4 Interpretasi Data .......................................................................39 III.5 Diagram Alir Penelitian ...........................................................39 Bab IV Hasil dan Pembahasan ..........................................................................41 IV.1 Pengolahan Data Magnetik .....................................................41 IV.2 Interpretasi Kualitatif ..............................................................42 IV.2.1 Kontinuasi ke Atas .................................................42 IV.2.2 Reduksi ke Kutub ...................................................44 IV.3 Interpretasi Kuantitatif ............................................................46 IV.3.1 Interpretasi Kuantitatif Irisan A-B .........................48 IV.3.2 Interpretasi Kuantitatif Irisan A-C .........................50 IV.3.3 Interpretasi Kuantitatif Irisan A-D .........................53 IV.4 Verifikasi Hasil Pemodelan ke Depan ....................................56 Bab V Penutup ..................................................................................................59 V.1 Kesimpulan ............................................................................59 V.2 Saran .......................................................................................60 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................61 ix DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1 Ilustrasi sistem Panas Bumi .......................................................... 6 Gambar II.2 Dua jenis medan magnet di atas daerah survei magnetik ............. 9 Gambar II.3 Arah, proyeksi dan sudut yang dibentuk oleh jarum kompas di permukaan bumi .......................................................................... 11 Gambar II.4 (a) Toroida yang dililiti kawat yang berarus. (b) penampang bahan pada AA’............................................................................ 14 Gambar II.5 Bagian kecil dari toroida sepanjang dL dan luas permukaan A, di selimut tabung mengalir arus pergeseran dIs. .......................... 15 Gambar II.6 Kondisi magnetik batuan: (a) tidak diinduksi, (b) orientasi magnetik atom yang tersebar acak, (c) jika batuan diinduksi *, (d) batuan mengalami magnetisasi /. ......................................... 18 Gambar II.7 Model elektron yang mengelilingi inti atom ................................ 20 Gambar II.8 Histogram yang menggambarkan nilai suseptibilitas berbagai jenis batuan di alam. ..................................................................... 25 Gambar II.9 (a) Medan magnet utama Bumi (B) tanpa anomali magnet. (b) medan magnet utama Bumi dengan gangguan anomali ΔH’ (c) Medan magnet bumi dengan anomali magnet. ............................ 30 Gambar III.1 Contoh gambar peta kontur magnetik dari suatu daerah .............. 36 Gambar III.2 (a) adalah peta magnetik dari sebuah daerah, (b) peta yang sama dengan kontinuasi ke atas sejauh 5 km ............................. 377 Gambar III.3 (a) peta magnetik dari sebuah daerah, (b) peta yang sama dengan transformasi reduksi ke kutub........................................ 388 Gambar III.4 Diagram alir penelitian ............................................................... 388 Gambar IV.1 Peta kontur dari anomali medan magnetik variasi medan magnetik dari -1400 nT sampai 2000 nT ................................... 411 Gambar IV.2 medan magnetik regional yang telah mengalami transformasi data kontinuasi ke atas. (a) 100 m, (b) 200 m, (c) 300 m, (d) 400 m. .........................................................................................