VIII.1 PENDAHULUAN
Ada beberapa sasaran yang hendak dicapai setelah mempelajari materi dalam bab ini yaitu :
> Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami konsep tentang batuan induk
> Mahasiswa mampu m enguraikan tentang proses pematangan minyak dan gas bumi
> Mahasiswa mampu menguraikan proses migrasi serta akumulasi minyak dan gas bumi.
Dalam proses pembelajaran tentang materi ini ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan yaitu :
> Mahasiswa diharapkan m embaca m aterinya sebelum masuk ke ruang kuliah untuk m em perlancar proses diskusi yang terjadi selama proses belajar m engajar berlangsung.
> Mahasiswa diharapkan telah memiliki referensi pendukung lainnya yang nantinya akan m emperkaya informasi tentang materi ini.
VIII.2 URAIAN BAHAN PEMBELAJARAN
Secara umum sering dikemukakan bahwa pembentukan m inyak bumi terjadi karena pengonggokan zat organik terutam a plankton pada dasar laut, dan tertim bun dengan sedimen halus dalam keadaan reduksi, sehingga terawetkan. Hal ini hanya terjadi di cekungan sedimen dimana terdapat suatu ambang dari laut terbuka, sehingga terdapat keadaan setengah euxinic, dengan sedimentasi yang cepat, disertai dengan penurunan. Lama kelamaan akan kita dapatkan suatu urutan batuan serpih yang kaya akan zat organik dan berwarna hitam yang disebut source rock atau batuan induk. Karena gradien panas bumi dan gaya tektonik serta pembebanan, oleh tem peratur tinggi dan tekanan , zat
organik tersebut diubah menjadi m inyak dan gas bumi dan diperas keluar untuk bermigrasi ke batuan rservoir.
VIII.2.1 K o n s e p s i B a tua n In d u k
Dalam konsepsi ini diperlukan suatu ciri tertentu untuk mengetahui ciri batuan induk dan cara m engidentifikasinya. Pada umumnya batuan induk dibayangkan sebagai batuan serpih berwarna gelap, kaya akan zat organik dan biasanya diendapkan di lingkungan marin
Beberapa penyelidikan tentang batuan induk m emperlihatkan bahwa semua batuan sedimen mengandung zat organik, terutam a dalam bentuk karogen
walaupun hidrokarbon dan aspal ditemukan (smith,1954 dalam
Koesoemadinata,1980). Terutam a batuan serpih yang berwarna gelap paling banyak mengandung karogen. Penyelidikan yang agak sama dilakukan oleh Fletcher dan Bay (1975) terhadap formasi talang akar di laut jawa sebelah barat. W alaupun demikian tidak ada persesuaian faham mengenai ciri maupun geokimia daripada kualitas suatu batuan induk. Saat itu masih banyak yang keberatan untuk menganggap serpih minyak atau serpih hitam yang kaya akan zat organik sebagai batuan induk. Sebab kalau demikian, tentu kadar zat
organiknya akan berkurang , karena m inyaknya telah bermigrasi.
Levorsen,1958 dalam Koesoem adinata,1980 justru berpendapat bahwa
batuan induk yang baik justru sedikit m engandung zat organik yang
ketinggalan karena sebagian besar telah ditransformasi menjadi minyak bumi. VIII.2.2 P e n e n tu a n B a tu a n In d u k
W alaupun terdapat perbedaan pendapat antara para ahli geokimia mengenai kriteria batun induk minyak dan gas bumi, namun m enurut Haun, 1977 dalam Koesoem adinata,1980 kriteria-kriteria yang lazim dipakai sebagai standar untuk identifikasi batuan induk adalah sebagai b e rik u t:
> TOC (total organic carbon), yaitu presentase berat dari karbon organik dalam suatu contoh batuan. Yang dimaksud dengan karbon organik adalah zat carbon yang berasal dari zat organik dan bukan dari karbonat misalnya gamping. Karbon organik total berhubungan langsung dengan kadar zat organik total atau kerogen, yaitu 1,2 - 1,6 kali TOC.
> EOM (extractable organic matter), yaitu hidrokarbon dan nonhidrokarbon yang dapat dilarutkan misalnya dalam CS2 atau bitumina. Volum dan sifat-sifat dari EOM m enunjukkan sifat batuan induk. Pada umumnya extrak dari batuan induk susunan kimianya harus mengandung susunan utama dari minyak mentah. > CPI (carbon preference index), yaitu perbandingan antara volum
anggota n-parafin yang bernom or ganjil terhadap yang bernom or genap dari kisaran C21 - C37. Untuk batuan induk yang baik nilai CPI harus kurang dari 1,15.
> CIR (carbon isotope ratio) C13/C12. Kisaran nilai CIR untuk minyak bumi yaitu 1% (0,0109 -0 ,0 1 1 0 ). Batuan induk harus mempunyai CIR yang mendekati nilai minyak bumi.
> LOM (level of thermal maturity). Pada teori degradasi pembentukan minyak bumi dinyatakan bahwa minyak bumi
bisa terbentuk pada tingkatan pematangan tertentu
perpaduan antara tem perature dan waktu.
VIII.2.3 W a ktu P e m b e n tu ka n M in ya k B u m i
Jika kita bertanya tentang kapankah minyak bumi itu terbe pada umumnya ada dua konsep mengenai pembentukan minyak bur > A n g g a p a n p e m b e n tu k a n se g e ra
Anggapan ini didasarkan pada beberapa hal yaitu
- Terdapatnya hidrokarbon dalam sedimen resen
- Kenyataan bahwa makin tertim bun sedimen, lempung dan serpih makin
padat sehingga makin sulit bagi caiian yang terbentuk di dalamnya untuk bermigrasi. Stadium perkem bangannya m enurut Hedberg,1937 yang dikutip dari K oesoem adinata,!980 diuraikan sebagai berikut:
Stadium 1 : Penyusunan mekanis komponen mineral, kedalaman 0,01
meter. Penyusutan porositas dari 90 % menjadi 75 %. A ir bebas keluar.
Stadium 2 : Penyusunan mekanis berlangsung terus sampai akhirnya
-300 meter. Penyusutan porositas dari 75 % mrnjadi 35%. Sedimen mengalami pengeluaran air secara besar-besaran dengan hanya sedikit air bebas yang tertinggal.
Stadium 3 : Deformasi mekanis komponen mineral. Kedalaman dari 320
-2000 meter. Porositas menyusut dari 35% menjadi 10%. Fluida dikeluarkan lebih lanjut dari ruang pori yang sem akit menciut.
Stadium 4 : Gejala rekristalisasi di dalam batuan. Kedalaman sampai
lebih dari 3000 meter. Porositas menurun dibawah 10%. Hanya air yang diabsorbsi masih terdapat.
> A n g g a p a n p e m b e n tu k a n la m b a t - s ta d iu m s e rp ih
Kita telah mengetahui bahwa pembentukan minyakbumi secara populer adalah dari serpih yang kaya akan zat organik mengalami penimbunan dan oleh tem peratur tinggi dan tekanan berubah menjadi minyak bumi dan kemudian bermigrasi. Dengan demikian batuan induk harus mengalami suatu stadium serpih (shale stage) dahulu sebelum dapat menghasilkan minyakbumi. Oleh karena itu terdapat berbagai macam minyakbumi yang dihasilkan oleh suatu batuan induk, sesuai dengan stadium perkembangan suatu cekungan.
VIII.2.3 P e m atang an M in y a k b u m i
> P e n g e rtia n Dan P ro se s P em atangan
Pengertian pematangan erat hubungannya dengan masalah waktu pembentukan dan pengertian batuan induk. Banyak ahli geologi minyak bumi berpendapat bahwa langkah terakhir dalam sejarah pembentukan minyakbumi terjdi atau dekat reservoir pada waktu atau setelah migrasi prim er selesai dan terdiri dari suatu urutan perubahan purna-diagnesa yang menghasilkan hidrokarbon dari senyawa yang lebih berat dengan berat molekul rendah. Proses ini disebut pematangan atau pendewasaan (maturation) dan hasilnya adalah minyakbumi yang sebenarnya.
Dalam hal proses pematangan minyak banyak hipotesa yang telah diajukan seperti teori perbandingan karbon oleh W hite,1915, fraksinasi minyak dalam batuan oleh Day,1916 dan hipotesa-hipotesa yang lain yang dimana bisa
ditarik kesimpulan bahwa makin dalam terdapatnya minyak bumi dan makin tua umurnya maka makin m eningkat perbandingan hidrokarbon dan karbonnya. Namun untuk gas sebaliknya. Dalam hal ini sum ber organik minyak bumi serta lingkungan pengendapan batuan induk harus diperhitungkan, karena fasies merupakan factor yang lebih kuat dibandingkan dengan kedalaman dan umurnya.
> H u b u n g a n a n ta ra p e m a ta n g a n za t o rg a n ik d e n g a n p e m b e n tu k a n m ig a s
Terlepas dari persoalan apakah pendewasaan m inyak bumi terjadi dalam batuan induk atau di luar batuan induk banyak ahli m engemukakan adanya hubungan langsung antara pengubahan termal zat organik yang terdapat dalam batuan sedimen dengan jenis minyak atau gas bumi yang terakumulasi diantaranya. Dalam hal ini harus dibedakan antara pengubahan yang terjadi pada waktu diagenesa yang merupakan transform asi organik dengan perubahan termal.
Zat organik yang terkumpul dalam sedimen pada waktu diagenesa mengalami beberapa perubahan yang merupakan transform asi organik. Perubahan terjadi ketika pada waktu transport , dengan adanya transformasi
kimia, pelarutan, pemilahan fisika, pencernaan dan pemrosesan oleh
organisme dan mekanisme koagulasi dan presitipasi.
Pada waktu pengendapan zat organik mengalami pengerjaan oleh organism aerob dan anaerob tergantung pada ketersediaan oksigen. Dalam keadaan oksidasi dan energy tinggi yang tinggal hanyalah bagian yang tahan yang seringkali mengalami pengendapan berulang-ulang. Hasil organism memegang peranan yang penting dalam pembentukan debris sapropel yang am orf yang terutam a terdiri dari bakteri, ganggang dan organisme lainnya. Keadaan anaerob adalah relative, karena untuk reduksi selalu diperlukan oksigen.
Perubahan termal zat organik mungkin dimulai dari tem perature 100oC. Perubahan tem perature yang dapat menyebabkan m ulainya metamorfism e dan sangat berpengaruh pada zat organik yang terkandung dalam sedimen disebut eometamorfisme. Tingkat atau derajat eom etam orfisme dewasa ini lazim
disebut LOM (Level of Organic Maturation) atau tingkat kematangan (termal) organik yang terekam dalam batuan.
VIII.2.4 M ig ra si
Migrasi didefinisikan sebagai pergerakan m inyak dan gas di bawah permukaan. Migrasi prim er merupakan sebutan untuk tahapan dari proses
migrasi, berupa ekspulsi hidrokarbon dari source rock (batuan sumber) yang
berbutir halus dan berperm eabelitas rendah ke carrier bed yang memiliki
perm eabelitas lebih tinggi. Akum ulasi merupakan pengumpulan dari
hidrokarbon yang telah bermigrasi dalam keadaan yang secara relatif diam
dalam waktu yang lama. Trap merupakan istilah dimana migrasi terhenti dan
akumulasi terjadi.
Jika minyakbumi berasal dari bahan organik dan tersebar dalam batuan sumber, kemungkinan bentuk fisik minyakbumi yang terbentuk adalah berupa tetes-tetes kecil. Karena itu untuk terjadinya suatu akumulasi diperlukan pengkonsentrasian, antara lain keluarnya tetes-tetes tersebut dari reservoir dan kemudian bergerak ke perangkap. Koesoem adinata (1980) menyatakan ada beberapa faktor tertentu sebagai sum ber tenaga untuk terjadinya migrasi minyakbumi baik prim er maupun sekunder, yaitu kompaksi, tegangan
permukaan, gravitasi pelampungan (buoyancy), tekanan hidrostatik, tekanan
gas, sedimentasi, dan gradien hidrodinamik.
> M ig ra si P rim e r
Saat ini, ada tiga m ekanisme migrasi prim er yang membawa perhatian
serius bagi kebanyakan ahli geokimia petroleum yaitu difusi, ekspulsi fasa
minyak, dan pelarutan dalam gas.
Difusi sebagai m ekanisme aktif dalam migrasi hidrokarbon, terjadi secara terbatas pada batuan sum ber yang tipis atau pada tepian unit batuan sum ber yang tebal. Pengkonsentrasian diperlukan untuk m emungkinkan terjadinya migrasi primer, dimana difusi dapat menyebabkan akumulasi hidrokarbon dalam ukuran yang cukup besar.
Ekspulsi hidrokarbon dalam kaitannya dengan migrasi prim er terjadi dalam fasa hidrofobik. Ini terjadi pada umumnya sebagai hasil perekahan mikro
selama pergerakan hidrokarbon. Ketika tekanan dalam batuan sudah melebihi kekuatannya menahan tekanan, perekahan mikro terjadi, terutam a pada bidang lemah dari batuan tersebut, seperti bidang perlapisan. Sehingga batuan yang terlam inasi mungkin menghasilkan hidrokarbon dengan tingkat efisiensi yang lebih tinggi daripada batuan yang massif, dalam banyak kasus tidak ada perekahan mikro atau ekspulsi yang terjadi sebelum jum lah bitumen yang dihasilkan batuan sum ber mencapai batas ambang tertentu.
Mills (1923) dan Sokolov (1964) dalam Koesoem adinata (1980)
sehubungan dengan pelarutan minyakbumi dalam gas dan ekspansi gas, menyatakan bahwa minyak dapat larut dalam gas, terutam a pada tem peratur dan tekanan tinggi. Gas diketahui dapat bermigrasi dengan lebih leluasa melalui batuan berhubung tegangan perm ukaannya yang kecil. Karena suatu pembebasan tekanan, maka gas berekspansi dan membawa minyakbumi terlarut. Mekanisme pelarutan ini hanya terjadi bergantung pada keberadaan gas yang dipengaruhi oleh tingkat katagenesis dan kapabilitas batuan sumber untuk menghasilkan gas.
Jarak dari migrasi prim er hidrokarbon pendek. Migrasi primer' terjadi dengan lambat dan sul't, dikarenakan batuan sum ber yang memiliki perm eabelitas yang rendah. Migrasi p rm e r akan terhenti ketika hidrokarbon mencapai tingkat perm eabelitas yang m emungkinkan terjadinya migrasi sekunder. Migrasi primer dapat terjadi baik secara lateral, ke atas dan ke bawah bergantung pada karakteristik carrier bed yang ada di dekat batuan sumber.
> M ig ra si S e k u n d e r
Ketika hidrokarbon berhasil keluar dari batuan sum ber dan mengalami migrasi sekunder, pergerakan dari hidrokarbon akan dipengaruhi oleh gaya
pelampungan (bouyancy). Teori pelampungan (dalam Koesoemadinata, 1980)
menerangkan mekanisme pergerakan minyak bumi karena adanya perbedaan berat jenis minyakbumi dan air. Suatu gumpalan minyak dalam air akan selalu melambung mencari tem pat yang lebih tinggi. Gumpalan ini kemudian bergerak ke atas mengikuti kemiringan penyekat batuan reservoir.
Berlawanan dari gaya pelampungan adalah tekanan kapilaritas. Semakin besar pori dari suatu batuan, semakin kecil tekanan kapilaritasnya, dan
semakin kecil pori dari suatu batuan, semakin besar tekanan kapilaritasnya. Gaya pelampungan bekerja untuk menggerakan hidrokarbon, tetapi tekanan kapilaritas melawan gaya pelampungan tersebut. Sehingga apabila gaya pelampungan yang bekerja lebih kecil dari pada tekanan kapilaritas, maka migrasi dari hidrokarbon tidak akan terjadi. Aliran hidrodinam ik yang merupakan gaya ketiga yang m enggerakan hidrokarbon dapat mengubah pergerakan dari
hidrokarbon, tetapi hal ini kurang m empengaruhi dasar bahwa gaya
pelampungan dan tekanan kapilaritas /m e ru p a k a n faktor utama yang
menentukan pergerakan dari hidrokarbon.
Migrasi sekunder terjadi pada arah yang dipengaruhi oleh gaya
pelampungan yang paling besar. Pergerakan ini awalnya menuju ke arah atas, dan lalu mengikuti kemiringan carrier bed apabila hidrokarbon menemui lapisa
dengan perm eabelitas kurang di atas carrier bed. Keberadaan struktur dan
perubahan fasies mungkin menyebabkan tekanan kapilaritas lebih dominan daripada gaya pelampungan, sehingga arah migrasi mungkin akan berubah, dan atau terhenti.
VIII.2.5 A k u m u la s i m in y a k dan gas b u m i
Kita ketahui bahwa minyak dan gas bumi berakumulasi pada suatu perangkap yang perupakan bagian tertinggi dari lapisan reservoir. Akan tetapi apakah yang m enyebabkan minyak dan gasbumi berhenti di sana? Apabila
hidrokarbon mencapai trap maka terjadi pemisahan antara fasa hidrokarbon
dengan air. Akumulasi terjadi sebagai akibat gaya pelampungan yang menggerakan hidrokarbon berhenti atau dibiaskan. Batuan inpermeabel dapat menjadi perisai yang menahan migrasi hidrokarbon terjadi, karena tekanan kapilaritas yang tinggi terhadap gaya pelampungan hidrokarbon.
Dalam Koesoem adinata (1980) diuraikan beberapa teori tentang akumulasi dari migas, diantaranya adalah teori akumulasi Gussow. Teori ini menjelaskan bahwa dalam keadaan hidrostatik proses akumulasi migas adalah sebagai berikut. Gumpalan atau tetes-tetes minyak dan gas akan bergerak sepanjang bagian atas lapisan penyalur ke atas, terutam a disebabkan oleh pelampungan (buoyancy). Begitu sampai di suatu perangkap, minyak dan gas
bertambah juga kolomnya dan gilirannya m endesak air ke bawah. Hal ini akan terus terjadi sampai batas m inyak-air mencapai spill point. Penambahan minyak dan gas terus m enerus akan menyebabkan pelimpahan (spilling) minyak ke atas ke struktur selanjutnya. Pada fasa selanjutnya berhubung dengan penambahan gas maka seluruh minyak didesak gas ke bawah sehingga melimpah sampai habis dan perangkap sepenuhnya di isi oleh gas.
T itik, t__
S t a d iu m 1 : Gas, m in y o k dan a ir dt otas T.tik lim p a h . M in y a k dan gas k o d u a -d u o n y o icru s-irso r or'.fS te rje b a k s edangkan a ir d i s i n g k i r k a n . S ta d iu rn In i b f l 'h e n t i jik a on taro m uka m i n y aK - a i r m c n c a p ^ i t i t i k f i n p a h . S t a d iu m 2 : S ta d -u rr, ,
g
as. O as te ru s d ije b a k e m irin g a n . S ta d iu gas m e ncapa i t i t . k I m u k a m in y a '/ -ai rV T i t i k L i pahfc> 3 r s n selek : i f dan pen gas i r «3 n ' m i n y n k m o I i rr. pah ke atas
ak h ir j i k a » n f.* r m uka m i o v a J 3 7 b e r n im p it a n dengan ar. tar
i t i k l_ i m p
S ta d iu m 3 : St a d lu m a k h ir . Per»mgkap d iis i o le h gas Gas m e lim p a h k g atas selagi Jc’j i h ban yok gas masuV. p e ra n g ka p . V lin y a -". 'T ie lfiw a ti p e ra n g k a p dan m enerusk p e rja ia n a n n y a ke atas ku .t- Irin g a n .
G am bar VIII.1 Diferensiasi migas dalam perangkap yang
menyebabkan m inyak melimpah(Gussow,1951) Selain teori yang dikemukakan oleh Gussow, teori yang lainnya yaitu Teori akumulasi King Hubbert. King Hubbert meninjau prinsip akumulasi minyakbumi dari segi kedudukan energi potensial dan erat hubungannya dengan perangkap hidrodinamik. Dalam hal ini minyakbumi baik dalam bentuk tetes atau fasa yang m enerus berada dalam lingkungan air akan selalu mencari bagian reservoir yang terisolir dan secara lokal mempunyai potensial rendah. Medan potensil dalam suatu reservoir yang terisi air merupakan resultan dari dua gaya yaitu gaya pelampungan (buoyancy) dan gaya yang disebabkan gradien hidrodinamik.
W aktu penjebakan merupakan hal yang tidak kalah pentingnya untuk diketahui dalam lingkup materi ini. Penentuan waktu dalam sejarah geologi mengenai kapan minyakbumi dapat terjebak bukan saja penting dalam segi ilmiah akan tetapi juga dalam segi ekonomi. Suatu perangkap dapat terisi atau
kosong tergantung dari waktu pembentukan ataupun kapan minyak itu terbentuk atau berada dalam keadaan terjebak oleh perangkap. Pengertian yang baik mengenai hal ini dapat membantu evaluasi suatu prospek. Untuk itu perlu dipertim bangkan beberapa factor dalam hal mengkaji tentang waktu penjebakan. Faktor-faktor tersebut antara lain waktu pembentukan perangkap, perangkap yang terisi dan yang kosong, expansi gas, m inyak dibawah penjenuhan, topi gas yang berkelainan, metoda energy, mineral diagenesa dan sementasi organik.
Dari uraian tersebut dapat disimpulkan bahwa minyakbumi tidak terjadi pada waktu tertentu didalam evolusi minyakbumi. Setelah berakumulasi di suatu perngkap, minyak bumi dapat bermigasi lagi ke arah perangkap yang terbentuk kemudian.
Setelah kita membah g batuan induk, proses pemat ,
migrasi serta akumulasi minyak dan gas bumi, diharapkan mahasiswa memberikan jawaban terhadap pertanyaan-pertanyaan berikut ini :
1. Apa sebenarnya yang dimaksud dengan batuan induk.
2. Apa ciri-ciri atau karakteristik yang harus dimiliki oleh suatu batuan induk
3. Apa hubungan antara pengubahan/pem atangan termal zat organik
dengan pembentukan minyak dan gas bumi.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan migrasi prim er dan migrasi
5. Jelaskan syarat-syarat fisika yang diperlukan dalam hal proses migrasi
dari minyak dan gas bumi.
VIII.3.2 DAFTAR PUSTAKA
Hasan, M. A., 2008, Pemodelan Zona Subduksi Dan Struktur Bawah
Permukaan Jawa Tim ur Berdasarkan Kajian Anomali Gravitasi,
VIII.3 PENUTUP
VIII.3.1 SOAL LATI
sekunder.
Koesoemadinata, R.P., 1980, Geologi Minyak dan Gas Bumi, Edisi kedua, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
W idianto, E.,2008, Penentuan Konfigurasi Struktur Batuan Dasar dan Jenis Cekungan dengan Data G ayaberat serta Implikasinya pada Target Eksplorasi Minyak dan Gas Bumi di Pulau Jawa, Disertasi S-3 ITB, Bandung.