PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6-7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA

Transkripsi

1 HUBUNGAN KEKERABATAN MINYAK BUMI PADA ANTIKLIN GABUS DI DAERAH GROBOGAN DAN ANTIKLIN KAWENGAN DI DAERAH BOJONEGORO CEKUNGAN JAWA TIMUR UTARA BERDASARKAN DATA BIOMARKER Arif Zainudin 1* Donatus Hendra Amijaya 1 1 Jurusan Teknik Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jalan Grafika no 2, Mlati, Sleman, D. I. Yogyakarta, Indonesia * arifzain281094@yahoo.co.id SARI Minyak bumi di Cekungan Jawa Timur Utara memiliki karakteristik yang berbeda-beda bergantung asal batuan induknya dan kondisi geologinya. Karakteristik geokimia minyak bumi di Cekungan Jawa Timur Utara khusunya di Antiklin Gabus belum diketahui, namun pada Antiklin Kawengan sudah pernah dilakukan sebuah penelitian sebelumnya. Selain itu hubungan kekerabatan minyak bumi pada kedua antiklin belum diketahui, sehingga menjadikan peluang untuk dilakukannya suatu penelitian yang berfokus pada penentuan kekerabatan dari korelasi minyak bumi yang dilakukan pada kedua antiklin. Penentuan kekerabatan dilakukan dengan mengetahui karakteristik suatu minyak bumi dengan menggunakan data biomarker yang diperoleh dari metode kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS) dan dari analisis sifat fisik minyak bumi. Kemudian untuk interpretasi pengaruh kondisi geologi pada karakteristik minyak bumi dilihat dari data geologi regional. Dari keseluruhan hasil analisa dapat disimpulkan bahwa minyak bumi pada Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan memiliki hubungan kekrabatan yang diketahui dari pengelompokan yang dilakukan dan terbentuk 1 kelompok besar. Hasil analisa sifat fisik minyak bumi menujunjukkan bahwa minyak bumi memiliki rentang nilai spesific gravity , API Gravity termasuk kategori medium oil, density gr/cm 3, dan viscosity mm 2 /s. Rasio Pr/Ph berkisar dari 5,48-11,54 yang menunjukan minyak berasal dari batuan non-marine dengan lingkungan oksidatif. Analisa pada diagram Pr/nC 17 vs Ph/nC 18 menunjukkan asal material minyak bumi dari material darat (kerogen tipe III). Analisa pada diagram Pr/Ph vs Pr/nC17 menunjukan minyak bumi terbentuk pada lingkungan oxic terestrial dengan material asal dari tumbuhan tingkat tinggi. Sampel minyak bumi didominasi oleh senyawa alkana rantai lurus. Pengaruh kondisi geologi terhadap karaketristik minyak bumi adalah perbedaan reservoar menjadikan minyak bumi memiliki karakteristik geokimia yang sama namun karakteristik fisik (viskositas) yang sedikit berbeda. Hal tersebut terjadi karena adanya proses biodegradasi selama migrasi dan pada akumulasi di reservoar pada reservoar Antiklin Gabus (Formasi Ledok) dan Antiklin Kawengan (Formasi Wonocolo dan Formasi Ngaryong). Kata Kunci : Minyak bumi, biomarker, kekerabatan, Jawa Timur Utara I. PENDAHULUAN Cekungan Jawa Timur Utara merupakan salah satu cekungan yang ada di Indonesia yang terbukti memiliki potensi dan menghasilkan hidrokarbon dalam jumlah besar. Lapangan Minyak Wonocolo di Kecamatan Kedewan, Kabupaten Bojonegoro Jawa Timur mempunyai total produksi minyak sebesar 131 MMBO (Masdar dkk, 2005). Namun tidak keseluruhan daerah di Cekungan Jawa Timur Utara yang berpotensi menghasilkan minyak bumi diproduksi secara maksimal seperti pada lapangan minyak bumi tua yang terdapat di Kecamatan Gabus, Kabupaten Grobogan juga Kecamatan Kunduran dan Kecamatan Jati, Kabupaten Blora, Jawa Tengah. Lapangan minyak yang ada di Kecamatan Gabus, Kabupaten Grobogan, Jawa Tengah dan di Kecamatan Kunduran dan Jati, Kabupaten Blora, Jawa Tengah secara geologi berlokasi dalam satu antiklin yang 139

2 II. III. cukup besar dengan formasi reservoar minyaknya berupa Formasi Ledok (Gusma dkk, 2013). Antiklin tersebut selanjutnya disebut Antiklin Gabus. Lapangan minyak bumi di Desa Wonocolo, Kecamatan Kedewan, Kabupaten Bojonegoro, Jawa Timur secara geologi terdapat pada Antiklin Kawengan dengan formasi reservoar minyaknya berupa Formasi Wonocolo dan Ngrayong (Samodra dkk, 2009). Hubungan kekerabatan minyak bumi dari karakteristik geokimia pada kedua antiklin belum diketahui sehingga menjadikan peluang untuk dilakukannya penelitian yang berfokus pada penentuan kekerabatan dari korelasi minyak bumi yang dilakukan dari kedua antiklin yang kemudian dilakukan peninjauan terhadap kondisi geologinya. Penentuan kekerabatan dengan korelasi dari karakteristik suatu minyak bumi dapat dilakukan salah satunya dengan metode kromatografi gas-spektrometri massa (GC- MS) dari data biomarker yang diperoleh MAKSUD DAN TUJUAN Maksud dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik geokimia minyak bumi di Cekungan Jawa Timur Utara khususnya di Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan berdasarkan data biomarker. Tujuan dari penelitian ini adalah menetukan hal berikut: a. Mengetahui hubungan kekerabatan minyak bumi antara Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan dari korelasi minyak bumi yang dilakukan b. Mengetahui pengaruh dari kondisi geologi terhadap karakteristik geokimia dan kekerabatan minyak bumi antar lapangan. LOKASI PENELITIAN Penelitian dilakukan pada Cekungan Jawa Timur Utara yang berada di Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan pada 4 lapangan minyak bumi yang berbeda. Tiga lapangan berada pada Antiklin Gabus dan satu lapangan berada pada Antiklin Kawengan. Lokasi pertama ada di Desa Bendoharjo, Kecamatan Gabus, Kabupaten Grobogan, Jawa Tengah. Lokasi kedua di Desa 140 IV. Botoreco, Kecamatan Kunduran, Kabupaten Blora, Jawa Tengah. Lokasi ketiga di Desa Doplang, Kecamatan Jati, Kabupaten Blora, Jawa Tengah, dan lokasi keempat di Desa Wonocolo, Kecamatan Kedewan, Kabupaten Bojonegoro, Jawa Timur. Lokasi penelitian masuk dalam peta geologi lembar Ngawi dan Bojonegoro. GEOLOGI REGIONAL Fisiografi darah penelitian masuk Antiklinorium Rembang Selatan atau Antiklinorium Cepu (Van Bemmelen, 1949). Batuan permukaan dan juga sebagai reservoar dari lokasi penelitian berada pada Formasi Ledok dan Formasi Wonocolo. Formasi Ledok tersusun atas perulangan napal pasiran dan kalkarenit, dengan napal dan batupasir. Bagian atas dari satuan ini dicirikan batupasir dengan konsentrasi glaukonit. Kemudian Formasi Wonocolo tersusun oleh napal, napal lempungan, hingga napal pasiran, yang kaya akan foram plankton, (Pringgoprawiro, 1983). V. METODOLOGI PENELITIAN Peralatan dan Bahan Penilitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah pipet tetes (sebagai kolom) yang berdiameter 1 cm dan panjang 20 cm. Kromatografi gas dengan instrumen kolom : AGILENTJ&W HP-5 (Panjang : 30 meter, ID : 0,25 mm), Helium, dan pengionan EI 70 Ev, botol kecil, dan oven. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah silika berukuran 100 mesh, n-heksan, kapas steril, 11 sampel minyak bumi Pengambilan sampel Pengambilan sampel dilakukan pada 4 lapangan minyak bumi dari kedua antiklin dengan jumlah sampel adalah 11 sampel. Sampel minyak bumi diambil sebanyak kurang lebih 1 L untuk setiap sumur. Minyak disimpan pada suhu kamar dan pada kondisi tertutup pada botol kaca. Pengujian sifat fisik 1. Specific gravity, API gravity dan densitas

3 Metode yang digunakan adalah metode ASTM Densitas adalah massa minyak (gr) per satuan volume zat (cm3) pada suhu tertentu. Di mana Pengukuran dilakukan pada suhu 15 o C (Neuman dkk, 1981). Specific gravity adalah perbandingan massa sejumlah zat pada temperatur tertentu terhadap massa air murni dengan volume yang sama pada temperatur yang sama atau temperatur yang berbeda. Pada penelitian ini temperatur yang digunakan adalah 60/60 o F (Neuman dkk, 1981). Setelah mendapatkan nilai Specific gravity kemudian di konversikan untuk mendapat nilai API gravity. oapi Gravity = 141 SG 60/60oF 131,5 Nilai yang didapat untuk nilai specific gravity dan densitas berkisar 0,800 1,000 kemudian ketika telah dikonversikan ke nilai API gravity nilainya berkisar <10 o - >32 o API Gravity 2. Viskositas Viskositas (cps) adalah perbandingan antara tegangan geser yang diberikan dan kecepatan geser suatu cairan (Neuman dkk, 1981). Viskositas yang terukur adalah viskositas dinamis. Metode ASTM D 445 adalah metode yang digunakan untuk menghitung nilai viskositas. Fraksinasi Minyak Bumi Fraksinasi minyak bumi dilakukan dengan menggunakan kromatografi kolom. Fraksinasi minyak bumi didasarkan pada adsorpsi komponen-komponen campuran dengan afinitas berbeda-beda terhadap permukaan fase diam. Di mana dari kolom kromatografi akan terbagi berdasarkan kepolarannya. Uji GC-MS Analisis GCMS (Gas Cromatografy Mass Spektroscopy) adalah analisis dengan prinsip kerjanya membaca spektra yang terdapat pada kedua metode yang digabung. Pada spektra GC jika sampel mengandung banyak senyawa, maka akan terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalam spektra GC tersebut. Berdasarkan data waktu retensi 141 VI. yang sudah diketahui dari literatur, bisa diketahui senyawa apa saja yang ada dalam sampel. Tahap selanjutnya adalah memasukkan senyawa yang diduga tersebut ke dalam instrumen spektroskopi massa dan hasilnya berupa spektra MS dimana bisa diperoleh informasi mengenai massa molekul relatif dari senyawa sampel tersbut. DATA DAN PEMBAHASAN Hasil dari uji API Gravity menunjukan bahwa minyak bumi pada lokasi penelitian termasuk dalam kategori medium oil (Neumann, 1981). Keseluruhan sampel minyak bumi memiliki rentang nilai API gravity 23,94 29,99 dengan spesific gravity 0,9103 0,8762. Densitas minyak bumi berkisar dari 0,8753-0,9094 gr/cm 3. Densitas rendah menunjukkan kandungan senyawa parafin jumlahnya besar. Nilai 0,8753-0,9094 gr/cm 3 untuk suatu densitas minyak bumi termasuk dalam kategori densitas rendah, akan dibuktikan dari hasil analisa GCMS yang menunjukan komposisi minyak bumi dominan tersusun oleh senyawa parafin/ alkana alifatik. Nilai dari viscosity dari sampel minyak bumi yang dianalisis terjadi sedikit anomali dimana seharusnya semakin tinggi API Gravity maka semakin kecil viskositasnya begitu sebaliknya. Namun secara umum trend dari API Gravity vs viskositas masih menunjukan hubungan tersebut. Adanya sedikit anomali tersebut terjadi karena adanya pengaruh biodegradasi. Minyak bumi yang telah mengalami biodegradasi akan memiliki viskositas yang tinggi. Ketika sampel tersebut dianalisis dengan analisis GCMS akan mengasilkan kromatogram dengan puncak yang pendek dengan jarak antara base peak dengan baseline cukup jauh. Berdasarkan hasil uji viskositas tersebut dapat dikelompokkan menjadi 2 kelompok. Kelompok 1 memiliki rentang nilai < 20 mm 2 /s (viskositas rendah) dan kelompok 2 memiliki rentang nilai mm 2 /s (viskositas tingg). Kelompok 1 mewaikili minyak bumi yang terdapat pada Antiklin Gabus. Sedangkan kelompok 2 mewakili minyak bumi pada Antiklin Kawengan. Jadi

4 secara sifat fisik minyak bumi memiliki kesamaan dalam pengelompokan berdasarkan API Gravity, SG, dan densitas namun terdapat perbedaan dari pengelompokan berdasarkan viskositas yang disebabkan karena adanya proses biodegradasi. Hasil dari analisis GCMS akan menghasilkan kromatogram-kromatogram (gambar 2) yang memiliki luas area dan tinggi tertentu berdasarkan kondisi dari minyak bumi yang ada. 1. Karakteristik minyak bumi a. Asal material Dalam penentuan asal material minyak bumi dapat lakukan dengan menggunakan rasio Pristana (Pr)/Phytana (Ph). Pristana dan Phytana merupakan senyawa hidrokarbon hasil dari proses dekarboksilasi yang terdapat pada minyak bumi (Hunt, 1996). Rasio Pr/Ph dari seluruh sampel nilainya >5 yaitu berkisar 5,48-11,54. Dengan nilai tersebut maka dapat ditentukan bahwa minyak bumi berasal dari batuan non-marine. Minyak high wax dan kondensat berasal dari batuan induk non marine memiliki rasio Pr/Ph 5-11 menunjukkan material organik berasal dari darat (Powell and McKirdy, 1973 dalam Peters, dkk, 2005). Material organik berasal dari darat dapat berupa tumbuhan tingkat tinggi, spora, dan pollen. b. Lingkungan Pengendapan Dalam menentukan lingkungan pengendapan dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya menggunakan diagram Rasio Pr/nC17 vs Ph/nC18 (Peters dkk, 2005). Berdasarkan plotting Pr/nC17 vs Ph/nC18 menujukkan bahwa minyak bumi pada Antiklin Gabus dan Antklin Kawengan material asalnya berasal dari darat dengan tipe kerogen III pada lingkungan yang oksidatif. Selain menggunakan plotting Pr/nC17 vs Ph/nC18 menurut Peters dkk (2005) untuk menentukan lingkungan pengendapan dari minyak bumi dapat menggunakan plotting rasio Pr/Ph vs Pr/nC17 menurut Hwang dkk (1998). Hasil dari plotting Pr/Ph vs Pr/nC17 menunjukkan bahwa minyak bumi di Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan terbentuk pada lingkungan oxic terestrial dengan material asal dari tumbuhan tingkat tinggi. Antara plotting Pr/nC17 vs Ph/nC18 dan plotting Pr/Ph vs Pr/nC17 menunjukkan hasil yang sama yaitu lingkungan pengendapan dari batuan induknya berada pada daerah terestrial dengan lingkungan yang oksidatif. Korelasi minyak bumi 1. Segitiga Komposisi Korelasi minyak bumi dapat dilakukan dengan menggunakan segitiga komposisi dari persentase senyawa alkana rantai lurus, bercabang, dan melingkar yang akan menghasilkan suatu kumpulan titik-titik yang menujukkan bagaimana komposisi antara minyak satu dengan yang lain. Berdasarkan plotting persentase komposisi alkana tersebut menunjukkan bahwa keseluruhan minyak tersusun oleh dominan senyawa rantai lurus, kemudian lebih sedikit adalah rantai bercabang dan paling jarang adalah rantai melingkar. Alkana rantai lurus paling rentan terhadap biodegradasi dibanding dengan rantai bercabang atau melingkar sehingga pada keseluruhan sampel persentase senyawa paling banyak adalah alkana rantai lurus. Dari keseluruhan analisa yang dilakukan baik dari rasio Pr/Ph, Pr/nC17 vs Ph/nC18, Pr/Ph vs Pr/nC17, dan persentase senyawa alkana yang ada didapatkan 1 pengelompokan minyak bumi. Satu kelompok yang dihasilkan merupakan hasil dari pengelompokan minyak pada Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan. Dengan demikian antara minyak bumi pada Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan memiliki kekerabatan karena sama-sama berasal dari material tumbuhan tingkat tinggi (kerogen tipe III) yang terendapkan pada lingkungan terestrial yang oksidatif. 142

5 Perbedaan reservoar minyak bumi yang ada menjadikan pengaruh yang signifikan bagi karakteristik fisik minyak bumi namun tidak pada karakteristik geokimianya. Pengaruh dari perbedaan reservoar terlihat pada viskositas minyak bumi, dimana dengan data bahwa minyak bumi sama-sama berasal dari material tumbuhan tingkat tinggi yang terendapkan pada lingkungan terestrial yang oksidatif maka source rock yang dimungkinkan adalah Formasi Ngimbang. Ketika minyak bumi terbentuk akan terjadi migrasi dari Formasi Ngimbang ke reserovoar (Formasi Ledok dan Formasi Wonocolo/ Ngrayong). Selama migrasi dari source rock ke reservoar akan terjadi alterasi yang mengakibat penurunan kualitas minyak bumi (biodegradasi) yang menyebabkan perubahan viskositas. Selain itu selama minyak telah terakumulasi pada reservoar, minyak pada reservoar Formasi Wonocolo/ Formasi Ngrayong mengalami biodegradasi lebih lanjut karena apabila yang dilihat hanya dari migrasinya jarak migrasinya relatif sama sehingga alterasi pada reservoar lebih menyebabkan terjadinya biodegradasi lebih lanjut dan membuat viskositas minyak bumi pada Antiklin Kawengan lebih tinggi VII. di banding pada Antiklin Gabus. Minyak bumi yang terbiodegradasi lebih lanjut terlihat pada kromatogramnya yaitu dari jarak antara basepeak dengan baseline yang lebih jauh dibandingkan dengan minyak yang tidak/ sedikit terbiodegradasikan. KESIMPULAN 1. Minyak bumi pada Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan tersebut mempunyai hubungan kekerabatan karena berasal dari tumbuhan tingkat tinggi (Tipe kerogen III) yang terbentuk pada lingkungan terestrial yang oksidatif. 2. Kondisi geologi memberikan pengaruh uatamnya terhadap karakteristik fisik minyak namun tidak terlalu dominan pada karakteristik geokimia. Kondisi geologi yang memberikan pengaruh adalah alterasi selama migrasi dari Formasi Ngimbang ke Formasi Ledok juga Formasi Wonocolo dan Formasi Ngrayong dan alterasi saat akumulasi pada reservoar (Antiklin Kawengan) menyebabkan terjadinya biodegradasi dari minyak bumi. DAFTAR PUSTAKA ASTM Commitee D-2, 1958, ASTM Standards on Petroleum Products and Lubricants, America, ASTM, p ASTM Commitee D-2, 1958, ASTM Standards on Petroleum Products and Lubricants, America, ASTM, p Datun, M., S., B. Hermanto, dan N. Suwarna Peta Geologi Lembar Ngawi, Jawa: Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, skala 1: , 1 lembar Fowlis, I. A., 1998, Gas Chromatography Analytical Chemistry by Open Learning. John Wiley & Sons Ltd: Chichester. Gusma, Agryanzis Cheptian, dkk., 2013, Identification of Petroleum eservoir Layer Using Vertical Electrical Sounding Method In Old Oil Wells, Bendoharjo, Gabus, Grobogan, Jawa Tengah, Main Report Field Camp 2013, Geofisika UGM, (tidak dipublikasikan) Hunt, J.M., 1979, Petroleum geochemistry and Geology, San Francisco, W.H. Freeman and Company. Masdar, A.M., Irfani, M., and Tossin, S. 2005, Between Reality and Illusion: Hydrocarbon Hunting in East Java Basin, dalam Proceedings Joint Convention The 30th HAGI, The 34th IAGI and The 14th PERHAPI Annual Conference and Exhibition,Surabaya, page Neumann, H., Barbara P., Dieter S., 1981, Composition and Properties of Petroleum, New York, Halsted Press. 143

6 Peters, K.E. Walter, C.C dan Moldowan, J.M The Biomarkers and Isotopes in the Environment and Human History, Cambridge, Cambridge University Press. Pringgopawiro, H., dan Sukido, 1992, Peta Geologi Lembar Bojonegoro, Jawa Timur: Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, skala 1: , 1 lembar Samodra, Ari, Wally Waluyo, Djedi S. Widarto, Sardjito, Eddy Purnomo, dan Elan Biantoro, Seismic and Magnetotelluric Studies of the Kawengan Oil Field and Banyuasin Oil Prospect, North East Java Basin, Indonesia dalam The 9th SEGJ International Symposium, Jepang GAMBAR Gambar 1. Lokasi penelitian ditunjukkan kotak merah (Peta geologi oleh Datun dkk, 1996; Pringgopawiro dan Sukido, 1992) 144

7 Gambar 2. Kromatogram sampel minyak bumi Gambar 3. Ploting rasio Pr/nC17 vs Ph/nC18 sampel minyak Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan pada diagaram menurut Peters dkk (2005) 145

8 Gambar 4. Ploting rasio Pr/nC17 vs Pr/Ph sampel minyak Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan pada diagram menurut Hwang dkk (1998) Gambar 5. Ploting komposisi sampel minyak Antiklin Gabus dan Antiklin Kawengan pada diagram segitiga menurut Hunt (1996) 146

9 TABEL No No Sumur Kedalama n (m) 1 G G J J K K W W W W W Tabel 1. Hasil Uji Sifat Fisik Minyak Bumi Lokasi Bendoharjo, Gabus, Grobogan, Jawa Tengah Bendoharjo, Gabus, Grobogan, Jawa Tengah Doplang, Jati, Blora, Jawa Tengah Doplang, Jati, Blora, Jawa Tengah Botoreco, Kunduran, Blora, Jawa Tengah Botoreco, Kunduran, Blora, Jawa Tengah Wonocolo, Kedewan, Bojonegoro, Jawa Timur Wonocolo, Kedewan, Bojonegoro, Jawa Timur Wonocolo, Kedewan, Bojonegoro, Jawa Timur Wonocolo, Kedewan, Bojonegoro, Jawa Timur Wonocolo, Kedewan, Bojonegoro, Jawa Timur Spesific Gravity 60/60 o F o API Gravit y Density 15 o C (gr/cm 3 ) Viscosit y 28 o C (mm 2 /s ) 0, ,06 0,8915 9,645 0, ,39 0,8953 9,245 0, ,86 0,876 2,034 0, ,99 0,8753 4,735 0, ,26 0, ,24 0, ,94 0, ,72 0, ,4 0, ,48 0, ,5 0, ,44 0,878 29,66 0, ,94 0, ,69 0, ,68 0, ,04 0, ,68 147

10 Tabel 2. Rasio Pr/Ph No G16 J01 K01 K09 W01 W59 W133 Pr 17,88 7,04 7,18 7,72 3,21 23,87 18,76 Ph 3,04 0,61 1,29 1,41-3,94 2,7 Pr/Ph 5,88 11,54 5,57 5,48-6,06 6,95 Tabel 3. Rasio Pr/nC17 dan Ph/nC18 Rasio G16 J01 K01 K09 W01 W59 W133 Pr/Ph 5,88 11,54 5,57 5,48-6,06 6,95 Pr/nC17 5,48 2,51 3,36 1,78 3,49 5,50 6,95 Ph/nC18 0,64 0,24 0,55 0,52-0,56 0,46 Tabel 4. Persentase Alkana Pada Minyak Bumi Alkana G16 J01 K01 K09 W01 W59 W133 Rantai bercabang 44,44 25,00 31,82 28,57 25,00 30,43 32,73 Rantai lurus 47,22 75,00 63,64 60,71 75,00 65,22 50,91 Rantai melingkar 8,33 0,00 4,55 10,71 0,00 4,35 16,36 148