PERHITUNGAN SUMBERDAYA BATUBARA DAERAH PONDOK LABU KUTAI KARTANEGARA KALIMANTAN TIMUR MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh MULYONO DWIANTORO NIM : 22105003 Program Studi Rekayasa Pertambangan INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
ii
PERHITUNGAN SUMBERDAYA BATUBARA DAERAH PONDOK LABU KUTAI KARTANEGARA KALIMANTAN TIMUR MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Oleh Mulyono Dwiantoro NIM : 22105003 Program Studi Rekayasa Pertambangan Institut Teknologi Bandung Menyetujui Juli 2007 Pembimbing I Pembimbing II (Dr.Ir. Lilik Eko Widodo, MS) (Dr. Ir. Komang Anggayana, MS)
v
ABSTRAK PERHITUNGAN SUMBERDAYA BATUBARA DAERAH PONDOK LABU KUTAI KARTANEGARA KALIMANTAN TIMUR MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Oleh : Mulyono Dwiantoro NIM 22105003 Terdapat beberapa metode estimasi sumberdaya batubara yang digunakan untuk menghitung sumberdaya batubara antara lain yaitu metode poligon dan metode penampang melintang. Metode poligon menganggap bahwa lapisan batubara merupakan bidang datar dengan ketebalan lapisan batubara dianggap konstan pada radius tertentu di mana data singkapan atau titik pemboran sebagai sumbu dari area pengaruh. Sementara metode penampang melintang menganggap bahwa ketebalan lapisan batubara di antara penampang melintang adalah konstan berdasar ketebalan di tiap-tiap penampang. Kedua metode tersebut tidak menyatakan elemen geometri endapan batubara yang sebenarnya. Seperti diketahui bahwa lapisan batubara di bagian permukaan (roof) dan dasar (floor) mempunyai bidang permukaan yang tidak rata, sehingga perlu dinyatakan dengan elemen-elemen geometri dalam model konseptual dan model matematika. Penelitian ini bertujuan untuk mengenalkan konsep pendekatan alternatif estimasi sumberdaya batubara yaitu dengan menerapkan metode deterministik yang direalisasikan oleh metode elemen hingga. Salah satu kelebihan penggunaan metode ini adalah pada setiap elemen endapan batubara dapat dilekatkan beberapa atribut yang biasanya digunakan dalam evaluasi sumberdaya batubara misalnya ketebalan batubara, elevasi topografi, maupun kualitas batubara. Kelebihan lain adalah keakuratan data karena dilakukannya diskritisasi pada domain solusi (lapisan endapan batubara), selain itu adalah kecepatan proses penyelesaian estimasi sumberdaya batubara dengan alat bantu perangkat lunak berbasis elemen hingga. Daerah penelitian terletak di Desa Pondok Labu Kabupaten Kutai Kartanegara Propinsi Kalimantan Timur. Data hasil kegiatan eksplorasi berupa peta topografi skala 1 : 2000, data pemboran batubara dengan jarak antar titik bor dengan kisaran 50-100 meter, dan tiga buah singkapan batubara. Data tersebut diolah menggunakan metode elemen hingga untuk estimasi sumberdaya batubara berdasarkan model konseptual dan model matematika. Perhitungan sumberdaya batubara juga dilakukan dengan menggunakan metode poligon dan penampang melintang sebagai perbandingan estimasi sumberdaya batubara terhadap metode elemen hingga. i
ABSTRACT COAL RESOURCES ESTIMATION AT PONDOK LABU AREA KUTAI KARTANEGARA EAST KALIMANTAN USING FINITE ELEMENT METHOD By : Mulyono Dwiantoro Reg. No. 22105003 There are some methods to estimate coal resources such as polygon and cross section method. Polygon method assumes that coal sediment is a kind of smooth layer, which is constant at certain area and at the point of drilling or outcrop as an axis from influence area. Cross section method assumes that coal thickness between each of section is constant based on the thickness in every sections. Both of the methods do not express the element of geometry of coal sediment in such of real condition in the field. As we known, coal sediments have scraggly condition on the top (roof) and the bottom (floor) of layer, so that they are required to be expressed in an elements of geometry systematically based on the conceptual and mathematical model. The paper is devoted to introduce the new concept of an alternative in coal resources estimation. It focused on the application of deterministic method that is realized using finite element method as common platform to evaluate coal resources. The advantage of using the finite element method is that there are possibilities to assign each element with attributes, which are generally used to characterized coal resources such as coal thickness, topography elevation, and coal quality. Beside, it has other advantage i.e. data accuracy that are discritized on the domain solution (coal sediment) and faster process of the solving estimation of coal resources, especially if supported by the finite element based software. Research area is located at Pondok Labu Kutai Kartanegara Regency East Kalimantan. Coal exploration has been conducted based on topography map with the scale 1:2000, coal outcrop map, and coal drilling report. Afterward the data will be carried out using finite element method based on conceptual and mathematical model. As comparison, estimation of coal resource also has been conducted by polygon and cross section method. ii
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 Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. iii
To Linda Karmila and Kayla Fatima
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah- Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul Perhitungan Sumberdaya Batubara Daerah Pondok Labu Kutai Kartanegara Kalimantan Timur Menggunakan Metode Elemen Hingga, yang merupakan tugas dan syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Bidang Khusus Eksplorasi Sumberdaya Mineral, Program Pascasarjana Rekayasa Pertambangan, Institut Teknologi Bandung. Penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setulusnya kepada Dr. Ir. Lilik Eko Widodo, MS sebagai pembimbing utama dan Dr. Ir. Komang Anggayana, MS. sebagai pembimbing kedua yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan dalam menyelesaikan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Staf Pengajar dan Administrasi Departemen Rekayasa Pertambangan. 2. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan dukungan dan doanya. 3. Linda Karmila dan Kayla Fatima atas kebersamaan dan doanya. 4. Ir. Kirtiadi dan Ir. Hariyadi 5. Ir. Sujiman, MT, Ir. Tri Budi A., MT, Ir. Ibnu Hasyim, MT. 6. Dirjen DIKTI atas Beasiswa Program Pasca Sarjana tahun 2005. 7. Rekan Angkatan 2005, Widodo, Adit, Anas dan Heri. 8. Rekan Nelwan, Romzi, dan Novri. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna baik segi teknik penulisan maupun segi materi. Semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Amin. Bandung, Juli 2007 Penulis, Mulyono Dwiantoro iv
v
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERUNTUKAN ABSTRAK... i ABSTRACT... ii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... v KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... x LAMPIRAN Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan Penelitian... 2 I.3 Perumusan Masalah dan Asumsi... 2 I.4 Daerah Penelitian... 3 I.5 Tahapan Penelitian... 3 Bab II Tinjauan Umum... 6 II.1 Kerangka Tektonik Indonesia... 6 II.1.1 Paleosen - Eosen... 6 II.1.2 Oligosen Miosen... 8 II.1.3 Miosen Pligosen... 9 II.1.4 Kerangka Tektonik Kini... 10 II.2 Geologi Regional Kalimantan Timur... 11 II.3 Kerangka Tektonik Regional Kalimantan Timur... 13 II.4 Struktur Geologi Regional Kalimantan Timur... 15 II.5 Stratigrafi Regional Kalimantan Timur... 18 II.6 Geologi Daerah Penelitian... 20 v
Bab III Dasar Teori... 22 III.1 Batubara... 22 III.2 Pembentukan Gambut... 22 III.3 Pembentukan Batubara... 23 III.4 Bentuk Endapan Batubara... 24 III.5 Klasifikasi Sumberdaya Batubara... 28 III.6 Konsep Dasar Metode Elemen Hingga... 34 III.7 Penentuan Luas Segitiga... 40 Bab IV Pemodelan dan Perhitungan Sumberdaya Batubara... 42 IV.1 Pemodelan Endapan Batubara... 42 IV.1.1 Pemodelan Konseptual... 42 IV.1.2 Pemodelan Matematika... 44 Bab V Pembahasan... 48 V.1 Data Eksplorasi Batubara... 48 V.2 Pemetaan Topografi... 48 V.3 Singkapan Batubara... 50 V.4 Pemboran Batubara... 51 V.5 Metode Poligon... 53 V.6 Metode Penampang Melintang... 56 V.7 Metode Elemen Hingga... 58 V.8 Perbandingan Hasil Perhitungan Sumberdaya Batubara... 64 V.9 Hubungan Kondisi Endapan Dengan Penerapan Metode... 64 Elemen Hingga V.9 Keunggulan Metode Elemen Hingga... 65 Bab VI Kesimpulan dan Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 67 vi
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar I.1 Daerah penelitian di Desa Pondok Labu Kabupaten... 4 Kutai Kartanegara Kalimantan Timur Gambar I.2 Skema Metode Peneleitian... 5 Gambar II.1 Kerangka tektonik wilayah Indonesia sangat... 7 dipengaruhi oleh aktifitas tiga lempeng utama yaitu Lempeng Eurasia, Lempeng Australia dan Lempeng Pasific (Hall, R., 2001) Gambar II.2 Lempeng India dan Australia menjadi satu dan... 8 aktif menunjam sepanjang Sumatera, Sulawesi, Philipina dan Halmahera (Hall, R., 2001) Gambar II.3 Pergerakan miring Sesar Sorong menyebabkan tumbukan... 9 (collisison) antar fragmen Lempeng Australia di Sulawesi. Perputaran berlawanan arah jarum jam di Borneo menyebabkan eliminasi terhadap proto-south Chinese Sea (Hall, R., 2001). Gambar II.4 Perbandingan kondisi kerangka tektonik Asia Tenggara... 10 (South East Asia) dan Barat Daya Pasifik (South West Pacific) antara 30 juta tahun yang lalu dengan kondisi saat ini, khususnya di Indonesia. Gambar II.5 Cekungan yang terbentuk pada Jaman Tersier... 12 dibagi menjadi empat cekungan yaitu Cekungan Kutai, Cekungan Barito, Cekungan Malawi, dan Cekungan Tarakan (Mc. Clay, 2000) Gambar II.6 Struktur geologi regional Cekungan Kutai... 16 (Supriatna, 1997) daerah penelitian terletak di Formasi Balikpapan pada sayap lipatan bagian Barat dari sumbu sinklin Gambar II.7 Foto udara dan penampang melintang daerah Samarinda... 17 dan sekitarnya (Mc Clay 2000) Gambar II.8 Stratigrafi regional Kalimantan Timur... 19 Gambar III.1 Split pada batubara... 24 Gambar III.2 Bentuk endapan batubara pinch dan horseback... 25 Gambar III..3 Lipatan pada lapisan batubara... 26 Gambar III.4 Sesar normal pada batubara... 26 Gambar III.5 Washed out karena erosi sungai... 27 Gambar III.6 Intrusi pada lapisan batubara... 28 Gambar III.7 Evaluasi nilai pendekatan luas lingkaran dengan... 34 menggambar segi banyak (poligon) di dalam lingkaran sehingga akan mendekati luas lingkaran sebenarnya Gambar III.8 Distribusi nilai u pada kordinat yang tidak diketahui... 35 nilainya Gambar III.9 Penentuan luas elemen segitiga... 40 Gambar IV.1 Rangkaian titik-titik pada elemen segitiga dan... 43 distribusi nilai pada titik yang tidak diketahui besarannya Gambar V.1 Bentangalam daerah penelitian... 49 Gambar V.2 Peta topografi daerah penelitian... 49 vii
Gambar V.3 Singkapan batubara OC-1 dan OC-2... 50 Gambar V.4 Singkapan batubara OC-3... 51 Gambar V.5 Pemboran batubara... 51 Gambar V.6 Peta poligon daerah penelitian... 54 Gambar V.7 Peta penampang melintang daerah penelitian... 56 Gambar V.8 Perhitungan luas pada elemen segitiga... 58 Gambar V.9 Pengolahan data kordinat empat titik pemboran... 59 Gambar V.10 Kenampakan visual topografi dan titik pemboran... 61 Gambar V.11 Diskritisasi daerah penelitian... 62 Gambar V.12 Kenampakan tiga dimensi daerah penelitian... 63 viii
DAFTAR TABEL Tabel III.1 Istilah sumberdaya batubara serta jarak titik informasi...33 berupa lubang bor ataupun singkapan batuan menurut kondisi geologi Tabel III.2 Klasifikasi sumberdaya dan cadangan batubara...33 SNI 1998 beserta dua aspek yang mempengaruhi Tabel V.1 Data hasil pemboran batubara di daerah penelitian....52 Tabel V.2 Tabel V.3 Tabel V.4 Tabel V.5 Perhitungan sumberdaya batubara dengan...55 menggunakan metode poligon. Perhitungan sumberdaya batubara dengan...57 menggunakan metode penampang melintang (cross section) Hasil perhitungan luas elemen segitiga secara manual...59 Perhitungan sumberdaya batubara dengan...64 tiga metode berbeda. ix
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN Nama Digunakan pertama kali pada halaman PDP Persamaan Differensial Parsial 2 σ stress (tegangan) yaitu gaya yang bekerja tiap satuan 2 luas permukaan. Simbolnya adalah σ (baca: sigma) untuk tegangan normal dan τ (baca: tau) untuk tegangan geser. ε strain (regangan) yaitu respon yang diberikan oleh 2 suatu material akibat dikenai tegangan. Simbolnya adalah ε (baca: epsilon) yang menunjukkan deformasi (pemendekan atau pemanjangan) per satuan panjang mula-mula. BT Bujur Timur 2 LS Lintang Selatan 2 GMS Groundwater Modelling System 2 op. cit opus citataum, bahasa latin yang berarti kutipan. 6 misal Supriatna 1997 (op.cit Darman & Sidi) yaitu mengutip dari paper/artikel milik Darman & Sidi km 2 kilometer persegi merupakan satuan luas 6 m meter merupakan satuan jarak 6 H 2 O rumus kimia air (Hydrogen Dioxide) 18 CH 4 rumus kimia methane (marsh gas) 18 CO rumus kimia karbon monoksida 18 O 2 rumus kimia oksigen 18 SNI Standarisasi Nasional Indonesia 23 USGS United Stated Geologocal Survey 23 Sumsel Sumatera Selatan 27 x
Kalsel Kalimantan Selatan 27 Kaltim Kalimantan Timur 27 Sumbar Sumatera Barat 27 Jabar Jawa Barat 27 u distribusi nilai ketebalan yang tidak diketahui 30 u e distribusi nilai ketebalan pada elemen e 30 α koefisien pada elemen segitiga 32 x,y kordinat x dan y (cartesian) 32 q koefisien pada tiap-tiap besaran u 32 A luas tiap elemen segitiga 33 [ A 1 ] matrik luas 33 [A 1 ] -1 transpose matrik luas 33 operator laplace/laplacian/operator diffrensial 33 a, b, c simbol untuk perkalian matrik 33 N fungsi interpolasi/fungsi pendekatan 34 [N] matrik fungsi interpolasi 34 P simbol titik pemboran 35 operator laplace/operator diffrensial 40 L fungsi distribusi 40 fungsi turunan 40 t tebal batubara 40 notasi sigma 40 φ fungsi interpolasi 40 R residu 41 xi
W bobot (weight) 41 dx, dy turunan terhadap x dan y 41 N north (utara) 44 E east (timur) 44 S south (selatan) 44 OC outcrop (singkapan) 45 PDK inisial nama titik pemboran (pondok) 54 m 3 meter kubik (satuan untuk volume) 55 xii
xiii
PETA LOKASI PENELITIAN DAERAH PONDOK LABU KABUPATEN KUTAI KARTANEGARA KALIMANTAN TIMUR MUARA KAMAN SEBULU SELERONG S. MAHAKAM 0 5000 m LOA TEBU TENGGARONG KETERANGAN DAERAH PENELITIAN JALAN PONDOK LABU SUNGAI BUKIT HARAPAN BUKIT BIRU JAHAB Gambar I.1 Lokasi penelitian berada di daerah Pondok Labu Kutai Kartanegara Kalimantan Timur
2