1

ESTIMASI PENYEBARAN DEPOSIT FOSFAT DI WILAYAH PERUM PERHUTANI KPH

PATI BKPH SUKOLILO PATI DENGAN METODE VERY LOW REQUENCY

ELEKTROMAGNETIK VERTICAL GRADIENT (VLF-EM-vGRAD)

Ghufron, Bagus Jaya Santosa, F.A.Santos

ABSTRAK

Telah dilakukan analisa data VLF-EM-vGrad dengan menggunakan analisa kualitatifdan analisa kuantitatif untuk memetakan penyebaran deposit fosfat di wilayah PerumPerhutani KPH Pati BKPH Sukolilo Pati petak 35. Analisa kualitatif dilakukandengan menggunakan filter Fraser pada delta inphase, quadrature, tilt-angle dan totalfield, sedangkan analisa kuantitatif dihasilkan nilai resistivitas 2 D dari hasil inversidata triper (inphase dan quadrature) dengan Software Inv2DVLF. Analisa kualitatifdapat digunakan untuk menentukan jalur fosfat secara lateral dengan tepat, sedangkananalisa kuantitaf dapat digunakan untuk menentukan bentuk, jalur dan kedalamanfosfat dengan tepat (nilai resistivitas 200-500 Ωm). Hasil kedua estimasi ini menunjukkan kesamaan, yakni jalur fosfat dari arah Utara-Selatan, Timur Laut-BaratDaya dan Barat laut-Tenggara. Kedalaman fosfat yang dihasilkan dari analisakuantitaif antara 2.5 - 30 meter dan 80-100 meter.

Kata kunci : Fosfat, VLF–EM-vGRAD, Fraser, Inv2DVLF

1. PENDAHULUANKelangkaan pupuk seringkali menganggu

kebutuhan dasar para petani di Indonesia,sehingga dampaknya harga pupuk melonjak dipasaran. Kebutuhan pupuk petani pada tahun 2007meliputi Urea 4,3 juta ton, ZA 700 ribu ton, SP-36800 ribu ton dan NPK ribu ton. Jumlahpermintaan pupuk jenis ZA dan SP-36 sejak tahun2003 tidak dapat dipenuhi oleh produksi dalamnegeri, sehingga kekurangan pasokan jenis ZAdan SP-36 dipenuhi melalui impor. Bahan bakupupuk jenis SP-36 dan NPK adalah fosfat. Fosfatmerupakan sumber utama unsur Kalium danNitrogen yang tidak dapat larut dalam air, tetapidapat diolah menjadi produk fosfat denganmenambahkan asam. Fosfat disamping bahanbaku pupuk super fosfat (SP-36) juga dapatdigunakan bahan pupuk alam. Pemakaian pupukalam dapat mengurangi ketergantungan pupukbuatan (Urea, ZA, SP-36 dan NPK) sehinggaimpor pupuk dapat dikurangi.(DepartemenPertanian, Indonesia Commercial Newspaper,2008)

Deposit fosfat di Indonesia yang telahdiselidiki adalah 2,5 juta ton endapan guano(kadar P2O5 sebesar 0,17% hinggga 43 %).Keterdapatannya di propinsi Aceh, Jawa Barat,Jawa Tengah, Jawa Timur, Sulawesi Utara,Sulawesi Tengah dan NTT, sedang tempat lainnyaadalah Sumatra, Kalimantan dan Irian Jaya.Cadangan fosfat tersebut belum sepenuhnya

dieksplorasi karena masih minimnya penelitianyang dapat menunjang eksplorasi tersebut.

Berdasarkan hasil penelitian potensibahan galian golongan C di Kabupaten Pati JawaTengah ( Pemetaan Bahan Galian Golongan CPropinsi Jawa Tengah, 1992) fosfat termasukbahan galian golongan C. Deposit fosfat banyakditemukan di pegunungan sebelah selatan Pati,termasuk dalam satuan geomorfologi Perbukitangunung Watukendong – gunung Gledeg tepatnyadi tiga kecamatan, yaitu Kecamatan Sukolilo,Kecamatan Kayen, Kecamatan Tambakromo.Fosfat ditemukan setempat -setempat umumnyapada morfologi gua di batuan dasarnya yangberasosiasi dengan batu kapur masif dan kalsityang termasuk dalam Formasi Paciran yangterkontrol oleh antiklin. Cadangan ini kadang –kadang dijumpai di permukaan, lebih seringdijumpai pada kedalaman 2 sampai 8 meterdengan ketebalan 0,40 sampai 1,75 meter.Menurut hasil penelitan tersebut perlu dilakukanpenelitian lebih detail terhadap lokasi – lokasibahan galian golongan C yang telah ada dalamrangka inventarisasi secara lebih teliti dari segiteknis dan kelayakan eksplorasi.

Menurut Bayrak (2002) pada eksplorasibahan tambang dengan kedalaman dangkal, lebihefektif dan efesiensinya digunakan metodeelektromagnetik Very Low Frequency (VLF-EM).Selain itu, metode ini efektif untuk pemetaanresistivitas, phase, tilt, Tfield dan parameter VLF-

2

EM yang real dan imaginer. Lebih lanjut, Bayrak(2002) menjelaskan bahwa memanfaatkan filterFraser (1969) dan Karous-Hjets (1983) padametode ini dapat digunakan untuk melokalisirletak barang tambang yang lebih konduktif padadaerah observasi tersebut. Utama dkk. (2008)dapat menentukan jalur cadangan fosfat yangtercebak di gua di Desa Wono Suko, KecamatanSukolilo, Kabupaten Pati secara akurat denganmenggunakan filter Karous dan Hjelt. Bosch danmuller (2001) mengembangkan metode very lowfrequency Elektromagnetik-vertical Gradient(VLF- EM-vGrad) dengan memvariasikanketinggian pada satu titik pengukuran yangdiaplikasikan untuk mencari rongga bawahpermukaan di daerah kars, lebih jelastergambarkan pada hasil interpretasinya. Semuaanalisis peneliti diatas hanya menggunakananalisa secara kualitataif. Analisa ini hanya dapatmenunjukkan lokasi horizontal suatu anomaly dantidak dapat menunjukkan kedalaman anomali(Moentero Santos et.al, 2006; Bahrie dkk., 2008).

Moentero Santos et.al. (2006)memperkenalkan analisis kuantitatif data VLFdengan menggunakan inversi data triper (inphasedan quadrature). Hasilnya berupa nilai resistivitas2 D yang dapat mencitrakan struktur bawahpermukaan dengan baik. Namun demikian,analisis kuantitaif ini memerlukan informasianalisis kualitatif untuk desain input awal (Bahriedkk., 2008). Dengan demikian, analisa kualitatifdan analisa kuantitaif sebaiknya diintegrasikanuntuk menganalisis kondisi geologi tertentu.Berdasarkan penelitian tersebut maka penentuandeposit fosfat di daerah perum perhutani KPH PatiBKPH Sukolilo Pati Jawa Tengah dilakukandengan analisa kualitatif (VLF-EM-vGrad) dankuantitaif (inversi).

3 TEORI DASAR VLF

Medan elektromagnetik primer sebuahpemancar radio, memiliki komponen medan

listrik vertikal PzE dan komponen medan

magnetik horizontal PyH tegak lurus terhadap

arah perambatan sumbu x.Pada jarak yang cukup jauh dari antena

pemancar, komponen medan eletromagnetikprimer dapat dianggap sebagai gelombang yangberjalan secara horizontal. Jika di bawahpermukaan terdapat suatu medium yangkonduktif, maka komponen medan magnetik darigelombang elektromagentik primer akanmenginduksi medium tersebut sehingga akan

menimbulkan arus induksi (Eddy Current), SxE .Arus Eddy (seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 2.1 ) akan menimbulkan medan

elektromagnetik baru yang disebut medan

elektromagnetik sekunder, SH , yang mempunyaikomponen horizontal dan komponen vertikal.Medan magnetik ini mempunyai bagian yangsefase (inphase) dan berbeda fase (quadrature)dengan medan primer. Adapun besar medanelektromagnetik sekunder sangat tergantung darisifat konduktivitas benda di bawah permukaan.

Gambar 2Distribusi Medan Elektromagnetik untuk

metode VLF dalam polarisasi Listrik dengansinyal diatas sebuah dike konduktif vertikal(diambil dan diGambar ulang dari Bosch danMuler, 2001)

Sedangkan yang dimaksud dengan metodapengukuran teknik gradien adalah teknikpengukuran dengan cara pengulangan pengukurandengan variasi ketinggian pada setiap titikukurnya. Sehingga yang diperhitungkan adalahselisih harga pengukuran setiap titik terhadapperbedaan ketinggiannya, Bosch & Muller (2001).Dimana nilai selisih tersebut hanya ditentukanoleh medan magnetik sekunder yang disebabkanoleh benda konduktif dibawah permukaan. Secaramatematis dapat ditulis:

2 1

2 1

( ( )) ( ( ))

( ) ( )

Ry Py Sy Py Sy

Ry Sy Sy

H H H z H H z

H H z H z

(1)

Bahrie dkk (2008) memodelkan anomalikonduktif (pada hal ini adalah air) denganketinggian pengukuran yang berbeda. Pemodelanyang dilakukan dengan menggunakan SoftwarePreVLForw ini dilakukan sebanyak 6 kalipengukuran dengan ketinggian yang berbeda-bedaantara 0-5 meter (Gambar 4). hasil pemodelan ininampak seperti gambar

3

Gambar 3 Model sungai bawah permukaanyang diukur pada beda ketinggian 0-5 meter

Selanjutnya model sungai bawah permukaan(model 3) dilakukan pemodelan lebih lanjut,dimana pengukuran pada 1 titik dilakukanpada 6 ketiggian yang berbeda. Respon yangdidapat kemudian dinormalisasikan dengan

menggunakan filter fraser. Berdasarkan modelini nilai VLF-EM-vGRAD data inphase akanbernilai positif sedangkan data quadrature akanbernilai negatif (Gambar 4).

(a) (b)

Gambar 4 Respon VLF terukur pada bedaketinggian setelah difraserkan: (a) inphase (b)

quadrature

Fase dan Polarisasi Ellips

Pada saat gelombang primer masuk

kedalam medium, gaya gerak listrik (ggl) se ,akan muncul dengan frekuensi yang sama,tetapi fasenya tertinggal 900 (Kaikonen,1979).Gambar 2.2 menunjukkan diagram vektorantara medan primer P dan ggl induksinya.

Gambar 5Hubungan amplitudo dan fase gelombang

sekunder (S) dan gelombang primer (P).

Jika medan magnet horizontal adalah Hx

dan medan magnetik vertikalnya adalah Hz,maka besarnya sudut tilt dapat ditunjukkanseperti pada Gambar 5, yang besarnyasebagai berikut :

1

2

2( / )cos1/ 2 tan

1 ( / )z x

z x

H H

H H

x10

0% (2)

4

Gambar 6Polarisasi ellips akibat kehadiran benda konduktif pada bidang medan elektromagnetik (Sacit,1981)

Pengolahan dataPengolahan data dilakukan secara

kualitatif dan kuantitaif. Sebelum diproses datadikoreksi terlebih dahulu dengan koreksi noisedengan moving average.

Titik dimana tilt-angle mengalamipersilangan dari polaritas positif menjadinegatif diinterpreatasi sebagai posisi konduktoryang menyebabkan anomali. Dalam satu profil,persilangan ini terlihat cukup jelas, namunketika diplot kedalam bentuk peta, letak darisemua titik nol (inflection point) tidak dapatdiidentifikasi dengan mudah. Salah satu carauntuk menyelesaikannya adalah dengan

menggunakan filter yang ditemukan olehFraser (1969) yang dinamakan filter Fraser.Atau secara matematis filter Fraser dapatdilakukan sebagai berikut:

)()( 132 nnnnn MMMMF (4)

Baik filter Fraser maupun filter Karous-Hjelt diaplikasikan pada seluruh lintasan daritiap data inphase,quadrature , totalfield dan tilangle. Setelah mengurangkan nilai up dandownnya didapat nilai VLF-EM-vGradmasing-masin data tersebut

Gambar 7 Titik anomali pada data delta inphase, delta quadrature, delta t-field dandelta tilt pada filter Kontur Fraser a) delta Inphase dicurigai terdapat 10anomali (A, B, C, D, E,F,G,H,I,K), b) delta Quadrature dicurigai terdapat10 anomali (A, B, C, D, E,G,H,I,K), c) delta T-field dicurigai terdapat 2anomali (H,I), d) delta Tilt dicurigai terdapat 10 anomali (A, B, C, D,E,F,G,H,I,K) yang letaknya hampirsama dengan data delta inphase.

5

5. DISKUSI

Rauf (2009) mengukur besaran fisis dankimiawi sampel batuan fosfat, besarn fisisyang terukur adalah nilai rsistivitas, sedangkanbesaran kimiawi yang terukur adalah kadarP2O5. hasil pengukuran tersebut, seperti padatabel 1.

Tabel 1 Nilai resistivitas dan kadar P2O5pada sampel batuan fosfat.

NO ρ (Ώm) Kadar P2O5

(% )1 312.32 29.822 207.40 22.543 336.34 23.144 449.37 10.64

Sumber : Rauf (2009)Berdasarkan hasil uji sifat kimiawi dan

fisik batuan fosfat tersebut, didapatkan rangenilai resistivitas batuan fosfat antara 200 – 500ohm-meter. Hal ini didukung oleh penelitianBakkali (2006) yang mengidentifikasi nilairesistivitas fosfat berkisar 290-600 ohm-meter.Selanjutnya, dapat diketahui bahwa nilairesististivitas batuan fosfat lebih kecil daripada batuan gamping, mendekati 8000ohm.meter, jelas bahwa batuan fosfat lebihkonduktif dari pada batuan kapur. Ini salahsatu ciri yang dapat digunakan sebagai modalinterpretasi pengolahan data VLF-EM, baikhasil filter fraser maupun pemodelankebelakang.

Untuk memperkirakan jalur fosfat yangterletak pada batuan kapur, dapat dilakukandengan mengidentifikasi anomali positif padadata delta inphase atau delta tilt. Hasilperkiraan ini seperti pada gambar 8.

Gambar 8 Perkiraan arah persebaran fosfat

bagian I berdasarkan data fraser delta inphasedan tilt.

Gambar 8 hanya memperkirakan arahpersebaran fosfat saja. Sedangkan dimensi dankedalaman fosfat belum dapat diketahui secarapasti. Untuk dapat mengetahui dimensi dankedalaman fosfat, perlu analisis hasil inversidata VLF yang berupa resistivitas 2 D.Analisis ini dilakukan pada resistivitas 2 Dsetiap lintasan. Analisis dilakukan pada niliaresitivitas 2 D yang bernilai antara 200 – 500ohm.meter yang merupakan range nilai fosfat.

Selanjutnya Pada bagian II, interpretasidilakukan dengan mengintegrasikan data fraserdelta inphase atau tilt dan data resistivitas 2Dhasil pemodelan kebelakang. Hasil integrasi inidigunakan untuk mengetahui arah penyebarandan dimensi fosfat. Untuk memperkirakanjalur fosfat yang terletak pada batuan kapur,dapat dilakukan dengan mengidentifikasianomali positif pada data delta inphase ataudelta tilt. Hasil perkiraan ini seperti padagambar 9.

Gambar 9 Perkiraan arah persebaran fosfatbagian II berdasarkan data fraser delta inphasedan tilt, arah persebaran fosfat ditunjukkanoleh garis putus-putus.

6

Gambar 10 Penampang resistivitas 3 D a) di slice pada tiap lintasan, jalur fosfat ditunjukkan oleh tandapanah merah. b) di slice berdasarkan keberadaan fosfat dangkal.

Gambar 11 Penampang resistivitas 3 D a) di slice pada tiap lintasan, jalur fosfat ditunjukkan olehtanda panah merah. b) di slice berdasarkan keberadaan fosfat dangkal.

7

6 KESIMPULAN

Data yang telah diolah dengan filter FraserVLF-EM-vGrad dapat mengidentifikasikananomali lateral yang lebih konduktif (dalamhal ini fosfat) lebih jelas dari pada fraser padametode VLF-EM biasa. Hasil anomali yangditunjukkan fraser VLF-EM-vGrad, sebagaipertimbangan dalam menentukan lebar griduntuk inversi data tippler. Inversi data tipplerini berupa resistivitas 2 D yang dapatdigunakan untuk menunjukkan posisi fosfatdengan nilai resistivitas 300-500 ohm-meter.Kedalaman fosfat dangkal didaerah penelitianberkisar antara 2.5-30 meter, sedangkan fosfatdalam terletak pada kedalaman 75-100 meter.Jalur sebaran fosfat di daerah penelitianmengarah ke utara, barat laut dan timur laut.

DAFTAR PUSTAKA

Bahrie, A.S, Santoso, D, Paradimedja,D.D,Tofan RM, Santos, FM., 2008.Penerapan Metode VLF-EM-VgradUntuk Memetakan Sungai BawahPermukaan Daerah Karst.Indonesion Scientific Karst.Jogjakarta. 19-20 Agustus 2008.

Bakkali, Saad. 2006. A resistivity survey ofphosphate deposits containinghardpan pockets in Ouland Abdoun,Marocco. Geofisica internacional(2006). Vol.45, Num. 1, pp. 73-82.

Bayrak, M., (2002). Exploration of chrome orein Southwestern Turkey by VLF-EM. Journal of the BalkanGeophysical Society, Vol. 5, No 2,May 2002.

Bosch, F.P. and Muller, I., 2001, ContinuousGradient VLF Measurements: ANew Possibility For High ResolutionMapping Of Karst Structures, FirstBreak, vol 19.6: 343-350

Departemen Pertambangan Indonesia, (1982),Pertambangan Indonesia 1981, BukuTahunan, Jakarta

Dinas Pertambangan Jawa Tengah, (1992),Potensi Bahan Galian Golongan CDi Kabupaten Pati, Proyek Pemetaan

Bahan Galian Golongan C PropinsiDati I Jawa Tengah, Semarang.

Emmons, Thiel, Stauffer, Allisson, (1955)Geology Principles and Processes, MCGraw – Hill Book Company. INC, NewYork.

Grandis, Hendra. 2009. Pengantar PemodelanInversi Geofisika. Himpunan AhliGeofisika Indonesia (HAGI).Bandung.

Harsono – Pringgopawiro, (1983),Biostratigrafi dan PaleogeografiCekungan Jawa Timur Utara SuatuPendekatan Baru, Disertasi Doktor,ITB Bandung.

http://www.tekmira.esdm.go.id/data/fosfat

Fraser, D. C., (1969), Contouring of VLF-EMdata: Geophysics, 34, 958-967.

Roynold J. M.,1997. An Introduction toApplied and EnvironmentalGeophysics, John Wiley and SonsLtd., New York.

Rouf, M. 2009. Aplikasi Metode Geolistrikuntuk Menentukan Cadangan Fosfat:Studi Kasus Sukolilo, Pati, JawaTengah. Thesis Jurusan FisikaFMIPA ITS.

Santos, Monteiro F.A., António Mateus, JorgeFigueiras, Mário A. Gonçalves,2006. Mapping GroundwaterContamination Around A LandfillFacility Using The VLF-EM Method– A Case Study. Journal of AppliedGeophysics.

Srigutomo, W., Harja, A., Sutarno, D., andKagiyama, T., 2005. VLF DataAnalysis Through TransformationInto Resistivity Value: ApplicationTo Synthetic and Field Data.Indonesian Journal of Physics Vol16 No. 4, October 2005

Telford, W.M, and Geldart, L.P., (1990), ApliedGeophysics, Cambridge UniversityPress, London.

Zhdanov, M.S., 2002. Geophysical InverseTheory and RegularizationProblems. Elsevier, Amsterdam, TheNetherlands, 609pp.