visualisasi struktur bawah permukaan gunung merapi menggunakan data anomali gravitasi...

43
VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI CITRA SATELIT Skripsi disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika oleh Dwi Lestari 4211412023 JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2019

Upload: others

Post on 13-Nov-2020

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN

GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA

ANOMALI GRAVITASI CITRA SATELIT

Skripsi

disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika

oleh

Dwi Lestari

4211412023

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

Page 2: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

ii

Page 3: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

iii

Page 4: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

iv

Page 5: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

v

MOTTO

Jadilah diri sendiri dan jangan menjadi orang lain, walaupun dia terlihat lebih

baik dari kita.

Menjadi yang terbaik atau menjadi yang langka.

PERSEMBAHAN

Untuk ibu Rutianah, bapak Rusdi(Alm), mas Eko,

mas Wowo yang selalu mendoakan, memotivasi

dan mendukung setiap langkahku

Untuk teman-teman seperjuangan (Jurusan Fisika

2012, Sekar Biru Kos, Arvi Kos, dan Himpunan

Astronomi Amatir Semarang)

Page 6: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

vi

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

karunianya, sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Visualisasi

Struktur Bawah Permukaan Gunung Merapi Menggunakan Data Anomali

Gravitasi Citra Satelit”.

Saya merasa bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan

berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ungkapan rasa

terimakasih kepada:

1) Prof. Dr. Fathur Rokhman, M. Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang.

2) Dr. Sugianto, M.Si., Dekan FMIPA Universitas Negeri Semarang.

3) Dr. Suharto Linuwih, M.Si., Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas

Negeri Semarang.

4) Prof. Dr. Supriyadi, M.Si., Dosen Pembimbing I yang dengan sabar

memberikan koreksi, bimbingan, arahan, saran dan motivasi kepada penulis.

5) Sugiyanto,S.Pd., M.Si., Dosen Pembimbing II yang dengan sabar

memberikan koreksi, bimbingan, arahan, saran dan motivasi kepada

penulis.

6) Dr. Khumaedi, M.Si., Dosen Penguji skripsi yang telah memberikan

koreksi, bimbingan dan motivasi kepada penulis.

7) Dr. Khumaedi, M.Si., dosen wali yang memberikan motivasi selama

penyusunan skripsi ini.

8) Ibu, Almarhum Bapak, Mas Eko, Mas Wowo dan keluarga tersayang yang

selalu memeberi motivasi, doa, dan dukungan dengan tulus

9) Sahabat-sahabatku tersayang : Tika, Dodoh, Ela, Uci, Wiwi, Dian, Diah,

Mita, Asti, Ayu, Intan, Novan, Anabel, Aufa yang selalu memberikan

bantuan, dukungan dan motivasi.

10) Semua Pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

membatu dalam menyelesaikan skripsi ini.

Page 7: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

vii

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga

kritik dan saran saya harapkan demi perbaikan selanjutnya. Semoga skripsi ini

dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya.

Semarang, 22 Agustus 2019

Penulis

Page 8: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

viii

ABSTRAK

Lestari, D. 2019. Visualisasi Struktur Bawah Permukaan Gunung Merapi

Menggunakan Data Anomali Gravitasi Citra Satelit. Jurusan Fisika. Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

Pembimbing I: Prof. Dr. Supriyadi, M.Si., Pembimbing II: Sugiyanto,S.Pd., M.Si.

Kata Kunci: Metode Gravitasi, Gravitasi Citra Satelit, Merapi.

Gunung Merapi merupakan gunung api yang sangat aktif di Indonesia.

Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui struktur bawah permukaan Gunung

Merapi dengan memanfaatkan data gravitasi dari satelit yang telah terkoreksi

hingga koreksi udara bebas (free air correction). Penelitian ini dimulai dengan

melakukan koreksi bouguer (bouguer correction) dan koreksi terrain (terrain

correction) agar mendapatkan data Anomali Bouguer Lengkap. Data yang

diperoleh kemudian difilter untuk mendapatkan anomali residual dan regionalnya.

Pemodelan menggunakan perangkat lunak oasis montaj dilakukan pada anomali

residual untuk mendapatkan gambar struktur bawah permukaan Gunung Merapi.

Hasil pemodelan menujukkan terdapat 4 lapisan yaitu lapisan paling atas dengan

densitas 2,2 g/cm3, kedua dengan densitas 2,3 g/cm

3, ketiga dengan densitas 2,5

g/cm3, dan lapisan terakhir dengan densitas 2,8 g/cm

3. Selain itu terdapat kantong

magma yaitu pada kedalaman sekitar 2,5 km dari puncak dengan densitas 2,75

g/cm3.

Page 9: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

ix

ABSTRACT

Lestari, D. 2019. Visualization of the subsurface structure of Mount Merapi

Using Gravitational Anomaly Data on Satellite Imagery. Physics major. Faculty

of Mathematics and Natural Sciences, Semarang State University. Supervisor I:

Prof. Dr. Supriyadi, M.Sc., Supervisor II: Sugiyanto, S.Pd., M.Sc.

Keywords: Gravity Method, Gravity Image Satellite, Merapi.

Mount Merapi is a very active volcano in Indonesia. Research has been

conducted to determine the subsurface structure of Mount Merapi by utilizing

gravity data from satellites that have been corrected to free air correction. This

research was started by conducting a bouguer correction and terrain correction in

order to obtain the Complete Bouguer Anomaly data. The data obtained

afterwards filtered to obtain residual and regional anomalies. Modeling using

oasis montaj software is carried out on residual anomalies to obtain images of the

subsurface structure of Mount Merapi. The modeling results show there are 4

layers, the top layer with a density of 2,2 g/cm3, the second with a density of 2,3

g/cm3, the third with a density of 2,5 g/cm

3, and the last layer with a density of 2,8

g/cm3. In addition there is a magma chamber at a depth of about 2,5 km from the

peak with a density of 2,75 g/cm3.

Page 10: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

x

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i

PERSETUJUAN PEMBIMBING ...................................................................... ii

PERNYATAAN ................................................................................................. iii

PENGESAHAN ................................................................................................. iv

MOTO DAN PERSEMBAHAN ....................................................................... v

PRAKATA .......................................................................................................... vi

ABSTRAK ......................................................................................................... viii

ABSTRACT ....................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ..................................................................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xv

BAB

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2

1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 3

1.6 Penegasan Istilah ......................................................................................... 3

1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................. 3

2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Gravitasi ......................................................................................... 5

2.1.1 Energi Potensial dan Usaha ...................................................................... 6

2.1.2 Potensial Gravitasi .................................................................................... 6

2.1.3 Potensial Distribusi Massa ........................................................................ 7

2.1.4 Massa dan Densitas Bumi ......................................................................... 8

Page 11: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

xi

2.2 Satuan dan Konstanta Gravitasi .................................................................. 10

2.3 Metode Gravitasi ......................................................................................... 10

2.3.1 Metode Gravitasi Pengukuran Lapangan .................................................. 11

2.3.2 Metode Gravitasi Citra Satelit .................................................................. 12

2.4 Koreksi Metode Gravitasi ............................................................................ 13

2.4.1 Koreksi Bouguer (Bouguer Correction) ................................................... 14

2.4.2 Koreksi Medan (Terrain Correction) ....................................................... 14

2.5 Estimasi Densitas Batuan Rata-Rata ........................................................... 15

2.5.1 Metode Nettleton ...................................................................................... 15

2.5.2 Metode Parasnis ........................................................................................ 17

2.6 Pemisahan Anomali Regional dan Residual ................................................ 18

2.7 Gunung Merapi ............................................................................................ 18

2.8 Kerangka Berpikir ........................................................................................ 24

3 METODE PENELITIAN

3.1 Waktu Penelitian .......................................................................................... 25

3.2 Lokasi Penelitian .......................................................................................... 25

3.3 Alat dan Bahan ............................................................................................. 25

3.4 Tahapan Penelitian ....................................................................................... 26

3.4.1 Pengambilan Data ...................................................................................... 26

3.4.2 Perhitungan Anomali Bouguer Sederhana................................................. 26

3.4.3 Perhitungan Anomali Bouguer Lengkap ................................................... 27

3.4.4 Pemisahan Anomali Regional dan Residual .............................................. 27

3.4.5 Tahap Pemodelan dan Interpretasi............................................................. 27

3.4.6 Diagram Alir Penelitian ............................................................................. 27

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Topografi dan Data Anomali Gravitasi FAA ............................................... 29

4.2 Simple Bouguer Anomaly (SBA) ............................................................... 30

4.3 Complete Bouguer Anomaly (CBA) ........................................................... 32

4.4 Anomali Regional dan Residual .................................................................. 32

4.5 Pemodelan Bawah Permukaan Daerah Penelitian ....................................... 34

Page 12: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

xii

5 PENUTUP

5.1 Simpulan ...................................................................................................... 37

5.2 Saran ............................................................................................................ 37

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 38

LAMPIRAN ........................................................................................................ 41

Page 13: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Densitas Batuan ....................................................................................... 9

Page 14: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Gaya gravitasi antara dua benda .............................................................. 5

2.2 Setiap partikel dari benda padat memiliki gaya tarik gravitasi yang arahnya

berbeda pada titik P ................................................................................. 8

2.3 Model Sederhana Metode Gravitasi ........................................................ 11

2.4 Pengambilan data oleh satelit altimetri di atas permukaan laut .............. 13

2.5 Ilustrasi densitas rata-rata dengan metode Nettleton ............................... 16

2.6 Ilustrasi densitas rata-rata menggunakan metode Parasnis ..................... 17

2.7 Lokasi gunung Merapi yang terletak pada batas antara lempeng Indo

Australia dan Eurasia .............................................................................. 19

2.8 Peta Geologi Daerah Penelitian ............................................................... 20

2.9 Model bawah permukaan gunung Merbabu (kiri) dan gunung Merapi

(kanan)..................................................................................................... 22

2.10 Model bawah permukaan anomali medan magnet total gunung Merapi,

Merbabu, dan sekitarnya dari arah utara ke selatan ................................ 23

2.11 Kerangka berpikir penelitian visualisasi struktur bawah permukaan

menggunakan data anomali gravitasi citra satelit .................................. 24

3.1 Peta Daerah Penelitian ............................................................................ 25

3.2 Diagram Alur Penelitian .......................................................................... 28

4.1 Topografi Daerah Penelitian ................................................................... 29

4.2 Free Air Anomali (FAA) daerah penelitian ............................................ 30

4.3 Simple Bouguer Anomaly (SBA) daerah penelitian. .............................. 31

4.4 Anomali Bouguer Lengkap (ABL) daerah penelitian ............................. 32

4.5 Anomali Regional daerah penelitian. ...................................................... 33

4.6 Anomali Residual daerah penelitian........................................................ 33

4.7 Sayatan untuk pemodelan pada peta anomali residual .......................... 34

4.8 Pemodelan 2 dimensi pada lintasan A-A’ ............................................... 35

4.9 Pemodelan 2 dimensi pada lintasan B-B’................................................ 35

Page 15: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Data Mentah Penelitian ............................................................................... 40

2. Pengambilan data melalui website .............................................................. 45

Page 16: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia adalah negara yang mempunyai banyak gunung api baik aktif ataupun

tidak aktif. Salah satu gunung api yang sangat aktif di Indonesia adalah gunung

Merapi. Bahaya yang ditimbulkan oleh gunung Merapi sangat tinggi, mengingat

tingkat aktivitas dan padatnya penduduk di sekitar gunung Merapi serta

banyaknya aset nasional yang ada, yang berupa cagar budaya, sarana transportasi,

pertanian, peternakan dan sarana pendidikan. Untuk itu diperlukan penelitian yang

mampu untuk meminimalkan akibat yang ditimbulkan oleh bencana gunung

Merapi (Suyanto, 2011).

Metode gravitasi merupakan salah satu metode geofisika yang dapat

menggambarkan bentuk atau geologi bawah permukaan berdasarkan variasi

medan gravitasi bumi yang ditimbulkan oleh perbedaan densitas (rapat massa)

antar batuan (Purnomo, Koesuma, & Yunianto 2013). Pada metode gravitasi

dimanfaatkan perbedaan nilai percepatan gravitasi pada titik - titik pengukuran di

area pengambilan data. Perbedaan percepatan mengindikasikan adanya perbedaan

densitas batuan yang bisa diartikan adanya perbedaan jenis batuan di daerah

tersebut. Sebelum pengambilan data gavitasi dilakukan, biasanya terlebih dahulu

dilakukan survey lapangan yaitu menentukan titik – titik pengukuran, setelah itu

baru dilakukan pengambilan data. Lokasi titik pengukuran harusnya berupa

tempat yang mudah dijangkau, namun medan di lapangan kadang tidak sesuai

yang diharapkan, tidak semua titik pengukuran bisa dijangkau dengan mudah.

Sekarang ini telah dikembangkan pengukuran data medan gravitasi dari satelit

lengkap dengan data posisi geografis titik ukur di permukaan bumi (Andersen &

Kundsen, 2000). Menurut Kurniawan (2012) berbagai deposit alam seperti

batubara, zinc, bauksit, dan beberapa mineral logam lainnya yang sulit dideteksi

menggunakan metode geolistrik, ternyata dapat dengan mudah dideteksi

menggunakan metode gravitasi citra satelit ini. Data medan gravitasi ini berup

Page 17: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

2

data anomali gravitasi yang sudah dikoreksi hingga koreksi udara bebas yang bisa

diakses dari website: http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi. Data ini

digunakan sama seperti data medan gravitasi yang diukur secara langsung.

Namun, dengan menggunakan data citra satelit ini, pengukuran tidak harus

menggunakan ataupun menyewa gravimeter dan juga tidak harus terjun ke

lapangan yang membutuhkan biaya relatif mahal.

Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi struktur bawah permukaan gunung

Merapi berdasarkan nilai densitas batuan daerah setempat menggunakan metode

gravitasi. Data yang digunakan yaitu data anomali gravitasi citra satelit yang telah

dikoreksi hingga koreksi udara bebas yang selanjutnya akan dikoreksi bouguer

dan koreksi medan untuk mendapatkan nilai anomali bouguer lengkap. Hasil akhir

dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai struktur

bawah permukaan gunung Merapi untuk kepentingan studi mitigasi bencana.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasakan latar belakang yang diuraikan di atas maka rumusan masalah dalam

penelitian ini adalah bagaimana gambaran struktur bawah permukaan daerah

gunung Merapi dan sekitarnya dengan menerapkan metode gravitasi dari satelit.

1.3 Batasan Masalah

Gunung Merapi yang secara geografis terletak pada 7,542o LS dan 110,442

o BT

(Suyanto, 2011). Kegiatan yang dilakukan adalah pengolahan dan analisis data

gravitasi di sekitar kawasan gunung Merapi yaitu 110.3333°- 110.5° BT dan 7.5°-

7.666667° LS. Data gravitasi yang digunakan merupakan data anomali gravitasi

citra satelit yang telah terkoreksi hingga koreksi udara bebas dan bisa diakses

melalui website: http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah medeskripsikan struktur bawah

permukaan gunung Merapi dengan memanfaatkan data anomali gravitasi citra

satelit.

Page 18: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

3

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi struktur bawah

permukaan gunung Merapi yang juga dapat digunakan sebagai dasar untuk

penelitian selanjutnya, serta dapat memberikan pengetahuan mengenai aplikasi

metode gravitasi menggunakan data anomali gravitasi citra satelit.

1.6 Penegasan Istilah

Pada penelitian ini, untuk menghindari penafsiran yang berbeda terhadap

beberapa istilah yang digunakan, maka diperlukan penegasan istilah sebagai

berikut:

1. Metode gravitasi adalah salah satu metode eksplorasi geofisika yang

digunakan untukmmengukur variasi percepatan gravitasi bumi akibat adanya

perbedaan rapat massa antar batuan.

2. Free air anomaly (FAA) adalah anomali gravitasi yang telah terkoreksi

hingga koreksi udara bebas atau free air correction (FAC).

3. Simple Bouguer Anomaly (SBA) adalah anomali gravitasi yang telah

terkoreksi hingga koreksi bouguer atau bouguer correction (BC). Nilai SBA

didapatkan dengan menambahkan nilai FAA dengan BC.

4. Complete Bouguer Anomaly (CBA) adalah anomali gravitasi yang telah

terkoreksi hingga koreksi medan atau terrain correction (TC). Nilai CBA

didapatkan dengan menambahkan nilai SBA dengan TC.

5. Densitas adalah rapat massa suatu material.

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi disusun untuk memudahkan pemahaman

tentang struktur dan isi skripsi. Penulisan ini dibagi menjadi tiga bagian yaitu:

bagian awal skripsi, bagian isi skripsi, dan bagian akhir skripsi.

Page 19: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

4

1. Bagian awal skripsi berisi tentang lembar judul, persetujuan pembimbing,

lembar pengesahan, lembar pernyataan, motto dan persembahan, prakata,

abstrak, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, dan daftar lampiran.

2. Bagian isi skripsi terdiri dari:

Bab I Pendahuluan yang berisi tentang latar belakang pemilihan judul,

rumusan masalah, tujuan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,

manfaat penelitian, dan sistematika penulisan skripsi.

Bab II Tinjauan Pustaka terdiri dari kajian mengenai landasan teori yang

mendasari penelitian.

Bab III Metode Penelitian berisi waktu dan tempat pelaksanaan penelitian,

alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian serta prosedur penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan berisi tentang hasil-hasil penelitian dan

pembahasannya.

Bab V Penutup berisi tentang kesimpulan dan saran.

3. Bagian akhir skripsi terdiri atas daftar pustaka dan lampiran.

Page 20: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Gravitasi

Gravitasi berasal dari kata gravity dalam bahasa inggris yang artinya gaya berat.

Metode gravitasi dilandasi oleh hukum Newton tentang gravitasi yang

menyatakan bahwa besar dari gaya gravitasi antara dua benda adalah sebanding

dengan masing-masing massa benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

antar kedua benda tersebut (Hidayat, 2011). Pengaplikasian hukum ini untuk dua

buah benda m dan M yang terpisah pada jarak r seperti terlihat pada Gambar 2.1

akan didapatkan besar gaya tarik F seperti pada persamaan berikut.

(2.1)

Gambar 2.1 Gaya gravitasi antara dua benda (Lowrie, 2007)

Dimana merupakan vektor satuan dengan arah yang meningkat pada koordinat r

dan arahnya menjauhi pusat massa M. Tanda negatif dalam persamaan 2.1

menunjukan bahwa gaya F bekerja pada arah yang berlawanan, yaitu menuju pada

pusat massa M. G merupakan konstanta gravitasi Newton yang besarnya 6,67 x

10-11

Nm2/kg

2 (Blakely,1995).

Sedangkan dari hukum kedua Newton , kita dapat menulis gaya F pada benda

bermassa m sebagai berikut.

( 2.2)

Page 21: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

6

dengan adalah percepatan benda. Jika F adalah gaya gravitasi bumi dan

adalah percepatan gravitasi bumi , maka bisa dituliskan persamaan 2.2

menjadi seperti berikut.

(2.3)

Percepatan gravitasi yang dimiliki massa m karena daya tarik massa bumi M

mempunyai magnitudo . Besarnya bisa didapatkan dengan mensubtitusikan

persamaan 2.3 dan 2.1 sehingga diperoleh persamaan berikut.

(2.4)

2.1.1 Energi Potensial dan Usaha

Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa total energi yang berada pada sistem

yang tertutup akan selalu tetap. Ada dua bentuk energi dalam sistem ini. Pertama

adalah energi potensial yang dimiliki oleh benda berdasarkan posisinya. Kedua

adalah usaha yang dilakukan ketika benda berpindah posisi.

Suatu benda berpindah posisi karena gaya dengan jarak yang kecil ke arah

yang sama dengan , maka besar usaha yang dilakukan adalah .

Dalam sistem ini bisa kita tuliskan persamaan seperti berikut (Lowrie,2007).

(2.5)

2.1.2 Potensial Gravitasi

Potensial gravitasi UG adalah energi potensial suatu massa yang berada pada

medan gravitasi. Energi potensial Ep dari massa m dalam medan gravitasi

sebanding dengan . Maka Ep bisa disubstitusikan dengan persamaan 2.5 dan

persamaan 2.3 menjadi seperti berikut.

Page 22: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

7

(2.6)

Dari persamaan 2.6 bisa didapatkan besar percepatan gravitasi sebagai berikut.

(2.7)

Sehingga, besar potensial gravitasi U bisa diperoleh dengan mensubstitusikan

persamaan 2.4 ke persaman 2.7 akan diperoleh seperti berikut (Lowrie,2007).

(2.8)

2.1.3 Potensial Distribusi Massa

Sebuah benda padat bisa dianggap terdiri dari banyak partikel kecil, yang masing-

masing memiliki daya tarik gravitasi pada titik P diluar benda (Gambar 2.2).

Untuk menghitung percepatan gravitasi dari benda pada titik P, kita harus

menjumlahkan vektor satuan partikel-partikel diskrit pada benda tersebut. Setiap

partikel memiliki reaksi arah yang berbeda. Diasumsikan mi adalah massa dari

partikel yang berjarak ri dari titik P, maka percepatan dihitung sepertti berikut.

(2.9)

Penjumlahan vektor cukup rumit karena setiap partikel memiliki reaksi arah yang

berbeda. Solusinya yaitu bisa menghitung penjumlahan skalar potensial gravitasi

terlebih dahulu, kemudian disubstitusikan ke persamaan 2.7 untuk mendapatkan

percepatan. Rumus mengitung potensial gravitasi yaitu sebagai berikut

(Lowrie,2007).

(2.10)

Page 23: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

8

Gambar 2.2 Setiap partikel dari benda padat memiliki gaya tarik gravitasi

yang arahnya berbeda pada titik P.

2.1.4 Massa dan Densitas Bumi

Persamaan 2.4 dan 2.8 berlaku di luar bola termasuk pada permukaannya. Jarak

dari pusat massa ke permukaan adalah jari-jari R. Jika bumi dianggap sebagai bola

dengan massa E dan jari-jarinya R, maka bisa diperkirakan massa bumi dengan

menulis kembali persamaan 2.4 seperti berikut.

(2.11)

Percepatan gravitasi pada permukaan bumi akan sedikit berbeda dengan gravitasi

rata-rata yaitu sekitar 9.81 m/s2. Jari-jari bumi sekitar 6371 km, dan konstanta

gravitasi 6.674 x 10-11

m3/ kg s

2. Massa bumi dihitung menggunakan persamaan

2.11 hasilnya sekitar 5.974 x 1024

kg. Massa bumi dibagi dengan volumenya

(4πR3) untuk mendapatkan nilai densitasnya. Rata-rata densitas diperoleh 5515

kg/m3. Nilai densitas ini merupakan dua kali lipat densitas batuan kerak bumi.

Hal ini menunjukan bahwa bagian dalam bumi tidak homogen (Lowrie,2007).

Prinsip metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu anomali gravitasi

muncul karena terdapat perbedaan nilai densitas batuan bawah permukaan pada

daerah penelitian. Densitas merupakan sifat fisis yang menggambarkan kerapatan

ikatan material-material penyusun batuan (Ridha,2016). Densitas batuan

Page 24: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

9

dipengaruhi beberapa faktor di antaranya seperti rapat massa butir pembentuknya,

porositas, kandungan yang terdapat pada batuan, dan pemadatan akibat tekanan

serta pelapukan yang dialami batuan tersebut (Taufiquddin, 2014). Jenis batuan

berdasarkan densitasnya dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Densitas Batuan (Telford, Geldart, & Sheriff,1990)

Tipe Batuan Rentang Densitas (gr/cc) Densitas rata-rata (gr/cc)

Batuan Sedimen

Over Burden - 1.92

Soil 1.20-2.40 1.92

Clay 1.63-2.60 2.21

Gravel 1.70-2.40 2.00

Sand 1.70-2.30 2.00

Sandstone 1.61-2.76 2.35

Shale 1.77-3.20 2.40

Lime Stone 1.93-2.90 2.55

Dolomite 2.28-2.90 2.70

Batuan Beku

Rhyolite 2.35-2.70 2.52

Andesite 2.40-2.80 2.61

Granite 2.50-2.81 2.64

Granodiorite 2.67-2.79 2.73

Prophyry 2.60-2.89 2.74

Quartz diorite 2.62-2.96 2.79

Diorit 2.72-2.99 2.85

Lavas 2.80-3.00 2.90

Diabase 2.50-3.20 2.91

Basalt 2.70-3.30 2.99

Gabbro 2.70-2.50 3.03

Peridiorite 2.78-3.37 3.15

Acid igneous 2.30-3.11 2.61

Basic Igneous 2.09-3.17 2.79

Batuan Metamorf

Quartize 2.50-2.70 2.60

Schists 2.39-2.90 2.64

Graywacke 2.60-2.70 2.65

Marble 2.60-2.90 2.75

Serpenite 2.40-3.10 2.78

Slate 2.70-2.90 2.79

Gneiss 2.59-3.00 2.80

Amphibolite 2.90-3.04 2.96

Eclogite 3.20-3.54 3.37

Metamorphic 2.40-3.10 2.74

Page 25: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

10

2.2 Satuan dan Kostanta Gravitasi

Satuan cgs dari percepatan adalah Gal (singkatan dari “Galileo”), dimana 1 Gal =

1 cm/s2, dari literatur geofisika percepatan gravitasi umumnya menggunakan

satuan mGal (1 mGal= 10-3

Gal). Konversi dari satuan cgs ke SI yaitu 1mGal= 10-5

m/s2. Konstanta gravitasi newton G adalah 6,67 x 10

-11 m

3/kg s

2 dalam satuan SI

dan 6.67 x 10-8

cm3/g s

2 dalam satuan cgs (Blakely, 1995).

2.3 Metode Gravitasi

Menurut Santoso sebagaimana dikutip oleh Purnomo (2013), Metode Geofisika

merupaqkan ilmu yang mempelajari tentang struktur bumi baik yang terlihat di

permukaan maupun yang ada di bawah permukaan, dengan melakukan

pengukuran atau pengamatan sifat fisis di atas permukaan bumi dengan

berlandaskan prinsip-prinsip fisika. Terdapat dua jenis metode geofisika yang

biasa digunakan untuk mengukur atau mengamati sifat fisis yaitu metode pasif

dan aktif. Metode pasif merupakan metode yang dilakukan dengan mengukur

medan alami yang dipancarkan oleh bumi. Sedangkan metode aktif dilakukan

dengan membuat medan gangguan kemudian mengukur respon yang dilakukan

oleh bumi.

Metode gravitasi merupakan salah satu metode geofisika yang dikategorikan

dalam metode pasif yaitu dengan mengukur besarnya gaya gravitasi yang

dipancarkan oleh bumi. Metode ini memanfaatkan medan gravitasi bumi untuk

menggambarkan batuan bawah permukaan daerah penelitian berdasarkan

keragaman rapat masanya (Wardhana, Harjono, & Sudaryanto, 2014).

Penelitian menggunakan metode gravitasi ini memanfaatkan nilai percepatan

gravitasi di area survei. Perubahan percepatan gravitasi pada satu titik dengan

titik lain dapat menandakan adanya perbedaan densitas dari bawah permukaan

yang artinya terdapat perbedaan kandungan pada bawah permukaan bumi.

Page 26: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

11

Model sederhana ketika melakukan pengukuran menggunakan metode gravitasi

dapat dilihat pada Gambar 2.3. Dalam pengukuran terdapat density contrast yang

nilai densitasnya berbeda yaitu lebih tinggi dibanding sekitarnya. Ini

mengakibatkan nilai percepatan gravitasi pada area tersebut lebih tinggi dibanding

sekitarnya pula. Hal ini ditunjukkan dengan gambar grafik yang menunjukan nilai

percepatan gravitasi. Namun, perubahan percepatan gravitasi ini relatif kecil

sehingga dalam penelitian digunakan alat ukur yang memiliki kepekaan tinggi,

alat tersebut adalah gravimeter.

Gambar 2.3. Model Sederhana Metode Gravitasi (sumber: www.galitzin.mines.edu)

2.3.1 Metode Gravitasi Pengukuran Lapangan

Dalam pengambilan data gravitasi dengan pengukuran secara langsung ke

lapangan (tempat penelitian) diperlukan alat seperti gravimeter dan Global

Positioning System (GPS). Pemilihan titik pengambilan data ditentukan dengan

memperhatikan hal-hal seperti berikut:

1. Letak titik pengambilan data harus jelas dan mudah dikenal sehingga apabila

akan dilakukan pengukuran di waktu yang berbeda akan mudah

menemukannya.

Page 27: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

12

2. Lokasi titik pengambilan data harus bebas dari gangguan-gangguan seperti

getaran mesin maupun kendaraan bermotor.

3. Lokasi titik pengambilan data harus terbuka agar GPS mampu menerima

sinyal dari satelit dengan baik.

(Malanda,2013)

2.3.2 Metode Gravitasi Citra Satelit

Sekarang ini telah dikembangkan pengukuran data medan gravitasi dari satelit

lengkap dengan data posisi geografis titik ukur di permukaan bumi (Andersen &

Kundsen, 2000). Data anomali gravitasi dan data topografi yang diperoleh telah

tergrid secara teratur dalam format ASCII_XYZ sesuai batas-batas posisi

geografis yang diinputkan (Kurniawan & Shehah, 2012) serta memiliki akurasi

anomali gravitasi sebesar 1 mGal (Sandwell, Emmanuel, Khalid, Paul, Michael, &

Walter 2013). Data ini bisa diakses melalui website: http://topex.ucsd.edu/cgi-

bin/get_data.cgi.

Satelit yang digunakan adalah jenis satelit altimetri GeoSat, ERS-1, Cryo Sat-2,

Envisat, dan Jason-1 yang dikombinasikan hasil pengukurannya (Sandwell, et al.,

2013). Satelit altimetri seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 memancarkan

pulsa-pulsa gelombang elektromagnetik (radar) ke permukan laut, kemudian

pulsa-pulsa tersebut dipantulkan kembali ke satelit dan diterima oleh altimeter.

Dari data yang diperoleh kemudian diolah dan didapatkan informasi seperti

topografi dan variasi spasial anomali gayaberat (Abidin, 2007).

Page 28: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

13

Gambar 2.4. Pengambilan data oleh satelit altimetri di atas permukaan laut

(Sumber: www.jason.oceanobs.com/print/presentation/poac_oac_uk.html)

Menurut Kurniawan (2012) berbagai deposit alam seperti batubara, zinc, bauksit,

dan beberapa mineral logam lainnya yang sulit dideteksi menggunakan metode

geolistrik, ternyata dapat dengan mudah dideteksi menggunakan metode gravitasi

citra satelit ini. Data anomali gravitasi ini berupa data free air anomaly (FAA)

yaitu anomali gravitasi yang telah terkoreksi hingga koreksi udara bebas atau free

air correction (FAC). FAC adalah koreksi yang dilakukan karena adanya

pengaruh ketinggian saat pengukuran di suatu titik pengamatan. Menurut Martha

(2011) besar faktor FAC untuk daerah ekuator (45oLU-45

oLS) adalah -0.3085

mGal/m, sehingga besar FAA adalah:

(2.12)

2.4 Koreksi Metode Gravitasi

Pembacaan nilai gravitasi pasti dipengaruhi oleh faktor lingkungan atau kondisi

saat melakukan survey. Alat ukur gravitasi tidak memberikan harga anomali

gravitasi secara langsung karena terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi

hasil pengukuran gravitasi di suatu titik di permukaan bumi. Hal tersebut terkait

dengan bumi yang pada kenyataannya tidak bulat, lebih mendekati bentuk

spheroid, relief permukaannya tidak rata, berotasi, berevolusi dalam sistem

matahari serta tidak homogen sehingga percepatan gravitasi di permukaan tidak

konstan (Martha, 2011). Oleh karena itu, untuk mengurangi kesalahan pembacaan

Page 29: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

14

nilai gravitasi maka diperlukan beberapa koreksi yaitu koreksi pasang surut

(tidal), koreksi apungan (drift), koreksi udara bebas (freeair), koreksi bouguer,

dan koreksi terrain. Data anomali gravitasi citra satelit merupakan data yang telah

terkoreksi hingga koreksi udara bebas, sehingga langkah selanjutnya yaitu

dibutuhkan koreksi bouguer dan koreksi terrain.

2.5.1 Koreksi Bouguer (Bouguer Correction)

Koreksi bouguer atau Bouguer Correction (BC) dilakukan untuk menghilangkan

efek gravitasi yang ditimbulkan oleh massa yang terletak di antara titik amat dan

datum (mean sea level). Dalam koreksi bouguer diasumsikan bahwa titik amat

berada pada suatu bidang horizontal yang luas dan memiliki massa batuan dengan

densitas tertentu. Apabila suatu titik amat terletak pada suatu slab yang sangat

luas, maka pembacaan nilai percepatan gravitasi di titik amat akan diperbesar oleh

efek slab ini. Oleh karena itu, koreksi bouguer nilainya berlawanan dengan

koreksi udara bebas, yaitu dikurangkan apabila titik amat berada di atas datum.

Koreksi bouguer dirumuskan sebagai berikut:

(2.13)

Keterangan: BC = koreksi bouguer (mGal)

ρ = adalah densitas slab bouguer (gr/cm3)

G = konstanta gravitasi (6,672 x 10-11

Nm2/kg

2).

h = elevasi (m)

Setelah didapatkan Koreksi Bouguer (BC), bisa didapatkan nilai anomali gaya

berat atau Simple Bouguer Anomaly (SBA) dengan mengurangkan nilai

persamaan 2.12 dengan nilai BC, secara matematis dapat ditulis sebagai

persamaan 2.14.

(2.14)

Page 30: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

15

2.5.2 Koreksi Medan (Terrain Correction)

Koreksi medan dilakukan karena daerah pengukuran gravitasi memiliki bentuk

permukaan yang tidak rata/datar atau memiliki kontur tertentu. Misal, adanya

lembah akan mengurangi nilai percepatan gravitasi di titik amat, demikian pula

dengan adanya bukit mengakibatkan berkurangnya nilai percepatan gravitasi di

titik amat. Massa bukit mengakibatkan terdapatnya komponen gaya keatas yang

berlawanan arah dengan komponen gaya gravitasi. Oleh karena itu, adanya bukit

dan lembah akan mengurangi besarnya medan gravitasi sebenarnya pada titik

amat, sehingga koreksi medan yeng diperhitungkan selalu berharga positif.

Koreksi ini bisa didapatkan dengan mengambil data lapangan yang kemudian

diolah menggunakan metode Hammer Chart (Isroi, 2014). Sedangkan untuk

penelitian gravitasi citra satelit yang tidak mengambil data langsung ke lapangan

digunakan perangkat lunak global mapper dan oasis montaj untuk mendapatkan

nilai koreksi medan.

Setelah nilai koreksi medan didapatkan, maka bisa dihitung nilai Complete

Bouguer Anomaly (CBA) yaitu dengan menambahkan nilai SBA dengan koreksi

medan (TC), secara matematis dapat ditulis sebagai persamaan 2.13.

(2.15)

2.5 Estimasi Densitas Batuan Rata-Rata

Densitas batuan merupakan besaran fisis yang sangat penting dalam metode

gravitasi. Dalam perhitungan anomali bouguer perlu adanya nilai densitas rata-

rata di daerah survey. Sehingga, nilai rata-rata desitas tersebut harus dientukan

dengan baik. Ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk menentukan densitas

rata-rata, yaitu:

2.5.1 Metode Netlleton

Densitas dekat permukaan (densitas permukaan rata-rata) material di bawah bukit

dapat ditentukan dengan metode yang dirancang oleh L.Netlleton yang

Page 31: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

16

membandingkan bentuk anomali gravitasi bouguer dengan bentuk topografi

sepanjang profilnya (Lowrie, 2007).

Pada metode ini, dibuat grafik anomali Bouguer dengan berbagai macam nilai

densitas kemudian dibandingkan dengan lintasan profile nilai topografi pada suatu

lintasan yang sama. Menurut Susanti (2011) nilai densitas yang memiliki variasi

paling minimum dengan profil topografi dianggap sebagai densitas rata-rata yang

mewakili daerah penelitian. Secara kuantitatif, estimasi densitas permukaan

terbaik dapat ditentukan dengan menerapkan korelasi silang antara perubahan

elevasi terhadap suatu referensi tertentu dengan anomali gayaberatnya (Martha,

2011). Ilustrasi penentuan densitas rata-rata menggunakan metode Nettleton dapat

dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Ilustrasi densitas rata-rata dengan metode Nettleton (Telford, 1990)

Page 32: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

17

2.5.2 Metode Parasnis

Metode Parasnis merupakan metode analitik untuk menentukan estimasi densitas

batuan rata-rata dengan asumsi bahwa topografi daerah penelitian relatif datar

(Martha, 2011). Secara matematis perhitungan menggunakan metode Parasnis ini

diturunkan dari persamaan:

CBA = gobs - g(N) + FAC - BC + TC

= gobs - g(N) + FAC - 2π G ρ h + ρ c

gobs - g(N) +FAC = ρ (2πGh + c) + CBA (2.16)

dengan c adalah nilai koreksi medan sebelum dikalikan dengan densitas. Apabila

disederhanakan, persamaan di atas dapat ditulis seperti pada persamaan 2.17.

y = ρ x + CBA (2.17)

Dari persamaan 2.16 akan diperoleh harga densitas rata-rata dari gradien

persamaan garis regresi linear. Ilustrasi penentuan densitas rata-rata menggunakan

metode parasnis bisa dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Ilustrasi densitas rata-rata menggunakan metode Parasnis

(Martha, 2011)

Page 33: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

18

2.6 Pemisahan Anomali Residual dan Regional

Dalam pengolahan data metode gravitasi ini akan muncul anomali-anomali yang

merupakan target dalam survei penelitian metode gravitasi. Anomali ini akan

memudahkan para peneliti untuk menafsirkan struktur geologi bumi. Anomali ini

merupakan hasil dari adanya perbedaan densitas antara batuan satu dengan batuan

yang lain. Anomali yang terdapat dalam metode gravitasi ini sering dikenal

dengan anomali Bouguer Lengkap atau Complete Bouguer Anomaly (CBA).

CBA merupakan penjumlahan dari anomali regional dan anomali residual. Kedua

anomali tersebut saling berinteraksi dan menimbulkan anomali yang tumpang-

tindih. Oleh sebab itu, anomali-anomali tersebut harus saling dipisahkan

(Purnomo et al.,2013).

Menurut Gupta, sebagaimana dikutip oleh Hidayat (2011) Anomali regional

merupakan anomali yang bersumber sangat dalam, berukuran besar dan biasanya

berhubungan dengan lempeng tektonik. Sedangkan anomali residual merupakan

anomali lokal bersumber dangkal yang ada pada daerah penelitian.

Dalam pemisahan anomali regional dan residual dalam penelitian ini digunakan

metode Moving Average. Metode Moving Average dilakukan dengan cara

merata-ratakan nilai anomalinya. Hasil dari perata-rataan ini merupakan anomali

regionalnya. Sedangkan anomali residualnya didapatkan dengan mengurangkan

data hasil pengukuran gravitasi dengan anomali regionalnya (Purnomo et al.,

2013).

2.7 Gunung Merapi

Gunung Merapi yang terletak di bagian tengah dari Propinsi Jawa tengah dan

berbatasan dengan Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. Secara administratif

gunung Merapi terletak di Kab. Sleman, DI. Yogyakarta, Kab. Magelang,

Boyolali, Klaten, Propinsi Jawa Tengah. Secara Geografis terletak pada 7.54o LS

dan 110.44o BT dan berada pada busur magmatik yang dibentuk oleh gerakan

Page 34: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

19

lempeng indo-australia dan menabrak lempeng eurasia seperti terlihat pada

Gambar 2.7 (Suyanto, 2011).

Gambar 2.7. Lokasi gunung Merapi yang terletak pada batas antara lempeng Indo

Australia dan Eurasia ( Suyanto, 2011)

Berdasarkan peta Geologi Lembar Yogyakarta, terlihat pada Gambar 2.8 Susunan

stratigrafi daerah penelitian yaitu sekitar gunung Merapi adalah sebagai berikut:

Endapan Gunung Merapi tua (Qmo), Endapan Gunung Merapi Muda (Qmi),

Endapan Longsoran dari awan panas (na), Kubah Lava dan leleran (d), Endapan

Gunungapi Merbabu (Qme), Breksi Gunungapi (Qb), Endapan Gunungapi

Sumbing Muda (Qsm), Endapan Gunungapi Tua (Qsmo), Formasi Kebobutak

(Tmok), dan Formasi Sentolo (Tmps).

Page 35: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

20

Gambar 2.8. Peta Geologi Daerah Penelitian

Page 36: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

21

Menurut Van Bemmelen, sebagaimana dikutip oleh Suyanto (2012), gunung

Merapi tumbuh di atas titik potong antara kelurusan vulkanik Ungaran –Telomoyo

- Merbabu - Merapi dan kelurusan vulkanik Lawu - Merapi - Sumbing - Sindoro –

Slamet. Kelurusan vulkanik Ungaran-Merapi tersebut merupakan sesar mendatar

yang berbentuk konkaf hingga sampai ke barat, dan berangsur-angsur berkembang

kegiatan vulkanisnya sepanjang sesar mendatar dari arah utara ke selatan. Dapat

diurut dari utara yaitu Ungaran Tua berumur Pleistosen dan berakhir di selatan

yaitu di gunung Merapi yang sangat aktif hingga saat ini. Kadang disebutkan

bahwa gunung Merapi terletak pada perpotongan dua sesar kwarter yaitu Sesar

Semarang yang berorientasi utara-selatan dan Sesar Solo yang berorientasi barat-

timur.

Merapi termasuk gunung api yang paling sering meletus. Memasuki abad XVI

kegiatan Merapi mulai tercatat cukup baik. Pada masa ini terlihat bahwa waktu

istirahat terpanjang pernah dicapai selama 71 tahun ketika jeda antara tahun 1587

sampai dengan tahun 1658. Kemudian sejarah letusan gunung Merapi mulai

tercatat cukup baik sejak tahun 1768. Namun demikian sejarah letusan yang lebih

rinci dan kronologis baru dimulai pada akhir abad ke-19 (Subandriyo, 2010).

Menurut Kirbani, sebagaimana dikutip oleh Suyanto (2011) dinamika fluida

magma pada gunung Merapi mempunyai beberapa macam pola, yaitu: minopol,

dipol, dan quadrupol. Didalam pipa saluran dan kantong magma, magma

dimungkinkan mempunyai viskositas yang rendah, sedangkan pada permukaan

viskositas magma yang tinggi ditnjukan dalam bentuk kubah lava.

Bawah permukaan gunung Merapi dan Merbabu terdapat lapisan paling atas yaitu

piroklastik hasil aktifitas gunung Merapi dan Merbabu dengan densitas 2,15

g/cm3. Lapisan kedua terdapat lapisan dengan densitas 2,40 g/cm

3 diduga sebagai

produk aktivitas gunung Merapi dan Merbabu yang lebih tua dapi lapisan

pertama. Lapisan ketiga terdapat lapisan dengan densitas 2,60 g/cm3 diduga dalam

lapisan ini terdapat kantong magma dibawah puncak gunung Merapi dan

Merbabu. Lapisan keempat terdapat lapisan dengan densitas 2,80g/cm3 yang

diduga sebagai basement bagi batuan lain. Lapisan ke empat ini terletak pada

Page 37: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

22

kedalaman 5 km hingga 8 km di bawah mean sea level (msl). Lapisan paling

bawah adalah lapisan dengan densitas 3,00 g/cm3 terletak pada kedalaman 11 km

di bawah msl. Selain lima lapisan batuan tersebut, terdapat model kantong

magma gunung Merapi dan Merbabu. Terdapat dua kantong magma di bawah

gunung Merapi yaitu kantong magma atas berada pada kedalaman 500 m dibawah

puncak, dan kantong magma bawah berada pada kedalaman 3,3 km dibawah

puncak dengan densitas 2,70 g/cm3 seperti pada Gambar 2.9 (Suyanto, 2011).

Gambar 2.9. Model bawah permukaan gunung Merbabu (kiri) dan gunung Merapi

(kanan) (Suyanto, 2011)

Menurut Suyanto (2012) dalam penelitian bawah permukaan gunung Merapi dan

Merbabu menggunakan metode magnet, secara umum di bawah gunung Merapi

terdapat 3 lapisan batuan. Lapisan pertama merupakan batuan piroklastik hasil

aktivitas Merapi pada masa lalu, lapisan kedua berkaitan dengan posisi kantong

magma, dan lapisan ketiga adalah lapisan yang mensuplai magma di atasnya.

Lapisan ini bisa dilihat pada Gambar 2.10.

Page 38: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

23

Gambar 2.10. Model bawah permukaan anomali medan magnet total gunung Merapi,

Merbabu, dan sekitarnya dari arah utara ke selatan. (Suyanto, 2012)

Page 39: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

24

2.8 Kerangka Berpikir

Berikut merupakan kerangka berpikir penelitian visualisasi struktur bawah

permukaan menggunakan data anomali gravitasi citra satelit dapat dilihat pada

Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Kerangka berpikir penelitian visualisasi struktur bawah permukaan

menggunakan data anomali gravitasi citra satelit

Penelitian Geofisika membutuhkan biaya yang tidak

sedikit, terutama penelitian metode gravitasi

gunung Merapi merupakan gunung api yang sering

meletus di Indonesia sehingga perlu penelitian untuk

melihat kondisi bawah permukaan gunung Merapi

Ada website yang menyediakan data anomali gravitasi

yang diambil dari satelit

Pemanfaatan data anomali gravitasi citra satelit untuk

melakukan penelitian di kawasan gunung Merapi tanpa

pengambilan data di lapangan secara langsung. Sehingga

biaya penelitian tidak terlalu besar

Mengkaji hasil dari

penelitian terdahulu

sebagai pedoman dalam

penelitian

Pengolahan data

anomali gravitasi citra

satelit kawasan gunung

Merapi

Gambaran struktur bawah permukaan kawasan

gunung Merapi

Fakta

Pemecahan

Hasil

Page 40: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

37

BAB 5

PENUTUP

5.1. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat diambil kesimpulan,

yaitu:

(1.) Struktur bawah permukaan Gunung Merapi dari paling atas adalah batuan

piroklastik seperti tuf dan breksi dengan densitas 2,2 g/cm3, lapisan kedua

adalah batuan piroklastik yang umurnya lebih tua dengan densitas 2,3 g/cm3,

lapisan ke tiga adalah batuan andesit dengan densitas 2,5 g/cm3, dan lapisan

terakhir adalah batuan basement dengan densitas 2,8 g/cm3.

(2.) Terdapat kantong magma di bawah permukaan gunung merapi yaitu pada

lapisan ke tiga, dengan kedalaman 2,5 km dari puncak dengan densitas 2,75

g/cm3.

(3.) Metode gravitasi citra satelit berhasil digunakan untuk memodelkan struktur

bawah permukaan daerah penelitian.

5.2. Saran

Untuk memperbaiki hasil yang telah didapatkan, penulis menyarankan beberapa

hal untuk penelitian selanjutnya, antara lain:

(1.) Dilakukan penelitian gravitasi secara langsung agar hasil yang didapatkan

lebih baik lagi.

(2.) Pemodelan dilakukan tidak hanya 2D, bisa dilakukan pemodelan 3D agar

lebih gampang untuk dipahami.

Page 41: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

38

DAFTAR PUSTAKA

Abidin, R. J. (2007). Satelit Altimetri. Bandung: Geodesy & Geomagnetics

Engeneering Institute Technology Bandung (ITB).

Andersen O. B., & Kundsen P. (2000). The Role of Satellite Altimetry in Gravity

Field Modeling in Coastal Areas. New York: Pergamon Press.

Blakely, R. J. (1995). Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications.

Cambridge: Cambridge University Press.

Hidayat, F.S. (2011). Penyelidikan Gaya Berat Untuk Pemetaan Struktur Bawah

Permukaan di Daerah Karanganyar Bagian Barat. Skripsi Universitas

Sebelas Maret.

Isroi, A. R. (2014). Ekesplorasi Energi Geothermal dengan Menggunakan Metode

Gravity Sebagai Tahap Awal di Daerah Prospek Geothermal Gunung

Kelud. Skripsi Institut Teknologi bandung

Kurniawan, F.A., & Shehah. (2012). Pemanfaatan Data Anomali Gravitasi Citra

GEOSAT dan ERS-1 Satellite untuk Memodelkan Struktur Geologi

Cekungan Bentansari Brebes. Indonesian Journal of Applied Physics, 2(2).

84-95. Diunduh dari https://eprints.uns.ac.id/1778/1/15_Fatwa_edit1.pdf.

Lowrie, W. (2007). Fundamentals of Geophysics. Cambridge: Cambridge

University Press.

Malanda Y. M., (2013). Analisis Anomali Gayaberat Antar Waktu untuk

Pemantauan Amblesan Tanah Studi Kasus Kota Semarang. Skripsi

Universitas Negeri Semarang.

Martha, A.A. 2011. Pemodelan 3D Data Gayaberat Lapangan Panas Bumi

Ulubelu, Tanggamus, Lampung. Thesis Institut Teknologi Bandung.

Purnomo, J., Koesuma, S., & Yunianto, M. (2013). Pemisahan Anomali Regional-

Residual pada Metode Gravitasi Mengunakan Metode Moving Average,

Page 42: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

39

Polynomial, dan Inversion. Indonesian Journal of Applied Physics. 3(1).

10-20. Diunduh dari https://www.researchgate.net/publication/303483971

_Pemisahan_Anomali_Regional_Residual_pada_Metode_Gravitasi_Meng

gunakan_Metode_Moving_Average_Polynomial_dan_Inversion.

Ridha, M., & Darminto. (2016). Analisis Densitas, Porositas, dan Struktur Mikro

Batu Apung Lombok dengan Variasi Lokasi dan Kedalaman. Jurnal Fisika

dan Aplikasinya. 12(3). 124-130. Diunduh dari http://iptek.its.ac.id/

index.php/jfa/article/view/1403/1178.

Sandwell, D., Emmanuel, G., Khalid, S., Paul, W., Michael, C., & Walter, H.F.S.

(2013). Toward 1-mGal accuracy in global marine gravity from CryoSat-2,

Envisat, and Jason-1. The Leading Edge. 32(8). 921-899. Doi:

https://doi.org/10.1190/tle32080892.1.

Subandriyo. 2011. Menyelamatkan Candi Borobudur dari Erupsi Merapi.

Magelang: Balai Konservasi Peninggakan Borobudur

Suyanto, I. (2011). Pemodelan Bawah Permukaan Gunung Merapi dan Merbabu

Berdasarkan Analisis Data Gravitasi. Laporan Penelitian Universitas

Gajah Mada.

Suyanto, I. (2012). Pemodelan Bawah Permukaan Gunung Merapi Dari Analisis

Data Magnetik dengan Menggunakan Software Geosoft. Laporan

Penelitian Universitas Gajah Mada.

Susanti, N. (2011). Pemodelan Sistem Panas Bumi Pincara Kabupaten Luwu

Utara Sulawesi Selatan Berdasarkan Data Geofisika. Thesis Program Studi

Pasca Sarjana Ilmu Fisika Universitas Indonesia.

Taufiquddin. 2014. Identifikasi Struktur Bawah Permukaan Daerah Potensi

Panas Bumi dengan Metode Gravity (Studi Kasus di Daerah Sumber Air

Panas Desa Lombang Kecamatan Batang-Batang Kabupaten Sumenep).

Skripsi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.

Page 43: VISUALISASI STRUKTUR BAWAH PERMUKAAN GUNUNG MERAPI MENGGUNAKAN DATA ANOMALI GRAVITASI ...lib.unnes.ac.id/37771/1/4211412023.pdf · 2020. 8. 5. · 3.3 Alat dan Bahan ... dimanfaatkan

40

Telford, W.M., Geldart, L.P., & Sheriff, R.E. 1990. Applied Geophysics 2nd

Edition. Cambridge: Cambridge University Press.

Wardhana, D.D., Harjono, H., & Sudaryanto. 2014. Struktur Bawah Permukaan

Kota Semarang Berdasarkan Data Gayaberat. Riset Geologi dan

Pertambangan. 24(1). 53-64. Diunduh dari https://www.jrisetgeotam.com/

index.php/jrisgeotam/article/viewFile/81/pdf_24.