22 BAB III
DASAR TEORI
Dalam bab ini, penulis akan memaparkan secara singkat teori-teori dasar yang digunakan didalam penelitian. Dasar Teori terdiri dari konsep wireline log, konsep dasar seismik, konsep sesar, dan konsep analisis sekatan sesar.
3.1. Wireline Log
Wireline log adalah suatu metode logging yang dilaksanakan setelah pemboran selesai. Logging harus segera dilaksanakan setelah pemboran selesai karena filtrat lumpur yang masih tertinggal pada lubang pemboran dapat mempengaruhi kondisi formasi. Hasil logging berupa rekaman data bawah permukaan yang disajikan dalam bentuk kurva log.
Dalam penelitian ini digunakan log Gamma Ray, log Resistivity, dan log Sonic. Dari ketiga jenis log tersebut maka log Gamma Ray merupakan jenis log terbaik untuk interpretasi litologi sedimen klastik.
Log Gamma Ray adalah log yang menunjukkan intensitas sinar radioaktif yang dipancarkan oleh suatu lapisan batuan. Kandungan radioaktif terbesar terdapat di lapisan serpih dan yang paling sedikit terdapat di lapisan batupasir, sehingga dari kurva log Gamma Ray ini dapat dibedakan antara lapisan batupasir dan serpih. Persamaan untuk menghitung Vsh dari log GR (Alberty, 1993) sebagai berikut :
Secara kualitatif kandungan radioaktif besar akan ditunjukkan oleh defleksi kurva ke kanan sedangkan untuk kandungan radioaktif kecil akan ditunjukkan oleh defleksi kurva ke kiri.
Log Resistivity merupakan salah satu jenis log listrik yang mengukur sifat resistivitas/tahanan jenis dari lapisan. Prinsip dasarnya adalah kemampuan batuan dalam menghantarkan arus listrik. Lapisan yang mengandung minyak, air tawar dan gas biasanya bersifat isolator, sedangkan lapisan batuan yang mengandung air asin akan bersifat konduktor. Log Resistivity lebih tepat digunakan untuk mengetahui kandungan fluida pada suatu lapisan batuan.
23 Sedangkan log sonic adalah log yang mengukur waktu tempuh gelombang bunyi pada suatu jarak tertentu di dalam lapisan batuan. Keadaan ini tergantung dari jenis dan besarnya porositas batuan beserta kandungan fluidanya. Makin besar waktu tempuh gelombang maka harga porositas batuan akan bertambah besar. Log sonic digunakan untuk membedakan antara lapisan batuan yang porous dan permeabel.
3.2. Seismik
Metode seismik merupakan metode yang biasa dilakukan oleh setiap perusahan minyak baik dalam kegiatan eksplorasi maupun pengembangan produksi. Prinsip dasar metode seismik adalah perambatan energi gelombang seismik yang ditimbulkan oleh sumber getaran dari permukaan bumi ke dalam bumi, kemudian dipantulkan oleh bidang ke permukaan oleh bidang pantul yang merupakan bidang batas antara dua lapisan yang mempunyai kontras impedansi akustik ke permukaan.
Salah satu sifat akustik yang khas pada batuan adalah impedansi akustik (IA) yang merupakan hasil perkalian antara densitas (ρ) dan kecepatan (V), dengan persamaan:
Nilai-nilai impedansi akustik yang dimaksudkan adalah kecepatan dan massa jenis batuan penyusun lapisan bumi, dimana hubungan antar keduanya dapat dinyatakan sebagai berikut:
dimana, R = koefisien refleksi
ρ = massa jenis batuan (kg/m3) V = kecepatan rambat (m/detik2) ρV = impedansi akustik (kg.m/detik2) T = koefisien transmisi
Waktu merambatnya gelombang dari sumber ledakan kemudian dipantulkan kembali oleh bidang reflektor disebut Two Way Time (TWT). Sebagian energi yang dipantulkan tesebut akan diterima oleh serangkaian detektor (geofon), yang kemudian akan direkam dalam suatu magnetic tape. Parameter yang direkam adalah waktu penjalaran gelombang seismik dari sumber menuju detektor.
V IA =
ρ
... (2) 1 1 2 2 1 1 2 2V
V
/
V
V
R
=
ρ
−
ρ
ρ
+
ρ
danT
= 1
−
R
... (3)24 3.2.1 Pengikatan Data Seismik dan Sumur (Well Seismic Tie)
Untuk meletakan horison seismik (skala waktu) pada posisi kedalaman sebenarnya dan agar data seismik dapat dikorelasikan dengan data geologi lainnya yang umumnya diplot dalam skala kedalaman, maka perlu dilakukan well seismic tie.
Teknik yang dapat dilakukan dalam pengikatan ini yaitu dengan pembuatan seismogram sintetik dari hasil survei kecepatan yang disebut velocity seismic profile atau check shot survey (Sukmono, 1999). Dalam penelitian kali ini data check shot survey digunakan untuk mendapatkan persamaan matematika dari kurva kedalaman-waktu, yang digunakan untuk mengkonversi data waktu menjadi kedalaman.
3.2.2 Picking Horizon dan Sesar
Identifikasi pantulan (picking) biasanya disebut sebagai kemampuan untuk mengidentifikasi lapisan batuan pada penampang seismik yang biasa disebut top formasi. Secara definisi horison adalah suatu slice sepanjang permukaan suatu bidang. Apabila pada saat menelusuri suatu horison kemudian tiba-tiba kenampakan horison tersebut tidak jelas, maka untuk meneruskannya dengan mengikuti horison lain yang berdekatan dan sejajar dengan horison tersebut.
Analisa dan interpretasi struktur dengan menggunakan data seismik pada dasarnya adalah menginterpretasikan keberadaan struktur patahan pada penampang seismik. Penentuan indikasi sesar dicirikan oleh kriteria sebagai berikut:
Diskontinuitas horizon atau meloncatnya (dislokasi) kemenerusan refleksi horizontal secara tiba-tiba.
Perubahan sudut horizon secara mendadak.
Terjadinya penebalan atau penipisan lapisan antara dua horizon. “Fault Shadow”, yaitu rusaknya data di daerah (zona) tersesarkan. Kuat atau lemahnya refleksi karena perbedaan densitas pada blok
patahan.
3.2.3. Pemetaan Bawah Permukaan
Peta bawah permukaan adalah peta yang menggambarkan bentuk maupun kondisi geologi bawah permukaan dan menjadi dasar dalam suatu kegiatan eksplorasi hidrokarbon, mulai dari awal hingga pengembangan lapangannya. Peta bawah permukaan mempunyai sifat yang kuantitatif dan dinamis. Kuantitatif artinya peta menggambarkan suatu garis yang menghubungkan titik-titik yang nilainya sama,
25 sedangkan dinamis artinya kebenaran peta tidak dapat dinilai atas kebenaran metode, tetapi dinilai berdasarkan data yang ada. Semakin banyak data akan semakin baik, sehingga peta akan berubah menurut waktu dan tempat (Tearpock dan Bischke, 1991).
Perlu disadari bahwa peta bawah permukaan merupakan hasil interpretasi geologi dan geofisika yang bergantung pada keterbatasan data, teknik pelaksanaan, imajinasi yang kreatif, kemampuan visual tiga dimensi, dan pengalaman. Data-data yang dipakai untuk interpretasi tersebut antara lain wireline log, core dan seismik.
3.3. Sesar
Sesar adalah rekahan pada batuan yang telah mengalami pergesran pada bidang rekahnya. Sesar merupakan patahan/rekahan tunggal atau suatu zona pecahan pada kerak bumi bersamaan dengan terjadinya pergerakan yang cukup besar, parallel terhadap zona rekahan atau zona pecahan tersebut. Selain itu sesar juga berarti bergesernya struktur batuan yang slip satu sama lain di sepanjang bidang atau zona rekahan.
(a) (b)
Gambar 3.1. Sesar(a) dan kekar (b) (modifikasi dari Sapiie dan Harsolumakso, 2002)
Istilah kekar memiliki arti yang berbeda dengan sesar, walaupun merupakan patahan atau rekahan, namun dari mekanisme pembentukannya berbeda dengan sesar. Walaupun kekar ini dapat memperlihatkan pergerakan yang cukup besar namun tidak memperlihatkan kesejajaran, atau kekar ini tidak menghasilkan pergerakan pada strukturnya.
Sistem patahan dapat menghasilkan pergerakan mendatar, tegak dan berputar dalam kerak bumi. Pada umumnya patahan mengalami beberapa kali peristiwa deformasi yang teraktifkan kembali dalam model tektonik berbeda. Dibawah ini adalah beberapa aspek sistem patahan, yaitu:
26 Patahan adalah struktur dinamik yang berkembang dalam sisi ruang dan
waktu.
Pada umumnya patahan terjadi dalam sistem yang berhubungan. Hubungan ini biasanya diikuti aturan geometri dan mekanika yang memperbolehkansistem patahan untuk membentuk pola karakteristikyang dapat dikenali.
Deformasi dapat terjadi apabila keseimbangan patahan yang rapuh (brittle faulting) dipermukaan kerak bumi dengan deformasi plastik dibawah kerak plastik dibawah kerak bumi. Kejadian keterkaitan antara atas dan bawah kerak tergantung atas rezim tektonik. Konsep keseimbangan belahan ini merupakan aspek penting dalam menganalisa terrane yang terpatahkan.
Kebanyakan patahan permukaannya tidak bidang datar yang sederhana tetapi memperlihatkan bentuk yang komplek dilihat dalam tiga dimensi. Perubahaan dalam bentuk patahan mesti menyebabkan perlunya pandangan secara geometri untuk mengakomodasi struktur dalam bagian hangingwall yang telah bergerak sepanjang variabel permukaan patahan
3.3.1. Unsur-Unsur Pada Struktur Sesar
Untuk mengetahui klasifikasi patahan, maka sebelumnya kita harus mengenal unsur-unsur patahan. Unsur-unsur dan istilah penting struktur patahan yang dapat dikenali pada penampang seismik dapat dibagi menjadi (Gambar 3.2):
• Bidang sesar: bidang rekahan tempat terjadinya pergeseran, yang kedudukannya dinyatakan dengan jurus dan kemiringan.
• Hangingwall: bagian terpatahkan yang berada diatas bidang sesar. • Footwall: bagian terpatahkan yang berada dibawah bidang sesar.
• Throw: komponen vertikal dari slip/separation diukur pada bidang vertikal yang tegaklurus bidang patahan
• Heave: Komponen horizontal dari slip/separation diukur pada bidang vertikal yang tegak lurus jurus patahan.
• Slip: pergeseran relatif sebenarnya. • Separation: pergeseran relatif semu.
27 Gambar 3.2. Komponen geometri pada bidang sesar (Twiss dan Moore, 1992)
3.3.2. Tipe dan Klasifikasi Sesar
Sesar atau patahan adalah rekahan pada batuan yang telah mengalami pergeseran melalui bidang rekahnya. Sifat pergeserannya dapat bermacam – macam: mendatar, miring (oblique), naik dan turun. Didalam mempelajari struktur sesar, disamping geometrinya yaitu bentuk, ukuran, arah dan polanya, yang penting juga untuk diketahui adalah mekanisme pergerakannya. Salah satu klasifikasi sesar yang umum digunakan adalah klasifikasi Anderson (1951) yang membagi sesar mengikuti prinsip tegasan utama (σ1, σ2, σ3) (Gambar3.3).
28 Gambar 3.3. Klasifikasi sesar menurut Anderson, 1951 (Davis dan Reynolds, 1996)
Sesar normal (normal fault) ialah sesar dimana pegeseran kearah kemiringan bidang adalah dominan dan bagian hangingwall bergerak relatif turun dibandingkan bagian footwall. Sesar ini terbentuk saat tegasan utama yang terbesar berada pada posisi vertikal, sedangkan tegasan utama yang terkecil berada pada posisi horizontal. Sesar normal merupakan jenis sesar yang paling sering dijumpai pada kebanyakan cekungan. Dilihat dari mekanisme pembentukannya kemungkinan sesar ini tidak bertindak sebagai penyekat, melainkan sebagai jalur mengalirnya fluida, karena mekanismenya yang meregang (ekstensional).
Sesar naik (reverse fault) mempunyai pergeseran dominan searah kemiringan dimana blok hangingwall relatif bergeser kearah atas dibandingkan dengan blok footwall. Sesar terbentuk berkebalikan dengan sesar normal, dimana tegasan utama
29 terbesarnya berada pada posisi horizontal, sedangkan tegasan utama terkecilnya berada pada arah vertikal. Dilihat dari mekanisme pembentukannya, maka sesar ini kemungkinan bertindak sebagai penyekat karena mekanisme pembentukannya yang relatif menekan (compressional). Sesar naik sudut rendah sering disebut sebagai sesar anjak untuk membedakan dengan sesar naik sudut tinggi.
Sedangkan sesar mendatar (strike-slip fault) mempunyai pergeseran dominan searah jurus bidang sesar. Pembentukan sesar ini akibat dari tegasan utama terbesarnya yang berada pada posisi horizontal begitu pun dengan tegasan utama terkecilnya. Struktur yang terbentuk akibat dari sesar mendatar ini lebih bervariasi dibandingkan dengan struktur yang dibentuk oleh sesar lain. Sering terjadi lipatan, sesar normal, naik dan anjak berasosiasi dengan sesar mendatar ini. Namun secara umum sesar ini dapat membentuk cekungan (pull-apart basin) dan tinggian (pop-up).
(a) (b)
Gambar 3.4. Sesar mendatar, pull-apart basin (a), pop-up (b) (modifikasi dari Sapiie dan
Harsolumakso, 2002)
Seperti halnya struktur bidang yang lain, klasifikasi sesar pun bisa dilihat dari sudut yang dibentuk bidang sesar tersebut dengan bidang horizontal. Sesar yang memiliki kemiringan lebih besar dari 45o maka disebut sebagai high-angle fault, sedangkan sesar yang memiliki kemiringan kurang dari 45o maka disebut low-angle fault.
30 Gambar 3.5. Klasifikasi sesar berdasarkan kemiringannya (modifikasi dari Sapiie dan Harsolumakso,
2002)
3.3.3. Tegangan dan Regangan
Tegangan (stress) dan regangan (strain) merupakan konsep fundamental dalam struktur geologi. Menurut Peacock dan Marrett (1999), regangan merupakan perpindahan relatif yang berhubungan dengan pembentukan struktur dan dapat diterangkan secara spesifik oleh penggambaran geometri tanpa harus melihat dinamika prosesnya. Sedangkan tegangan adalah gaya yang bekerja selama pembentukan dan tidak dapat dipahami tanpa mengacu kepada analisis kinematik dan observasi geometrinya.
Tegangan (stress) secara matematis dapat didefenisikan sebagai satuan gaya/luas area (F/A) sedangkan regangan (strain) sebagai pertambahan panjang suatu benda dibandingkan keadaan awal (ΔL/L). Menurut Peacock dan Marrett, tegangan dan regangan tidak memiliki hubungan sebab akibat langsung, analisa struktur pada fase geometri/kinematik lebih bersifat deskriptif dan analisa fase dinamik lebih bersifat genetik.
3.4. Sekatan Sesar (Fault Seal)
Struktur dan komposisi dari zona sesar sangat bervariasi. Sifat dasar dari zona sesar sangat bervariasi sepanjang dari permukaan sesar, tergantung pada tipe dan jumlah litologi yang muncul. Torehan (smear) mungkin signifikan pada beberapa permukaan sesar tapi cataclasis gouge bisa berkembang dimana lapisan serpih absen. Sekatan (seal) adalah kandungan lempung yang menjadi kontrol utama dalam perilaku sekatan sesar dalam sekuen klastik campuran (Gambar 3.6). Sekatan bisa dikatakan sebagai sekatan membran atau sebagai sekatan hidrolik, tergantung dari model kegagalan sekatannya (Watts,1987). Kontrol dominan pada kegagalan sekatan membran adalah tekanan masukan kapiler dari batuan sekatan, yang mana tekanan tersebut merupakan tekanan yang dibutuhkan oleh hidrokarbon untuk memasuki
31 interkoneksi saluran pori (pore throat) yang terbesar dari sekatan (seal). Saat tekanan masukan telah melewati kekuatan batuan dalam cara untuk menerobos sekatan, sekatan bisa dikatakan sebagai sekatan hidrolik.
Gambar 3.6. Zona sesar di bawah permukaan bumi (Dee, 2005)
3.4.1. Mekanisme Sekatan (Sealing) Sesar
Terdapat beberapa mekanisme yang bisa menunjukan bahwa sebuah sesar dapat bersifat sebagai penyekat (seal), yaitu :
• Posisi Kesehadapan (Juxtaposition), dimana lapisan reservoar berhadapan dengan lapisan dengan permeabilitas rendah, serta tekanan masukan yang tinggi. Posisi kesehadapan dari setiap litologi ini bisa dilihat dengan menggambarkan setiap unit litologi pada bidang sesar baik itu pada bidang hangingwall maupun pada bidang footwall (Gambar 3.7).
f
32 • Torehan Lempung (clay smears), yaitu masuknya hancuran lempung atau serpih ke dalam zona sesar, sehingga menyebabkan sesar tersebut memiliki tekanan masukan yang tinggi.
• Kataklastik, yaitu hancuran butiran pasir yang menghasilkan material sesar (fault gouge) dengan ukuran yang lebih halus, masuk ke dalam zona sesar, sehingga menyebabkan sesar tersebut memiliki tekanan masukan yang tinggi (mengurangi geometri dari saluran pori).
• Diagenesis/Mineralisasi/Alterasi, dimana sementasi pada bidang sesar yang awalnya memiliki permebilitas yang baik akhirnya akan menghilangkan porositas pada bidang sesar tersebut, baik sebagian atau seluruhnya. Akhirnya membentuk penyekat hidraulik. Bidang sesar yang dilalui fluida sangat mungkin terjadi pembentukan mineral autigenik yang akan mengurangi porositas dari bidang sesar tersebut, selain itu seiring berjalannya fluida itu akan bernteraksi dengan batuan sampingnya dan akan menghasilkan presipitasi dari mineral sekunder dan akhirnya membuat bidang sesar tersebut memiliki tekanan masukan yang tinggi.
Kemungkinan sifat sesar juga dapat dilihat dari kondisi ataupun posisi dari sesar, litologi, dan kontak fluida yang dihasilkan (Gambar 3.8). Selain keempat hal di atas ada juga beberapa hal yang mempengaruhi sifat sekat dari suatu sesar, diantaranya :
• Orientasi dari sesar, contohnya sesar naik akan bersifat relatif sebagai penyekat dibandingkan dengan sesar normal.
• Litologi dari daerah sekitar zona sesar, jika litologi dominannya adalah lempung, maka sesar tersebut akan lebih sekat disbanding daerah yang berlitologi dominan pasir.
• Kedalaman pembebanan (burial depth), akan mempengaruhi tipe dari mekanisme pensesaran.
• Waktu atau umur dari proses pensesaran tersebut, hal ini akan mempengaruhi perkembangan dari torehan lempung (clay smears) di dalam bidang sesar itu sendiri.
33 Gambar 3.8. Hipotesis hubungan antara sesar – litologi – kontak fluida (Smith, 1980)
3.4.2. Algoritma Sekatan Sesar
Menurut Knipe (1997) batuan yang kaya akan lempung cenderung membentuk sekatan yang lebih baik, karena memiliki ukuan butir yang lebih halus sehingga memiliki lubang pori yang lebih kecil. Menurut Yielding et al. (1997), bahwa pembentukan material dalam zona sesar itu berkaitan erat dengan gesekan jenis litologi yang berbeda.
34 Ada beberapa metoda yang digunakan untuk melakukan pendekatan sifat sekatan material di dalam zona sesar, diantaranya :
• Clay Smear Potential (CSP)
Clay Smear Potential ditetapkan untuk mewakili jumlah relatif dari lempung yang ada pada bidang sesar (Bouvier et al., 1989 op. cit. Yielding et al., 1997). Nilai dari CSP ini akan bertambah seiring dengan makin tebalnya lapisan batulempung dan semakin banyaknya lapisan batulempung yang melewati titik tempat dilakukannya perhitungan CSP pada bidang sesar. Sedangkan nilai CSP ini akan berkurang seiring dengan semakin besarnya pergeseran (throw) dari sesar tersebut (Gambar 20).
• Smear Factor (SF)
Yielding et al. berpendapat bahwa Clay Smear Potential itu tidak dapat digunakan apabila jarak yang dimaksud memiliki dimensi yang luas. Sehingga Yielding at al. (1997) mengusulkan bahwa CSP ini adalah salah satu contoh perhitungan Smear Factor yang umum, dimana dengan menambahkan komponen “n” pada ketebalan lapisan dan komponen “m” pada jarak, sebagai variabel tambahan yang dapat diambil dari percobaan dan studi pengamatan (Gambar 3.10).
Gambar 3.9. Clay Smear Potential (Yielding et al., 1997)
Gambar 3.10. Smear Factor (Yielding et al., 1997) ... (4)
35 • Shale Smear Factor (SSF)
Lindsay et al. (1993 op. cit. Yielding et al., 1997) mengusulkan metoda ini untuk menentukan kemenerusan dari Shale Smear pada bidang sesar (Gambar 3.11).
• Shale Gouge Ratio (SGR)
SGR adalah perkiraan perbandingan masuknya material halus yang bersifat impermeabel dari batuan samping ke dalam bidang patahan terhadap kandungan lempung dari batuan samping tersebut. Yielding et al. (1997) membuat dua persamaan untuk menghitung SGR ini, persamaan pertama hanya melibatkan lapisan impermeabel di sepanjang interval pergeseran, sedangkan persamaan yang kedua melibatkan seluruh lapisan di sepanjang interval pergeseran, dengan mempertimbangkan kandungan lempung dari setiap lapisan tersebut (Gambar 3.12).
Gambar 3.12. Shale Gouge Ratio (Yielding et al., 1997)
Gambar 3.11. Shale Smear Factor (Yielding et al., 1997)
... (6)
36 Dari penjabaran metoda di atas maka untuk CSP, SF, dan SSF hanya mempertimbangkan faktor ketebalan lapisan impermeabel dan besarnya pergeseran, tanpa mempertimbangkan hadirnya lapisan semi-impermeabel. Dari beberapa studi yang dilakukan, menunjukan bahwa SGR ini lebih baik jika dibandingkan dengan CSP, SF, dan SSF. Data yang dibutuhkan dalam SGR ini lebih flexibel dibandingkan dengan metoda yang lain, dimana SGR ini bisa menggunakan kandungan lempung dari suatu lapisan atau kandungan lempung rata-rata dari suatu zona.
Prosentase dari SGR dapat digunakan untuk memperkirakan sifat dari sesar. Nilai SGR yang kecil menunjukkan kandungan lempung yang relatif sedikit, sehingga kemungkinan sesar tersebut bersifat bocor (leaking). Sedangkan nilai SGR yang tinggi menunjukkan kandungan lempung yang relatif banyak, maka kemungkinan sesar tersebut bersifat sebagai penyekat (sealing). Yielding et al. (1997) memberikan batas untuk nilai SGR berkaitan dengan sifat sesar, batas prosentase nilai SGR ini berkisar antara 15%-20%. Nilai prosentase SGR yang kurang dari 15% kemungkinan sesar tersebut bersifat bocor (leaking), sedangkan nilai prosentase SGR yang lebih dari 20% kemungkinan sesar tersebut bersifat sebagai penyekat (sealing). Namun batas dari prosentase SGR ini bisa berubah tergantung dari kondisi geologi suatu daerah. Pada Gambar 3.13 dibawah ini memperlihatkan prediksi komposisi zona sesar dengan algoritma perhitungan SGR dan analoginya dengan singkapan dilapangan dan data core.
Gambar 3.13. Prediksi komposisi zona sesar dengan algoritma perhitungan SGR dan analoginya dengan singkapan dilapangan dan data core (Dee, 2005)
