PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA
ANALISIS KESEKATAN SESAR SECARA VISUAL PADA SINGKAPAN Salahuddin Husein1* Pech Sopheap2 Didit Hadi Barianto1 1
Departemen Teknik Geologi FT UGM, Jl. Grafika 2 Yogyakarta 55281 Mahasiswi S2 Departemen Teknik Geologi FT UGM; alamat saat ini Institute of Technology of Cambodia *Email :
[email protected]
2
SARI Suatu patahan dapat mempengaruhi sifat dan karakter batuan yang tersesarkan, termasuk pada kemampuan dalam mengalirkan fluida. Sehingga perlu kiranya satu metode penilaian yang bersifat kuantitatif tentang kemampuan bidang patahan untuk menyekat aliran fluida. Analisis kesekatan sesar merupakan suatu kajian geologi struktur yang khusus untuk menguantifikasi pengaruh patahan terhadap porositas dan permeabilitas suatu batuan yang tersesarkan. Selama ini analisis kesekatan sesar umumnya dilakukan dengan data-data bawah permukaan dalam eksplorasi hidrokarbon. Makalah ini mencoba menerapkannya pada singkapan di permukaan, sebagai media pembelajaran. Obyek penelitian adalah singkapan Formasi Semilir di Piyungan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta, berupa perlapisan batulanau dan batupasir volkanik dalam kedudukan relatif horisontal dan terpotong oleh 3 zona sesar. Metode yang akan diterapkan adalah pembuatan peta struktur, pengukuran stratigrafi detail, dan perhitungan parameter kesekatan sesar. Kalkulasi algoritma kesekatan sesar melalui faktor semiran lempung (shale smear factor – SSF), perbandingan hancuran lempung (smear gouge ratio – SGR), dan potensi semiran lempung (clay smear potential – CSP). Patahan 1 adalah sesar dekstral normal, patahan 2 adalah sesar naik, dan patahan 3 adalah sesar dekstral naik. Hasil kalkulasi parameter sekatan menunjukkan patahan 1 (SSF=37.02, CSP=5.01, SGR=5.01, SGR=32.90%) yang bersifat tiris (leaking), patahan 2 (SSF=4, CSP=19.06, SGR=32.90%) yang bersifat cukup tersekat (moderate seal), dan patahan 3 (SSF=8, CSP=9.14, SGR=50%) yang bersifat sedikit tersekat (poor seal). Kata kunci : kesekatan sesar, Formasi Semilir, faktor semiran lempung, perbandingan hancuran lempung, potensi semiran lempung.
I.
Singkapan terletak di daerah Piyungan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta, dengan koordinat 7049'17.58" LS dan 110028'52.98" (Gambar 1). Pada singkapan ini, batuan volkaniklastika Semilir berada dalam kedudukan relatif horisontal dan terpotong oleh 3 patahan. Ketiga patahan tersebut akan dianalisis kesekatannya secara visual dengan perhitungan faktor semiran lempung (SSF), rasio hancuran lempung (SGR), dan potensi semiran lempung (CSP).
PENDAHULUAN
Penentuan kesekatan sesar (fault seal analysis) seringkali dilakukan pada pekerjaan bawah permukaan, sebagai pendekatan yang berguna dalam mengetahui konektivitas reservoar yang terpatahkan oleh struktur geologi. Makalah ini menunjukkan cara melakukan analisis kesekatan dengan data permukaan, berupa singkapan geologi. Formasi batuan yang dipilih adalah sikuen volkaniklastika Semilir yang berumur OligoMiosen, tersusun terutama oleh batupasir volkanik kaya kuarsa dan batupasir tufan kaya pumis, yang dapat berperan sebagai reservoar yang baik di bawah permukaan.
II.
KONDISI GEOLOGI REGIONAL Pegunungan Selatan adalah salah satu propinsi fisiografis yang melintang berarah
61
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA relatif timur-barat di Pulau Jawa, yang menempati sebagian besar pesisir selatan pulau ini. Pegunungan Selatan merupakan busur volkanik Tersier, sehingga tersusun secara dominan oleh produk volkanik berumur Oligosen hingga Miosen, yang langsung menumpang secara tidak selaras di atas batuan alas berumur Kapur akhir serta ditutupi secara gradual oleh batuan karbonat berumur Miosen tengah hingga akhir. Secara struktural, Pegunungan Selatan merupakan blok patahan yang relatif miring landai ke arah selatan.
2. Semiran lempung (clay smear), yaitu masuknya material lempung ke dalam bidang sesar. 3. Kataklasis, dimana hancuran butiran pasir tersebar di sepanjang bidang sesar. 4. Diagenesis, dimana sementasi terkonsentrasi di bidang sesar yang permeabel. Faktor-faktor berikut ini menentukan kecenderungan terbentuknya semiran lempung di dalam bidang sesar: a. Batulempung berlapis tebal akan menghasilkan olesan lempung yang lebih tebal. b. Ketebalan semiran lempung akan berkurang semakin jauh jaraknya dari lapisan sumber lempung. c. Semiran lempung akan semakin tipis dengan bertambahnya jarak pergeseran vertikal sesar (throw). d. Semakin banyak perlapisan batulempung yang terkena sesar akan menghasilkan semiran yang menerus.
Bagian bawah Formasi Semilir menjemari dengan bagian atas Formasi Kebo-Butak, diendapkan semenjak akhir Oligosen hingga awal Miosen (N3-N8). Penyusun utamanya adalah tuf lapili, batupasir tufan, breksi autoklastika, breksi polimik, dengan batupasir tufan gampingan yang berkembang di bagian atas. Lava andesit kadang dijumpai di bagian bawah, sedangkan lignit dan batulanau karbonan dijumpai di bagian tengah. Lingkungan sedimentasinya bervariasi dari darat hingga laut dalam di tatanan busur kepulauan gunungapi. Penanggalan mutlak dengan UPb oleh Smyth dkk. (2005) pada sampel di bagian tengah Formasi Semilir menunjukkan umur 20 juta tahun silam (Miosen Awal).
Secara visual, algoritma perhitungan kesekatan sesar didekati dengan tiga parameter berikut (Gambar 2): 1. Faktor semiran lempung (shale smear factor - SSF) adalah rasio jarak pergeseran vertikal sesar (fault throw) terhadap ketebalan lapisan lempung yang terpotong sesar. Semiran lempung akan menjadi tidak lengkap dan tidak menyekat bila SSF > 7. Nilai SSF yang kecil dibentuk oleh semiran menerus dan menyebabkan bidang sesar menjadi tersekat. SSF dianggap efektif bila diterapkan pada bidang patahan tunggal yang sederhana (bukan bidang patahan jamak) dan hanya satu lapisan lempung yang tersesarkan (Fossen, 2010). 2. Rasio hancuran lempung (shale gouge ratio - SGR) adalah rasio dalam persentase dari ketebalan lapisan lempung di sepanjang patahan terhadap jarak pergeseran vertikal sesar (fault throw). Semakin tinggi nilai SGR akan semakin besar potensi kesekatatan sesar. Nilai SGR 20%-40% merupakan sekat
Potensi Formasi Semilir sebagai reservoar dapat dianalogikan dengan hasil penelitian Peter dan David (1994) pada beberapa reservoar di Jawa Timur, dengan porositas dapat melampaui 30% dan permeabilitas hingga 550 mD.
III.
KESEKATAN SESAR
Patahan memegang peran penting dalam menciptakan perangkap hidrokarbon. Terdapat beberapa mekanisme dimana patahan dapat menjadi penyekat bagi aliran fluida di dalam reservoar, yaitu: 1. Penjajaran (juxtaposition), dimana batupasir reservoar menjadi sejajar dengan batuan penyekat karena pergeseran sesar. 62
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA yang buruk, nilai SGR 40%-60% dianggap sekat yang cukup baik, dan nilai SGR >60% akan menghasilkan sekat yang efektif. SGR dianjurkan sebagai acuan bila yang dianalisis adalah banyak perlapisan batulempung yang terpotong oleh sesar (Fossen, 2010). 3. Potensi semiran lempung (clay smear potential - CSP) adalah jumlah lempung yang dijumpai di sepanjang patahan yang diberikan oleh lapisan-lapisan lempung yang terpotong sesar. CSP mengindikasikan seberapa jauh pergeseran batulempung dalam menjadi semiran sesar yang efektif sebelum sepenuhnya hancur dan membuka konektivitas reservoar (Fossen, 2010). Patahan akan bersifat tersekat bila CSP < 15, dan akan bersifat terhubung bila CSP > 30.
Dalam penelitian ini, perlapisan batupasir tufan dan lapili dianggap sebagai reservoar. Hasil stratigrafi terukur menunjukkan adanya 6 fasies sedimenter dalam ketebalan keseluruhan 16m, yaitu: (i) fasies tuf, dengan struktur laminasi; (ii) fasies batupasir, yang berukuran pasir halus dan berlaminasi; (iii) fasies perselingan batupasir dan batulanau, berstuktur gradasi normal menghalus ke atas, dengan kandungan material organik dan bau sulfur pada batupasir, serta struktur laminasi pada batulanau; (iv) fasies batupasir tufan, bertekstur sokongan matriks dengan fragmen pumis, berstruktur laminasi, lensa, dan flame di bagian atas; (v) fasies batulanau, berwarna coklat, bersifat rapuh; dan (vi) fasies batulapili, tersortasi baik, bertekstur sokongan butir, kaya plagioklas dan kuarsa. Terdapat tiga patahan di lokasi penelitian, yang menjadi obyek analisis sekatan sesar (Gambar 4). Patahan pertama (F1) adalah sesar dekstral normal dengan kedudukan N111°E/79°dan pergeseran vertikal maksimum (throw) sebesar 310 cm. Patahan kedua (F2) merupakan sesar naik dengan kedudukan N220°E/79° dan throw 45 cm. Patahan ketiga (F3) adalah sesar dekstral naik dengan kedudukan N104°E/81° dan throw 80 cm. Kehadiran semiran lempung juga terkonfirmasi secara visual, dengan ciri berwarna coklat (Gambar 5).
Nilai kesekatan sesar yang baik merupakan kombinasi dari nilai SGR >20%, nilai SSF <7, dan nilai CSP <30 (Yielding dkk., 1997).
IV.
METODE PENELITIAN
Data primer dalam penelitian ini mencakup deskripsi stratigrafis, berupa litologi, struktur sedimen, tekstur sedimen, kedudukan bidang perlapisan, dan ketebalan setiap lapisan. Data struktur yang dibutuhkan adalah kedudukan sesar serta besarnya pergeseran vertikal sesar (fault throw). Karena dimensi singkapan yang relatif kecil (40m×60m dengan tinggi 20m), peta dasar dibuat dengan metode kompas dan langkah. Penampang geologi dibuat tegak lurus bidang patahan untuk menghitung pergeseran sesar.
V.
Berdasarkan pada pergeseran sesar (offset) terhadap stratigrafi singkapan, perhitungan algoritma sekatan sesar dapat dihitung (Gambar 6), sebagai berikut: a. Faktor semiran lempung (SSF) SSF =
DATA DAN ANALISIS
Litologi Formasi Semilir di lokasi penelitian terdiri dari tuff, batupasir, perselingan batupasir dan batulanau, batupasir tufan, batulanau, dan lapili (Gambar 3). Gradasi normal sering dijumpai dalam perselingan batupasir dan batulanau, dengan kandungan organik terkonsentrasi dalam batupasir.
throw sesar ketebalan lapisan lempung
SSF (F1) =
310 10+5+15+20+5+10
= 4.77
45
SSF (F2) = 15+10+10= 1.29 SSF (F3) =
80
10+10+10+10
= 2.00
b. Potensi semiran lempung (CSP) 63
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA CSP = Σ
(ketebalan lapisan lempung)2 jarak terhadap lapisan lempung
berfungsi sebagai reservoar yang terpotong oleh sesar F2.
CSP (F1) = Σ
Distribusi nilai SGR berbanding lurus dengan potensi sekatan sesar, semakin besar nilainya akan semakin efektif sekatan sesar yang terbentuk. Sesar F1 dianggap memiliki sekatan yang buruk, dengan nilai SGR 32.9%. Sesar F2 dianggap tersekat cukup baik, dengan nilai SGR 50%. Sesar F3 dianggap tersekat penuh karena nilai SGR 77,8%.
(10 + 5 + 15 + 20 + 5 + 10 + 7 + 10 + 10 + 10 + 10)2 (295 + 282.5 + 262.5 + 300 + 212.5 + 200 + 185 + 161 + 136 + 26 + 16)
CSP (F1) = 5.01 (15+10+10)2
CSP (F2) = Σ (32.5+20+10) CSP (F2) = 19.60 (10+10+10+10)2
CSP (F3) = Σ (62.5+52.5+42.5+17.5) CSP (F3) = 9.14 c. Rasio hancuran lempung (SGR) SGR =
Rangkuman hasil perhitungan algoritma sekatan sesar dicantumkan dalam Tabel 1. Secara keseluruhan, ketiga sesar bersifat tersekat. Meskipun perhitungan algoritma ketiga sesar sepintas tampak tidak konvergen, namun untuk stratigrafi Formasi Semilir di lokasi penelitian yang menghadirkan banyak lapisan batulempung maka perhitungan SGR menjadi pertimbangan utama, dengan dukungan perhitungan CSP dan perhitungan SSF.
Σ(ketebalan lapisan lempung) x 100% throw sesar
SGR (F1) = Σ(10+5+15+20+5+10+7+10+10+10+10) x100% 310
SGR (F1) = 32.9% SGR (F2) =
Σ(15+10+10) x100% 45
SGR (F2) = 77.8% SGR (F3) =
Σ(10+10+10+10) x100% 80
SGR (F3) = 50%
VI.
DISKUSI
Sesar F1 terindikasi tersekat buruk oleh nilai SGR 32.9% (paling kecil diantara 3 sesar). Sifat ini didukung oleh kisaran nilai SSF dan CSP, dimana nilai faktor semiran 4.77 (paling besar diantara 3 sesar) menunjukkan semiran yang tidak terlalu baik, meskipun nilai potensi semiran 5.01 (paling kecil diantara 3 sesar) menunjukkan sesar telah menyekat.
Menurut perhitungan SSF, semakin kecil nilainya akan semakin besar kemenerusan semiran lempung dan semakin tersekat patahan yang dimaksud. Hanya sesar F2 saja yang nilainya kurang dari 7, nilai ambang dalam sekatan sesar, yang mengindikasikan bahwa sesar F2 mengalami sekatan efektif. Sedangkan sesar F1 dan F3 memiliki nilai SSF yang melebihi 7, sehingga bersifat terhubung (tidak tersekat), terutama pada sesar F1 yang nilai SSF jauh di atas nilai ambang.
Sesar F2 terindikasi tersekat efektif dengan nilai SGR 77.8% (paling besar diantara 3 sesar) karena semua perlapisan lempung yang dihitung memiliki tebal yang signifikan dibandingkan dengan pergeseran sesarnya. Hal ini didukung oleh faktor semiran 1.29 (paling kecil diantara 3 sesar) yang telah menyekat sesar secara sangat baik. Namun di sisi lain nilai CSP 19.60 (paling besar diantara 3 sesar) yang menunjukkan masih ada kemungkinan kecil potensi terhubungnya reservoar. Yang menjadi pertimbangan nilai CSP yang cukup besar untuk sesar F2 ini harus dipahami sebagai akibat tidak adanya lapisan reservoar yang terpotong pada singkapan. Kehadiran lapisan reservoar akan menurunkan nilai CSP,
Perhitungan CSP menunjukkan semakin besar nilainya akan semakin kecil potensi sekatan sesar dan akan semakin besar kemungkinan terhubungnya reservoar yang berdampingan. Ketiga patahan yang ada di lokasi penelitian memiliki nilai CSP yang kurang dari 30, sehingga bersifat tersekat, dengan derajat sekatan paling besar dimiliki oleh sesar F1 dengan nilai CSP 5.01, sedangkan sesar F2 bersifat tersekat buruk (ada potensi terhubung) karena nilai CSP 19.60. Namun observasi lapangan menunjukkan tidak adanya lapisan yang 64
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA sebagaimana sesar F1 dan F3, bahkan semakin banyak lapisan reservoar yang terpotong sesar akan semakin kecil potensi semiran lempungnya. Sehingga untuk sesar F2 ini, nilai CSP tidak diperhitungkan. Sesar F3 terindikasi tersekat baik dengan nilai SGR 50%. Nilai SGR tersebut dibentuk oleh faktor semiran lempung (SSF 2.00) yang menunjukkan sesar telah tersekat dengan baik, serta didukung oleh potensi semiran lempung (CSP 9.14) yang cukup menerus.
VII.
KESIMPULAN
Analisis sekatan sesar untuk skala singkapan geologi bisa dilakukan secara visual dengan pendekatan penentuan faktor semiran lempung (SSF), rasio hancuran lempung (SGR), dan potensi semiran lempung (CSP). Interpretasi ketiganya harus dilakukan secara utuh dan komprehensif, dimana hal ini disebabkan keterbatasan masing-masing algoritma, sehingga ketiganya harus saling melengkapi. Meski demikian, kecermatan observasi tetap menjadi panduan mutlak dalam melakukan analisis terhadap hasil perhitungan ketiga algoritma di atas, sebagaimana yang dicontohkan pada sesar F2, dimana CSP bernilai besar karena ketiadaan lapisan reservoar yang menyebabkannya menjadi berpotensi untuk terhubungkan. Penentuan efektifitas sekatan sesar terlebih dahulu dengan menganalisis nilai SGR yang dapat diterapkan secara
VIII.
baik pada singkapan dengan kondisi stratigrafi perlapisan batulempung yang berulang. Pertimbangan visual kedua adalah nilai CSP, yang sangat tergantung pada ketebalan perlapisan batulempung serta kehadiran batuan reservoar. Pertimbangan visual ketiga adalah dengan mempertimbangkan nilai SSF, yang hanya efektif pada perlapisan batulempung yang sedikit. Ketiga patahan yang dianalisis dalam makalah ini bersifat tersekat dengan derajat berbeda-beda, dimulai sesar F2 sebagai sesar dengan sekatan paling efektif, dan diikuti oleh sesar F3 dengan sekatan yang baik, serta sesar F1 dengan sekatan yang buruk.
ACKNOWLEDGEMENT Penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Pemerintah Republik Indonesia yang telah memberikan beasiswa kepada Pech Sopheap untuk menempuh pendidikan Magister Teknik di Departemen Teknik Geologi FT UGM dan dukungan dari Program AUN/SEED-Net, periode 20142016. Penulis juga menyampaikan ucapan terimakasih kepada Dr. Agung Setianto dan Dr. I Gde Budi Indrawan untuk masukannya selama ujian pendadaran Pech Sopheap. Penulis menyampaikan ucapan terimakasih atas kerjakeras Ridha Sidi Mulyawan dalam mendampingi Pech Sopheap ketika mengumpulkan data lapangan. Terakhir, penulis menyampaikan apresiasi kepada Arkanu Andaru, Aiman Haidar Shamlan, dan Eva Mulyaningsih atas penelitian pionirnya di singkapan ini.
DAFTAR PUSTAKA Fossen, H., 2010. Structural Geology. Cambridge University Press, New York, 463 p. Oyedele, K. F., and Adeyemi, A.S., 2009. Assessment of fault-zone materials and their impact on hydrocarbon accumulation using integrated Exploration techniques. Department of Physics (Geophysics Programme) University of Lagos, Lagos, Nigeria. Journal of American Science 2009; 5(4):113-122.
65
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA Peter W., and David M. S., 1994. High Quality Volcaniclastic Sandstone Reservoirs in East Java, Indonesia. Proceedings of Indonesian Petroleum Association 23rd Annual Convention, pp. 101-118. Rahardjo, W., Sukandarrumidi., and Rosidi, H. M. D.,1995. Geological Map of the Yogyakarta Sheet, Jawa. 2nd Edition. Smyth. H., Hall. R., Hamilton. J., and Kimny. P., 2005. East Java: Cenozoic Basins, Volcanoes and Ancient Basement. Proceedings of Indonesian Petroleum Association 30th Annual Convention, pp.251- 266. Yielding, G., Freeman, B., and Needham, D.T., 1997, Quantitative fault seal prediction, AAPG Bulletin, Vol.81, pp. 897-917.
TABEL Tabel 1. Rangkuman perhitungan sekatan sesar Sesar
SSF
CSP
F1
4.77 Tersekat
F2
1.29 Tersekat 19.60 Terhubung buruk* 77.8% Tersekat efektif Tersekat
F3
2.00 Tersekat
5.01 9.14
Tersekat Tersekat
SGR
Sekatan
32.9% Tersekat buruk
Tersekat
50.0% Tersekat baik
Tersekat
*) tidak diperhitungkan karena tidak ada reservoar yang terpotong oleh sesar
GAMBAR
Gambar 1. Peta lokasi penelitian, dicantumkan di atas peta geologi Lembar Yogyakarta (Rahardjo dkk., 1992).
66
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA
Gambar 2. (a) penentuan SSF; (b) penentuan SGR; dan (c) penentuan CSP (Oyedele dan Adeyemi, 2009).
Gambar 3. Kolom litostratigrafi daerah penelitian.
67
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA
Gambar 4. Peta patahan dan foto singkapannya; foto F1 menghadap ke arah tenggara, foto F2 menghadap ke arah timurlaut, dan foto F3 menghadap ke arah barat.
Gambar 5. Foto semiran lempung pada bidang patahan F1 (A) dan F3 (B).
68
PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-9 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBERDAYAAN MASYARAKAT 6 - 7 OKTOBER 2016; GRHA SABHA PRAMANA
Gambar 6. Penampang patahan dan diagram perhitungan algoritma sekatan sesar.
69
