BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Geologi Regional Fisiografi Cekungan Barito Secara fisiografi, Cekungan Barito terletak bagian tenggara Kalimantan. Cekungan Barito disebelah barat dibatasi oleh dataran sunda, sebelah timur Pegunungan Meratus, sebelah utara dibatasi oleh Cekungan Kutai. Dari sebelah barat dekat paparan sunda terdapat Cekungan Barito dengan kemiringan relatif datar, ke arah timur menjadi cekungan yang dalam yang dibatasi oleh sesar-sesar naik ke arah barat dari punggungan Meratus yang merupakan bongkah naik. Gambar 2.1 Peta fisiografi pulau Kalimantan (Kusnama, 2008) 6

2 Kerangka Tektonik Regional Pulau Kalimantan merupakan pulau terbesar yang menjadi bagian dari Lempeng mikro Sunda. Menurut Tapponnier (1982), lempeng Asia Tenggara ditafsirkan sebagai fragmen dari lempeng Eurasia yang menunjam ke Tenggara sebagai akibat dari tumbukan kerak Benua India dengan kerak Benua Asia, yang terjadi kira-kira juta tahun yang lalu. Fragmen dari lempeng Eurasia ini kemudian dikenal sebagai lempeng mikro Sunda yang meliputi semenanjung Malaya, Sumatera, Jawa, Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah. Adapun batas-batas yang paling penting disebalah Timur adalah : 1. Komplek subduksi Kapur Tersier Awal yang berarah Timurlaut, dimulai dari Pulau Jawa dan membentuk pegunungan Meratus sekarang. 2. Sesar mendatar utama di Kalimantan Timur dan Utara 3. Jalur subduksi di Kalimantan Utara, Serawak, dan Laut Natuna, Jalur ini dikenal dengan jalur Lupar. Menurut Bemmelen (1949) pulau Kalimantan dibagi menjadi beberapa Zona fisiografi, yaitu : 1. Blok Schwaner yang dianggap sebagai bagian dari dataran Sunda. 2. Blok Paternoster, meliputi pelataran Paternoster sekarang yang terletak dilepas Pantai Kalimantan Tenggara dan sebagian di dataran Kalimantan yang dikenal sebagai sub cekungan Pasir.

3 8 3. Meratus Graben, terletak diantara blok Schwaner dan Paternoster, daerah ini sebagi bagian dari cekungan Kutai. 4. Tinggian Kuching, merupakan sumber untuk pengendapan ke arah Barat laut dan Tenggara cekungan Kalimantan selama Neogen. Cekungan-cekungan tersebut antara lain: a. Cekungan Tarakan, yang terletak paling Utara dari Kalimantan Timur. Disebelah Utara cekungan ini dibatasi oleh Semporna High. b. Cekungan Kutai, yang terletak sebelah Selatan dari Tinggian Kuching yang merupakan tempat penampungan pengendapan dari Tinggian Kuching selama Tersier. Secara regional wilayah kerja PT. Pertamina Hulu Energi termasuk ke dalam Cekungan Barito. Cekungan Barito meliputi daerah seluas kilometer persegi di Kalimantan Tenggara. Cekungan ini terletak diantara dua elemen yang berumur Mesozoikum (Paparan Sunda di sebelah barat dan Pegunungan Meratus yang merupakan jalur melange tektonik di sebelah timur). Orogenesa yang terjadi pada Pliosen-Plistosen mengakibatkan bongkah Meratus bergerak ke arah barat. Akibat dari pergerakan ini sedimen-sedimen dalam Cekungan Barito tertekan sehingga terbentuk struktur perlipatan. Cekungan Barito memperlihatkan bentuk cekungan asimetrik yang disebabkan oleh adanya gerak naik dan gerak arah barat dari Pegunungan Meratus. Sedimen-sedimen Neogen diketemukan paling tebal sepanjang bagian timur Cekungan Barito, yang kemudian menipis ke barat.

4 9 Formasi Tanjung yang berumur Eosen menutupi batuan dasar yang relatif landai, sedimen-sedimennya memperlihatkan ciri endapan genang laut. Formasi ini terdiri dari batuan-batuan sedimen klastik berbutir kasar yang berselang-seling dengan serpih dan kadangkala batubara. Pengaruh genang laut marine bertambah selama Oligosen sampai Miosen Awal yang mengakibatkan terbentuknya endapanendapan batugamping dan napal (Formasi Berai). Pada Miosen Tengah-Miosen Akhir terjadi susut laut yang mengendapkan Formasi Warukin. Pada Miosen Akhir ini terjadi pengangkatan yang membentuk Tinggian Meratus, sehingga terpisahnya cekungan Barito, Sub Cekungan Pasir dan Sub Cekungan Asam-Asam. Gambar Elemen Tektonik Kalimantan (Kusuma & Darin, 1989)

5 Stratigrafi Regional Cekungan Barito Secara umum stratigrafi Cekungan Barito dari muda ke tua secara berurut adalah sebagai berikut : Gambar 2.2 Formasi-formasi, paleofacies, dan periode tektonik pada Cekungan Barito (Indonesian Basin Sumarries, 2006)

6 11 Wilayah Kerja PT Pertamina Hulu Energi Gas Metan Batubara secara regional termasuk dalam cekungan Barito yang terdapat di sebelah barat pegunungan Meratus. Cekungan Barito sendiri memiliki formasi pembawa batubara. Adapun uruturutan stratigrafi Formasi Cekungan Barito (Gambar 2.2) berdasarkan waktu terbentuknya adalah : 1. Formasi Tanjung Formasi paling tua yang ada di daerah penambangan, berumur Eosen, yang diendapkan pada lingkungan paralis hingga neritik dengan ketebalan meter, terdiri dari (atas ke bawah ) batulumpur, batulanau, batupasir, sisipan batubara yang kurang berarti dan konglomerat sebagai komponen utama. Hubungannya tidak selaras dengan batu pra-tersier. 2. Formasi Berai Formasi ini diendapkan pada lingkungan lagoon hingga neritik tengah dengan ketebalan meter. Berumur Oligosen bawah sampai Miosen awal, hubungannya selaras dengan Formasi Tanjung yang terletak dibawahnya. Formasi ini terdiri dari pengendapan laut dangkal di bagian bawah, batu gamping dan napal di bagian atas. 3. Formasi Warukin Formasi ini diendapkan pada lingkungan neritik dalam hingga deltaic dengan ketebalan meter, dan merupakan formasi paling produktif, berumur

7 12 Miosen Tengah sampai Plestosen Bawah. Pada formasi ini ada tiga lapisan paling dominan, yaitu : a.. Batulempung dengan ketebalan ± 100 meter b. Batulumpur dan batu pasir dengan ketebalan meter, dengan bagian atas terdapat deposit batubara sepanjang 10 meter. c. Lapisan batubara dengan tebal cadangan meter, yang pada bagian bawah lapisannya terdiri dari pelapisan pasir dan batupasir yang tidak kompak dan lapisan bagian atasnya yang berupa lempung dan batu lempung dengan ketebalan meter. Formasi warukin ini hubungannya selaras dengan formasi Berai yang ada dibawahnya. 4. Formasi Dohor Formasi ini diendapkan pada lingkungan litoral hingga supralitoral, yang berumur miosen sampai plio-plistosen dengan ketebalan meter. Formasi ini hubungannya tidak selaras dengan ketiga formasi di bawahnya dan tidak selaras dengan endapan alluvial yang ada di atasnya. Formasi ini terdiri dari perselingan batuan konglomerat dan batupasir yang tidak kompak, pada formasi ini juga ditemukan batulempung lunak, lignit dan limonit. 5. Endapan Alluvium Merupakan kelompok batuan yang paling muda yang tersusun oleh kerikil, pasir, lanau, lempung, dan lumpur yang tersebar di morfologi dataran dan sepanjang aliran sungai.

8 Struktur Geologi Regional Pada cekungan barito, jika diurutkan sejarah struktur ditandai oleh perbedaan yang jelas pada zaman Paleogen dan Neogen. Pemekaran basement adalah awal mula pembentukan structure cekungan pada kala Paleosen Eosen. Kondisi ini terus terjadi hingga kala Oligosen Miosen dengan terjadi subsidence secara lokal dan regional serta proses peregangan lithosfer yang mempengaruhi cekungan pada pertengahan Miosen, struktur yang terjadi berubah menjadi pengkerutan. Pengangkatan secara regional dan patahan yang bersifat kompresional muncul pada kala Miosen Tengah hingga Pliosen-Plistosen. Proses inversi dan pengaktifan kembali sesar tua secara extensional menghasilkan kenampakan yang sekarang terbentuk pada cekungan barito. Pola struktur yang berkembang di pulau Kalimantan berarah Meratus (Timur laut-barat daya). Pola ini tidak hanya terjadi pada struktur-struktur sesar tetapi juga pada arah sumbu lipatan. Perbukitan Tutupan yang berarah timur laut-barat daya dengan panjang sekitar 20 km terbentuk akibat pergerakan dua patahan anjakan yang searah. Salah satunya dikenal dengan nama Dahai Thrust Fault yang memanjang pada kaki bagian barat perbukitan Tutupan. Patahan lain bernama Tanah Abang-Tepian Timur Thrust Fault yang memanjang pada kaki bagian timur perbukitan Tutupan. Keberadaan patahan ini diketahui berdasarkan data seismik dan pemboran sumur minyak (Asminco,1996). Patahan lain yang tidak berhubungan dengan perbukitan Tutupan dan berarah timurlaut-baratdaya

9 14 terdapat di daerah Wara dengan nama Maridu Thrust Fault. Patahan-patahan yang terjadi pada umumnya searah dengan bidang perlapisan sehingga tidak mengganggu penyebaran batubara. Gambar 2.3 Struktur Geologi Regional Cekungan Barito (Bow Valley, 1992)

10 15 Gambar Model Struktur Regional (PT Pertamina) 2.4 Pengenalan Batubara Pengertian Batubara Secara umum batubara adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, pembentuk utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan (Coalification). Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batubara juga merupakan batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Analisa unsur memberikan rumus formula empiris seperti : C 137 H 97 O 9 NS untuk bituminus dan C 240 H 90 O 4 NS untuk antrasit.

11 16 Batubara (coal) merupakan suatu endapan yang terdiri dari bahan-bahan organik maupun non organik yang pembentukannya merupakan hasil akumulasi sisasisa tanaman yang telah mengalami pemadatan melalui proses ubahan secara kimia serta metamorfosa oleh panas dan tekanan selama waktu geologi (Wood, 1983 dalam Irma Hernawaty, 1999). Batubara juga merupakan batuan yang dapat dibakar dan mengandung material karbon lebih dari 70% volume. Pembentukan batubara dimulai sejak periode pembentukan Karbon (Carboniferous Period), dikenal sebagai zaman batubara pertama yang berlangsung antara 360 juta sampai 290 juta tahun yang lalu. Kualitas dari setiap endapan batubara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lama waktu pembentukan, yang disebut sebagai maturitas organik. Proses awalnya, endapan tumbuhan berubah menjadi gambut (peat), yang selanjutnya berubah menjadi batu bara muda (lignite) atau disebut pula batu bara coklat (brown coal). Batubara muda adalah batu bara dengan jenis maturitas organik rendah. Secara alamiah, batubara (coal) mempunyai sifat dan batasan-batasan sebagai berikut: 1. Mempunyai warna coklat sampai hitam 2. Zat padat non-kristalin 3. Berkilap kusam sampai terang 4. Mempunyai berat jenis antara kg/m 3 5. Kekerasan bervariasi dari skala mohs 6. Bersifat lunak dan getas

12 17 7. Pecahan kasar sampai konkoidal Setelah mendapat pengaruh suhu dan tekanan yang terus menerus selama jutaan tahun, maka batubara muda akan mengalami perubahan yang secara bertahap menambah maturitas organiknya dan mengubah batubara muda menjadi batubara sub-bituminus (sub-bituminous). Perubahan kimiawi dan fisika terus berlangsung hingga batubara menjadi lebih keras dan warnanya lebih hitam sehingga membentuk bituminus (bituminous) atau antrasit (anthracite). Dalam kondisi yang tepat, peningkatan maturitas organik yang semakin tinggi terus berlangsung hingga membentuk antrasit. Gambar Proses Pembatubaraan (Lamberson, MN., 1993)

13 18 Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batubara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut. Antrasit adalah kelas batubara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Bituminus mengandung 68-86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus. Lignit atau batubara coklat adalah batubara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah Bentuk Lapisan Batubara Bentuk cekungan, proses sedimentasi, proses geologi selama dan sesudah proses pembatubaraan / coalification akan menentukan bentuk lapisan batubara. Mengetahui bentuk lapisan batubara sangat menentukan dalam menghitung cadangan dan merencanakan cara penambangannya. Dikenal beberapa bentuk lapisan batubara yaitu:

14 19 a. Bentuk Horse Back Bentuk ini dicirikan oleh lapisan batubara dan lapisan batuan sedimen yang menutupinya melengkung ke arah atas, akibat adanya gaya kompresi. Tingkat perlengkungan sangat ditentukan oleh besaran gaya kompresi. Makin kuat gaya kompresi yang berpengaruh, makin besar tingkat perlengkungannya. Ke arah lateral lapisan batubara mungkin akan sama tebalnya atau menjadi tipis. Akibat dari perlengkungan ini lapisan batubara terlihat terpecah-pecah akibatnya batubara menjadi kurang kompak. b. Bentuk Pinch Bentuk ini dicirikan oleh perlapisan yang menipis di bagian tengah. Pada umumnya bagian bawah (dasar) dari lapisan batubara merupakan batuan yang plastis misalnya batulempung sedang di atas lapisan batubara secara setempat ditutupi oleh batupasir yang secara lateral merupakan pengisian suatu alur. Sangat dimungkinkan, bentuk pinch ini bukan merupakan penampakan tunggal, melainkan merupakan penampakan yang berulang-ulang. Ukuran bentuk pinch bervariasi dari beberapa meter sampai puluhan meter. c. Bentuk Clay Vein

15 20 Bentuk ini terjadi apabila di antara dua bagian lapisan batubara terdapat urat lempung ataupun pasir. Bentuk ini terjadi apabila pada satu seri lapisan batubara mengalami patahan, kemudian pada bidang patahan yang merupakan rekahan terbuka terisi oleh material lempung ataupun pasir. d. Bentuk Burried Hill Bentuk ini terjadi apabila di daerah di mana batubara semula terbentuk suatu kulminasi sehingga lapisan batubara seperti terintrusi. Sangat dimungkinkan lapisan batubara pada bagian yang terintrusi menjadi menipis atau hampir hilang sama sekali. Bentukan intrusi mempunyai ukuran dari beberapa meter sampai puluhan meter e. Bentuk Fault Bentuk ini terjadi di daerah di mana deposit batubara mengalami beberapa seri patahan. Apabila hal ini terjadi, akan mempersulit dalam melakukan perhitungan cadangan batubara. Hal ini disebabkan telah terjadi pergeseran perlapisan batubara ke arah vertikal. f. Bentuk Fold Bentuk ini terjadi apabila di daerah endapan batubara, mengalami proses tektonik hingga terbentuk perlipatan. Perlipatan tersebut dimungkinkan masih

16 21 dalam bentuk sederhana, misalnya bentuk antiklin atau bentuk sinklin, atau sudah merupakan kombinasi dari kedua bentuk tersebut. Lapisan batubara bentuk fold, memberi petunjuk awal pada kita bahwa batubara yang terdapat di daerah tersebut telah mengalami proses pembatubaraan relatif lebih sempurna, akibatnya batubara yang diperoleh kualitasnya relatif lebih baik.

17 22 Gambar Bentuk perlapisan batubara (Modifikasi Sukandarrumidi, 2004) 2.5 Model Geologi Untuk Pengendapan Batubara Model geologi untuk pengendapan batubara menerangkan hubungan antara genesa batubara dan batuan sekitarnya baik secara vertikal maupun lateral pada suatu cekungan pengendapan dalam kurun waktu tertentu Lingkungan Pengendapan dan Fasies Batubara Identifikasi bermacam lingkungan pengendapan ditunjukkan oleh semua komponen sistem pengendapan dan letak lapisan batubara pada lingkungan modern berdasarkan studi lingkungan pengendapan dengan didukung data dari tambang batubara, pemboran, dan profil singkapan Lingkungan Pengendapan Barrier Ke arah laut batupasir butirannya semakin halus dan berselang seling dengan serpih gampingan merah kecoklatan sampai hijau. Batuan karbonat dengan fauna laut ke arah darat bergradasi menjadi serpih berwarna abu-abu gelap sampai hijau tua yang mengandung fauna air payau. Batupasir pada lingkungan ini lebih bersih dan sortasi lebih baik karena pengaruh gelombang dan pasang surut.

18 Lingkungan Pengendapan Back-Barrier Lingkungan ini terutama disusun oleh urutan perlapisan serpih abuabu gelap kaya bahan organik dan batulanau yang terus diikuti oleh batubara yang secara lateral tidak menerus dan zona siderit yang berlubang. Lingkungan Back Barrier : memiliki ketebalan batubara yang tipis, pola sebarannya cenderung memanjang sejajar sistem penghalang atau sejajar jurus perlapisan, bentuk lapisan berlembar karena dipengaruhi tidal channel setelah pengendapan atau bersamaan dengan proses pengendapan dan kandungan sulfurnya tinggi. Gambar Penampang lingkungan pengendapan pada bagian Back-Barrier (Horne,1978)

19 Lingkungan Pengendapan Lower Delta Plain\ Endapan yang mendominasi adalah serpih dan batulanau yang mengkasar ke atas. Pada bagian bawah dari teluk terisi oleh urutan lempung-serpih abuabu gelap sampai hitam, kadang-kadang terdapat mudstone siderit yang penyebarannya tidak teratur. Pada bagian atas dari sekuen ini terdapat batupasir dengan struktur ripples dan struktur lain yang ada hubungannya dengan arus. Hal ini menunjukkan bertambahnya energi pada perairan dangkal ketika teluk terisi endapan yang mengakibatkan terbentuk permukaan dimana tanaman menancapkan akarnya, sehingga batubara dapat terbentuk. Lingkungan lower delta plain: batubaranya tipis, pola sebarannya umumnya sepanjang channel atau jurus pengendapan, bentuk lapisan ditandai oleh hadirnya splitting oleh endapan crevase splay dan kandungan sulfurnya agak tinggi Penampang lingkungan pengendapan pada bagian Lower Delta Plain (Horne,1978)

20 Lingkungan Pengendapan Upper Delta Plain Endapan didominasi oleh bentuk linier tubuh batupasir lentikuler dan pada bagian atasnya melidah dengan serpih abu-abu, batulanau, dan lapisan batubara. Mineral batupasirnya bervariasi mulai dari lithic greywackearkose, ukuran butir menengah sampai kasar. Di atas bidang gerus terdapat kerikil lepas dan hancuran batubara yang melimpah pada bagian bawah, makin ke atas butiran menghalus pada batupasir. Dari bentuk batupasir dan pertumbuhan point bar menunjukkan bahwa hal ini dikontrol oleh meandering. Endapan levee dicirikan oleh sortasi yang buruk, perlapisan batupasir dan batulanau yang tidak teratur hingga menembus akar. Ketebalannya bertambah apabila mendekati channel dan sebaliknya. Lapisan pembentuk endapan alluvial plain cenderung lebih tipis dibandingkan endapan upper delta plain. Lingkungan upper delta plain fluvial: batubaranya tebal dapat mencapai lebih dari 10 meter, sebarannya meluas cenderung memanjang sejajar jurus pengendapan, tetapi kemenerusan secara lateral sering terpotong channel, bentuk batubara ditandai hadirnya splitting akibat channel kontemporer dan washout oleh channel subsekuen dan kandungan sulfurnya rendah.

21 26 Gambar Penampang lingkungan pengendapan pada bagian Upper Delta Plain (Horne, 1978) Lingkungan Pengendapan Transitional Lower Delta Plain Zona diantara lower dan upper delta plain dijumpai zona transisi yang mengandung karakteristik litofasies dari kedua sekuen tersebut. Disini sekuen bay fill tidak sama dengan sekuen upper delta plain ditinjau dari kandungan fauna air payau sampai marin serta struktur burrowed yang meluas. Endapan channel menunjukkan kenampakan migrasi lateral lapisan piont bar accretion menjadi channel pada upper delta plain. Channel pada transitional delta plain ini berbutir halus daripada di upper delta plain, dan migrasi lateralnya hanya satu arah.

22 27 Levee berasosiasi dengan channel yang menebal dan menembus akar secara meluas daripada lower delta plain. Batupasir tipis crevasse splay umum terdapat pada endapan ini, tetapi lebih sedikit banyak daripada di lower delta plain namun tidak sebanyak di upper delta plain. Lingkungan transitional lower delta plain : ketebalan batubaranya tebal dapat lebih mencapai 10 meter, tersebar meluas cenderung memanjang jurus pengendapan, tetapi kemenerusan secara lateral sering terpotong channel, bentuk lapisan batubara ditandai splitting akibat channel kontemporer dan washout oleh channel subsekuen dan kandungan sulfurnya agak rendah. Gambar Penampang lingkungan pengendapan pada bagian Transitional Lower Delta Plain (Horne, 1978)

23 28 Gambar Model lingkungan pengendapan batubara pada lingkungan delta (J.C Horne, et. Al., 1978, Modifikasi dari Ferm, 1976) 2.6 Gas Metan Batubara Coal Bed Methane atau gas metan batubara merupakan gas (CH4) yang tersimpan didalam lapisan batubara, Lapisan batubara yang berada lebih dari 500 meter dibawah permukaan dan diproduksikan fluida reservoirnya dengan membuat suatu sumur.

24 29 Gambar Proses pembentukan CBM (Coal Bed Metane) Gambar Perbedaan CBM dan Non-CBM

25 30 Jumlah kandungan CBM dalam lapisan batubara sangat tergantung pada kedalaman dan kualitas batubaranya. Semakin dalam lapisan batubara terbenam dari permukaan tanah, sebagai hasil dari tekanan formasi batuan di atasnya, semakin tinggi nilai energi dari batubara tersebut, dan semakin banyak pula kandungan CBM. Secara umum, lapisan batubara bisa menyimpan gas metana sebesar 6-7 kali lebih banyak daripada jenis batuan lain dari reservoir gas. Adapun karakteristik batubara yang baik untuk menghasilkan CBM memiliki ciri : a. Batubara memiliki kandungan gas yang tinggi, yaitu berkisar antara 15 m 3-30 m 3 per ton. b. Batubara memiliki permeabilitas yang baik, yaitu antara 30mD - 50mD c. Lapisan batubara berada pada kedalaman yang cukup dangkal yaitu kurangdari 1000 m di bawah permukaan. Adanya batasan kedalaman ini karena semakin dalam suatu lapisan batubara, tekanannya juga akan semakin besar dan akan menyebabkan gas terakumulasi saat lapisan batubara mengalami dewatered. Hal ini disebabkan oleh semakin besar tekanan akibat pembebanan, maka semakin besar kemungkinan cleat pada batubara akan tertutup dan menyebabkan berkurangnya permeabilitas. Terdapat empat mekanisme penyimpanan CBM pada lapisan batubara,yaitu: - Sebagai gas bebas di dalam micropore (pori-pori dengan diameter kurangdari 0,0025 inchi) dan cleats (rekahan alami pada batubara);

26 31 - Sebagai gas yang terlarut dalam air yang ada di batubara; - Sebagai gas yang teradsorpsi oleh daya tarik molekuler pada permukaan maseral (material organik yang menyusun batubara), micropori, dan cleats di dalam batubara; - Sebagai gas yang teradsorpsi dalam sturuktur molekuler dari molekul batubara. Gas yang terperangkap di dalam lapisan batubara akan sangat bergantung dari posisi ketinggian air bawah tanah. Sebenarnya, air bawah tanah ini akan berada pada bagian atas lapisan batubara dan berfungsi menahan gas yang ada pada lapisan batubara tersebut. Dengan menurunkan tinggi air, maka tekanan dalam reservoar akan berkurang dan dapat melepaskan CBM. Gas dalam batubara dapat tebentuk secara biogenik maupun thermogenik. 1. Biogenik Gas Biogenik gas terutama dalam bentuk gas metana CH 4 dan CO 2. Gas gas ini merupakan hasil dari penguraian bahan organik yang disebabkan oleh mikroorganisme. Biogenik gas dapat terjadi dalam dua tahap, yaitu tahap awal dan tahap akhir dari proses pembatubaraan. Tahap awal pembentukan gas biogenik pada tahap ini gas terbentuk akibat adanya aktivitas organisme pada awal proses pembatubaraan, dari terbentuknya lignit sampai dengan subbituminous (Ro < 0.5 %).

27 32 Pembentukan gas ini diikuti dengan proses pengendapan yang sangat cepat, karena jika tidak ada pengendapan yang cepat maka gas yang terbentuk tidak akan tersimpan dalam batubara dan gas tersebut akan menguap ke atmosfer. Tahap akhir pembentukan gas biogenik pada tahap ini gas terbentuk karena adanya aktivitas mikroorganisme pada saat setelah lapisan batubaranya sendiri terbentuk. Lapisan batubara yang terbentuk itu umumnya merupakan aquifer, aktivitas mikroorganisme dalam aquifer tersebut dapat menghasilkan gas metana. Proses ini dapat terjadi pada batubara dari semua rank batubara. 2. Thermogenik Gas Thermogenik gas merupakan gas yang terbentuk pada tahap yang lebih tinggi dari proses pembatubaraan. Gas ini terbentuk biasanya pada batubara yang telah mencapai kualitas high volatille sampai dengan antasit. Proses bitumunisasi akan menghasilkan batubara yang kaya dengan kandungan karbon dengan melepaskan kandungan utama volatile matter seperti metana, CO 2 dan air.

28 33 Gambar Proses Pembatubaraan (Modifikasi dari Press dan Seiver 2004) Gas biogenik dari lapisan batubara subbituminus akan dapat berpotensi menjadi CBM. Gas biogenik tersebut terjadi oleh adanya reduksi bakteri dari CO 2, dimana hasilnya berupa methanogens, bakteri anaerobik yang keras, menggunakan H 2 yang tersedia untuk mengkonversi asetat dan CO 2 menjadi metane sebagai produk dari metabolismenya. Sedangkan beberapa methanogens membuat amina, sulfida, dan methanol untuk memproduksi metana. Pada saat penimbunan maksimum, temperatur maksimum pada lapisan batubara mencapai C, dimana kondisi ini sangat ideal untuk pembentukan bakteri metane. Metane tersebut terbentuk setelah aliran air bawah tanah pada saat ini telah ada. Air dalam lapisan batubara didapat dari adanya proses penggambutan dan pembatubaraan, atau dari masukan (recharge) air dalam outcrops dan akuifer. Air dalam lapisan tersebut dapat mencapai 90% dari jumlah air keseluruhan.

29 34 Lapisan batubara dapat menjadi batuan sumber dan reservoir, karena itu CBM diproduksi secara insitu, tersimpan melalui permukaan rekahan, mesopore, dan mikropore yang berukuran satu mickrometer sampai satu milimeter. Metana yang terbentuk saat peatification dan coalification sebagian besar akan teradsorpsi pada permukaan dari micropori ini. Gas tersebut tersimpan pada rekahan dan sistem pori pada batubara sampai pada saat air merubah tekanan pada reservoir. Gas kemudian keluar melalui matriks batubara dan mengalir melalui rekahan sampai pada sumur. Gambar Porositas Gas Metan Terperangkap (Press dan Savier, 2004)

30 35 Walaupun metana bukan satu-satunya gas yang terdapat di dalam batubara, namun keterdapatannya mencapai 80 95% dari total gas yang ada. Gas lain yang umum terdapat di dalam batubara adalah Ethane, Propane, Carbon Dioxide (CO 2 ), Alkanes, Nitrogen (N 2 ), Argon (Ar), Hydrogen (H 2 ), Helium (He) dan Hydrogen Sulphide (H 2 S). 2.7 Karakteristik Batuan Reservoir Gas Metana Karakteristik batuan dari reservoir CBM sangat berpengaruh terhadap kemampuan berproduksinya gas metana. Karakeristik batuan tersebut adalah : Cleats/Macropore/Fracture Porosity Batubara merupakan media berpori yang anisotrofi terdiri atas dua jenis porositas, yakni pori-pori makro and pori-pori mikro. Pori-pori makro merupakan rekah alami yang terjadi pada batubara. Pori-pori makro juga dikenal dengan istilah rekahan (cleats), merupakan rekahan alami yang tersebar diseluruh batubara. Cleats bertindak sebagai system perpindahan utama untuk aliran gas dan air dalam suatu coal seam. Cleat tersebut tempat mengalirnya fluida dari matriks ke lubang sumur. Berdasarkan penelitian, terdapat dua set rekahan dalam batubara yaitu rekahan muka (face cleats) dan rekahan ujung (butt cleats). Face cleats diartikan sebagai rekahan yang panjang dan berkesinambungan sepanjang batu bara.

31 36 Sedangkan Butt cleats adalah rekahan yang tidak berkelanjutan karena diputus oleh oleh Face cleats. Gambar 2.7 Cleat Batubara, Face cleat dan Butt cleat Pada Lapisan Batubara (Cervik, 1967) Meskipun cleats tidak memegang peranan yang penting dalam perhitungan cadangan namun arah penyebaran cleats sangat mempengaruhi permeabilitas batuan, dengan demikian cleats sangat mempengaruhi produktifitas dari CBM. Permeabilitas Batubara Permeabilitas adalah ukuran kemampuan batuan untuk mengalirkan fluida. Umumnya dinyatakan dalam satuan Darcy atau milidarcy. Pada reservoir batubara, permeabilitas sangat dipengaruhi oleh cleats. Cleats terjadi akibat dari pengecilan patahan yang disebabkan karena tekanan tektonik pada formasi. Keberadaan

32 37 patahan akibat tekanan tektonik sangat mempengaruhi permeabilitas. Permeabilitas absolute berkisar antara 0.1mD s/d 250 md. Permeabilitas dapat diukur dengan well testing dan dari sample batuan. Densitas Batubara Densitas batubara adalah perbandingan berat batubara terhadap volume batubara dan dinyatakan dalam satuan gr/cc atau ton/acre-ft). Densitas merupakan parameter yang sangat penting dalam perhitungan cadangan. Besar nilai densitas sangat dipengaruhi oleh material-material inorganik yang terkandung dalam batubara, yaitu air dan mineral-mineral batubara. Komponen inorganik ini mempunyai densitas yang lebih besar dari komponen organik. Banyaknya mineral pengikut pada batubara berakibat sulitnya pengukuran densitas murni batubara. 2.8 Parameter Gas Metan Batubara Terdapat beberapa parameter penting yang perlu dipertimbangkan dalam melakukan penilaian potensi CBM, diantaranya: a. Rank atau tingkat kematangan batubara, yang ditunjukkan dengan nilai vitrinit reflectance batubara. Batubara dengan rank menengah memiliki Rv berkisar antara 0,55% - 2 % memiliki kapasitas serapan gas metan yang baik.

33 38 Tabel 2.8 Klasifikasi Rank Batubara berdasarkan % Rv. Modifikasi Ward, 1984 dalam Larry Thomas, 2002 b. Kedalaman lapisan batubara, yang ideal untuk tersimpannya gas metan adalah antara 300 m sampai 1000 meter. Pada kedalaman kurang dari 300 meter, gas metana sangat mudah terlepas ke udara sehingga tidak dapat diharapkan tersimpan pada batubara dengan baik, sedangkan pada kedalaman lebih dari 1000 meter kapasitas serapan batubara akan terganggu oleh temperatur yang tinggi. c. Temperatur. Makin tinggi temperatur makin kecil kapasitas serapannya atau mempertinggi desorpsi gasnya.

34 39 d. Tekanan. Makin besar tekanan makin besar kapasitas serapan gas tetapi dengan kecepatan yang makin berkurang sewaktu mendekati batas jenuhnya. e. Mineral matter. Makin tinggi kandungan mineral matternya, makin kecil kapasitas serapan gasnya. Kandungan abu dan sulfur termasuk dalam mineral matter. Semakin tinggi kadar abu, secara umum akan mempengaruhi tingkat pengotoran, dan korosi peralatan yang dilalui. f. Moisture. Makin tinggi kandungan air dalam batubara maka makin kecil kapasitas serapannya. Tabel Tabel Klasifikasi Batubara Berdasarkan ASTM Coal Rank.