VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 PENYELIDIKAN GEOKIMIA PANAS BUMI LAU SIDEBUK-DEBUK KABUPATEN KARO SUMATERA UTARA Juliper Nainggolan ABSTRACT This study aims to look at the potential of geothermal energy in Lau-debuk Sidebuk with geochemical investigations. This investigation also measurements in addition to direct measurements performed in chemical laboratories. Measurement and sampling conducted at four points with different height positions measured by the Global Posistion System (GPS). The fourth position of the sample point is at about N coordinates: 30 13 '624 "and E: 980 30' 590" with a height of 1372 m above sea level. The average surface temperature is 479,370 C and the acidic pH of about 6.45 with 1888 micro electrical conductivity/cm. Results of chemical analysis, chart analysis and temperature measurement with Trilinier Geothermometer obtained approximately 479.3700 C reservoir temperature and classified sulfate type water. With gradient decreased 300 C per km then the depths of the reservoir is estimated to 141 km from the surface. Above results illustrate that the hot springs-debuk Sidebuk Lau has great potential as an alternative energy source, but it is necessary to study the geoelectric and geologic. ------------Keywords: Lau Sidebuk-debuk, Temperature Reservoir, Geochemistry
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Estimasi potensial energi panas bumi didasarkan pada kajian ilmu geologi, geofisika dan tenik reservoir . Kajian geologi lebih ditekankan pada sistem vulkanis, struktur geologi, umur batuan, jenis dan tipe batuan ubahan dalam kaitannya dengan sistem panas bumi. Kajian geokimia ditekankan pada tipe dan tingkat kemurnian air, asal mula air panas, model hidrologi dan sistem fluidanya. Kajian geofisika menghasilkan parameter fisis batuan dan struktur bawah permukaan dari sistem panas bumi. Kajian teknik reservoar menghasilkan fase teknik yang mendefinisikan klasifikasi cadangan termasuk sifat fisis batuan dan fluida serta pemindahan fluida dari reservoar. Beberapa penyelidik terdahulu melakukan penyelidikan tentang panas bumi adalah Delita, (2008). Yang menjadi lokasi penelitiannya adalah daerah panas bumi Sipoholon, Tapanuli Utara. Hasil perhitungan suhu reservoar panas bumi Sipoholon dengan menggunakan persamaan geotermometer empiris berkisar 230 2800 C. Berdasarkan penelitian sebelumnya suhu reservoar panas bumi Sipoholon dengan menggunakan persamaan geotermometer diperoleh kisaran temperatur antara 143 – 2300 C. Cara eksplorasi sistem geotermometer juga telah dilaksanakan oleh Cristina. Penelitian ini dilaksanakan di daerah Dolok Marawa pada tahun 2010. Geotermometer yang sesuai dengan persyaratan fisika dan kimia 1315 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 menunjukkan bahwa daerah Dolok Marawa memiliki suhu reservoir sekitar 1870 C (Cristina,2010). Geothermal dapat juga dimaknai sebagai energi panas yang terbentuk secara alami dibawah permukaan bumi. Kerak bumi (crust), yang merupakan lapisan terluar yang keras/padat berupa batu, mampu menahan aliran panas yang berasal dari bawah permukaan bumi. Sementara mantel bumi (mantle) merupakan lapisan yang semi-cair atau batuan yang meleleh atau sedang mengalami perubahan fisik akibat pengaruh tekanan dan temperatur tinggi disekitarnya. Sedangkan bagian luar dari inti bumi (outer core) berbentuk liquid. Akhirnya, lapisan terdalam dari inti bumi (inner core) berwujud padat. Jauh dibawah permukaan bumi terdapat panas yang sangat tinggi sehingga semua batuan dan benda berubah menjadi cair. Batuan cair yang bersuhu tinggi tersebut dinamakan ”magma”. Semenjak terjadinya bumi, magma tersebut selalu memanasi kerak bumi yang merupakan bagian terluar dari bumi sampai kedalaman 15 km (jari-jari bumi : 6371 km). Kerak tersebut mengandung air yang ikut terpanasi. Apabila air tersebut dapat tembus atau muncul kepermukaan bumi dan bebas dari tekanan yang disebabkan oleh kedalamannya, maka akan berubah menjadi uap panas, kubangan lumpur panas ataupun sebagian mata air panas (Saptadji Miryani Nenny, 1992) Sistem panas bumi dialam mencakup sistem hidrotermal yang merupakan sistem tata air, proses pemanasan dan kondisi sistim dimana air yang terpanaskan terkumpul. Sistem panas memiliki syarat sebagai berikut : 1. Adanya peresapan air tanah dalam (air meteorik). 2. Adanya sumber panas berupa “kantong magma, baik sisa dari gunung api maupun terobosan magma dikedalaman (stock). 3. Adanya susunan batuan, yang terdiri dari batuan tudung kedap air uap, batuan sarang yang tembus air uap dan batuan kedap sebagai penghantar panas. 4. Adanya gejala struktur, umumnya patahan yang menjebak bagi tersebarnya manifestasi panas bumi dipermukaan. Keseluruhan parameter diatas bekerja saling terkait membentuk sistem panas bumi. Batuan panas akan berfungsi sebagai sumber pemanas air yang dapat berwujud tubuh terobosan granit. Pada umumnya sumber panas bumi terdapat di jalur gunung api, maka sebagai sumber panas adalah magma atau batuan yang telah mengalami radiasi panas dari magma. Terjadinya sumber energi panas bumi di Indonesia serta karakteristiknya dijelaskan oleh Hazuardi (1992) sebagai berikut. Ada tiga lempengan yang berinteraksi di Indonesia, yaitu lempeng Pasifik, lempeng India-Australia dan lempeng Eurasia. Tumbukan yang terjadi antara ketiga lempeng tektonik tersebut telah memberikan peranan yang sangat penting bagi terbentuknya sumber energi panas bumi di Indonesia. Tumbukan antara lempeng India-Australia di sebelah selatan dan lempeng Eurasia di sebelah utara mengasilkan zona penunjaman 1316 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 (subduksi) di kedalaman 160 - 210 km di bawah Pulau Jawa-Nusatenggara dan di kedalaman sekitar 100 km di bawah Pulau Sumatera. Petrucci Ralph (1985) membedakan sistem panas bumi menjadi tiga yaitu rendah (< 1250 C ), sedang (1250C – 2250C) dan tinggi ( >2250C). Yang paling baik untuk digunakan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik adalah yang masuk kategori high temperature. Namun dengan perkembangan teknologi, sumber panas bumi dengan kategori low temperature juga dapat digunakan asalkan suhunya melebihi 500C. Metode geokimia dalam kegiatan eksplorasi panas bumi, dimaksudkan untuk mengetahui jenis manifestasi, dan karakteristik kimia dari manifestasi dan perkiraan temperatur bawah permukaan. Distribusi anomali senyawa kimia secara lateral seperti pH, Hg tanah dan CO2 udara tanah pada daerah penyelidikan. Analisa kimia panas bumi dari contoh tanah, air panas, air dingin, dan gas untuk dianalisis kandungan seperti pH, daya hantar listrik, SiO2, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Li, NH4, B, Cl, SO4, HCO3, As, F, Hg, CO,CH4, H2, O2, N2, NH3, SO2, CO2, H2S dan HCl dengan metode titrimetri dan kromatrografi dan menggunakan peralatan mercury Analyzer (AAS), Gas Cromatography dan peralatan lainnya. Pengolahan data berupa plotting data pada diagram segi tiga: klasifikasi air panas Cl - SO4 HCO , kandungan relatif Na/1000, K/100, √Mg, Cl/100-Li-B/4 hasil analisis pH, 3
Hg, dan CO2 serta pembuatan peta distribusinya. Pendugaan temperatur bawah permukaan berdasarkan perhitungan Geothermometri. Geothermometer memungkinkan temperature dari fluida reservoir dapat diperkirakan. Hal ini penting untuk mengevaluasi sistem panas bumi yang baru dan mengamati sistem hidrologinya. Pada tahap ini, geothermometer berdasarkan daya larutan daripada mineral (silika) serta reaksi pergantian antara Na – K : Na – K – Ca dan lain – lain. Geothermometer larutan berdasarkan temperature equilibrium fluida mineral dan 5 dasar asumsi (Ellis & Mahon,1977) yaitu : Konsentrasi daripada elemen – elemen atau unsur – unsur yang akan digunakan dalam geothermometer harus dikontrol oleh temperature fluida mineral tersebut, Kelimpahan mineral – mineral atau unsur – unsur larutan dalam fluida yang akan bereaksi dengan cepat, Reaksi yang mencapai kesetimbangan dalam fluida, Adanya kecepatan aliran kepermukaan tanpa re-equiriblium setelah fluida meninggalkan reservoir, Tidak ada pencampuran . Sehingga dapat dikatakan bahwa geothermometer larutan sangat tergantung pada kecepatan reaksi harus cukup cepat dalam membentuk suatu sistem kesetimbangan. Untuk memastikan komposisi reservoir tertahan oleh air 1317 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 serta kecepatannya tidak boleh membentuk sistem kesetimbangn baru pada saat fluida bergerak kepermukaan. 1.2. Tujuan Penelitian Untuk mengetahui potensi panas bumi Lau Sidebuk-debuk Kabupaten Karo, Sumatera Utara dengan proses Geokimia II. METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di Lau Sidebuk – debuk, desa Semangat gunung, Kabupaten Karo, Sumatera Utara tahun 2012. 2.2. Bahan dan Alat Penelitian Bahan dan alat yang digunakan adalah : alat yang dipergunakan dalam penyelidikan geokimia yang meliputi : Analisis kandungan seperti pH, kadar Hg dan CO2, SiO2, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Li, NH4, B, Cl, SO4, HCO3, As, F, Hg, CO,CH4, H2, O2, N2, NH3, SO2, CO2, H2S dan HCl dengan metode titrimetri menggunakan peralatan mercury Analyzer (AAS), Gas Chromatography dan peralatan lainnya. Dengan menggunakan rumus geothermometer larutan akan ditentukan suhu reservoir. Demikian juga tipe air dapat ditentukan dengan diagram segitiga Cl-SO4-HCO3. 2.3. Metode Penelitian A.
Geothermometer Na-K Geothermometer dengan perbandingan Na/K memberikan indikasi temperatur yang tinggi di bawah permukaan dengan melihat elemen sodium dan potassium. Persamaan yang dapat digunakan dalam menghitung temperatur dari perbandingan Na – K, dengan rentang suhu (180-350), (Giggenbach, 1988 dalam Nicholson,1993) adalah sebagai berikut :
ToC =
1390 - 273 log Na / K 1.750
B. Geothermometer Na-K-Ca Terbentuk sebagai hasil dari reaksi pertukaran dengan Na-K-Ca pada temperature rendah. Perbandingan Na-K-Ca akan representatif dan kondisi terakhir reaksi sebelum keluar dari reservoir. 1318 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322
t ( 0C )
1647 log( Na / K ) log( Ca / Na) 2,06) 2,47
Dengan , β = 4/3 untuk t<1000 C dan β = 1/3 untuk t > 1000 C C.Geothermometer SiO2 Suhu reservoir yang diperkirakan dari pengukuran konsentrasi silica dengan suhu yang diukur secara langsung dengan metode fisika ternyata cocok untuk air panas bumi suhu tinggi (180 – 260 )0C. Truesdell menyatakan bahwa suhu reservoir dapat diperkirakan dari konsentrasi silica (mg/kg) dengan menganggap air jenuh dengan kuarsa, adiabatic, pendinginan isoentalpi (Ellis and Mohan, 1977). Rumus yang menyatakan hubungan konsentrasi silica dengan suhu adalah :
ToC =
1533,5 273 5,768 Log[ SiO 2]
Tipe dari fluida dapat ditentukan berdasarkan kandungan unsur kimia yang paling dominan dijumpai di dalam air panas tersebut serta proses – proses fisika yang terjadi. Berikut ini adalah beberapa tipe fluida dari air panas (Ellis, J. A & Mahon J. A. W, 1977), yaitu : klorida, sulfat dan bikarbonat.
273
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini dilaksanakan di daerah Lau Sidebuk-debuk dengan empat titik yang berjarak sekitar 300 meter satu dengan lainnya yaitu mataair 1, mataair 2, mataair 3 dan mataair 4. Berdasarkan hasil pengamatan dan pengukuran dengan menggunakan global Position System (GPS), termometer, kertas lakmus serta pH meter didapatkan hasil sebagai berikut: Tabel 1. Hasil Pengukuran Kualitas Air Lau Sidebuk-debuk No 1 2 3 4 5 6 7
Parameter Warna Bau Rasa Suhu Permukaan Ph Ketinggian (dpl) Posisi
Mataair 1
2
Jernih Sulfur Asam 470C 6,5 1372 m N:3013’624” E:98030’590”
Jernih Sulfur Asam 540 C 6,3 1395 m N:3013’462” E:98030’818”
3 Jernih Sulfur Asam 500 C 6,5 1365 m N:3013’261” E:98030’952”
4 Jernih Sulfur Asam 490 C 6,4 1351 m N:3013’256” E:98030’984”
Analisa Geokimia sangat membantu dalam mendapatkan informasi mengenai kondisi dari pada reservoir dalam penentuan karakteristik panas bumi 1319 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 pada daerah penelitian. Analisis kimia dilakukan Badan pengkajian Kebijakan Iklim Dan Mutu Industri Balai Riset Dan Standarisasi Industri Medan, BTKL PPM dan Sucofindo. Hasil analisis kimia untuk keempat mataair terdapat pada
tabel di bawah ini Tabel 2. Komposisi Kimiawi Air Lau Sidebuk-debuk No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 .
Parameter Kalium(K) Kalsium(Ca+2) Natrium(Na) Air Raksa Klorida (Cl) Silika (SiO2) Sulfat (SO4-2) Magnesium (Mg) Bikarbonat (HCO3-) Elektric Konduktivity
Satuan mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Mg/l Mikro/cm
1 23,5 93,9 30,2 < 0,01 90,3 3,8 978 659 26,46 1508
Mataair 2 3 23,9 29,0 81,8 91.1 31,6 32,6 < 0,01 < 0,01 130 177 26,4 19,9 775 765 595 645 20,50 39,69 2070 1888
4 23,7 75,0 31,0 < 0,01 127 20,4 677 498 45,57 1640
Dalam penentuan tipe air panas berdasarkan analisa geokimia mataair panas daerah penelitian menggunakan klasifikasi diagram Trilinier (Back, 1966 dalam Dendi S Kusuma, 2005) berdasarkan kandungan relatif anion klorida, sulfat dan bikarbonat. Dari diagram disimpulkan tipe air panas termasuk dalam tipe sulfat seperti terlihat pada diagram berikut.
Mata air 1 Mataair 2 Mataair 3 Mataair 4
Gambar 1. Tipe Air Panas Berdasarkan Analisa Geokimia 1320 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 Berdasarkan perhitungan suhu reservoir yang menggunakan tiga persamaan geothermometer emperis diatas dan konsentarasi hasil pengukuran pada tabel diatas didapatkan hasil sebagai berikut. Tabel 3. Hasil Pengukuran Suhu Mata Air No 1 2 3 4 Rata – rata
Sampel Mataair 1 Mataair 2 Mataair 3 Mataair 4
T(SiO2)0C 22,47 79,67 69,98 75,91 62,01
T(Na-K)0C 474,59 469,65 498,72 474,51 479,37
T(Na-K-Ca)0C 531,11 531,83 543,62 533,24 534,95
Berdasarkan data diatas, nilai yang paling mendekati untuk suhu reservoir adalah 479,370 C. Jika gradien penurunan suhu adalah 30C tiap km, suhu permukaan sekitar 540 C dan suhu reservoir 479,370 C maka diperkirakan kedalaman reservoir dari permukaan adalah 141 km. IV. KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Berdasarkan perhitungan suhu dengan geothermometer maka perhitungan geotermometer Na-K yang paling mendekati. Suhu reservoir air panas Sidebuk-debuk sekitar 479,370 C tergolong air panas suhu tinggi. 2. Suhu permukaan antara 470C – 540C, pH antara 6,3 – 6,5 bersifat asam dan daya hantar listriknya 1888 mikro/cm. 3. Kedalaman reservoir dari permukaan dengan menganggap pendinginan terjadi 30 per km adalah sekitar 141 km. 4. Berdasarkan analisa diagram Trilinier, mataair panas sidebuk debuk tergolong tipe air sulfat.
DAFTAR PUSTAKA Delita, (2008), Perhitungan Suhu Reservoir Daerah Panas Bumi Sipoholon, Tapanuli Utara menggunakan Persamaan Geotermometer Empiris, Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.1 Dendi Surya Kusuma dkk, (2005), Prospek Panas Bumi di Daerah Ranau, Lampung dan Sumatera selatan, Subdik Panas Bumi. Ellis, A. J., dan Mahon, W. A. J., (1977), Chemistry and Geothermal System, Academic Press. Inc, Orlando. Giggenbach,W.F, and Goguel, 1988, Methods for tthe collection and analysis of geothermal and volcanic water and gas samples, Petone New Zealand 1321 _____________ ISSN 0853-0203
VISI (2013) 21 (2) 1315-1322 Hazuardi.,(1992), Pengantar Eksplorasi Panas Bumi, PPT MIGAS(Pusat Tenaga Perminyakan dan Gas Bumi),Cepu. Miryani, S. N, (1992), Teknik Panas Bumi: http://www.dim.esdm.go.id/ Diakses Tanggal 2 Juni 2010, Jam 09.39 WIB Ralph, P.H., (1985), Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Suminar Achmadi, Ph.D. (penerjemah), Edisi keempat, Jilid 2, Erlangga, Jakarta. Situmorang, Cristina (2010), Perhitungan Suhu Reservoir Panas Bumi Rianiate Kecamatan Pangururan Menggunakan Persamaan Geothermometer Empiris, Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
1322 _____________ ISSN 0853-0203
