HUBUNGAN KANDUNGAN DAN KOMPOSISI GAS DENGAN KOMPOSISI MASERAL DAN MINERAL PADA BATUBARA DI DAERAH BUANAJAYA, KUTAI KERTANEGARA, PROVINSI KALIMANTAN TIMUR
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh : MOEHAMAD AWALUDIN NIM : 22106320 Program Studi Rekayasa Pertambangan
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
HUBUNGAN KANDUNGAN DAN KOMPOSISI GAS DENGAN KOMPOSISI MASERAL DAN MINERAL BATUBARA DI DAERAH BUANAJAYA, KUTAI KERTANEGARA, PROVINSI KALIMANTAN TIMUR
Oleh : MOEHAMAD AWALUDIN NIM : 22106320 Program Studi Rekayasa Pertambangan Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Pembimbing
Tanggal Maret 2009
(Dr.Ir. Komang Anggayana, MS)
ABSTRAK HUBUNGAN KANDUNGAN DAN KOMPOSISI GAS DENGAN KOMPOSISI MASERAL DAN MINERAL PADA BATUBARA DI DAERAH BUANAJAYA, KUTAI KERTANEGARA, KALTIM
Oleh : MOEHAMAD AWALUDIN NIM : 22106320
Maksud dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan kandungan komposisi gas dengan genesa batubara di daerah Buanajaya, Kalimantan Timur. Lebih detail lagi, penelitian ini untuk mengevaluasi karakteristik dan sifat-sifat gas dan batubara itu sendiri sebagai source sekaligus reservoir, diantaranya karakteristik petrografi batubara (rank dan komposisi maseral dan mineral), kandungan dan komposisi gas. Sampel dari pemboran dimasukkan dalam canister untuk analisa kandungan gas Q1, Q2, dan Q3 (laboratorium), selanjutnya analisis komposisi gas dilakukan di laboratorium kemudian dilakukan analisis reflektansi vitrinit dan komposisi maseral dan mineral. Hasil proksimat dan ultimat yang dilakukan oleh Pusat Sumberdaya Geologi, digunakan sebagai data sekunder. Secara umum kandungan gas total dan metana batubara di Daerah Buanajaya berhubungan dengan genesa batubaranya. Batubara Seam A, B, C, D, E, F, G dan H pada daerah penelitian, menunjukkan kandungan gas total dan metana (CH 4 ) yang cenderung makin tinggi seiring dengan tingginya prosentase vitrinit dan sebaliknya untuk reflektansi vitrinit, prosentase mineral, kandungan abu dan berat jenis . Sedangkan berdasarkan tumbuhan asalnya, batubara yang didominasi oleh tumbuhan berkayu cenderung lebih sedikit mengandung gas dibandingkan batubara yang berasal dari perdu atau berkayu lunak. Parameter maseral liptinit dan inertinit tidak dapat dijadikan dasar acuan yang baik karena prosentasenya yang sangat kecil (masing-masing <2.5% dan <2%). Prosentase kandungan mineral, kandungan abu dan berat jenis dapat dijadikan acuan yang baik karena lebih konsisten, dimana makin tinggi mineral makin kecil kandungan gasnya. Batubara di daerah penelitian ini, terendapkan dalam cekungan lower delta plain dengan tipe rawa yang cenderung berubah dari eutrofi ke mesotrofi-oligotrofi. Memiliki peringkat lignit-subbituminous C dimana Seam C, F dan G menunjukkan peringkat yang sedikit lebih tinggi. Berdasarkan peringkat batubara ini, diperkirakan bahwa sebagian besar metana berasal dari proses biogenik (metana biogenik/mikrobial). Variasi vertikal kandungan gas dipengaruhi oleh batuan pengapit dan ketebalannya. Variasi tersebut juga kemungkinan dikontrol oleh struktur geologi dan hidrodinamik di daerah penelitian.
ABSTRACT RELATION OF GAS CONTENT AND GAS COMPOSITION WITH COAL MACERAL AND MINERAL COMPOSITION, BUANAJAYA, KUTAI KERTANEGARA, KALTIM
By : MOEHAMAD AWALUDIN Reg. No. : 22106320
The research objective is to study the relation of gas content and composition with coal genesis in Buanajaya, East Kalimantan. In details, this research is carried out to evaluate gas and coal characteristic and properties as source and reservoir, such as coal petrography characteristics (rank, maceral and mineral composition), gas content and its composition Core samples from drilling were placed in canister for Q1, Q2, dan Q3 gas content analysis, while the gas composition was analyzed in laboratorium along with vitrinite reflektance and maceral analysis and mineral composition. Proximate and ultimate data collected by Center for Geological Resources, are used as secondary data. In general, methane and total gas content of coal in Buanajaya area are related to its coal genesis. Coal seam A, B, C, D, E, F, G and H in research area shows the trend of total gas content and methane which have positive correlations to vitrinite percentage and the reverse to vitrinite reflektance, mineral percentage, ash content and specific gravity. Based on plant origin, the coal was dominated by woody plant which contains less gas compared to herbaceous originated coal. Liptinite and inertinite maceral parameter could not be used as reference due to inadequate percentage (<2.5% and <2%, respectively). The mineral percentage, ash content, and specific gravity could be used as reference due to their consistency, where the mineral percentage has negative correlation to gas content. The coal in research area is deposited in lower delta plain envinronment with swamp type changes from eutrophy to mesotrophy-oligotrophy while the rank is classified as lignite-subbituminous C, and higher rank for seam C, F, and G. Based on the coal rank, it is interpreted that almost methane was produced by biogenic process (biogenic/microbial methane). Vertical variation of gas content depends on roof – floor lithology and coal thickness. The variation is possibly controlled by geological structure and hydrodinamic of research area.
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 Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seijin 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
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala taufik dan hidayah-Nya, sehingga tesis dengan judul “Hubungan Kandungan dan Komposisi Gas dengan Komposisi Maseral dan Mineral pada Batubara di Daerah Buanajaya, Kutai Kertanegara, Provinsi Kalimantan Timur”, dapat diselesaikan dengan baik.
Diucapkan terimakasih kepada Menteri Pendidikan Nasional yang telah memberikan dukungan pembiayaan melalui Program Beasiswa Unggulan hingga penyelesaian tesis berdasarkan DIPA Sekretariat Jenderal Depdiknas Tahun Anggaran 2006 sampai dengan 2008.
Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mengikuti sidang Magister pada Program Studi Rekayasa Pertambangan, Institut Teknologi Bandung. Selesainya tesis ini tidak terlepas dari bantuan dan keterlibatan banyak pihak, oleh karena itu secara khusus penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, atas Beasiswa Program Rekayasa Pertambangan yang telah diberikan. 2. Dr.Ir. Komang Anggayana, MS, selaku pembimbing satu yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan motivasi selama penyelesaian ini. 3. Dr.Ir. Hadiyanto, MSc, selaku pembimbing kedua dan Kepala Pusat Sumber Daya Geologi yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam kelancaran selama perkuliahan dan penelitian tesis. 4. Ir. Teti Idriati, MT. dan Dr. Syafrizal, ST. MT. sebagai penguji dalam sidang Magister yang telah memberikan banyak masukan dan detail yang berharga untuk penyempurnaan tesis ini. 5. Ayah dan ibu atas segala doa dan dukungannya untuk menyelesaikan studi magister ini. 6. Ir Sukardjo MSc, Ir. Asep Suryana, Ir. Eko Budi Cahyono, Ir. Agus Subarnas dan Sigit Aryo Wibisono S.T yang telah memberikan bimbingan dan membantu selama pengambilan data di lapangan.
iv
7. Ir. Herudiyanto, MSc yang telah memberikan bimbingan selama pengamatan di Laboratorium Petrografi Batubara, Pusat Sumberdaya Geologi, Bandung. 8. Segenap staf Pusat Sumberdaya Geologi, Badan Geologi, Departemen Energi Sumber Daya Mineral, khususnya Kelompok Program Penelitian Energi Fosil. 9. Rekan-rekan mahasiswa di Program Studi Rekayasa Pertambangan, Institute Teknologi Bandung angkatan 2007 atas kerjasama dan bantuannya selama mengikuti perkuliahan, serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan dalam tulisan ini.
Semoga Allah SWT membalas semua amal kebajikan atas sumbangan tenaga dan pemikirannya.
Penulis menyadari bahwa dalam tulisan ini masih terdapat kesalahan, karena itu saran-saran sangat diharapkan demi penyempurnaan penelitian dalam tesis ini pada masa yang akan datang. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukannya.
Bandung, 31 Maret 2009
Moehamad Awaludin
v
DAFTAR ISI ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xi
Bab I Pendahuluan
I-1
I.1
Latar Belakang
I-1
I.2
Maksud dan Tujuan Penelitian
I-1
I.3
Daerah Penelitian
I-2
I.4
Hipotesis
I-2
I.5
Metodologi Penelitian
I-2
Bab II Kondisi Umum Daerah Penelitian
II-1
II.1.
Kesampaian Daerah
II-1
II.2
Geologi Regional
II-2
II.2.1 Tatanan Geologi
II-2
II.2.2 Morfologi
II-3
II.2.3 Struktur Geologi
II-5
Geologi Daerah Buanajaya
II-5
II.3.1 Morfologi
II-5
II.3.2 Stratigrafi
II-6
II.3.3 Struktur Geologi
II-8
II.3.4 Geologi Batubara
II-9
II.3.5 Indikasi Kandungan Gas
II-10
II.3
Bab III Genesa Batubara
III-1
III.1
Penggambutan
III-1
III.2
Fasies Batubara
III-3
III.2.1 Faktor-faktor Penentu Fasies Batubara
III-3
III.2.2 Fasies Pengendapan Batubara
III-5
vi
III.3
III.4
III.5
Pembatubaraan
III-10
III.3.1 Pembatubaraan Biokimia
III-11
III.3.2 Pembatubaraan Geokimia
III-12
III.3.3 Penyebab Pembatubaraan
III-13
III.3.3.1 Pengaruh temperatur
III-13
III.3.3.2 Pengaruh waktu
III-15
III.3.3.3 Pengaruh tekanan
III-15
Maseral Dalam Batubara
III-16
III.4.1 Huminit/Vitrinit
III-16
III.4.2 Liptinit
III-16
III.4.3 Inertinit
III-18
III.4.4 Proses Pembatubaraan pada Grup maseral
III-18
Indikator Fasises Batubara
III-20
III.5.1 Pengawetan Struktur Jaringan dan Derajat
III-20
Gelifikasi III.5.2 Pengaruh Air Tanah Terhadap Gambut dan
III-22
Batubara III.6
Gas dalam Batubara
III-25
III.6.1 Batubara sebagai asal gas metana
III-25
III.6.2 Batubara sebagai penyimpan gas (reservoir gas)
III-28
III.6.3 Pengukuran Kandungan Gas
III-34
Bab IV Pengambilan Sampel dan Hasil Analisa
IV-1
IV.1
Pengambilan Sampel
IV-1
IV.2
Analisis Proksimat dan Ultimat
IV-5
IV.3
Pengukuran Kandungan Gas dan Komposisi Gas
IV-8
IV.4
Analisis Petrografi
IV-10
IV.4.1 Prosedur Analisis Reflektansi
IV-10
IV.4.2 Prosedur Analisis Komposisi Maseral
IV-10
IV.4.3 Hasil analisis
IV-11
Hasil Perhitungan Sumber Daya Gas
IV-11
IV.5
Bab V Pembahasan
V-1
V.1
V-1
Peringkat Batubara
vii
V.2
Fasies dan Lingkungan Pengendapan Batubara
V-4
V.2.1 Komposisi Maseral Batubara
V-4
V.2.2 Pengawetan Struktur Jaringan dan Derajat
V-12
Gelifikasi
V.3
V.2.3 Pengaruh Airtanah dan Derajat Vegetasi
V-16
Perilaku Gas Batubara
V-17
V.3.1 Hubungan Kandungan Gas dengan Reflektansi
V-18
Vitrinit V.3.2 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana dengan V-20 Komposisi Maseral dan Mineral pada Batubara V.3.2.1 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana V-20 dengan Komposisi Vitrinit V.3.2.2 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana V-24 dengan Komposisi Liptinit V.3.2.3 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana V-25 dengan Komposisi Inertinit V.3.2.4 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana V-26 dengan Komposisi Mineral, Kandungan Abu dan Berat Jenis Batubara V.3.3 Hubungan Kandungan Gas Total dan Metana
V-28
dengan Fasies dan Lingkungan Pengendapan V.3.4 Pengaruh Batuan Pengapit, Ketebalan Batubara dan V-29 Struktur Geologi terhadap Kandungan Gas Total dan Metana Bab VI Kesimpulan dan Saran
VI-1
VI.1
Kesimpulan
VI-1
VI.2
Saran
VI-2
DAFTAR PUSTAKA
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar I.1.
Diagram Alir Penelitian
I-4
Gambar II.1. Peta lokasi daerah penelitian
II-2
Gambar II.2. Peta kerangka tektonik Pulau Kalimantan
II-4
Gambar II.3. Peta Geologi Daerah Buanajaya Provinsi Kalimantan Timur II-8 Gambar III.1. Hubungan faktor-faktor pembentuk batubara
III-2
(Schlatters 1973) Gambar III.2. Urutan tipe rawa pada gambut yang berkembang di danau
III-4
(Taylor et.al., 1998) Gambar III.3. Peningkatan tahap pembatubaraan dengan bertambahnya
III-15
kedalaman dan hubungannya dengan parameter-parameter kualitas batubara (Teichmueller dan Teichmueller,1975) Gambar III.4. Diagram Van Krevelen yang menunjukkan perbandingan
III-19
oksigen dan hidrogen ketiga grup maseral dengan karbon (Tissot dan Welte, 1978. Sumber, Bustin et al., 1983) Gambar III.5. Diagram pengawetan struktur jaringan dan tingkat
III-22
gelifikasi (Lamberson, 1991) Gambar III.6. Diagram pengaruh air tanah dan derajat vegetasi
III-24
dalam pembentukan gambut (Calder, 1991). Gambar III.7. Hubungan antara Gas in Place dengan rank batubara
III-26
(USGS, 2006) Gambar III.8. Proses pembentukan metana (USGS, 2006)
III-27
Gambar III.9. Porositas dan penyerapan gas pada permukaan internal
III-30
(matrik) batubara (Saghafi, 2001) Gambar III.10.Perubahan porositas berdasakan Rank (Faiz et.al, 2004)
III-30
Gambar III.11. Sorption Isotherm CH 4 (disederhanakan) untuk berbagai
III-31
tingkatan Rank (Kim, 1977) Gambar III.12. Hubungan antara jumlah gas dengan rank batubara
III-31
Gambar III.13. Hubungan antara batubara sebagai penghasil gas dan
III-32
sebagai penyimpan gas
ix
Gambar III.14. Diagram ilustrasi cleats didalam batubara
III-33
(USGS dan Schlumberger, 2006). Gambar IV.1 Peta geologi, sebaran batubara dan posisi Lubang Bor
IV-2
PMG-01 dan PMG-02 Gambar IV.2 Sketsa penempatan Lubang Bor PMG-01 dan PMG-02
IV-2
(tanpa skala) Gambar IV.3. Log Bor PMG-01
IV-3
Gambar IV.4. Log Bor PMG-02
IV-4
Gambar IV.5. Alat-alat Yang Digunakan pada Pengukuran Gas
IV-9
di Lapangan Gambar V.1. Hubungan Nilai Reflektansi Vitrinit dan Kedalaman.
V-2
Gambar V.2 Hubungan Nilai Reflektansi Vitrinit dan Urutan Seam
V-2
dari top-bottom Gambar V.3. Hubungan nilai reflektansi vitrinit dengan asal gas metana
V-4
Buanajaya (dimodifikasi dari Faiz, 2004) Gambar V.4. Komposisi Maseral berdasarkan Seam.
V-5
Gambar V.5. Perbandingan komposisi maseral Seam A dari
V-8
top ke bottom Gambar V.6. Perbandingan komposisi maseral Seam B dari
V-9
top ke bottom Gambar V.7. Hubungan Jenis tumbuhan asal dengan kandungan gas
V-10
dalam Seam A Gambar V.8. Hubungan Jenis tumbuhan asal dengan kandungan gas
V-10
dalam Seam B Gambar V.9. Hubungan Jenis tumbuhan asal dengan potensi penghasil gas V-12 Gambar V.10. Plot sampel batubara pada Diagram TPI-GI Lamberson
V-12
et.al (1991) Gambar V.11.. Model lingkunan pengendapan lower delta plain, home
V-15
et.al (1978). Gambar V.12. Plot sampel batubara pada Diagram VI-GWI Calder
V-16
et.al (1991) Gambar V.13. Hubungan kandungan gas dan reflektansi vitrinit
x
V-18
Gambar V.14. Hubungan Kapasitas Absorbsi dan Reflektansi Vitrinit,
V-19
di Sydney Basin (Faiz, et. Al, 2007) Gambar V.15. Hubungan porositas dengan peringkat batubara
V-19
Basin, Australia Gambar V.16. Hubungan kandungan gas dengan prosentase vitrinit
V-20
Gambar V.17. Hubungan kandungan gas dengan prosentase vitrinit
V-21
pada Seam A Gambar V.18. Hubungan kandungan gas dengan prosentase vitrinit
V-21
pada Seam B Gambar V.19. Hubungan kandungan gas metana dengan prosentase
V-22
vitrinit per lubang bor Gambar V.20. Hubungan kandungan metana dan prosentase vitrinit, di
V-23
Formasi Gates, Canada (Bustin dan Clarkson, 1998) dan di Cekungan Sydney, Australia (Faiz, et. Al, 2007) Gambar V.21. Hubungan kandungan gas total dan metana dengan prosentase V-24 liptinit Gambar V.22. Hubungan kandungan gas total dan metana dengan prosentase V-25 inertinit Gambar V.23. Hubungan kandungan gas total dan metana dengan
V-26
prosentase mineral Gambar V.24. Hubungan kandungan gas total dan metana dengan
V-27
kandungan abu Gambar V.25. Hubungan kandungan gas total dan metana dengan
V-27
spesific gravity Gambar V.26. Pengaruh struktur geologi dan hidrodinamik terhadap kandungan gas (scott et al. 2002). .
xi
V-30
DAFTAR TABEL Tabel II.1
Kolom stratigrafi regional daerah penelitian
II-7
(Sumber: S. Supriatna, dkk, 1995 ) Tabel III.1
Peringkat (rank) batubara (Stach et. Al., 1982)
III-14
Tabel III.2
Klasifikasi maseral menurut ICCP (1985).
III-17
Tabel III.3
Perbandingan banyaknya kandungan gas metana antara
III-34
vitrinit dan inertinit menurut beberapa peneliti (Faiz et al, 2004) Tabel IV.1
Data batubara pada Lubang Bor PMG 01
IV-5
Tabel IV.2
Data batubara pada Lubang Bor PMG 02
IV-5
Tabel IV.3
Hasil analisis proksimat
IV-6
Tabel IV.4
Hasil analisis ultimat
IV-7
Tabel IV.5
Nilai kisaran dan rata-rata kualitas sampel batubara
IV-7
Daerah Buanajaya Tabel IV.6
Hasil pengukuran kandungan gas dan komposisi gas
IV-9
Tabel IV.7
Hasil perhitungan parameter lingkungan pengendapan
IV-12
Tabel IV.8
Hasil perhitungan kandungan gas in place
IV-13
Tabel V.1
Nilai reflektansi vitrinit sampel Lubang Bor PMG-01
V-1
dan peringkatnya Tabel V.2
Nilai reflektansi vitrinit sampel Lubang Bor PMG-02 dan peringkatnya
xii
V-2
