Pene/iliandan Pengembangan Ap/ikasi lsolop dan Radiasi. /998
KARAKTERISASI PANASBUMI DI DAERAH SUMATRA DAN SULAWESI UTARA DENGAN MENGGUNAKAN GEOTERMOMETER T 180 SO4-H20
ABSTRAK KARAKTERISASI PANASBUMI DI DAERAH SUMATRA DAN SULAWESI UTARA DENGAN MENGGUNAKAN GEOTERMOMETER T 180504-1110' Penentuan suhu reservoir panasbumi dari manifestasi perrnukaan di daerah Sumatra dan Kolamobagu -Sulawesi Ulara telah dilakukan dengan menggunakan geoterrnometer isotop T 180504-H20. Suhu sumur SBY -3 juga ditentukan sebagai pembanding. Metode geotermometer T 180504-H2O dilakukan dengan menganalisis isotop 18()dari ~O dan J4Sdari ion sulfat (S04) yang terlarut dalam tluida panas. Nilai suhu ditentukan dengan forrnulasi Mizutani Rafter. Hasil penentuan suhu mala air panas mendidih di Sumatra (Tambang Sawah, Waipanas, Ranlau Dadap dan Sarula) menunjukkan suhu di alas 200aC dengan karakteristik tluida kesetimbangan dalam. Sedangkan suhu mata air panastak mendidih menunjukkan suhu lebih rendah (iSOaC) dengan karakteristik tluida percampuran.
ABSTRACT GEOTHERMAL CHARACTERIZATION IN SUMATRA AND NORTH SULAWESI USING GEOTHERMOMETER T 180504-1U0. Determination of geothermal reservoir temperature of surface manifestation in Sumatra and Kotamobagu -North Sulawesi has beendone using geothermometer isotope T 180504 -H2O'SBY -3 (Sibayak) well temperature has also been determined as reference. Geothermometer T 180504 -1U0method is performed by analyzing isotope 180 of Hz°and 34Sof sulfat ion (S04) dissolved in the hot fluid. The value of temperature is determined using Mizutani Rafter formulation. The temperature determination result of the boiling spring in Sumatra (Tambang Sawah, Waipanas, Rantau Dadap and Sarula) indicates that the temperature is above 200°C with the deep equilibrium fluid characteristic, whereas the temperature of the non boiling spring indicates lower temperature (150°C) and the fluid characteristic is mixing.
PENDAHULUAN
Teori Geotermometer T 18°504-1120
Pengembangan energi panasbumi menjadi energi listrik di Indonesia kini mengalami kemajuan pesat seiring dengaIl kebutuhan akan energi daDtersedianya sumberdaya alamo Penelitian eksplorasi untuk mengetahui potensi sumber panasbumi merupakan tahapan yang sangat menentukan dalam rangka tindak lanjut eksploitasi. Perkiraan suhu reservoir menggunakan geotennometer isotop dan kimia dari manifestasi pennukaan seperti mata air panas dan fumarole dapat dipakai untuk mengetahui potensi daD daerah "up flow" sumber panasbumi. Disamping geotennometer kimia, isotop 180dalam kesetimbangan S04 -H2O dalam fluida sangat dapat dipercaya untuk digunakan sebagai geotennometer pacta daerah panasbumi yang bersifat "water dominated system". Selain itu hubungan antara 180daD34Sdalam senyawasulfat
Teknik geotermometer isotop T 180S04-H20 didasarkan alas pengukuran isotop 180yang terdistribusi (fraksinasi) diantara senyawa H2Odan SO4YaIlgberada pada kesetimbangan kimia dalam fluida panasbumi. Hubungan faktor fraksinasi isotop 180 «XI8) terhadap suhu diga~nbarkan dalam reaksi kesetimbangan dibawah ini.
dapat mengungkapkan berbagai proses geokimia seperti kesetimbaIlgan fluida, percampuran daDasal-usul fluida ( I). Aplikasi geotennometer T 180S04oH20 telall dilakukan pactaberbagai manifestasi penmlkaan daerah panasbumi di Swnatera daDKotamabagu -Sulawesi Utara. Sebagaiacuan penentuan suhu dengan geotennometer ini, dilakukan juga pengukuran pad a sumur lapangan panasbumi Sibayak karena pactadaerah ini telah diketahui suhunya secarapasti dengan menggunakan peralatan custer.
0.
S 1604 + H 2 180 ~
S 1603 ISO + H 2 16Q
T
Dalam reaksi tersebutfaktor fraksinasi (a18) merupakan fungsidan suhu: a = f(T). Berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh MIZUTANI danRAFTER 1969 terhadaphubungan a vs T telah di perolehhubunganmatematisantara a terhadap suhusepertipersamaandibawahini (2, 3). 2,88 X 106 1000 In a. =
-4,
T2 1000 -&
180 504
1000 -8
180
Dimana a. =
H2O
Pene!iliandon Pengembangan Aplikasi Isolop dan Radiasi,1998
adalall rasio relatif .SO/160dalam senyawa SO4 yang diukur dengan spektrometer massa. adalah rasio relatif 180/160dalam H2O. Penentuansuhu dengan geotennometer ilu sangatbaik untuk suhu antara 100 dan 300°C. Kesetimbangan kimia T 180804.H20 pada kondisi reservoir suhu 300°C tercapai dalam waktu 2 tahun, sedangkan pada suhu 200°C dan 100°C kesetimbangan kimia tercapai masing-masing selalna 18 tahun daD 500 tahun.
BAHAN DAN METODE Bahan. Bahan yang digunakan ialah AgNO3 0,1 N, HgCI2, nitrogen cair, aseton, CO2 padat, Cu2O, grafit serta contoh fluida dari lapangan panasbumi daerah Sulawesi Utara (Kotamobagu -KTB, Lobong -LB, Kapondohan -KM) daD dari Sumatra (Tatnbang Sawah TSA, Rantau Dadap -RDD, Sarula -SRL, Sibayak -SBY) Alat. Alat yang digunakan ialah spektrometer massa"Sira 9 ISOGAS" daD "Delta S Finnigan", "sui pilate preparation line daD sulphide preparation line SCIENTIFIC SOLUTION Ltd", isoprep-I8, spektrometer serapan atom, pH meter, tennometer digital dan alat timbang. Metode Sampling. Pengambilan contoh manifestasi pennukaan dilakukan dengan cara menmsukkan 20 ml contoh fluida panasbumi kedalam vial kedap udara U11tukdianalisis kadar 180dalam H2O. Untuk analisis kadar 180 dalam snlfat, contoh fluida panasbumi sebanyak 1-2 liter tergantung kandungan sulfat yang acta ditnasukkan kedalam vial plastik, kemudian di tamballkan :i: 0, I gram HgCl2 untuk pengawetan guna menjaga reduksi bakteri terlmdap sulfur (4). Metode Analisis Contoh a. Analisis 180 dalam H2O dilakukan dengan metode Epstein Mayeda yaitu 2 ml contoh direaksikan dengan gas CO2 padakondisi vakum pactaalat isoprep-18 seperti reaksi dibawab ini.
-
29°C H 2 180+ C 1602
C 160lRQ + H 2 160
vakum CO2 basil reaksi dimasukkan kedalam spektrometer massa untuk pengukuran rasio 180/160. b. Analisis 180 dalam ion sulfat dilakukan dengan cara terlebih dahulu mengendapkan ion sulfat dalam fluida menjadi endapan BaS04 Sebanyak 25 mg endapan BaSO 4 direaksikan dengan 50 mg graftt pada lempeng platina dalam kondisi vakum dan suhu 1000 DC pada alai "sulphate preparation line" dengan reaksi sebagai
berikut:
-
1000 DC 802-
c
vakum
S2-+CO
2
Gas CO2 yang terbentuk diukur 180 -ora dengan spektrometer massa. Nilai 180 daTi gas CO2 ini menunjukkan nilai ISOdaTi S04. c. Ion S2-yangterbentuk diatas direaksikan dengan AgNO) menjadi Ag2SdaD kemudian direaksikan dengan Cu2O pada kondisi vakum daD suhu 1000 DC pada alai "sulphide preparation line" untuk memperoleh gas SOr Gas S02 ini dialirkan ke spektrometer rnassa "Delta S " untuk analisis isotop J4S. d. Analisis kation Contoh fluida panasbumi disaring dengan kertas saTing milipore kemudian dialirkan ke alat Spektrometer Serapan Atom untuk analisis kadar kationnya. e. Pengukuran suhu contoh fluida dilakukan di lapangan dengan menggunakan digital termometer sedangkan pengukuran tingkat keasaman (pH) dilakukan dengan menggunakan pH-meter.
BASIL DAN PEMBAHASAN Data basil analisis isotop 180dalam ~O dan sulfat serta isotop 34Stertera pacta Tabel I. Pacta tabel tersebut terlihat kandungan isotop ISOdalam sulfat pada mata air panasmendidih (boiling spring) mempunyai nilai -I sampai + 1,5 %0 SMOW, sedangkan kandungan 34Ssulfatnya mempunyai nilai lebih besar dari 14 %0CDT. Nilai tersebut menultjukkan bahwa fluida mala air panas berasal dari reservoir dalaIn keadaan kesetimbangan(deep equilibrium), kecuali pada mala air panas mendidih KM3 (Kopondahan -Kotamabagu) menunjukkan nilai 180sulfat sangat tinggi yaitu +8,23 ~. Nilai tersebut mencerminkan kemungkinan illata air panas tersebut berasal dari reservoir dangkal (shallow equilibrium). Tingginya nilai 180 sulfat
kemungkinan disebabkan oleh pengaruh oksidasi pennukaan (5). Kandungan isotop 180sulfat untuk fumarole relatif besardaD isotop 34Srelatif kecil. Hal ini jelas menunjukkan adanya proses oksidasi H2O meltjadi sulfat di permukaan bukan pada reservoir dalam. Adanya O2 udara luar daD terbentuknya ion SO4yang relatifbesar mempengamhi nilai isotop 180 dan 34Sdalam sulfat tersebut. Gambar 1 memperlihatkan hubungan antara isotop 180daD 34Sdalam ion sulfat. Gambar tersebut dengan jelas dapat menginformasikan proses asal-usul fluida daD proses "mixing" dalam sistem panasbumi. Terlihat bahwa mata air panas mendidih yaitu Tambang Sawall (TSA), Rantau Dadap (RDD 5 & 6) daD Sarula pada gambar tersebut terletak pada daerah "deep equilibrium". Sedangkan mata air panas Lobong (LB) Kotamabogu daD Rantau Dadap (RDD 8) terletak pada daerah "mixing" antara "deep equlibrium" daDfumarole (6). Geotermometer. Tabel 3 clan 4 mernperlihatkan basil perhitlmgan clan evaluasi suhu reservoir dan berbagai mata air panas di daerah Smnatera clan Sulawesi Utara. Untuk rnata air panas rnendidih TSA, RDD5 dan 6, SRL clanKM3 terlihat bahwa suhu yang dihitung rnenggunakan geotennorneter isotop T 180S04-H20 daD geoternlorneter kirnia rnenunjukkan nilai yang relatif sarna. Suhu reservoir di
Penelilian
dan Pengembangan
Ap/ikosi
lsolop
dan Radiosi,
J 998
daerall Tambang Sawall yang diukur dengan geotennometer
5 dan 6 (250 °C), Sarula (266°C) sedangkan T ISOS04-H20
isotop
Kotamobagu lebih rendah daripada T kin"."
menunjukkan
nilai
255 °C, sedangkan
dengan
geotennometer kimia (T N..K'T N..K.Ca dan T K-Mg)menlllljllkkan suhu an tara 236 daD 262 °C. Demikian pula untuk daerah Rantau Dadap dan Sarula nilai suhu reservoir berdasarkan geotennometer isotop menunjukkan nilai masing-masing 250 °c daD 266 °C. Untuk mala air panas pennukaan seperti Lobong (LB), suhu basil perhitungan berdasarkan isotop T 180 S04-H20 menunjukkan nilai relatif lebih rendah daripada basil perhitungan dengan geotermometer T No.K. Untuk
diperlihatkan geotemlometer
gambaran yang lebih jelas, pada Tabel 4
basil pengukuran suhu berdasarkan
DAFTARPUSTAKA ABIDIN, Z., W ANDOWO, INDROJONO, ALIP, DJIJONO, dan E. RISTIN. PI., Kamojang overview and geothermometer study. Compilation of Presentation Materials, "Advisory Group Meeting on Isotope Application in Geothermal Energy Development", Vienna, 29 May -1 June (1995).
isotop T ISO S04.H20 daD basil pengukuran
langsung dengan custer (SullU aktual) pada sumur panasbulni Sibayak (SBY -3 dan 4). Suhu basil pengukuran langsung dengan custer pada sumur panasbumi setelah pemanasan SUlnur selang 90 hari menultjukkan SullU 260 °c (SBY 3
2. MIZUTANI, Y., and RAFTER, TA. Oxygen isotope composition of Sulfates -Part 3, Oxygen isotopic fractination in bisulphate and water system, N.Z.J. Sci,!.f. (1969) 54.
dan 4). sedangkc'ln hasil pengukurall dengan geotennometer isotop pacta sumur SBY -3 menunjukkan nilai 25 1°C, atau relatif lebih rendah 9 °c, tetapi pacta sumur SBY-4
3. MIZUT ANI, Y., Isotopiccompositionand underground temperatureof the otake geothennalwater Kyushu
pengukuran dengan geotennometer nilai lebih besar 15 °C.
isotop menunjukkan
Japan, Geochem J, Q (1972) 67.
4. GIGENBACH, W.F.,IsotopeGeothennometers, IAEA, Vienna(1980).
KESIMPULAN 50 MARINER, RoH..PRESSER,T.So.and EVANS. W.C.. 1. Mata air panas mendidih Tambang Sawall, Rantau Dadap (5 dan 6) dan Samla di daerah Sumatra berasal dari daerah "deep equilibrium", sedangkan mata air panas Lobong-Kotamobagu-Sulawesi Utara dan Rantau Dadap 8 berasal dari proses percampuran antara fumarole daD "shallow equilibrium". 2. Terdapat kesamaan suhu yang dihitung dengan menggunakan geotermometer TI80SQ4-HlO daDkimia pacta mata air panas Tambang Sawall (255°C), Rantau Dadap
Geothermometry and water-rock
interaction
in
selectedthermal systemin the cascaderange and ModocPlateuWesternUnited States,Geothermics. .fl.. I (1993) I. 6. D' AMORE, F., GIOVANNI GRANELLI, and EGIZIO CORAZZA, The geothermal area of El PilarCasandyState of Sucre Venezuela geochemical explorationand model,Geothennics,~, 3 (1994) 283.
Penelilian don PengembanganAplikasiIso/OFdanRadiasi,1998
Tabel I. Data isotop 180 daD 34SIllata air panas, fumarol daD "heated pool"daerah panasbumi di Sumatra daD Sulawesi Utara
No
Kode sampel
TSA 3.
4. 5. 6. 7. 8.
9. 10. 11.
.
T
8 180H20
(%0)
(%0)
(%0)
96,2
7,0 7,0 7,0
-6,9
-072 , -0,65 -0,3 3,8
RDD-5 RDD-6 RDD-7
95 90
RDD-8
85
98
70 65 64
LB-2
LB-4 LB-6
97 70
6,5 6,5 6,5 7,0 6,0 1,0 7,0 <4 <4 <4
90
7,0
78
12. KM-3
93
13. 14. 15.
101
KTB-3 BK-I
88
TP-2
86
16. TP-3 17. 18.
-6,9 -6,8 -23,
SBY -3 (well) SBY -4 (well)
LB-I
TP-4 SRL
8 ISOS04 8
PH
(OC)
34SS()4
14,2
26,3 21,65 -0,15
-8,6
4,0
12,5
-9,4
-3,07 -3,77 6,32 5,49 7,2 3,29 8,23 9,92 5,77 -3,1 -7,2 -2,0 1,5
18,2
-8,9 -5,7 -3,9 -6,3 -4,4
-6,1 -2,9 -6,7 -4,0 -3,0 -2,3
-4,3
16,8 17,2 4,5 8,7 7,4 16,3 -085 , 14,5
2,1 4,7 4,7
30,3
Tabel-2. Dat.1 kation lnata air panas, fumarol daD "heated pool" daerah panasbumi di Sumatra daD Sulawesi Utara
No
Kode sampel
Jenis
TSA
MP
2. 3. 4.
RDD-5 RDD-6 RDD- 7
MP MP
5.
10.
RDD-8 LB-l LB-2 LB-4
II.
LB-6
8. 9.
KM-3 KTB-3 14. BK-l 15. TP-2 16. TP-3 17. TP-4 18. SRL 12. 13.
FUM MP MP MP MP MP
MP FUM MP HP HP HP MP
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Li+
(ppm)
(ppm)
(ppm)
(ppm)
(ppm)
1559 966 1096 43 316,6 371 631
242
97 49 50
0,1 0,05 0,13 0,3 0,56 5,8 7,7 4,8 5,0 0,14 49,6 2,1 0,01 0,02 0,02 0,01
5,4 6,1
127
417 305,4
121,5 121,5 2,1 34,6
77 114 54 114 11,4
81
3
200
21
291,2 272,2 306,6 445
12,3 14,2 12,26 76,1
0,1 0,6 89 196 31 38 89,3 6 107 0,02 0,28 0,06 0,17
6,1 0,01 1,9 2,3 0,9 1,6 3,5 0,31 0,1 1,4 0,91 0,66 0,5 4,6
Pene/ilian
don Pengembangon
Tabel-3. Evaluasi hasil perhitungan geotennometer isotop daD kimia pada mala air daerah panasbumi di Sumatra daD Sulawesi Utara
No
Kode sampel
TSA RDD-5
2. 3. 5.
RDD-6 RDD-8
8. 9.
LB-l LB-2
10.
LB-4
12.
KM-3 BK-I SRL
14. 18.
TN._K
TNo-K-Co
T K-Mg
T 180S04-H20
(OC)
(OC)
(OC)
(OC)
257 237 226 224 288 273 382 145 222 267
236
262
255 253 247
226 220
244 220 140 128 136
263
120
131 172
126 164 262
Tabel-4. Perbandingan hasil perhitungan suhu secara geotennometer daD pengukuran custer (deep well) pada sumur SBY.3
danSBY-4. No
Kode sampel
6.
SBY-3
7.
SBY -4
T aktual
T 180504-H20
(OC)
(OC)
-260 -260
251 ?7~
141 180 189 131 123 143 266
Ap/ikasi
JSOIOp don Radiasi,
/998
L() N
a N
~
Ll)
~
0
Penelilian don Pengenwangan Aplikasi lsolop dan Radiosi. J998.
to)
0
Ln
(00/0)vas welep e~.o
0
J
~
~o
~
't;>
. ~
0
0
l/) -,
0
it?
'0 0
"0
-
~ 0 CJ)
~ "'(U
"C
I
~ (/)
~ 0
~
~ MI
U) E
(/) .> ~ cu c
~.c 0 U) ~ ~
..-cu E
CD..
c
CU Q)
c0') .!
~(/) CU
-
-§ E :J: .-CU
U)c CU
-~ >
CU
W
. ..-
".c
Peneliliandan PengembanganAplikosllsolop dan Radiosi,1998
DISKUSI NAZAROH
SUWIRMA
Apakah metode yang Anda gunakan dapat digw1akanuntuk menentukankuantitaspanasbumi dalam riser voir tersebut?
Kenapauntukpengukursulfidatidak langsungdari BaS,dan reaksipengendapan AgS bagaimana? ZAINAL ABIDIN
ZAINAL ABIDIN Metode ini secara langsung tidak dapat digullakan untuk mengllitung kuantitas panasbwni. Tetapi apabila kita juga menganalisis 'SOdalam batuan selain ISOdalam H2O. maka berdasarkan leon 180 hingga antara H2O-mineral besaranpermeabilitas reservois dapat diperkirakan. Dengan mengetahui lulai penneabilitas maka kuantitas swnber panas bwni dapat dilakukan.
WffiAGYO 1. Apakah metode ini bisa berlalu pactasemualapang panas bumi ? 2. Mengapa pembanding untuk pengukuran Caster lmnya 2 titik di Sibayah. Bagaimana dibanding di lapang yang lain?
ZAINAL ABillIN 1. Metode ini berlaku untuk sistempanas bulni yang di dominasi oleh air (water dominated) berati untuk lapangandengansistemtersebutdapatdilakukan. 2. Kebetulan lapanganyang siap untuk water dominated di Indonesiabarn lapangan Sibayak.
Karenayang ingin diukur adalah isotop 34Syang ada dalamsenyawasulfat, tetapi bukanyang ada di dalam senyawaH2Sdan Sulfida lainnya. S = + Ag + pH3-4 A~S. MUNSIAH
MAHA
1. Tujuan penelitian ini apakah hanya untuk validasi metode atau untuk melakukan pengukuran sesungguhnya karakteristikpanasbumi di suatutempat (Sulawesiutara). 2. Bagaimana ketelitian metode ini misalnya untuk pengukuransuhu bila dibandingkan dengan metode pengukuranlain (dalam kesimpulantidak terlihat). ZAINAL ABillIN 1. Tujuan penelitian dapat dilakukaIl sekaligus antara validasipengukurandari aplikasidalamlapanganpanas bumi. 2. Untuk fluida yang mendidih (bacling spring) yaitu kondisi full eguilibrium ketelitian metodekimia isotop relatif tinggi. Metode isotop lebih reaiible dari kimia karena mempunyaiwaktu eguilibium yang lama pada perubahansuhupadasaatfluida naik ke pennukaan.
