Karakterisasi Temperatur Bawah Permukaan Daerah NZU : Integrasi Data Geotermometer, Mineral Alterasi dan Data Pengukuran Temperatur Bawah Permukaan

Seminar Nasional Ke – III Fakultas Teknik Geologi Universitas Padjadjaran

Karakterisasi Temperatur Bawah Permukaan Daerah “NZU” : Integrasi Data Geotermometer, Mineral Alterasi dan Data Pengukuran Temperatur Bawah Permukaan Nisrina Zaida Ulfa(1), Dr. Ir. Johanes Hutabarat, M.si(1), Wahyu Firmansyah(2) dan Aton Patonah, S.T., M.T.(1) (1)

Teknik Geologi, Fakultas Teknik Geologi, Universitas Padjadjaran (2)

PT. Pertamina Geothermal Energy Abstrak

Pulau Sulawesi memiliki kondisi geologi yang sangat kompleks dan terbentuk akibat interaksi antara tiga lempeng aktif yaitu Lempeng Pasifik, Lempeng Eurasia dan Lempeng Indo-Australia. Lapangan penelitian berada di Kabupaten Minahasa, Provinsi Sulawesi Utara. Sistem panasbumi pada daerah “NZU” merupakan sistem panasbumi dataran tinggi. Objek penelitian dalam kajian ini adalah karakteristik temperatur bawah permukaan dari manifestasi permukaan , studi alterasi dan data pengukuran temperatur bawah permukaan. Manifestasi yang muncul adalah mata air panas sulfat dan fumarol. Mata air panas yang muncul ke permukaan memiliki tipe air sulfat sedangkan fumarol yang muncul ke permukaan diperkirakan akibat dari pemanasan air meteorik oleh uap panas. Perkiraan temperatur reservoir berdasarkan metode geotermometer berkisar 250 – 320 oC. Geotermometer yang digunakan adalah geotermometer SiO2, geotermometer Na-K, geotermometer Na-K-Mg, geotermometer H2-Ar, geotermometer CH4/CO2 dan geotermometer CAR-HAR. Lapangan ini didominasi oleh litologi batuan vulkanik dan merupakan lapangan panas bumi dengan sistem dua fasa. Studi alterasi menunjukan temperatur bawah permukaan berkisar 300 – 330 oC. Sedangkan data pengukuran bawah permukaan menunjukan temperatur 230 – 325 o C. Sistem panasbumi pada daerah ini dibagi menjadi dua unit yaitu, batuan penudung yang memiliki temperatur 105– 200 oC dan reservoir yang memiliki temperatur 275 – 300 oC. Kata Kunci: panasbumi, reservoir, temperatur, geotermometer

Abstract Celebes is a result of the interaction of three active plates: Pacific Plate, Eurasian Plate and IndoAustralia Plate. As a result of the plate interactions, Celebes has a very complex geological condition. The research field is located in Kabupaten Minahasa, Sulawesi Utara Province. The geothermal system in area “NZU” is a high terrain system. The object of this research is the characteristic of sub-surface temperature from surface manifestation, alteration study and subsurface temperature measurement. The occurring manifestation is sulfate hot spring and fumarole. The occurring hot spring has sulfate containing water while the fumarole occurrence is predicted as a result of the heating of metoric water by the hot steam. According to geothermometer method, the temperature of the reservoir is somewhere between 250 – 320 oC. The geothermometer used “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”


in this project is geothermometer SiO2, geothermometer Na-K, geothermometer Na-K-Mg, geothermometer H2-Ar, geothermometer CH4/CO2 and geothermometer CAR-HAR. This field is dominated by volcanic lithology and is included as a two phased geothermal field. The alteration study showed sub-surface temperature between 300 – 330 oC. Meanwhile the sub-surface measurement showed temperature between 230 – 325 oC. The geothermal system in this field is classified into two units, cap rock has temperature between 105– 200 oC and reservoir temperature between 275 – 300 oC. Keyword: geothermal, reservoir, temperature, geothermometer

Isu energi merupakan salah satu isu yang menjadi perhatian yang sangat serius di dunia saat ini. Seiring dengan semakin menipisnya cadangan minyak bumi dan gas (migas) di seluruh dunia akibat eksploitasi terus menerus, maka dibutuhkan pencarian sumber-sumber energi alternatif baru untuk mengatasi berkurangnya pasokan energi dari migas di masa datang. Dalam hal ini, salah satu sumber energi yang dapat dikembangkan untuk mengatasi krisis migas adalah energi panas bumi. Energi panasbumi merupakan energi panas dari dalam bumi yang dibangkitkan oleh proses magmatisasi lempeng-lempeng tektonik. Besarnya potensi cadangan suatu lapangan panas bumi dapat digambarkan dengan beberapa parameter reservoir seperti temperatur, tekanan dan entalpi yang merepresentasikan energi termal yang terkandung di dalam fluida reservoir tersebut karena itu pengetahuan mengenai distribusi temperatur, tekanan dan entalpi dari sistem reservoir merupakan hal yang sangat penting.

Berdasarkan morfologi daerah penelitian, lapanga “NZU” termasuk kedalam sistem panasbumi dataran tinggi. Sistem panasbumi dataran tinggi umum ditemui pada busur kepulauan dan busur gunungapi yang dicirikan oleh vulkanisme andesitik dan topografi yang terjal. Karakteristik temperatur bawah permukaan dapat diketahui dengan menganalisis data geokimia manifestasi, studi alterasi dan pengukuran data pengukuran temperatur bawah permukaan. Tabel 1. Data Kimia Manifestasi Mata Air Panas

pH Suhu (0C) Li+ Na+ K+ Ca2+ Mg2+ SiO2 B ClFSO42HCO3 Fe ION BALANCE

ppm

1.PENDAHULUAN

MAP-1

MAP-2

MAP-3

MAP-4

MAP-5

MAP-6

MAP-7

3,07 80,5 0,03 7,72 6,76 38,07 11,4 144,21 0,72 1,45 0,05 224,67 0 6,3 -3%

2,14 70,7 0,03 379,45 2,03 10,5 4,21 227,54 0,89 4,13 0,04 1212,47 0 24,12 0%

6,36 60,1 0,03 9,67 7,31 79,18 11,5 180,8 0,82 3,18 0,07 148,35 148,96 0,16 -1%

2,64 56,3 0,09 148,17 5,8 12,99 8,97 81,1 1,26 38,01 0,05 437,22 0 0,52 1%

1,95 81,2 0,04 434,42 10,4 19,83 35,74 370,16 5,31 0,14 0,04 2386,42 0 233,25 -8%

2,67 50 0,09 125,64 8,72 13,02 6,63 69,88 1,74 40,06 0,4 410,87 0 9,18 -2%

6,41 45,9 0,03 6,33 7,9 36,36 10,02 168,6 0,01 4,01 0,09 83,59 79,42 11,45 6%

Tabel 2. Data Kimia Air Sumur Produksi

2.ANALISIS GEOKIMIA “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”


NAF-2

NAF-3

pH field pH lab Suhu (0C) Li+ Na+

6,27 7,14 0 0,249 336

7,25 8,39 260 1,05 309

7,16 6,97 330 2,16 337

K+ Ca2+

24,8 5,14

31,2 8,42

92 1,76

Mg2+ SiO2 B

0,01

0,033

0,01

431 25,7 404 2,5

543 17,6 386 1,37

-

Cl F-

SO42HCO3 ION BALANCE

Ada excess Excess = Flash =

=

x

716 22,1 562 1,13

konsentrasi permukaan Tanpa excess Konsentrasi reservoir =

x

138

128

26,7

79,4

99,1

18,4

-1%

-1%

2%

NAF-1 NAF-2 NAF-3

Flowrate (ton/h) Brine Steam Total 5,4 23,4 28,8 256,32 41,04 297,36 28,8 50,04 78,84

reservoir

konsentrasi permukaan

Tabel 3. Data Dryness dan Entalpi pada Sumur Produksi P Sampling (kscg) 12,95 6,96 13,5

(P sampling)

Konsentrasi

Kontrol kualitas data dapat dilihat dengan perhitungan ion balance. Analisis ion balance dilakukan untuk mengetahui data mana saja yang bisa dianalisis atau diolah lebih lanjut. Data yang dapat dianalisis lebih lanjut harus memiliki nilai ion balance ≤5%.

Well

(T reservoir)

Dryness Entalpy (%) (kJ/kg) 0,8125 2423,7 0,138014 1023,5 0,6347 2074,4

Tabel 4. Data kimia Air Sumur Produksi Total Discharge

pH field pH lab Suhu (0C) Li+ Na+ K+ Ca2+ Mg2+ SiO2

ppm

ppm

NAF-1

NAF-1

NAF-2

NAF-3

6,27 7,14 260 0,204

7,25 8,39 330 0,9

7,16 6,97 330 1,515

275,984 20,37

266,354 26,894

236,387 64,53

4,222 0,0082

7,26 0,028

1,234 0,007

354,015

486,06

501,96

21,11 333,84 2,053

15,17 332,73 1,18

15,5 394,213 0,793

113,35

110,33

18,73

65,22

85,423

12,9

B ClFSO42HCO3 -

Data dryness dan entalpi digunakan untuk Tabel 5. Data Kimia Manifestasi Fumarol perhitungan total discharge. Perhitungan total discharge digunakan untuk monitoring NCG NCG CO HS NH Ar N CH H Manifestasi % geokimia produksi pada keadaan reservoir % Mol % Mol Weight dalam kurun waktu tertentu. Excess entalpi FMR-1 20,615 38,6975 99,04 0,2688 0,0056 0,0009 0,3283 0,0195 0,3408 pada suatu sumur dapat diketahui dengan FMR-2 11,3471 23,7252 98,06 1,483 0,013 0,003 0,3478 0,0419 0,0509 melihat perbedaan nilai entalpi terukur dengan nilai entalpi teoritis berdasarkan Tabel 6. Data Kimia Gas Sumur Produksi steam table pada temperatur tertentu dalam kondisi saturated liquid. Ada atau tidaknya excess entalpi ini bisa ditinjau melalui besarnya nilai entalpi terukur pada sumur produksi. Perhitungan total discharge dapat dilihat sebagai berikut : “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan” 2

2

3

2

4

2


NCG Manifestasi

CO2

H2S

NH3

% Weight

Ar

N2

CH4

H2

% mol

NAF-1

0,9369

83,6

12,1

0,238

0,022

0,945

0,168

2,85

NAF-2

0,9547

89,9

7,06

0,129

0,0287

2,32

0,166

0,344

NAF-3

0,3216

60

32,8

0,298

0,0333

1,42

0,235

5,3

2.1 Penentuan Tipe Air

Gambar 1. Diagram Cl-SO4-HCO3 (Giggenbach, 1988 dalam Nicholson, 1993)

Dari hasil plot diagram segitiga, tipe air panasbumi pada daerah “NZU” dibagi menjadi tiga jenis air, yaitu :  Air Sulfat : Jenis air ini ditunjukan oleh manifestasi mata air panas MAP-1, MAP-2, MAP-4, MAP-5 dan MAP-6. Pada tipe air ini, air manifestasi merupakan air permukaan yang terpanaskan oleh uap, dimana uap yang mengandung H2S mengalami kondensasi menjadi air sulfat. Persamaan kimianya : H2S(g) + 2O2(aq) = 2H+(aq) + SO42-(aq). Air sulfat juga dijadikan sebagai acuan lokasi kemunculannya zona upflow dengan manifestasi seperti

fumarol. Tipe air ini memiliki pH asam 2-4.  Air Sulfat Bikarbonat : Jenis air ini ditunjukan oleh manifestasi mata air panas MAP-3 dan MAP-7. Kandungan dari unsur HCO3 dan SO4 yang berlimpah pada manifestasi ini berasal dari kondensasi gas CO2 dan oksidasi H2S. Dengan pH nya asam – netral. H2O(l) + CO2(g) = H+(aq) + HCO3-(aq).  Air Klorida : Jenis air ini ditunjukan oleh sumur NAF-1, NAF-2 dan NAF-3. Tipe air klorida merupakan ciri khas dari fluida panasbumi. Tipe air ini biasanya memiliki pH yang mendekati netral, dan berada di zona upflow. mendekati netral, dan berada di zona upflow. Asal air sumurnya merupakan air reservoir. Gas HCl yang berasal dari magma kemudian mengalami pelarutan dalam reservoir setelah quenching dengan air meteorik kemudian membentuk ion Cl- yang terlarut dalam air reservoir. 2.2 Perhitungan Geotermometer Metode geotermometer adalah metode yang umum dipakai dalam geokimia panas bumi dalam menentukan perkiraan temperatur bawah permukaan. Beberapa metode yang akan digunakan adalah geotermometer air dan geotermometer gas. 2.2.1 Geotermometer Air  Geotermometer Na-K-Mg

“Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”


Geotermometer air meliputi geotermometer Na-K-Mg, geotermometer SiO2, geotermometer Na-K dan geotermometer NaK-Ca. Geotermometer yang digunakan juga dilihat dari karakteristik mata air panas yang akan dihitung temperatur nya. Daerah lapangan “NZU” berdasarkan karakteristiknya memiliki kecenderungan untuk menggunakan geotermometer Na-K karena ion Na+ dan K+ memiliki tingkat keseimbangan yang lambat daripada pengendapan unsur silika maupun keseimbangan pertukaran K-Mg. Geotermometer ini lebih unggul pada kondisi seimbang pada kedalaman dan terjaga dalam larutan lebih lama bersamaan dengan naiknya air ke permukaan. Air dari reservoir menuju permukaan akan mengalami kontak dengan batuan dibawahnya dan terjadi pencampuran ion-ion lain. Karena Na+ dan K+ merupakan ion yang kesetimbangannya lambat, maka pencampuran ion-ion lain tidak akan memberi pengaruh yang cukup besar sehingga hasil geotermometer Na-K dapat menggambarkan suhu bawah permukaan. Tipe air yang bisa digunakan untuk perhitungan geotermometer ini adalah tipe air klorida (Nicholson, 1993).

Gambar 2. Diagram Na-K-Mg berdasarkan Giggenbach (1988)

Selain menentukan temperatur, diagram ini juga digunakan untuk menunjukkan air mana yang mengalami kesetimbangan. Dari hasil pengolahan data di atas terlihat manifestasi pada MAP-2, NAF-1, NAF-2, dan NAF-3 yang masuk ke zona partial equilibration. Zona partial equilibration merupakan zona dimana airnya sudah setimbang sedangkan MAP-1, MAP-2, MAP-3, MAP-4, MAP-5, MAP-6 dan MAP-7 berada pada zona immature water yang merupakan fluidanya dalam keadaan tidak setimbang dan telah mengalami pencampuran dengan air permukaan. Dilihat dari diagram Na-K-Mg didapatkan perkiraan temperatur bawah permukaannya. Pada sumur produksi NAF-1 berada pada temperatur ±210 0C, NAF-2 berada pada temperatur ±235 0C dan NAF-3 yang berada pada temperatur ±330 0C.  Geotermometer SiO2 Geotermometer ini baik digunakan untuk temperatur <2500C. Perhitungan max steam loss dan no steam loss digunakan berdasarkan temperatur permukaannya. Max



steam loss digunakan apabila fluidanya telah mengalami boiling atau temperaturnya >85 0 C sedangkan untuk no steam loss digunakan pada saat fluidanya belum mengalami boiling <85 0C.



Hitung [Log (Ca1/2/Na) + 2,06], bila hasilnya positif, hitung 0

temperatur t C dengan β = 4/3  

0

Bila t < 100 C, gunakan temperatur tersebut 0 Bila t > 100 C atau [Log (Ca1/2/Na) +

2,06]

negatif,

maka

hitung

0

temperatur t C dengan β = 1/3  Geotermometer Na-K Variasi Na-K pada air panas bumi dipengaruhi oleh pertukaran ion dalam mineral alkali feldsparnya dan juga perubahan temperatur. Perhitungan ini lebih tepat digunakan untuk tipe air klorida atau yang memiliki kandungan Cl yang tinggi meskipun bisa juga digunakan untuk air dengan tipe bikarbonat.

2.2.2 Geotermometer Gas  Geotermometer CAR-HAR

Na-Feldspar + K+ = Na+ + K-Feldspar (Albit)

(Adularia)

 Geotermometer Na-K-Ca Dalam Na-K-Ca Geotermometer, ada beberapa aturan yang harus digunakan dalam perhitungan:

Gambar 3. Diagram CAR-HAR

Manifestasi pada FMR-1 menunjukan temperatur ±325oC , sedangkan FMR-2 menunjukan temperatur 300 oC. Pada sumur produksi diatas, NAF-1 menunjukan temperatur ±255 oC, NAF-2 menunjukan temperatur 265 oC dan NAF-3 menunjukan temperatur ±240 oC. FMR-1, FMR-2, NAF1, NAF-2 dan NAF-3 berada pada zona equilibrated liquid. Hal ini menunjukan bahwa sistem panasbumi pada manifestasi tersebut menunjukan sistem panasbumi dominasi air.



 Geotermometer H2-Ar Metode ini melakukan perhitungan dengan menggunakan konsentrasi gas hidrogen dan argon. Metode ini cocok untuk manifestasi fumarol. Persamaan geotermometer ini adalah:

sumur. Top reservoir biasanya berada pada kemunculan mineral epidot. Mineral epidot mengindikasikan temperatur yang tinggi.

 Geotermometer CH4-CO2 Metode ini melakukan perhitungan dengan menggunakan konsentrasi gas CH4/CO2. Persamaan geotermometer ini adalah:

2.3 Temperatur Reservoir Berdasarkan Perhitungan Geotermometer Tabel 7. Temperatur Reservoir Berdasarkan Perhitungan Geotermometer

Gambar 4. Data Log Sumur NAF-2

Reservoir berada pada kedalaman 583 – 2231 mKU. Mineral alterasi yang terdapat pada zona ini yaitu mineral kuarsa sekunder, kalsit, klorit, pirit dan epidot. Mineral penciri mengindikasikan pH netral. Dilihat dari studi alterasi, temperaturnya berkisar 225 – 325 oC.

Dilihat dari hasil analisis perhitungan geotermometer diatas dapat disimpulkan bahwa perkiraan temperatur reservoir pada daerah “NZU” berkisaran antara 300 - 330 o C dan termasuk kedalam sistem panasbumi temperatur tinggi (Hochstein, 1990). 3. STUDI ALTERASI Data borehole geology digunakan untuk analisis temperatur mineral berdasarkan studi alterasi dan litologi batuan pada “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”


Gambar 5. Data Log Sumur NAF-3

Gambar 6. Data P&T Sumur NAF-2

Reservoir berada pada kedalaman 1400 – 3100 mKU. Mineral sekunder yang terdapat pada zona ini yaitu mineral kuarsa sekunder, anhidrit, klorit dan epidot. Mineral penciri diindikasikan pH netral. Dilihat dari studi alterasi, zona ini memiliki nilai temperatur yang berkisar antara 275– 300 oC.

Reservoir berada pada kedalaman 1300 – 2400 mKU. Temperatur reservoir berdasarkan data P&T (Pressure and Temperature) menunjukan temperatur 250 – 325 oC. Feed zone berada pada kedalaman 1300 – 1600 mKU dan 2000 – 2400 mKU.

4. ANALISIS PENGUKURAN DATA P&T (PRESSURE AND TEMPERATURE) Data P&T (Pressure and Temperature) pada masing-masing sumur produksi memberitahukan temperatur pada setiap kedalaman. Temperatur tersebut diukur pada keadaan dan waktu tertentu. Berdasarkan data P&T (Pressure and Temperature) juga dapat diinterpretasikan dimana feed zone dan zona reservoirnya. Gambar 7. Data P&T Sumur NAF-3

Reservoir berada pada kedalaman 1000 – 3000 mKU. Temperatur reservoir berdasarkan data P&T (Pressure and “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”


Temperature) menunjukan temperatur 250 – 325 oC. Feed zone berada pada kedalaman 1200 – 1900 mKU. 4. KESIMPULAN •

NAF-1, NAF-2 dan NAF-3 memiliki tipe air klorida, MAP-1, MAP-2, MAP-4, MAP-5 dan MAP-6 memiliki tipe air sulfat, dan MAP-3 dan MAP-7 memiliki tipe air sulfat karbonat

•

Temperatur reservoir berdasarkan perhitungan geotermometer berkisar antara 300 – 330 oC

•

Zona reservoir pada sumur NAF-2 berada pada kedalaman 583 – 2231 mKU, temperaturnya berkisar 225 325 oC

•

Zona reservoir pada sumur NAF-3 berada pada kedalaman 1400 – 3100 mKU, temperatur yang berkisar antara 275 – 300 oC

•

Lapangan panasbumi “NZU” merupakan sistem panasbumi temperatur tinggi

[3] Powell, Tom and William Cumming, Spreadsheets For Geothermal Water and Gas Geochemistry, Stanford University, California, 2010. [4] Saptadji, Nenny Miryani, Panduan Teknik Panas Bumi, Jurusan Teknik Geologi, ITB, Bandung, 2000.

DAFTAR PUSTAKA [1] Hochstein, M.P., Introduction to Geothermal Prospecting, Geothermal Institute, University of Auckland, New Zealand, 1982. [2] Nicholson, Keith, Geothermal Fluids (Chemistry and Exploration Technique), Springer Verlag, Inc., Berlin, 1993. “Peran Geologi dalam Pengembangan Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Kebencanaan”

Karakterisasi Temperatur Bawah Permukaan Daerah NZU : Integrasi Data Geotermometer, Mineral Alterasi dan Data Pengukuran Temperatur Bawah Permukaan

Recommend Documents