Karakterisasi Temperatur Bawah Permukaan Daerah NZU : Integrasi Data Geotermometer, Mineral Alterasi dan Data Pengukuran Temperatur Bawah Permukaan

Transkripsi

1 Karakterisasi Temperatur Bawah Permukaan Daerah NZU : Integrasi Data Geotermometer, Mineral Alterasi dan Data Pengukuran Temperatur Bawah Permukaan Nisrina Zaida Ulfa (1), Dr. Ir. Johanes Hutabarat, M.si (1), Wahyu Firmansyah (2) dan Aton Patonah, S.T., M.T. (1) (1) Teknik Geologi, Fakultas Teknik Geologi, Universitas Padjadjaran (2) PT. Pertamina Geothermal Energy Abstrak Pulau Sulawesi memiliki kondisi geologi yang sangat kompleks dan terbentuk akibat interaksi antara tiga lempeng aktif yaitu Lempeng Pasifik, Lempeng Eurasia dan Lempeng Indo-Australia. Lapangan penelitian berada di Kabupaten Minahasa, Provinsi Sulawesi Utara. Sistem panasbumi pada daerah NZU merupakan sistem panasbumi dataran tinggi. Objek penelitian dalam kajian ini adalah karakteristik temperatur bawah permukaan dari manifestasi permukaan, studi alterasi dan data pengukuran temperatur bawah permukaan. Manifestasi yang muncul adalah mata air panas sulfat dan fumarol. Mata air panas yang muncul ke permukaan memiliki tipe air sulfat sedangkan fumarol yang muncul ke permukaan diperkirakan akibat dari pemanasan air meteorik oleh uap panas. Perkiraan temperatur reservoir berdasarkan metode geotermometer berkisar o C. Geotermometer yang digunakan adalah geotermometer SiO2, geotermometer Na-K, geotermometer Na-K-Mg, geotermometer H2-Ar, geotermometer CH4/CO2 dan geotermometer CAR-HAR. Lapangan ini didominasi oleh litologi batuan vulkanik dan merupakan lapangan panas bumi dengan sistem dua fasa. Studi alterasi menunjukan temperatur bawah permukaan berkisar o C. Sedangkan data pengukuran bawah permukaan menunjukan temperatur o C. Sistem panasbumi pada daerah ini dibagi menjadi dua unit yaitu, batuan penudung yang memiliki temperatur o C dan reservoir yang memiliki temperatur o C. Kata Kunci: panasbumi, reservoir, temperatur, geotermometer Abstract Celebes is a result of the interaction of three active plates: Pacific Plate, Eurasian Plate and Indo- Australia Plate. As a result of the plate interactions, Celebes has a very complex geological condition. The research field is located in Kabupaten Minahasa, Sulawesi Utara Province. The geothermal system in area NZU is a high terrain system. The object of this research is the characteristic of sub-surface temperature from surface manifestation, alteration study and subsurface temperature measurement. The occurring manifestation is sulfate hot spring and fumarole. The occurring hot spring has sulfate containing water while the fumarole occurrence is predicted as a result of the heating of metoric water by the hot steam. According to geothermometer method, the temperature of the reservoir is somewhere between o C. The geothermometer used

2 in this project is geothermometer SiO2, geothermometer Na-K, geothermometer Na-K-Mg, geothermometer H2-Ar, geothermometer CH4/CO2 and geothermometer CAR-HAR. This field is dominated by volcanic lithology and is included as a two phased geothermal field. The alteration study showed sub-surface temperature between o C. Meanwhile the sub-surface measurement showed temperature between o C. The geothermal system in this field is classified into two units, cap rock has temperature between o C and reservoir temperature between o C. Keyword: geothermal, reservoir, temperature, geothermometer 1.PENDAHULUAN Isu energi merupakan salah satu isu yang menjadi perhatian yang sangat serius di dunia saat ini. Seiring dengan semakin menipisnya cadangan minyak bumi dan gas (migas) di seluruh dunia akibat eksploitasi terus menerus, maka dibutuhkan pencarian sumber-sumber energi alternatif baru untuk mengatasi berkurangnya pasokan energi dari migas di masa datang. Dalam hal ini, salah satu sumber energi yang dapat dikembangkan untuk mengatasi krisis migas adalah energi panas bumi. Energi panasbumi merupakan energi panas dari dalam bumi yang dibangkitkan oleh proses magmatisasi lempeng-lempeng tektonik. Besarnya potensi cadangan suatu lapangan panas bumi dapat digambarkan dengan beberapa parameter reservoir seperti temperatur, tekanan dan entalpi yang merepresentasikan energi termal yang terkandung di dalam fluida reservoir tersebut karena itu pengetahuan mengenai distribusi temperatur, tekanan dan entalpi dari sistem reservoir merupakan hal yang sangat penting. Berdasarkan morfologi daerah penelitian, lapanga NZU termasuk kedalam sistem panasbumi dataran tinggi. Sistem panasbumi dataran tinggi umum ditemui pada busur kepulauan dan busur gunungapi yang dicirikan oleh vulkanisme andesitik dan topografi yang terjal. Karakteristik temperatur bawah permukaan dapat diketahui dengan menganalisis data geokimia manifestasi, studi alterasi dan pengukuran data pengukuran temperatur bawah permukaan. Tabel 1. Data Kimia Manifestasi Mata Air Panas ph Suhu ( 0 C) 3,07 2,14 6,36 2,64 1,95 2,67 6,41 80,5 70,7 60,1 56,3 81, ,9 Li + 0,03 0,03 0,03 0,09 0,04 0,09 0,03 Na + 7,72 379,45 9,67 148,17 434,42 125,64 6,33 K + 6,76 2,03 7,31 5,8 10,4 8,72 7,9 Ca 2+ 38,07 10,5 79,18 12,99 19,83 13,02 36,36 Mg 2+ 11,4 4,21 11,5 8,97 35,74 6,63 10,02 SiO2 144,21 227,54 180,8 81,1 370,16 69,88 168,6 B 0,72 0,89 0,82 1,26 5,31 1,74 0,01 Cl - 1,45 4,13 3,18 38,01 0,14 40,06 4,01 F - 0,05 0,04 0,07 0,05 0,04 0,4 0,09 SO , ,47 148,35 437, ,42 410,87 83,59 HCO , ,42 Fe 6,3 24,12 0,16 0,52 233,25 9,18 11,45 ION BALANCE -3% 0% -1% 1% -8% -2% 6% ppm MAP-1 MAP-2 MAP-3 MAP-4 MAP-5 MAP-6 Tabel 2. Data Kimia Air Sumur Produksi MAP-7 2.ANALISIS GEOKIMIA

3 ph field ph lab 6,27 7,25 7,16 7,14 8,39 6, Suhu ( 0 C) Li + 0,249 1,05 2,16 Na K + 24,8 31,2 92 Ca 2+ 5,14 8,42 1,76 Mg 2+ 0,01 0,033 0,01 SiO ppm NAF-1 NAF-2 NAF-3 B 25,7 17,6 22,1 Cl F - 2,5 1,37 1,13 SO ,7 - HCO 3 79,4 99,1 18,4 ION BALANCE -1% -1% 2% Ada excess Excess = Flash = (T reservoir) (P sampling) Konsentrasi reservoir = x konsentrasi permukaan Tanpa excess Konsentrasi reservoir = konsentrasi permukaan x Kontrol kualitas data dapat dilihat dengan perhitungan ion balance. Analisis ion balance dilakukan untuk mengetahui data mana saja yang bisa dianalisis atau diolah lebih lanjut. Data yang dapat dianalisis lebih lanjut harus memiliki nilai ion balance 5%. Tabel 3. Data Dryness dan Entalpi pada Sumur Produksi P Sampling (kscg) Flowrate (ton/h) Dryness (%) Entalpy (kj/kg) Well Brine Steam Total NAF-1 12,95 5,4 23,4 28,8 0, ,7 NAF-2 6,96 256,32 41,04 297,36 0, ,5 NAF-3 13,5 28,8 50,04 78,84 0, ,4 Data dryness dan entalpi digunakan untuk perhitungan total discharge. Perhitungan total discharge digunakan untuk monitoring geokimia produksi pada keadaan reservoir dalam kurun waktu tertentu. Excess entalpi pada suatu sumur dapat diketahui dengan melihat perbedaan nilai entalpi terukur dengan nilai entalpi teoritis berdasarkan steam table pada temperatur tertentu dalam kondisi saturated liquid. Ada atau tidaknya excess entalpi ini bisa ditinjau melalui besarnya nilai entalpi terukur pada sumur produksi. Perhitungan total discharge dapat dilihat sebagai berikut : Tabel 4. Data kimia Air Sumur Produksi Total Discharge 6,27 7,25 7,16 7,14 8,39 6, Suhu ( 0 C) Li + 0,204 0,9 1,515 Na + 275, , ,387 K + 20,37 26,894 64,53 Ca 2+ 4,222 7,26 1,234 Mg 2+ 0,0082 0,028 0,007 SiO 2 354, ,06 501,96 Tabel 5. Data Kimia Manifestasi Fumarol Manifestasi NAF-1 NAF-2 NAF-3 B 21,11 15,17 15,5 Cl - 333,84 332,73 394,213 F - 2,053 1,18 0,793 SO ,35 110,33 18,73 - HCO 3 65,22 85,423 12,9 Tabel 6. Data Kimia Gas Sumur Produksi ph field ph lab ppm NCG NCG CO2 H2S % Mol % Weight FMR-1 20,615 38, ,04 0,2688 FMR-2 11, , ,06 1,483 NH3 Ar N2 CH4 H2 % Mol 0,0056 0,0009 0,3283 0,0195 0,3408 0,013 0,003 0,3478 0,0419 0,0509

4 Manifestasi NCG CO2 H2S NH3 % Weight NAF-1 0, ,6 12,1 0,238 NAF-3 0, ,8 0, Penentuan Tipe Air Ar N2 CH4 H2 % mol 0,022 0,945 0,168 2,85 NAF-2 0, ,9 7,06 0,129 0,0287 2,32 0,166 0,344 0,0333 1,42 0,235 5,3 Gambar 1. Diagram Cl-SO4-HCO3 (Giggenbach, 1988 dalam Nicholson, 1993) Dari hasil plot diagram segitiga, tipe air panasbumi pada daerah NZU dibagi menjadi tiga jenis air, yaitu : Air Sulfat : Jenis air ini ditunjukan oleh manifestasi mata air panas MAP-1, MAP-2, MAP-4, MAP-5 dan MAP-6. Pada tipe air ini, air manifestasi merupakan air permukaan yang terpanaskan oleh uap, dimana uap yang mengandung H2S mengalami kondensasi menjadi air sulfat. Persamaan kimianya : H2S(g) + 2O2(aq) = 2H + (aq) + SO4 2- (aq). Air sulfat juga dijadikan sebagai acuan lokasi kemunculannya zona upflow dengan manifestasi seperti fumarol. Tipe air ini memiliki ph asam 2-4. Air Sulfat Bikarbonat : Jenis air ini ditunjukan oleh manifestasi mata air panas MAP-3 dan MAP-7. Kandungan dari unsur HCO3 dan SO4 yang berlimpah pada manifestasi ini berasal dari kondensasi gas CO2 dan oksidasi H2S. Dengan ph nya asam netral. H2O(l) + CO2(g) = H + (aq) + HCO3 - (aq). Air Klorida : Jenis air ini ditunjukan oleh sumur NAF-1, NAF-2 dan NAF-3. Tipe air klorida merupakan ciri khas dari fluida panasbumi. Tipe air ini biasanya memiliki ph yang mendekati netral, dan berada di zona upflow. mendekati netral, dan berada di zona upflow. Asal air sumurnya merupakan air reservoir. Gas HCl yang berasal dari magma kemudian mengalami pelarutan dalam reservoir setelah quenching dengan air meteorik kemudian membentuk ion Cl - yang terlarut dalam air reservoir. 2.2 Perhitungan Geotermometer Metode geotermometer adalah metode yang umum dipakai dalam geokimia panas bumi dalam menentukan perkiraan temperatur bawah permukaan. Beberapa metode yang akan digunakan adalah geotermometer air dan geotermometer gas Geotermometer Air Geotermometer Na-K-Mg

5 Geotermometer air meliputi geotermometer Na-K-Mg, geotermometer SiO2, geotermometer Na-K dan geotermometer Na- K-Ca. Geotermometer yang digunakan juga dilihat dari karakteristik mata air panas yang akan dihitung temperatur nya. Daerah lapangan NZU berdasarkan karakteristiknya memiliki kecenderungan untuk menggunakan geotermometer Na-K karena ion Na + dan K + memiliki tingkat keseimbangan yang lambat daripada pengendapan unsur silika maupun keseimbangan pertukaran K-Mg. Geotermometer ini lebih unggul pada kondisi seimbang pada kedalaman dan terjaga dalam larutan lebih lama bersamaan dengan naiknya air ke permukaan. Air dari reservoir menuju permukaan akan mengalami kontak dengan batuan dibawahnya dan terjadi pencampuran ion-ion lain. Karena Na + dan K + merupakan ion yang kesetimbangannya lambat, maka pencampuran ion-ion lain tidak akan memberi pengaruh yang cukup besar sehingga hasil geotermometer Na-K dapat menggambarkan suhu bawah permukaan. Tipe air yang bisa digunakan untuk perhitungan geotermometer ini adalah tipe air klorida (Nicholson, 1993). Gambar 2. Diagram Na-K-Mg berdasarkan Giggenbach (1988) Selain menentukan temperatur, diagram ini juga digunakan untuk menunjukkan air mana yang mengalami kesetimbangan. Dari hasil pengolahan data di atas terlihat manifestasi pada MAP-2, NAF-1, NAF-2, dan NAF-3 yang masuk ke zona partial equilibration. Zona partial equilibration merupakan zona dimana airnya sudah setimbang sedangkan MAP-1, MAP-2, MAP-3, MAP-4, MAP-5, MAP-6 dan MAP-7 berada pada zona immature water yang merupakan fluidanya dalam keadaan tidak setimbang dan telah mengalami pencampuran dengan air permukaan. Dilihat dari diagram Na-K-Mg didapatkan perkiraan temperatur bawah permukaannya. Pada sumur produksi NAF-1 berada pada temperatur ±210 0 C, NAF-2 berada pada temperatur ±235 0 C dan NAF-3 yang berada pada temperatur ±330 0 C. Geotermometer SiO2 Geotermometer ini baik digunakan untuk temperatur <250 0 C. Perhitungan max steam loss dan no steam loss digunakan berdasarkan temperatur permukaannya. Max

6 steam loss digunakan apabila fluidanya telah mengalami boiling atau temperaturnya >85 0 C sedangkan untuk no steam loss digunakan pada saat fluidanya belum mengalami boiling <85 0 C. Hitung [Log (Ca 1/2 /Na) + 2,06], bila hasilnya positif, hitung temperatur t 0 C dengan β = 4/3 Bila t < C, gunakan temperatur tersebut Bila t > C atau [Log (Ca 1/2 /Na) + 2,06] negatif, maka hitung temperatur t 0 C dengan β = 1/3 Geotermometer Na-K Variasi Na-K pada air panas bumi dipengaruhi oleh pertukaran ion dalam mineral alkali feldsparnya dan juga perubahan temperatur. Perhitungan ini lebih tepat digunakan untuk tipe air klorida atau yang memiliki kandungan Cl yang tinggi meskipun bisa juga digunakan untuk air dengan tipe bikarbonat Geotermometer Gas Geotermometer CAR-HAR Na-Feldspar + K + = Na + + K-Feldspar (Albit) (Adularia) Gambar 3. Diagram CAR-HAR Geotermometer Na-K-Ca Dalam Na-K-Ca Geotermometer, ada beberapa aturan yang harus digunakan dalam perhitungan: Manifestasi pada FMR-1 menunjukan temperatur ±325 o C, sedangkan FMR-2 menunjukan temperatur 300 o C. Pada sumur produksi diatas, NAF-1 menunjukan temperatur ±255 o C, NAF-2 menunjukan temperatur 265 o C dan NAF-3 menunjukan temperatur ±240 o C. FMR-1, FMR-2, NAF- 1, NAF-2 dan NAF-3 berada pada zona equilibrated liquid. Hal ini menunjukan bahwa sistem panasbumi pada manifestasi tersebut menunjukan sistem panasbumi dominasi air.

7 Geotermometer H2-Ar Metode ini melakukan perhitungan dengan menggunakan konsentrasi gas hidrogen dan argon. Metode ini cocok untuk manifestasi fumarol. Persamaan geotermometer ini adalah: sumur. Top reservoir biasanya berada pada kemunculan mineral epidot. Mineral epidot mengindikasikan temperatur yang tinggi. Geotermometer CH4-CO2 Metode ini melakukan perhitungan dengan menggunakan konsentrasi gas CH4/CO2. Persamaan geotermometer ini adalah: 2.3 Temperatur Reservoir Berdasarkan Perhitungan Geotermometer Tabel 7. Temperatur Reservoir Berdasarkan Perhitungan Geotermometer Gambar 4. Data Log Sumur NAF-2 Reservoir berada pada kedalaman mku. Mineral alterasi yang terdapat pada zona ini yaitu mineral kuarsa sekunder, kalsit, klorit, pirit dan epidot. Mineral penciri mengindikasikan ph netral. Dilihat dari studi alterasi, temperaturnya berkisar o C. Dilihat dari hasil analisis perhitungan geotermometer diatas dapat disimpulkan bahwa perkiraan temperatur reservoir pada daerah NZU berkisaran antara o C dan termasuk kedalam sistem panasbumi temperatur tinggi (Hochstein, 1990). 3. STUDI ALTERASI Data borehole geology digunakan untuk analisis temperatur mineral berdasarkan studi alterasi dan litologi batuan pada

8 Gambar 5. Data Log Sumur NAF-3 Reservoir berada pada kedalaman mku. Mineral sekunder yang terdapat pada zona ini yaitu mineral kuarsa sekunder, anhidrit, klorit dan epidot. Mineral penciri diindikasikan ph netral. Dilihat dari studi alterasi, zona ini memiliki nilai temperatur yang berkisar antara o C. Gambar 6. Data P&T Sumur NAF-2 Reservoir berada pada kedalaman mku. Temperatur reservoir berdasarkan data P&T ( Pressure and Temperature) menunjukan temperatur o C. Feed zone berada pada kedalaman mku dan mku. 4. ANALISIS PENGUKURAN DATA P&T (PRESSURE AND TEMPERATURE) Data P&T (Pressure and Temperature) pada masing-masing sumur produksi memberitahukan temperatur pada setiap kedalaman. Temperatur tersebut diukur pada keadaan dan waktu tertentu. Berdasarkan data P&T (Pressure and Temperature) juga dapat diinterpretasikan dimana feed zone dan zona reservoirnya. Gambar 7. Data P&T Sumur NAF-3 Reservoir berada pada kedalaman mku. Temperatur reservoir berdasarkan data P&T ( Pressure and

9 Temperature) menunjukan temperatur o C. Feed zone berada pada kedalaman mku. 4. KESIMPULAN NAF-1, NAF-2 dan NAF-3 memiliki tipe air klorida, MAP-1, MAP-2, MAP-4, MAP-5 dan MAP-6 memiliki tipe air sulfat, dan MAP-3 dan MAP-7 memiliki tipe air sulfat karbonat [3] Powell, Tom and William Cumming, Spreadsheets For Geothermal Water and Gas Geochemistry, Stanford University, California, [4] Saptadji, Nenny Miryani, Panduan Teknik Panas Bumi, Jurusan Teknik Geologi, ITB, Bandung, Temperatur reservoir berdasarkan perhitungan geotermometer berkisar antara o C Zona reservoir pada sumur NAF-2 berada pada kedalaman mku, temperaturnya berkisar o C Zona reservoir pada sumur NAF-3 berada pada kedalaman mku, temperatur yang berkisar antara o C Lapangan panasbumi NZU merupakan sistem panasbumi temperatur tinggi DAFTAR PUSTAKA [1] Hochstein, M.P., Introduction to Geothermal Prospecting, Geothermal Institute, University of Auckland, New Zealand, [2] Nicholson, Keith, Geothermal Fluids (Chemistry and Exploration Technique), Springer Verlag, Inc., Berlin, 1993.