STUDI BATUAN INDUK HIDROKARBON DI CEKUNGAN JAWA TIMUR BAGIAN BARAT TESIS

Transkripsi

1 STUDI BATUAN INDUK HIDROKARBON DI CEKUNGAN JAWA TIMUR BAGIAN BARAT TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh DANIS AGOES WILOSO NIM : Program Studi Magister Teknik Geologi Opsi Geologi Migas INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 STUDI BATUAN INDUK HIDROKARBON DI CEKUNGAN JAWA TIMUR BAGIAN BARAT Oleh DANIS AGOES WILOSO NIM : Program Studi Magister Teknik Geologi Opsi Geologi Migas Institut Teknologi Bandung Menyetujui Dosen Pembimbing Tanggal... (Dr. Ir. Eddy A. Subroto)

3 Kupersembahkan kepada almarhum ibu yang di saat terakhir hidupnya masih setia mendoakan keberhasilanku dan bapak yang selalu memberi semangat, istriku tercinta, Dienna Meintawati, yang selalu sabar, setia dan mendorong untuk keberhasilanku, serta anakku yang menjadi semangat dan harapan hidupku, Abednego Garnet Ananda Wiloso.

4 ABSTRAK STUDI BATUAN INDUK HIDROKARBON DI CEKUNGAN JAWA TIMUR BAGIAN BARAT Oleh DANIS AGOES WILOSO NIM : Daerah penelitian terletak di Cekungan Jawa Timur bagian barat yang akumulasi minyak dan gas penting telah ditemukan baik di daerah lepaspantai maupun di daratan. Meskipun dalam penemuan saat ini yang cukup penting, tetapi masih menjadi pertanyaan tentang aspek geokimia petroleum cekungan terutama di bagian barat. Studi data geokimia conto minyak dan batuan meliputi sifat fisik dan molekul yang berasal dari lima sumur dan empat rembesan minyak dari daerah daratan Cekungan Jawa Timur bagian barat diinterpretasikan dengan menggunakan variasi metode dan grafik geokimia. Data minyak dan batuan induk diuji dari sumur serta rembesan minyak berdasarkan kekayaan karbon organik total (TOC), Rock-Eval Pyrolisis, Reflektansi vitrinit (R o ), Kromatografi Gas Spektrometri Massa (GC-MS) alkana normal termasuk isoprenoidnya, data triterpana, data sterana serta isotop karbon. Data biomarker yang digunakan dalam penelitian dibatasi hanya pada ion massa yang umum digunakan yaitu triterpana (m/z 191) dan sterana (m/z 217). Berdasarkan data-data tersebut maka selanjutnya dilakukan analisis penentuan material asal dan lingkungan pengendapan. Berdasarkan hasil analisis kekayaan dan kematangan batuan induk, Formasi Ngimbang klastik memiliki kekayaan istimewa sebagai batuan induk. Formasi Ngimbang klastik pada tahap awal matang (early mature) dan memiliki kecenderungan untuk menghasilkan minyak dan gas yang berasal dari kerogen tipe II dan tipe III. Korelasi minyak minyak pada daerah penelitian membagi minyak menjadi dua kelompok minyak. Kelompok minyak yang pertama merupakan minyak yang material organiknya berasal dari campuran antara tumbuhan tingkat tinggi dan i

5 alga, sehingga lingkungan pengendapan dari batuan induk untuk kelompok minyak ini mencirikan lingkungan pengendapan yang lebih ke arah laut dangkal (deltaik?). Kelompok minyak ini dicirikan oleh bentuk distribusi alkana normal dengan dua puncak yaitu pada C 17 dan C 27, perbandingan fitana terhadap pristana yang rendah, triterpana trisiklik C 23 yang tidak dominan dan adanya kehadiran C 26, kehadiran nonhopanoid berupa oleanana, terkadang hadir nonhopanoid berupa gammaserana dan resin pada triterpana pentasiklik, jumlah yang lebih besar dari C 27 pada sterana, dan nilai Cv isotop karbon lebih kecil dari -5. Kelompok minyak yang kedua merupakan minyak yang material organiknya lebih banyak berasal dari tumbuhan tingkat tinggi, sehingga lingkungan pengendapan dari batuan induk untuk kelompok minyak ini mencirikan lingkungan pengendapan yang lebih ke arah terestrial. Kelompok minyak ini dicirikan oleh bentuk distribusi alkana normal dengan satu puncak yaitu pada C 27, fitana yang lebih rendah dibandingkan pristana, kehadiran nonhopanoid berupa oleanana dan resin dalam jumlah yang cukup tinggi, jumlah yang lebih besar dari C 29 pada sterana, dan nilai Cv isotop karbon lebih besar dari +4. Berdasarkan diagram C 27 -C 28 -C 29 dari empat rembesan minyak dan ektraksi batuan induk dari tiga sumur menunjukkan korelasi positif tentang minyak dari darat dan Formasi Ngimbang klastik hasil kenampakan dari triterpana (m/z 191) dan sterana (m/z 217) distribusinya menunjukkan kesamaan yang cukup dekat antara rembesan minyak Kedung Jati dan Galeh dengan ekstraksi batuan induk (Formasi Ngimbang) dalam sumur Rembang-1, hal ini diperkirakan bahwa rembesan minyak Kedung Jati dan Galeh dihasilkan dari Formasi Ngimbang klastik. Korelasi minyak batuan induk di daerah penelitian menunjukkan bahwa Formasi Ngimbang Eosen bertindak sebagai batuan induk yang menghasilkan kelompok minyak terestrial dan kelompok minya laut dangkal (deltaik?). Kata kunci: geokimia, TOC, Rock-Eval Pirolysis, reflektansi vitrinit, GC-MS, kekayaan, kematangan, korelasi minyak minyak, korelasi minyak batuan induk. ii

6 ABSTRACT STUDY OF SOURCE ROCKS IN THE WESTERN NORTHEAST JAVA BASIN By DANIS AGOES WILOSO NIM : Research area is located at western part of Northeast Java Basin where highly significant oil and gas accumulation has been discovered in this basin both offshore and onshore areas. Despite the recent significant discoveries, there are still many uncertainties concerning aspects of petroleum geochemistry in the basin especially at western part this basin. During the study geochemical data of oil and source samples comprising physical to molecular properties from five wells and four seeps of the onshore areas of the Northeast Java Basin were interpreted using various geochemical crossplots and methods. The oil and the source rock data from wells and seeps were tested according to their availability of n-alkanes including their isoprenoids, triterpanes data, steranes data, and carbon isotope. The biomarker data that have been used in this research is limited only on common mass ion such as triterpanes (m/z 191) and steranes (m/z 217). Based on those data, the oil source rock correlation is made to determine source rock that produced hydrocarbon. According to the source rock richness and maturity analysis, The Ngimbang clastic Formation in Rembang-1 is known for having a good to excellent degree of richness as a source rock. The Ngimbang clastic Formation in the research area is on the stage of early mature and has a preference to produce oil and gas which comes from Type II and Type III kerogen. The oil oil correlation in the research area has divided the oil samples into two oil groups. The first oil group is the oil group in which the organic material comes from the mix of high plants and algae where the depositional environment of the source rock for this oil group is more headed for shallow marine (deltaic?) environment. The specific characteristics of this oil group are the bimodal peak iii

7 shape of n-alkanes distribution at C 17 and C 27, the low ratio of phytane/pristane, the subordinate portion of C 23 and C 26 tricyclic triterpanes, the presence of nonhopanoid like oleanane, gammacerane and resins on pentacyclic triterpanes, a dominant portion of C 27 steranes, and the value of carbon isotope is smaller than -5. The second oil group is the oil group in which the organic material comes from more of the high plants where the depositional environment of the source rock for this oil group is more headed for terrestrial environment. The specific characteristics of this oil group are the one peak shape of n-alkanes distribution at C 27, the lower ratio of phytane/pristane, the abundance amount of oleanane and resins on pentacyclic triterpanes, a dominant portion of C 29 steranes, and the value of carbon isotope is bigger than +4. According to the C 27 -C 28 -C 29 ternary plots from four oilseeps and extract source rock from three wells there is positive correlation about oil from terrestrial and Ngimbang clastics Formation, based on a visual comparison of triterpane (m/z 191) and sterane (m/z 217) distributions shows close similarities between Kedung Jati oilseep and extract source rock (Ngimbang clastics Formation) in Rembang-1 well, this is suggestive of Kedung Jati oilseep being generated from the Ngimbang clastics Formation. The oil source rock correlation in the research area shows that Eocene Ngimbang Formation as a source rock that produced the terrestrial-shallow marine (deltaic?) oil group. Keywords: geochemistry, northwest corner, heavy oil, routine analysis, richness, maturity, oil oil correlation, oil source rock correlation. iv

8 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v

9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat dan anugerah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tesis yang berjudul "Studi Batuan Induk Hidrokarbon di Cekungan Jawa Timur Bagian Barat". Dengan segala ketulusan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bernhard W. Seubert selaku Chief Explorationist Lundin Blora B.V yang telah memberikan izin penggunaan data dalam pelaksanaan penelitian 2. Dr. Ir. Eddy A. Subroto, selaku pembimbing utama yang telah banyak memberikan waktu, tenaga, dan pikirannya dalam membimbing serta mengarahkan penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini dengan baik. 3. Rektor Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya (ITATS) yang telah mengizinkan penulis untuk meneruskan studi lanjut di Sekolah Pascasarjana Program Studi Teknik Geologi Institut Teknologi Bandung (ITB). 4 Semua dosen Program Studi Teknik Geologi ITB yang telah mencurahkan segenap ilmunya kepada penulis selama penulis menempuh Program Magister. 5. Rekan-rekan S2 Geologi ITB angkatan 2006 atas saran dan masukannya pada saat sebelum, selama dan sesudah penulis melakukan penelitian. 6. Arya Nugraha atas saran serta diskusinya mengenai geokimia minyak dan batuan induk. 7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis berharap semoga laporan tesis ini dapat bermanfaat dan menjadi sumbangan pemikiran bagi semua pihak. Bandung, Juni 2008 Danis Agoes Wiloso vi

10 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR LAMPIRAN... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xv Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Subjek dan Objek Penelitian... 1 I.2 Latang Belakang Permasalahan... 1 I.3 Masalah Penelitian... 2 I.4 Ruang Lingkup dan Sasaran Penelitian... 3 I.5 Hipotesis Kerja dan Asumsi... 3 I.6 Jenis dan Pemerolehan Data... 3 I.7 Metodologi Penelitian... 4 I.7.1 Metode Pemrosesan dan Analisis Data... 4 I.8 Sumbangan Terhadap Ilmu Pengetahuan... 5 Bab II Kerangka Geologi... 6 II.1 Tatanan Tektonik... 6 II.2 Sedimentasi... 7 II.3 Stratigrafi... 8 II.4 Sejarah Geologi II.5 Geokimia Cekungan Jawa Timur II.6 Penampang Antar Sumur Bab III Teori Dasar III.1 Kekayaan Material Organik III.2 Tipe Material Organik III.3 Kematangan Batuan Induk vii

11 III.3.1 Reflektansi Vitrinit III.3.2 Temperatur Pirolisis (T maks ) III.3.3 Analisis Bitumen III.4 Atribut Organofasies (Biomarker) III.5 Alkana Normal III.6 Isoprenoid III.7 Triterpana III.7.1 Triterpana Trisiklik III.7.2 Triterpana Pentasiklik III.8 Sterana III.9 Isotop Karbon Bab IV Hasil Analisis dan Diskusi IV.1 Kekayaan dan Kematangan Batuan Induk IV.1.1 Kekayaan IV.1.2 Kematangan IV.2 Korelasi Minyak Minyak IV.3 Korelasi Minyak Batuan Induk Bab V Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA viii

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Lampiran B Lampiran C Daftar makalah Data TOC dan Pirolisis Rock-Eval Pengenalan puncak Terpana dan Sterana ix

13 DAFTAR GAMBAR Gambar I.1 Peta lokasi daerah penelitian yang berada di Cekungan Jawa Timur bagian barat... 1 Gambar I.2 Empat daerah geologi kejadian minyak... 2 Gambar I.3 Lokasi sumur Padi-1, Rembang-1, Rembang-2, Tengis-1, Ngawi-1 serta rembesan minyak Kedung Jati, Galeh, rembesan minyak dan gas Cengkrong, Klantung, lapangan Kawengan... 4 Gambar I.4 Bagan alir penelitian yang menunjukkan tahap-tahap penelitian. 5 Gambar II.1 Habitat minyak dan gas di Cekungan Jawa Timur... 6 Gambar II.2 Unsur-unsur tektonik di Cekungan Jawa Timur... 7 Gambar II.3 Sintesis tektonik dan sedimentasi di Cekungan Jawa Timur... 8 Gambar II.4 Kolom stratigrafi bagian tengah dan timur Jawa Gambar II.5 Sistem Petroleum di Indonesia Gambar II.6 Lokasi ketiga sumur Padi-1, Rembang-1 dan Rembang Gambar II.7 Penampang antara sumur Padi-1, Rembang-1 dan Rembang-2 berdasarkan penampang seismik Gambar II.8 Lokasi sumur taruhan Tengis Gambar II.9 Interpretasi seismik sumur taruhan Tengis Gambar III.1 Diagram hubungan antara kelompok maseral dengan tipe kerogen yang terbentuk Gambar III.2 Dua cara mengeplot reflektansi vitrinit versus kedalaman Gambar III.3 Karakterisasi kematangan batun induk dengan metode pirolisis. 23 Gambar III.4 Berbagai macam bentuk distribusi alkana normal akibat adanya perbedaan asal materaial alkana normal Gambar III.5 Struktur dari isoprenoid pristana dan fitana Gambar III.6 Berbagai macam pola pada triterpana trisiklik yang dapat digunakan sebagai petunjuk lingkungan pengendapan Gambar III.7 Struktur dari triterpana pentasiklik yang menunjukkan adanya lima cincin pada rantai karbon Gambar III.8 Struktur dari Tm dan Ts x

14 Gambar III.9 Struktur dari bisnorhopana, trinorhopana, gammaserana dan oleanana Gambar III.10 Struktur dari sterana C 27 -C 30 yang berasal dari sterol Gambar III.11 Diagram segitiga yang menunjukkan ketergantungan lingkungan dari komposisi sterol pada organisme Gambar III.12 Perubahan yang dapat dibalik dari epimer 20R dan 20S akibat bertambahnya kematangan Gambar IV.1 Diagram T maks terhadap indeks hidrogen dari sumur Padi-1 yang menunjukkan sebagian besar conto batuan sudah berada pada tahap kurang matang dan cenderung menghasilkan minyak dan gas Gambar IV.2 Diagram indeks oksigen terhadap indeks oksigen dari sumur Padi-1 yang menunjukkan conto batuan cenderung menghasilkan minyak dan gas yang berasal dari kerogen tipe II dan III Gambar IV.3 Diagram T maks terhadap indeks hidrogen dari sumur Rembang-1 yang menunjukkan sebagian besar conto batuan sudah berada pada tahap kurang matang dan cenderung menghasilkan minyak dan gas Gambar IV.4 Diagram indeks oksigen terhadap indeks oksigen dari sumur Rembang-1 yang menunjukkan conto batuan cenderung menghasilkan minyak dan gas yang berasal dari kerogen tipe II dan III Gambar IV.5 Diagram reflektansi vitrinit terhadap kedalaman dari sumur Padi-1 yang menunjukkan bahwa formasi-formasi pada sumur tersebut berada pada tahap belum matang Gambar IV.6 Diagram reflektansi vitrinit terhadap kedalaman dari sumur Rembang-1 yang menunjukkan bahwa formasi-formasi pada sumur tersebut berada pada tahap awal matang Gambar IV.7 Crossplot kematangan dengan parameter triterpana Gambar IV.8 Crossplot kematangan dengan parameter sterana xi

15 Gambar IV.9 Distribusi alkana normal pada Formasi Prupuh yang menunjukkan perubahan lingkungan pengendapan Gambar IV.10 Distribusi alkana normal pada Formasi CD Clastics yang menunjukkan lingkungan pengendapan laut Gambar IV.11 Distribusi alkana normal dari minyak pada Formasi Kujung yang menunjukkan adanya satu puncak yaitu pada C Gambar IV.12 Distribusi alkana normal dari minyak pada Formasi Ngimbang yang menunjukkan adanya satu puncak yaitu pada C Gambar IV.13 Distribusi alkana normal dari minyak pada Formasi Kujung yang menunjukkan adanya satu puncak yaitu pada C Gambar IV.14 Distribusi alkana normal dari minyak pada Formasi Kerek yang menunjukkan adanya satu puncak yaitu pada C Gambar IV.15 Diagram Fitana/C 18 terhadap Pristana/C 17 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.16 Pola triterpana trisiklik pada sumur Rembang-1 pada Formasi Kujung dan Formasi Ngimbang yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.17 Pola triterpana trisiklik pada sumur Rembang-2 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.18 Pola triterpana trisiklik pada sumur Tengis-1 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.19 Pola triterpana pentasiklik pada sumur Rembang-1 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organik dan kematangan Gambar IV.20 Pola triterpana pentasiklik pada sumur Rembang-2 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organik dan kematangan xii

16 Gambar IV.21 Pola triterpana pentasiklik pada sumur Tengis-1 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organik dan kematangan Gambar IV.22 Diagram perbandingan antara sterana C 27, C 28 dan C 29 yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.23 Diagram isotop karbon δ13 C sat terhadap δ13 C aro yang menunjukkan lingkungan pengendapan asal material organiknya Gambar IV.24 Variasi nilai gravitasi API untuk minyak yang berasal dari sumur Rembang-1, Rembang-2 dan beberapa rembesan minyak Gambar IV.25 Korelasi positif distribusi alkana normal dari kelompok minyak laut dengan batuan induk pada sumur Padi-1 yang berasal dari Formasi CD klastik Gambar IV.26 Korelasi positif distribusi alkana normal dari kelompok minyak laut dengan batuan induk pada sumur Rembang-1 yang berasal dari Formasi Kujung Gambar IV.27 Korelasi positif distribusi alkana normal dari kelompok minyak laut dengan batuan induk pada sumur Rembang-1 yang berasal dari Formasi Kujung Gambar IV.28 Korelasi positif distribusi triterpana dari rembesan minyak Kedung Jati dengan batuan induk pada sumur Rembang-1 yang berasal dari Formasi Ngimbang kedalaman 4901 feet Gambar IV.29 Korelasi positif distribusi triterpana dari rembesan minyak Galeh dengan batuan induk pada sumur Rembang-1 yang berasal dari Formasi Ngimbang kedalaman 5500 feet Gambar IV.30 Korelasi positif perbandingan antara sterana C 27, C 28 dan C 29 dari minyak estuarin (deltaik?) dan minyak terestrial dengan batuan induk dari Formasi Ngimbang xiii

17 DAFTAR TABEL Tabel II.1 Hasil analisis geokimia dari beberapa conto dari Cekungan Jawa Timur Tabel III.1 Indikasi batuan yang berpotensi sebagai batuan induk berdasarkan nilai TOC Tabel III.2 Tipe kerogen, maseral penyusunnya dan material organik asalnya Tabel III.3 Potensi kerogen kurang matang berdasarkan indeks hidrogen Tabel III.4 Kelas penting dari biomarker dan prazatnya Tabel III.5 Perbandingan pistana dan fitana sebagai penunjuk lingkungan pengendapan Tabel IV.1 Kandungan karbon organik total masing-masing formasi pada Sumur Rembang-1, Padi-1 dan Ngawi Tabel IV.2 Nilai reflektansi vitrinit (Ro) masing-masing formasi pada Sumur Rembang-1, Padi-1 dan Ngawi Tabel IV.3 Ringkasan analisis alkana normal, isoprenoid, triterpana trisiklik, triterpana pentasiklik, sterana dan isotop karbon untuk korelasi minyak-minyak sumur Padi-1, Rembang-1, Rembang-2, Tengis-1 dan Ngawi xiv

18 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN Nama Pemakaian pertama kali pada halaman API American Petroleum Institute 60 aro Aromatik 34 Cv Canonical Value 34 GC Gas Chromatography 42 GC/MS Gas Chromatography Mass Spectrometry 1 sat Saturasi 34 TOC Karbon organik total 1 LAMBANG α Alfa 27 β Beta 27 δ Delta 34 m/z Mass Charge 4 OH Hidroksil 26 R o Reflektansi Vitrinit 1 Tm Trisnorhopana 30 Ts Trisnorneohopana 30 xv