1

Pendugaan Struktur Bawah Permukaan Gunungapi Kelud Berdasarkan Survei Gayaberat

Jumransyah1; Dr. Sunaryo, S.Si. M.Si.2; Drs.Wasis, M. AB3.(1)Mahasiswa Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Brawijaya Malang, Indonesia (syah1456@yahoo.co.id).2.3) Dosen JurusanFisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya

JurusanFisika FMIPA UniversitasBrawijaya, Malang, Indonesia.

ABSTRAK

Telah dilakukan studi geofisika dengan metode gayaberat di kawasan Gunungapi Kelud dan sekitarnyamenggunakan Gravitimeter La Coste & Romberg tipe G-1053 dengan interval 1 km yang tersebar di area seluas 20x30km² dengan 203 titik ukur.

Pengolahan data dilakukan sampai diperoleh anomali Bouguer. Densitas Bouguer ditentukan menggunakanmetode Paranis, dengan densitas Bouguer yang dihasilkan sebesar 2,51 gr/cm2.

Anomali Bouguer lengkap diproyeksikan ke bidang datar dengan metode Dampney pada ketinggian 800 m dpldengan kedalaman sumber equivalen titik massa 2600 m dpl. Pemisahan anomali lokal dan regional dilakukan denganmetode kontinuasi keatas pada ketinggian 4000 m dari bidang datar.

Berdasarkan interpretasi kualitatif diperoleh anomali positif berkisar 35 sampai 140 mGal, sedangkanInterpretasi secara kuantitatif dengan metode poligon 2D diperoleh beberapa jenis batuan yaitu andesit, basalt, lavadan magma.

Kata kunci: Metode Gayaberat, Densitas, Gravitimeter, G. Kelud

PENDAHULUANGunungapi Kelud menampakkan

keaktifannya kembali pada bulan November 2007dengan membentuk anak Gunungapi Kelud yangtepat berada di tengah kawah. Peristiwa meletusnyaGunungapi Kelud menyebabkan terjadinyadeformasi struktur bawah permukaan disekitarGunungapi Kelud. Untuk mengidentifikasiperistiwa tersebut maka dilakukan penyidikangeofisika. Metode geofisika yang digunakandalam penelitian ini yaitu metode gayaberat.Prinsip metode ini berdasarkan kepada anomaligayaberat yang muncul karena adanyakeanekaragaman rapat massa batuan yangmenggambarkan adanya struktur geologi dibawahpermukaan bumi. Metode gayaberat digunakankarena dapat menggambarkan struktur bawahpermukaan dengan jangkauan yang dalamdibawah permukaan bumi. Hasil akhir daripenelitian ini diharapkan dapat memberikaninformasi mengenai struktur bawah permukaanGunungapi Kelud untuk kepentingan studimitigasi bencana.

DASAR TEORIGunungapi Kelud merupakan salah satu

Gunungapi kuarter yang dikelilingi oleh beberapaGunungapi yang lebih tua, seperti GunungapiButak di sebelah timur serta Gunungapi Arjuno-Welirang di sebelah timur laut. Gunungapi-Gunungapi tersebut membentuk morfologi kasardengan bukit dan jurang yang terjal ditimur laut

dan di lereng timur G. Kelud. Puncak dan kawahG. Kelud mempunyai ketinggian lebih dari 1731m dpl, dan mempunyai morfologi yang tidakteratur, seperti puncak Sumbing (1518 m), Lirang(1414 m), Gajahmungkur (1488 m) dan Kombang(1514 m), puncak Kelud merupakan kubahekstrusif dengan kemiringan rata-rata > 40°.Gunungapi Kelud memiliki 10 kawah dan32 patahan normal. Kesepuluh kawah tersebutumurnya berurutan dari yang tertua (kawahLirang) hingga termuda (kawah Kelud), danmerupakan pusat erupsi yang berpindah-pindah berlawanan arah jarum jam. Masing-masing erupsinya menghasilkan batuanpiroklastik, dan pada umumnya merusak sebagiankubah kawah lama. Hal ini menunjukkan bahwaerupsi Gunungapi Kelud bersifat eksplosif [3]

Prinsip dasar gayaberat mengacu padahukum Newton yang menyatakan “Gaya tarik-menarik antara dua buah partikel sebandingdengan perkalian massa kedua partikel tersebutdan berbanding terbalik dengan kuadrat jarakantar pusat keduanya”. Pada koordinat kartesian,gaya tarik menarik antara partikel bermassa m2

pada koordinat Q (x’,y’,z’) dengan partikelbermassa m1 pada koordinat P (x,y,z) sesuaidengan persamaan 2.1, Sketsanya pada Gambar 1.⃗(r) = − (1)

dengan r = [(x - ) + (y - ) + (z - ) ]

2

)sec/( 212

2

mrr

mG

m

Fg

bumi

bumi

Gambar 1. Sketsa Gaya Tarik Menarik Antara DuaBuah Benda

Percepatan yang dialami m2 akibat adanyam1 bisa dihitung dengan membagi F dengan m2.Jika m1 adalah massa bumi maka percepatan yangdialami m2 pada permukaan bumi adalah[6]:

(2)

Hubungan percepatan gravitasi dengan rapatmassa (densitas) dinyatakan dengan persamaan:⃗(r) = − ̂ (3)

denganVm (4)

dan

(5)

makagPersamaan diatas menunjukan bahwa nilai

medan gayaberat berbanding lurus dengan rapatmassa [4].

Nilai pengkuran gayaberat di permukaanbumi bervariasi. Hal ini disebabkan oleh beberapahal yaitu ketidakteraturan permukaan bumi,ketinggian, letak benda-benda langit disekitarbumi, dan kondisi kerapatan batuan penyusun dibawah permukaan bumi. Oleh karena itu, hasilpengukuran dengan menggunakan metodegayaberat perlu dilakukan koreksi-koreksi untukmenghilangkan efek tersebut [7].

a. Koreksi Pasang-SurutKoreksi ini disebabkan karena pengaruh

gaya tarik yang dialami bumi akibat massa bulandan matahari. Koreksi pasang surut harusdiberikan kepada bumi untuk menyeimbangkan keposisi normalnya. Besarnya koreksi ini bervariasiterhadap lintang, waktu, serta kedudukan benda-benda langit. Gaya pasang-surut akan maksimumbila bulan dan matahari terletak pada satu arahdan berlawanan, dan akan minimum jikakeduanya tegak lurus. Menurut Heilandkomponen tegak gaya pasang-surut ∆gTDL

dirumuskan menjadi [8]:

3

12cos

2

3

3

12cos

2

322 s

s

sm

m

mTDL a

D

GrMa

D

GrMg

(6)

b. Koreksi DriftDrift adalah penyimpangan pembacaan nilai

gravitasi yang disebabkan oleh beberapa faktormisalnya elastisitas pegas pada alat, pengaruhsuhu dan goncangan selama survei. Semua alatGravitimeter harus cukup peka untuk kepentinganprospeksi geofisika secara komersial sehinggaakan mempunyai variasi terhadap waktu. Haltersebut dikarenakan faktor internal yaitu adanyastruktur dalam alat yang berupa pegas sangathalus sehingga perubahan mekanis yang sangatkecil akan berpengaruh terhadap hasilpengukuran. Secara matematis besarnya koreksidrift adalah[4]:

(7)

c. Koreksi Lintang/Gravitasi NormalNilai percepatan gravitasi di khatulistiwa berbedadengan di equator. Gravitasi di khatulistiwa lebihkecil daripada dikutub karena jejarinya lebihpanjang. Dengan kata lain nilai percepatangravitasi pada setiap titik dipengaruhi oleh posisilintang [6]. International Association of geodessymengembangkan Geodetic Reference System 1980yang menuntun pada World geodetic System 1984(WGS84) dalam bentuk rumusan yang lebihsempurna[1]:

2

2

sin90130066943799,01

sin6390019385138,017803267714.9ng

(8)

d. Koreksi Udara BebasPada koreksi gravitasi normal benda

dianggap terletak di spheroid referensi, padahalkenyataannya seringkali pengukuran gravitasidilakukan di daerah yang tinggi di atas mean sealevel (m.s.l). Oleh karena itu harus dilakukankoreksi terhadap pembacaan Gravitimeter akibatperbedaan ketinggian tersebut terisi oleh udara.Secara matematis nilai KUB menjadi[2]:

xhFAC 3086,0 (9)

e. Koreksi BouguerKoreksi Bouguer (KB) perlu dilakukan

karena adanya massa yang terletak antara datumdan titik pengukuran dengan densitas (gr/cm2),tebal h (meter) dan jari-jari tak hingga. Secaramatematis besar koreksi Bouguer adalah[5]:

hKB 1491.0 (10)f. Koreksi Medan

Kondisi topografi disekitar titikpengamatan tidak selamanya beraturan, hal ini

2r

VmGg

ttttgg

nakh

akhdrift0

0

0

3

juga dapat mempengaruhi nilai gayaberatpengamatan. Misalkan terdapat bukit disekitarpengukuran, maka bukit ini memiliki medan yangdapat menekan Gravitimeter untuk menaikkanpercepatan gayaberat dan sebaliknya, adanyalembah disekitar titik pengamatan akanmemberikan efek penurunan hasil pengukurangayaberat di titik tersebut. Oleh karena itu perludilakukan koreksi yang dinamakan dengankoreksi medan (terrain). Dalam pengukurannya,peta topografi dicocokkan pada Hammer Chart.Hammer melakukan pendekatan efek gayaberatdalam suatu cincin, Jika cincin memiliki ketebalanatau beda elevasi z, jari-jari luar RL, dalam RD,

maka persamaan yang menyatakan gaya tarikgravitasi pada titik tengah cincin untuk tiapkompartmen yaitu[6] :

mGalzzn

GTC RRRR LDDL

22222

(11)

METODE PENELITIANPeralatan yang digunakan dalam penelitian

ini antara lain: Gravitimeter LaCoste & Rombergtype G-1053, GPS Garmin, Penunjuk waktu (jam),Alat tulis, Peta geologi, Perangkat komputerdengan instalasi software MS. Word, MS. Excel,Surfer 10 dan Grav2DC.

Langkah awal yang dilakukan padapenelitian ini yaitu pengumpulan informasilapangan serta perencanaan pembuatan titik ikatdan perencanaan lintasan pengambilan datadilapangan dengan jarak titik pengukuran kuranglebih 1 km (Gambar 2). Selanjutnya dilakukanproses pengambilan data berupa nilai percepatangravitasi yang terbaca pada counter Gravitimeterserta koordinat posisi berupa lintang, bujur danketinggian. Pembacaan nilai gravitasi padacounter dilakukan sebanyak 3 kali dengan selangwaktu yang berbeda agar data yang diperolehlebih valid. Pengambilan data dilakukan denganmetode looping. Nilai percepatan gravitasi hasilpembacaan alat dikonversi ke miligal, selanjutnyadilakukan koreksi pasang surut dan koreksi apunghingga diperoleh nilai percepatan gravitasiobservasi. Selanjutnya nilai tersebut direduksiterhadap nilai percepatan gravitasi teoritis yangmeliputi koreksi gravitasi normal, koreksi udarabebas, koreksi bouguer dan koreksi medan. Hasilyang diperoleh setelah dilakukan proses reduksiyaitu berupa anomali bouguer lengkap (Gambar 3)yang selanjutnya dilakukan interpretasi.

Interpretasi data metode gravitasi dibagimenjadi dua macam yaitu interpretasi kualitatifdan interpretasi kuantitatif. Interpretasi kualitatifdilakukan dengan mengamati nilai anomalibouguer yang terdiri atas anomali regional dan

residual sehingga melalui interpretasi ini dapatdilihat penyebaran anomali dan nilai anomali yangdihasilkan serta dapat menafsirkan pengaruhanomali terhadap bentuk benda walau sampaitidak mengetahui secara pasti ukuran danbentuknya. Sedangkan interpretasi kuantitatifdilakukan dengan mennyayat lintasan pada petakontur anomali untuk analisis model bawahpermukaan, dari hasil pemodelan dapat diperolehmodel struktur geologi dengan cara membut profiltopografinya, lalu memperkirakan bentuk strukturbawah permukaan berdasarkan hasil pemodelanyang diperoleh.

Gambar 2. Penampakan 3D kontur Tofografi danDistribusi Titik Pengukuran Daerah Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASANa. Interpretasi KualitatifAnomali Bouguer Lengkap merupakan

anomali gayaberat pada umumnya yangdigunakan untuk pendugaan struktur bawahpermukaan. Nilai anomali bouguer yang diperolehdari penelitian ini berkisar +35 sampai +140 mGalseperti yang terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Kontur Anomali Bouguer Lengkap Interval5 mGal

Nilai anomali kontur ABL pada penelitianini dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu anomalirendah dan anomali tinggi, anomali rendah

55 5560

60

75

80

85

85

90

90

100

110

115

115

120

4

dengan kontras warna biru tua sampai hijaudengan kisaran +35 sampai +90 mGal didominasioleh batuan vulkanik muda, anomali rendah initerdistribusi pada bagian kawah dan sebelah BaratGunungapi Kelud tepatnya di sekitar Kab. Kediri.Anomali rendah tersebut mengindikasian bahwabatuan penyusun pada daerah tersebut memilikiharga densitas yang rendah.

Anomali tinggi dengan kontras warnakuning sampai kemerahan hingga putih dengankisaran +95 sampai +140 mGal didominasi batuanvulkanik tua, anomali tinggi ini terdistribusi dibagian Timur Laut dan Tenggara tepatnya disekitar Kab. Malang serta bagian Barat Dayakawah Kelud, morfologi di bagian Timur Lauttersusun atas batuan Gunungapi Anjasmara, dibagian Tenggara tersusun atas batuan GunungapiKawi-Butak dan di bagian Barat Daya kawah,tersusun atas batuan Gunungapi Kelud tua.Anomali tinggi ini mengindikasikan bahwa batuanpenyusun daerah tersebut memiliki harga densitasyang tinggi.

Pada penampang kontur ABL juga terlihatadanya trend patahan yang berada pada sisi Baratdari kawah Gunungapi Kelud yang dicirikandengan garis kontur yang sejajar dan sangat rapat,patahan ini menjadi jalur air panas yangbersumber dari kawah Gunungapi Kelud. MenurutTri marta dkk (2012) pola ini merupakan saluranair panas yang berfungsi untuk mengurangivolume air pada kawah Gunungapi Kelud.

b. Interpretasi KuantitatifProfil lintasan A-A’ dan B-B’ sejajar

dipisahkan sejauh 2 km mempunyai arah baratdaya-timur laut (Gambar .4) .

Gambar 4. Kontur Anomali Lokal & Penampangmelintang lintasan A-A’ dan B-B’

Berdasarkan pemodelan lintasan A-A’didapatkan 4 buah poligon seperti Gambar 5.Poligon 1 berada dibawah permukaan desa

Karanganyar, Kab.Blitar dan sekitarnya padakedalaman 0,06 km di bawah sferoida acuan,ketebalan maksimum 2,94 km, panjangmaksimum 11,32 km dengan kontras densitas∆g = 0,41 gr/cm³, harga densitas model adalah2,92 gr/cm³, yang ditafsirkan sebagai lava.Poligon 2 merupakan bawah permukaan kawahGunungapi Kelud yang membentuk anak Keludpada kedalaman 0,107 km dibawah sferoidaacuan, ketebalan maksimum 1,89 km, panjangmaksimum 8,67 km dengan kontras densitas∆ = −0,8 gr/cm³, harga densitas model1,7 gr/cm³ yang ditafsirkan sebagai magma(andesit dan basaltik). Poligon 3 berada dibawahpermukaan desa Ngantru, Kec. Ngantang dansekitarnya pada kedalaman 0,26 km dibawahsferoida acuan, ketebalan maksimum 1,74 km,panjang maksimum 6,48 km dengan kontrasdensitas ∆ = 0,41 gr/cm³, harga densitas model2,92 gr/cm yang juga ditafsirkan sebagai lava.Poligon 4 berada pada kedalaman 0,00 kmdibawah sferoida acuan, ketebalan maksimum 2km, panjang maksimum 26,66 km dengan kontrasdensitas sebesar ∆ = 0,00 gr/cm³, hargadensitas model 2,51 gr/cm³ yang ditafsirkansebagai andesit, batuan ini merupakan dasar darilapisan permukaan Gunungapi Kelud.

Pada lintasan B-B’ terdapat 7 buah poligon.Poligon 1 berada pada kedalaman 1,27 kmdibawah sferoida acuan, ketebalan maksimum0,75 km, panjang maksimum 4,29 km dengankontras densitas ∆ = 0,36 gr/cm³, hargadensitas model adalah 2,86 gr/cm³, yangditafsirkan sebagai lava. Poligon 2 berada padakedalaman 1,33 km, ketebalan maksimum 0,67km, panjang maksimum 2,37 km dengan kontrasdensitas ∆ = −0,30 gr/cm³, harga densitasmodel adalah 2,2 gr/cm³, yang ditafsirkansebagai tuf, poligon 2 berada pada jalur air panasyang bersumber dari kawah Gunungapi Kelud.Poligon 3 berada pada kedalaman 0,00 km,ketebalan maksimum 2 km, panjang maksimum 5km dengan kontras densitas ∆ = 0,57 gr/cm³,harga densitas model 3,07 gr/cm³, yangditafsirkan sebagai basalt. Poligon 4 berada padakedalaman 0,51 km, ketebalan maksimum 1,49km, panjang maksimum 7,40 km dengan kontrasdensitas ∆ = −0,40 gr/cm³, harga densitasmodel 2,1 gr/cm³, yang ditafsirkan sebagaimagma (andesit dan basaltik), poligon 4 ini tepatberada pada bagian kawah yang membentuk anakKelud. Poligon 5 berada pada kedalaman 1,15 km,ketebalan maksimum 0,85 km, panjangmaksimum 4,58 km dengan kontras densitas,∆ = 0,35 gr/cm³, harga densitas model adalah2,85 gr/cm³, yang ditafsirkan sebagai lava.

5

5

5

5

5

5

Poligon 6 berada pada kedalaman 0,39 km,ketebalan maksimum 1,61 km, panjangmaksimum 2,73 km dengan kontras densitas,∆ = −0,4 gr/cm³, harga densitas model adalah2,1 gr/cm³, yang ditafsirkan sebagai tuf poligon 6ini berada di sekitar waduk Selorejo, Kec.Ngantang. Malang. Poligon 7 berada padakedalaman 0,00 km , ketebalan maksimum 2 km,panjang maksimum 27 km, dengan kontrasdensitas ∆ = 0,00 gr/cm³, harga densitas modeladalah 2,51 gr/cm³ yang ditafsirkan sebagaibatuan andesit.

Berdasarkan model yang diperoleh pascaletusan 2007 maka dapat dilihat perbandingannyadengan model sebelum terjadi letusan pada 2007yang di buat oleh Koesuma (2001). Modelstruktur bawah permukaan Gunungapi Keludsebelum terjadi letusan pada tahun 2007didominasi batuan beku berupa magma andesit,sedangkan pasca letusan berdasarkan hasilpenelitian, struktur bawah permukaan GunungapiKelud didominasi batuan lava, basalt, andesit,serta magma andesit-basaltik Artinya pascaletusan pada tahun 2007 menyebabkan deformasistruktur bawah permukaan, hal tersebut karenaadanya perkembangan batuan yang berupa magmaandesit ke basalt serta pembentukan kubah lava.

Struktur bawah permukaan Gunungapikelud pasca letusan pada tahun 2007 berdasarkanhasil penelitian menggunakan metode gayaberatini memiliki kesamaan hasil dengan penelitiansebelumnya yang dilakukan oleh Musafak (2009)dengan menggunakan metode magnetik, haltersebut karena adanya kesamaan litologi struktur.Berdasarkan hasil penelitian tersebut denganmenggunakan metode magnetik diperoleh modelstruktur bawah permukaan Gunungapi keludpasca letusan 2007 yang ditafsirkan sebagaiandesit dan basalt.

KESIMPULANPada kontur anomali Bouguer lengkap

diperoleh nilai anomali positif dengan rentang +35s/d 140 mGal. Nilai anomali kontur ABL padapenelitian ini dapat dibagi menjadi dua jenis yaituanomali rendah dan anomali tinggi, anomalirendah dengan kisaran +35 sampai +90 mGaldidominasi oleh batuan vulkanik muda, anomalirendah ini terdistribusi pada bagian kawah dansebelah Barat Gunungapi Kelud tepatnya disekitar Kab. Kediri. Anomali tinggi kisaran +95sampai +140 mGal didominasi batuan vulkaniktua, anomali tinggi ini terdistribusi di bagianTimur Laut, Tenggara tepatnya di sekitar Kab.Malang dan Barat Daya kawah kelud.

Pada penampang kontur ABL juga terlihatadanya trend patahan yang berada pada sisi Baratdari kawah Gunungapi kelud yang dicirikandengan garis kontur yang sejajar dan sangat rapat,patahan ini menjadi jalur air panas yangbersumber dari kawah Gunungapi Kelud.

Berdasarkan pemodelan menggunakan

Grav2DC metode Talwani 2 D untuk profil

lintasan sejajar A-A’ dan B-B’ yang terpisahsejauh 2 km dengan arah Barat Daya ke TimurLaut yang melalui Kab. Blitar hinggaKec.Ngantang diperoleh beberapa jenis batuanyaitu andesit, lava, basalt serta magma andesitdan basaltik yang terdapat pada bagian kawahGunungapi Kelud.

DAFTAR PUSTAKA

1. Blakely, R.J., 1995. Potential Teory inGravity and Magnetic Application.Canbridge University Press. USA.

2. Dobrin, M.B. dan C.H. Savit. 1988.Introduction to Geophysic Prospecting,4th Edition. New York.

3. Kirbani S.B dan Wahyudi. 2007.Erupsi Gunungapi Kelud dan Nilai-BGempabumi di sekitarnya. JurnalBerkala MIPA, hal.2-8.

4. Lillie, R. J., 1999. Whole EartGeophysics. Prentice-hall. Inc, USA.

5. Suhadiyatno. 2008. InterpretasiGayaberat. Jurnal FMIPA, hal.2-9.

6. Telford, M.W., L.P. Geldart, R.E., Sheriffdan Keys D.A., 1976. AppliedGeophysics, Cambridge University Press.USA.

7. Yayat, S. Gaol. K. L. Utari, S. danRamalis, T. R. 2003. Pembuatan Titik IkatGayaberat Pada Jalur KalibrasiBandung-Gunungapi Tangkuban parahu.Jurnal Geofisika No. 2. Himpunan AhliGeofisika Indonesia.

8. Untung, M. 2001. Dasar–Dasar Magnetdan Gayaberat Serta BeberapaPenerapannya. Himpunan Ahli GeofisikaIndonesia.