PEMODELAN SELF-POTENTIAL UNTUK INVESTIGASI STRUKTUR DANGKAL BAWAH PERMUKAAN DAERAH VULKANIK STUDI KASUS KAWAH DOMAS GUNUNG TANGKUBAN PERAHU-JAWA BARAT
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
ADHITYA SUMARDI SUNARYA NIM : 20206302 Program Studi Fisika
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
PEMODELAN SELF-POTENTIAL UNTUK INVESTIGASI STRUKTUR DANGKAL BAWAH PERMUKAAN DAERAH VULKANIK STUDI KASUS KAWAH DOMAS GUNUNG TANGKUBAN PERAHU-JAWA BARAT
Oleh
Adhitya Sumardi Sunarya NIM : 20206302
Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 1 April 2009
Pembimbing I
Pembimbing II
______________________
_________________________
(Wahyu Srigutomo, Ph.D)
(Dr. Eng. Alamta Singarimbun)
NIP: 132164037
NIP: 131875445
ii
Untuk mama, papa, istri dan adikku…..
iii
ABSTRAK
PEMODELAN SELF-POTENTIAL UNTUK INVESTIGASI STRUKTUR DANGKAL BAWAH PERMUKAAN DAERAH VULKANIK STUDI KASUS KAWAH DOMAS GUNUNG TANGKUBAN PERAHU-JAWA BARAT
Oleh Adhitya Sumardi Sunarya NIM : 20206302
Abstrak
Studi mengenai model aliran konveksi hidrotermal untuk zona dangkal pada suatu daerah vulkanik, sangatlah penting untuk memahami karakteristik geofisika maupun geohidrologi zona tersebut. Salah satu pendekatan pemodelan yang dapat dilakukan yaitu dengan menggunakan data self-potential dipermukaan yang dikombinasikan dengan struktur resistivitas 2D. Pemodelan self- potential ini dilakukan dengan mencari distribusi sumber dalam domain pemodelan yang digabung dengan model aliran fluida di daerah yang bersangkutan.
Dalam studi ini pemodelan self-potential tersebut diterapkan pada data self-potential Kawah Domas, Gunung Tangkuban Perahu, Jawa Barat sebagai studi awal. Untuk mendukung interpretasi sistem hidrotermal kawah tersebut dilakukan pula pengukuran suhu permukaan, emisi gas CO2, dan pH. Sebagai hasilnya work-flow dalam tesis ini dapat dimanfaatkan untuk mengkaji model hidrotermal dari data self-potential dipermukaan.
Kata kunci : self-potential, geofisika, geohidrologi, Domas, CO2, pH, hidrotermal
iv
ABSTRACT
SELF POTENTIAL MODELLING FOR INVESTIGATION OF SHALLOW STRUCTURE IN VOLCANIC REGION CASE STUDY DOMAS CRATER TANGKUBAN PERAHU MOUNTAIN-WEST JAVA Adhitya Sumardi Sunarya NIM : 20206302 Study of hydrothermal convection model for shallow volcanic region is very important for geophysics and geohydrology characterization. One of ways to build the model is using self potential data combined with information 2D resistivity structure. The solution of the model is solved by finding current source distribution which is coupled with fluid flow model at the area.
Self potential data in Domas Creater, Tangkuban Perahu Mountain, West Java is used for preliminary study of this self potential modeling. To provide supporting data needed in integrated interpretation hydrotermal system in this area, measurements of thermal surface, CO2 emission and pH were conducted. The general conclusion is that workflow suggested in this thesis can be applied to study hydrothermal system from surface self potential data.
Key words :
self potential, geophysics, geohydrology, Domas, CO2, pH, hydrothermal
v
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
vi
PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan hanya kepada Allah SWT, Rabb semesta alam. Hanya dengan izin dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “PEMODELAN SELF-POTENTIAL UNTUK
INVESTIGASI STRUKTUR
DANGKAL BAWAH PERMUKAAN
DAERAH VULKANIK STUDI KASUS KAWAH DOMAS GUNUNG TANGKUBAN PERAHU-JAWA BARAT”.
Perjalanan panjang yang terasa singkat dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan, dan sumbangan yang penulis dapatkan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati penulis dapatkan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Wahyu Srigutomo Ph.D dan Dr. Eng. Alamta Singarimbun selaku dosen pembimbing yang telah bermurah hati untuk meluangkan waktu, memberi perhatian, menyumbangkan ide, dan kesabaran dalam membimbing penulis. 2. Bapak Nurhasan, Ph.D dan Sparisoma Viridi Ph.D yang telah bersedia menjadi penguji tugas akhir penulis. 3. Bapak Gunawan Handayani, Ph.D dan dosen-dosen Fisika Sistem Kompleks atas kesempatan dan ilmu yang telah diberikan selama ini. 4. Dosen-dosen Fisika ITB atas segala ilmu yang telah diberikan kepada penulis serta staf Fisika ITB. 5. Orang Tua dan mertua serta istri tercinta yang telah memberikan motivasi serta do’anya sehingga terselesaikannya tugas akhir ini. vii
6. Chandra Mecca Supyana dan Eka Chandra serta Tim Petir (Tatas, Rudy Kurnia, Ebiet Sitanggang, M.R. Archanuddin, Riddar dan Imran Hilman) terima kasih atas bantuan dan kerjasamanya selama ini semoga kita bisa selalu bersama. 7. Keluarga Besar KK. Fisika Sistem Kompleks, Nice Septiati, Sukardiono dan Dadang, terima kasih atas kebersamaan dan suasana kekeluargaan selama ini. 8. Tim Asahi Glass (Eleonora Agustine, M.T, Prihandhanu, Anggie Susilawati, Nurdin Nugraha dll) Terima kasih atas bantuan dan dukungan moril selama ini. 9. Keluarga besar Tangkuban Perahu. 10. Kepada seluruh pihak yang telah ikhlas membantu secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Semoga semua amal baik mendapat balasan dari Allah SWT, amin.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran dari pembaca akan sangat bermanfaat untuk sebuah perbaikan. Besar harapan penulis, tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan dan menjadi sumbangan kecil untuk ilmu pengetahuan. Bandung, 29 Juni 2009
Penulis
viii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ………………................................................................................................iv ABSTRACT …................................................................................................................. v DAFTAR ISI …………………....................................................................................... .ix DAFTAR LAMPIRAN …….............................................................................................xi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................................xv Bab I Pendahuluan ..............................................................................................................1 1.1. Latar Belakang............................................................................................................ 1 1.2. Masalah yang dikaji .................................................................................................. 2 1.3. Metode Penelitian ....................................................................................................... 2 1.4. Sistematika Penulisan................................................................................................. 2 Bab II Teori Dasar ............................................................................................................. 4 2.1. Self- potential……...................................................................................................... 4 2.1.1. Efek Elektrokimia…………………………………………………………………..5 2.1.2. Efek Termoelektrik…………………………………………………………………6 2.1.3. Efek Elektrokinetik…………………………………………………………………7 2.1.4. Efek Topografi……………………………………………………………………...7 2.2. Suhu Permukaan …........ ……………………………………………………….......10 2.3. 2D dc Resistivity …....................................................................................................10 2.4. Emisi Gas CO2 …………………………….……………………………………….13 2.5. pH ….……………………………………………………………………………....13 2.6. Sistem Hidrotermal ………………............................................................................13 Bab III Akuisisi dan Pengolahan Data …………………………………………………..15 3.1. Akuisisi Data ………………………………………………………………………..15 3.1.1. Kawah Domas …………………..…………………………………………… 15 3.1.2. Akuisisi Data Self-Potential ............................................................................. 17 3.1.3 Akuisisi Data Suhu Permukaan ………………………………………………20 3.1.4. Akuisisi Data 2D Resistivity ………………………………………………… 21
ix
3.1.4. Akuisisi Data 2D Resistivity ……………………………………….................21 3.1.5. Akuisisi Data Emisi Gas CO2
…………………………………………………………………………24
3.1.6. Akuisisi Data pH ……………………………………………………………...26 3.2 Pengolahan Data .........................................................................................................27 3.2.1 Pengolahan Data Self-Potential ………………………………...…………….27 3.2.2 Pengolahan Data Suhu Permukaan ……………………………………………40 3.2.3 Pengolahan Data 2D DC Resistivity ………………………………………… 43 3.2.4 Pengolahan Data Emisi Gas CO2 …………………………………………………………………… 45 3.2.5 Pengolahan Data pH …………………………………………………………. 48 Bab IV Pemodelan dan Pembahasan ................................................................................50 4.1. Pemodelan Self-Potential ……………………………………………….…………. 50 4.2. Pembahasan ……………………................................................................................53 Bab V Kesimpulan dan Saran ……………………...........................................................69 5.1 Kesimpulan ……………………………….................................................................69 5.2 Saran ……………………………………...................................................................70 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................71
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Data hasil pengukuran self-potential ……………………………………....73 Lampiran B Data hasil pengukuran suhu permukaan ………………………………… .80 Lampiran C Hasil pengujian sampel yang dikeluarkan oleh Pusat Lingkungan Geologi.................................................................................................85 Lampiran D Hasil pengukuran pH …………………………………………………….. 87
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Efek topografik yang teramati pada (a) Gunung Kilauea (Jackson and Kauahikaua, 1987), (b) Piton de la Fournaise (L´enat, 1987) dan (c) Mount Pel´ee (Zlotnicki et al., 1998)......................................................................8 Gambar II.2. Sketsa sumber anomali self potensial pada gunung api (Zlotnicki, 1998)...9 Gambar II.3. Skema pengukuran 2D dc resistivity dengan menggunakan metode Wenner-Schlumberger..................................................................11 Gambar II.4. Sebaran datum pengukuran 2D dc resistivity dengan menggunakan metode Wenner-Schlumberger. (Res2DInv Manual, 2007) ..................................12 Gambar III.1. Kawah Domas, Gunung Tangkuban Perahu .............................................15 Gambar III.2. Manifestasi vulkanik pada Kawah Domas ................................................16 Gambar III.3. Titik pengukuran self potential (hitam) titik pengamatan, (merah) titik acuan / base ...............................................................................................17 Gambar III.4. Peralatan pengukuran self potential ........................................................ 18 Gambar III.5. Skema pengukuran dengan menggunakan metode potential gradient ... 19 Gambar III.6. Skema pengukuran dengan menggunakan metode potential gradient.... 19 Gambar III.7. Peralatan pengukuran suhu permukaan .....................................................20 Gambar III.8. Skema pengukuran 2D dc resistivity dengan menggunakan metode Wenner-Schlumberger ............................................................................. 21 Gambar III.9. Lintasan pengukuran 2D dc resistivity .....................................................22 Gambar III.10. Peralatan yang digunakan untuk pengambilan data 2D dc resistivity ....23 Gambar III.11. Titik pengambilan sampel emisi gas CO2 ..................................................................... 24 Gambar III.12. Peralatan yang digunakan untuk pengambilan sampel emisi gas CO2 .... 24 Gambar III.13. Peralatan yang digunakan untuk pengambilan sample pH ................. .. 26
Gambar III.14. Kontur self potential sebelum koreksi topografi 2D (kiri) dan 3D (kanan) ......................................................................................28 Gambar III.15. Slicing lintasan A, B dan C .................................................................... 28 Gambar III.16.a.Slicing lintasan A, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)....................................... 29 Gambar III.16.b.Slicing lintasan B, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas),grafik self potential terhadap elevasi (bawah). Garis merah putusputus adalah nilai self potential yang terpengarui oleh aspek topografi………………………………………………………………. 29 Gambar III.16.c. Slicing lintasan C, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)........................................30 Gambar III.17. Slicing line 1, line 2, line 3 dan line 4………………………………… 30 Gambar III.18.a. Slicing line 1 grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah). Garis merah putus-putus adalah nilai self potential yang terpengarui oleh aspek topografi…… 31 Gambar III.18.b. Slicing line 2, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)...................................... .31 Gambar III.18.c.Slicing line 3, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)....................................... 32 Gambar III.18.d. Slicing line 4, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)....................................... 32 Gambar III.19.a. Koreksi data self potential pada lintasan B dengan nilai koreksi -3.054 mV/m…………………………………………………………33 Gambar III.19.b. Koreksi data self potential pada line 1 dengan nilai koreksi -2.3 mV/m...............................................................................................33 Gambar III.20. Kontur self potential sebelum koreksi topografi 2D (kiri) dan 3D (kanan) .................................................................................... 34 Gambar III.21.a. Slicing lintasan A yang sudah dikoreksi topografi, grafik selfpotential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi(bawah)......................................................................... 35 Gambar III.21.b. Slicing lintasan B yang sudah dikoreksi topografi, grafik self-
potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)......................................................................................35 Gambar III.21.c. Slicing lintasan C yang sudah dikoreksi topografi, grafik selfpotential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)..................................................................................... 36 Gambar III.22.a. Slicing line 1 yang sudah dikoreksi topografi, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah).................................................................................................. 36 Gambar III.22.b. Slicing line 2 yang sudah dikoreksi topografi, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah)......................................................................................................37 Gambar III.22.c. Slicing line 3 yang sudah dikoreksi topografi, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah).................................................................................................... 37 Gambar III.22.d. Slicing line 4 yang sudah dikoreksi topografi, grafik self potential dan elevasi terhadap jarak (atas), grafik self potential terhadap elevasi (bawah).................................................................................................... .38 Gambar III.23. Kontur suhu permukaan 2D (kiri) dan 3D (kanan)................................. 39 Gambar III.24.a. Slicing line 1 pada kontur suhu permukaan..........................................39 Gambar III.24.b. Slicing line 2 pada kontur suhu permukaan..........................................39 Gambar III.24.c. Slicing line 3 pada kontur suhu permukaan..........................................40 Gambar III.24.d. Slicing line 4 pada kontur suhu permukaan........................................ 40 Gambar III.25.a. Profil 2D dc resistivity line 1…………………………………………41 Gambar III.25.b. Profil 2D dc resistivity line 2…………………………………………41 Gambar III.25.c. Profil 2D dc resistivity line 3…………………………………………42
Gambar III.25.d. Profil 2D dc resistivity line 4………………………………………. 42 Gambar III.26. Kontur emisi gas CO2............................................................................ 43 Gambar III.27.a. Slicing line 1 pada kontur emisi gas CO2..............................................43 Gambar III.27.b. Slicing line 2 pada kontur emisi gas CO2..............................................44 Gambar III.27.c. Slicing line 3 pada kontur emisi gas CO2.............................................. 44 Gambar III.27.d. Slicing line 4 pada kontur emisi gas CO2..............................................45 Gambar III.28. Profil data pengukuran pH………………………………………………46 Gambar IV.1 Diagram alur program pemodelan self potential (Sufyana, 2008) ..............49 Gambar IV.2 Komparasi kontur elevasi, self potential, temperatur permukaan dan emisi gas CO2 ……………………………………………................................... 51 Gambar IV.3a.Komparasi data elevasi, self potential, temperatur permukaan, emisi gas CO2, dan 2D dc resistivity line 1 ………………………………………… 52 Gambar IV.3b.Komparasi data elevasi, self potential, temperatur permukaan, emisi gas CO2, dan 2D dc resistivity line 2. ……………………………………….. 54 Gambar IV.3c.Komparasi data elevasi, self potential, tempertur permukaan, emisi gas CO2 dan 2D dc resistivity line 3. ……………………………………….. 55 Gambar IV.3d.Komparasi data elevasi, self potential, tempertur permukaan, emisi gas CO2 dan 2D dc resistivity line 4. ……………………………………….. 56 Gambar IV.4. Profil resistivitas 2D dc resistivity line 4 untuk pemodelan self potential 58 Gambar IV.5. Skema pemodelan self potensial ............... …………………………… 59 Gambar IV.6. Profil pemodelan medan kecepatan dengan menggunakan Comsol Multiphysics ............................................................................................. 60 Gambar IV.7a. Profil pemodelan self potensial pada line 4 ............................................ 62 Gambar IV.7b. Profil pemodelan rapat arus pada line 4 ...................................................62
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Diagram pengolahan data self-potential…………………………………...…. 27 Tabel 2. Material gunung api Kawah Domas pada profil 2D DC resistivity line 4 ….... 65
xvi
