geokimia panas bumi
TRANSCRIPT
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 1/89
GEOKIMIA PANAS BUMI
Niniek Rina Herdianita
KK Geologi Terapan
Program Studi Sarjana dan Magister Teknik Geologi
Program Studi Magister Teknik Panas Bumi
Institut Teknologi Bandung
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 2/89
Geokimia Panas Bumi
1. Pendahuluan
2. Geokimia Air Panas Bumi
3. Geokimia Gas Panas Bumi
4. Estimasi Karakteristik Fluida Reservoir
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 3/89
Pendahuluan
Geokimia Panas Bumi/Geotermal mempelajari komposisifluida panas bumi (air dan uap) dan proses-proses yangmempengaruhinya untuk mengetahui kondisi dankarakteristik fluida reservoir.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 4/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 5/89
Asumsi
Sistem geotermal adalah sistem hidrotermal terbuka dan air yang didominasi oleh air meteorik merupakanmedia pembawa panas.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 6/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 7/89
Karakteristik Air (H2O)
Systematic name water
Alternative namesaqua, dihydrogen monoxide,hydrogen hydroxide
Molecular formula H2OMolar mass 18.0153 g/mol
Density and phase1.000 g/cm3, liquid0.917 g/cm3, solid
Melting point 0°
C (273.15 K) (32ºF)Boiling point 100°C (373.15 K) (212ºF)
Specific heat capacity (liquid) 4184 J/(kg.K)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 8/89
Densitas H2O vs Temperatur
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 9/89
pH H2O
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 10/89
pH H2O vs Temperatur
pH adalah fungsi dari Konstanta Disosiasi Air (KwH2O)
H2O H+ + OH-
KwH2O = [H+][OH-]
-log KwH2O
= -log [H+] + [ – log [OH-]] pKwH2O
= pH + pOH
Kw adalah fungsi dari temperatur:
KwH2O (25oC) = 10-14 pKwH2O = 14
KwH2O (100oC) = 10-12 pKwH2O = 12 KwH2O (250oC) = 10-11 pKwH2O = 11
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 11/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 12/89
0 10 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
H2O 14.94 14.54 13.99 13.27 12.71 12.26 11.91 11.64 11.44 11.30 11.22 11.20 11.22 11.30
H2CO3 6.57 6.47 6.36 6.29 6.32 6.42 6.57 6.77 6.99 7.23 7.49 7.75 8.02 8.29
H2S 7.45 7.23 6.98 6.72 6.61 6.61 6.68 6.81 6.98 7.17 7.38 7.60 7.82 8.05
NH4 10.08 9.74 9.24 8.54 7.94 7.41 6.94 6.51 6.13 5.78 5.45 5.15 4.87 4.61
H4SiO4 10.28 10.00 9.82 9.50 9.27 9.10 8.97 8.67 8.65 8.85 8.89 8.96 9.07 9.22
H3BO3 9.50 9.39 9.23 9.08 9.00 8.95 8.93 6.94 8.98 9.03 9.11 9.22 9.35 9.51
HF 2.96 3.05 3.18 3.40 3.64 3.85 4.09 4.34 4.59 4.89 5.30 5.72 6.20 6.80
HSO4- 1.70 1.81 1.99 2.30 2.64 2.99 3.35 3.73 4.11 4.51 4.90 5.31 5.72 6.13
HCl -0.26 -0.24 -0.20 -0.14 -0.06 0.03 0.14 0.25 0.37 0.50 0.66 0.84 1.06 1.37
HCO3- 10.63 10.49 10.33 10.17 10.13 10.16 10.25 10.39 10.57 10.78 11.02 11.29 11.58 11.89
Expressed as -log Ka = pKa
Temperature (oC)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 13/89
Solubilitas Air
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 14/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 15/89
Diagram Fasa H2O
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 16/89
Boiling point
VaporizationCondensation
(solid)
(liquid)
(gas)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 17/89
Boiling = Mendidih
Terjadi di bagian atas, yaitu pada kedalaman < 2 km
Terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan uap
Unsur non-volatil (Cl, SiO2) tinggal di air
Unsur volatil/gas (CO2, H2) berada pada fasa uap
Pemisahan 2 fasa fluida mengakibatkan terbentuknya:
Entalpi liquid (Hliq)
Entalpi uap (Hvap)
Manifestasi panas bumi di permukaan memberikangambaran tentang kondisi/proses bawah permukaan
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 18/89
Entalpi (H) = Panas Tersimpan
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 19/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 20/89
Tekanan vs Boiling Point
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 21/89
Boiling Point Depth (BPD)
Tekanan vs titik didih (boiling point) air
Tekanan air (P) sebagai fungsi dari kedalaman (h):
PHidrostatik = 0,1897 h0,8719 PHidrodinamik = 0,2087 h0,8719 = 1.1 PHidrostatik
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 22/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 23/89
290oC
1000 m
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 24/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 25/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 26/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 27/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 28/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 29/89
Geokimia Panas Bumi
1. Pendahuluan
2. Geokimia Air Panas Bumi
3. Geokimia Gas anas Bumi
4. Estimasi Karakteristik Fluida Reservoir
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 30/89
Unsur-unsur Kimia Fluida
Terdiri dari unsur-unsur terlarut berupa:
Anion: Cl-, HCO3-, SO4
-2, NH4-, F-, I-, Br-
Kation: Na+, K +, Ca+2, Mg+2, Rb+, Cs+, Li+, Mn+2, Fe+2, Al+3, ion-ion As
Spesies netral: SiO2, B, CO2, H2S, NH3
SiO2 hadir sebagai silika total dan ekuivalen dengan konsentrasiH4SiO4
CO2 terlarut adalah ekuivalen terhadap konsentrasi H2CO3
Karbonat total adalah jumlah dari semua spesies karbonat
(CO2 = H2CO3 + HCO3-
+ CO3-2
) B adalah boron total (B = H3BO3 + H2BO3
- + HBO3-2 + B+)
As adalah arsenik total yang hadir dalam berbagai muatan ion
Amonia adalah sebagai amonia (NH3) atau amonium (NH4-)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 31/89
Unsur-unsur Kimia Fluida
Berasal dari interaksi antara batuan dan fluida (+ prosesmagmatik), terdiri dari:
Unsur-unsur pembentuk batuan
Solubilitasnya dipengaruhi oleh kesetimbangan antaramineral dan air
mis. kation Na, K, Ca, Mg, Rb, Cs, Mn, Fe dan Al
Unsur-unsur terlarut Lebih banyak berada di larutan dibanding dalam mineral
Tidak mudah bereaksi = unsur konservatif
mis. Cl, B, Li dan Br
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 32/89
Unsur-unsur Kimia Fluida
Dipengaruhi oleh:
Asal air
Penambahan unsur volatil magmatik
Cl sebagai HCl, C sebagai CO2, S sebagai SO2
Kenampakan isotop Helium (3He/4He)
Kesetimbangan fluida-mineral
Mineral (jenis batuan)
Suhu
Dominasi batuan Proses
Boiling
Mixing (dilution)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 33/89
Asal Fluida
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 34/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 35/89
Air Klorida (Cl)
Menunjukkan air reservoir
Mengandung 0,1 hingga 1,0 wt.% Cl
Perbandingan Cl/SO4 umumnya tinggi
Mengandung kation utama : Na, K, Ca dan Mg
Berasosiasi dengan gas CO2 dan H2S
pH sekitar netral, dapat sedikit asam dan basa tergantung CO2 terlarut
Sangat jernih, warna biru pada mataair natural
Kaya SiO2 dan sering terdapat HCO3-
Terbentuk endapan permukaan sinter silika (SiO2)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 36/89
Air Sulfat (SO4)
Terbentuk di bagian paling dangkal sistem geotermal
Akibat kondensasi uap air ke dalam air permukaan (steam heatedwater)
SO4 tinggi (mencapai 1000 ppm) akibat oksidasi H2S di zona
oksidasi dan menghasilkan H2SO4 (H2S + O2 = H2SO4)
Mengandung beberapa ppm Cl
Bersifat asam
Ditunjukkan dengan kenampakan kolam lumpur dan pelarutan
batuan sekitar Tidak dapat digunakan sebagai geotermometer
Di lingkungan gunung api : air asam SO4-Cl terbentuk akibatkondensasi unsur volatil magmatik menjadi fasa cair
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 37/89
Air Cl dan SO4
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 38/89
Air Cl dan SO4
Ta: Taal
Ku: Kusatsu Shirane
Kb: Kaba
Tin, Tam: Kelimutu
Ij: Ijen
Po: Poas
Ma: Maly Semiachik
Pu: Kawah Putih
Dem: Dempo
Sv: Soufrière St.Vincent
Qu: Quilotoa
Kel: Kelud
Sa: Segara AnakNy, Mo: Nyos, Monoun
The discharge of magmatic gases (SO2 , H2S, HCl and HF) into a crater lake frequently lead to highly acidic
sulfate-chloride waters. The lakes are too acidic to convert and store CO2 gas as bicarbonate ions (HCO3-).
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 39/89
Air Bikarbonat (HCO3)
Terbentuk pada daerah pinggir dan dangkal sistem geotermal
Akibat adsorbsi gas CO2 dan kondensasi uap air ke dalam air tanah(steam heated water)
Anion utama HCO3 dan kation utama adalah Na
Rendah Cl dan SO4 bervariasi
Di bawah muka air tanah bersifat asam lemah, tetapi dapatbersifat basa oleh hilangnya CO2 terlarut di permukaan
Di permukaan dapat membentuk endapan sinter travertin (CaCO3)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 40/89
Air Meteorik
Air tanah mengandung Ca, Mg, Na, K, SO4, HCO3 dan Cl, dan dapatmengandung Fe, SiO2 dan Al
Air tanah dapat mengandung gas terlarut O2 dan N2
Air sungai mempunyai anion utama HCO3 dan kation utama adalah
Ca Air hujan mempunyai anion utama Cl dan kation utama Na
Kandungan kimia air tanah sangat dipengaruhi oleh batuandasarnya.
Komposisi isotop stabil mengikuti Meteoric Water Line (MWL)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 41/89
Air Asin
Terbentuk dengan berbagai cara (mis. pelarutan sekuen endapanevaporit, terperangkap pada cekungan sedimentasi/air formasi, dll)
Merupakan larutan yang berkonsentrasi tinggi
pH menunjukkan asam lemah
Unsur utama adalah Cl (10.000 hingga lebih dari 100.000 ppm) Konsentrasi Na (kation utama), K dan Ca tinggi
Densitas tinggi, sehingga tidak muncul di permukaan
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 42/89
Tipe air apakah sampel ini?
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 43/89
Na K Mg Ca Cl SO4 HCO3
1 Ngawha NG-9, NZ 230 7.7 893 79 0 3 1,260 18 185
2 Wairakei WK-66, NZ 240 8.5 995 142 0 17 1,675 30 <5
3 Champagne Pool, NZ 99 8.0 1,070 102 0 26 1,770 26 76
4 Miravalles 10, Costa Rica 250 7.8 1,750 216 0 59 2,910 40 27
5 Acque Albule, Italy 22 6.1 138 22 238 1,042 163 1,470 1,403
6 Well C32, Fuzhou, China 93 7.5 187 6 0 23 175 163 52
7 Spring 7, Manikaran, India 95 8.4 96 19 3 52 138 41 210
8 Golden Spring, NZ 45 7.0 224 20 7 11 51 8 670
9 Zunil spring 95 7.0 384 32 39 17 172 234 635
10 Zunil ZQ-3, Guatemala 295 8.1 933 231 0 15 1,810 31 51
No LOKASI t (°C) pHKimia Air (mg/kg)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 44/89
Na K Mg Ca Cl SO4 HCO3
11 Radkersburg, Austria 72 8.9 2,215 182 47 3 264 398 4,130
12 Cerro Prieto, Mexico 280 7.3 5,600 1,260 0 333 10,500 14 40
13 Tongonan, Philippines 330 7.0 3,580 1,090 0 128 6,780 16 12
14 Morere spring, NZ 47 7.0 6,690 84 79 2,750 15,670 <3 28
15 Salton Sea well, USA 330 5.2 38,400 13,400 10 22,010 118,400 4 140
16 Reykjanes Spring, Iceland 99 6.2 14,325 1,670 123 2,260 26,100 206 <5
17 Oil well, Leda F., California 100 5.7 13,600 404 275 12,200 44,000 16 80
18 White Island, NZ 98 0.6 5,910 635 3,800 3,150 38,700 4,870 -
19 Kawah Ijen, Indonesia 60 0.6 1,030 1,020 680 770 21,800 62,400 -
20 Tamagawa, Japan 98 1.3 38 30 35 95 2,970 2,300 -
No LOKASI t (°C) pHKimia Air (mg/kg)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 45/89
Kisaran pH Anion Utama
Air tanah 6 - 7.5 jejak HCO3-
Air klorida (Cl) 4 - 9 Cl, jejak HCO3-
Air klorida-bikarbonat (Cl-HCO3) 7 - 8.5 Cl, HCO3-
Air bikarbonat (HCO3) 5 - 7 HCO3-
Air asam sulfat (SO4) 1 - 3 SO42-, jejak Cl
Air asam sulfat-klorida (SO4-Cl) 1 - 5 SO42-, Cl
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 46/89
Tipe air apakah yang hadir
pada manifestasi ini?
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 47/89
Artist’s Palette, Waiotapu, New Zealand
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 48/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 49/89
Yellowstone National Park, USAPohutu Geyser, Rotorua
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 50/89
Champagne Pool, NZ
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 51/89
Travertin Stone, Pamukale, Turkey
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 52/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 53/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 54/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 55/89
Papandayan, Jawa Barat
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 56/89
Waimangu, New Zealand
Cl water
SO4 water
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 57/89
Geokimia Panas Bumi
1. Pendahuluan
2. Geokimia Air Panas Bumi
3. Geokimia Gas Panas Bumi
4. Estimasi Karakteristik Fluida Reservoir
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 58/89
Gas-gas Panas Bumi
Gas dalam sistem panas bumi hadir sebagai:
Uap (H2O)
Non condensible gases (gas-gas yang tidak mudahterkondensasi) atau gas reaktif: CO2, H2S, NH3, H2, N2, CH4)
kondisi bawah permukaan Gas-gas inert atau konservatif: gas-gas mulia, hidrokarbon selain
metana) sumber gas
Konsentrasi gas bersama rasio gas/uap dan uap/air
dapat memberikan informasi mengenai kondisi bawahpermukaan dan perilaku reservoir.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 59/89
Keluaran Gas
Fumarol
Kaipohan
Solfatara :
Fumarol dengan SO2 dan/atau H2S
Daerah steam discharge yang mengandung steaming grounddan fumarol
Steaming ground
Hot pools
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 60/89
Steaming ground @ Cibuni, Rancabali-Bandung
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 61/89
Steam vent @ Cibuni, Rancabali-Bandung
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 62/89
Grand Prismatic Hot Spring @ Yellowstone National Park
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 63/89
Warm ground with (organic) gas discharge @ Cipanas, Palimanan - Cirebon
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 64/89
CO2
Gas terbanyak pada sistem panasbumi (~ 95 wt.% atauvol.%)
Hadir 0.2 - 4% vol/vol dalam udara tanah
Terbentuk dari :
Magmatik
Larut dalam air meteorik
Alterasi termal batuan/mineral karbonat
Degradasi material organik pada batuan sedimen
Mengontrol kimia air, densitas, pH, BPD, alterasi batuan,dan pengendapan mineral sekunder dan skaling.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 65/89
H2S
2 hingga 3 kali lebih mudah terlarut dibanding CO2
Merupakan gas reaktif dan akan hilang oleh interaksidengan batuan sekitar membentuk sulfida besi.
Terbentuk dari :
Magmatik
Alterasi termal batuan reservoir
Rasio CO2 /H2S dapat menunjukkan pola aliran fluida danproses boiling.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 66/89
NH3
Gas panas bumi yang paling mudah larut.
Terbentuk dari alterasi material organik pada batuansedimen.
Gas reaktif dan akan hilang oleh interaksi dengan batuansekitar, terserap dalam mineral lempung, atau larutdalam kondensasi uap.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 67/89
Volatil Logam dan Non Logam
Arsen (As) Kandungannya tinggi pada sistem entalpi sangat tinggi. Mudah hilang oleh proses kondensasi uap dan mixing dengan air
tanah. Boron (B)
Terkonsentrasi pada fasa liquid, tetapi dapat ditranspor sebagaiuap. Mudah larut dalam uap kondensat atau air steam heated.
Merkuri (Hg) Kandungan Hg pada steam discharge dipengaruhi oleh
kandungan Hgvapour dan gas HgS.
Hgvapour akan berkurang dengan meningkatnya konsentrasi H2S. Asosiasi: sulfida, oksida, material organik dan unsur logam
Tritium (3H) Kandungannya berkurang dengan peningkatan residence times.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 68/89
Komposisi Gas atau Uap
Temparatur dan tekanan reservoir
Kandungan gas pada fluida reservoir
Solubilitas gas pada fasa liquid
Koefisien distribusi massa gas dalam fasa uapdan liquid (Bgas=cvapour /cliquid)
Reaksi yang terjadi saat naik ke permukaan:
Boiling
Kondensasi Oksidasi
Interaksi batuan/mineral)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 69/89
Solubilitas Gas
(least soluble) N2<O2<H2<CH4<CO2<H2S<NH3 (most soluble)
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 70/89
Kimia Keluaran Gas GeotermalField/feature Separation
pressure
Enthalpy Steam
fraction
Total gas
in steam
CO2 H2S CH2 H2 N2 NH3
(bg) (kJ/kg) (y) (mmol/mol steam) millimoles/mole total gas
Wells: liquid dominated systems
Wairakei, NZ Average 1 1135 0.3 0.2 917 44 9 8 15 6
Tauhara, NZWell 1 8.8 1120 0.2 1.2 936 64 - - - -
Ohaaki, NZWell 22 10 1169 0.19 10.04 956 18.4 11.8 1.01 8.89 4.65
Ngawha, NZ
Well 4 1.87 966 0.19 24.5 945 11.7 28.1 3.0 2.1 10.2Cerro Prieto, Mexico
Well 19A 6.6 1182 0.289 5.88 822 79.1 39.8 28.6 5.1 23.1Tongonan, Philippines
Well 103 7.6 1615 0.414 2.95 932 55 4.1 3.6 1.2 4.3Reykjanes, Iceland
Well 9 19.0 1154 0.135 0.248 962 29 1 2 6 -
Wells: vapour dominated systems
The Geyser, USA Average - 2793 1.0 5.9 550 48 95 150 30 125Larderello, Italy
Average - 2804 1.0 20.0 941 16 12 23 8 8
FumarolaWairakei, NZ
Karapiti - (115°C) 1.0 1.7 946 23 7.4 10 11 2.6Larderello, Italy
Average - (100°C) 1.0 30.0 923 20.6 14 26 10.7 -
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 71/89
Geokimia Panas Bumi
1. Pendahuluan
2. Geokimia Air Panas Bumi
3. Geokimia Gas Panas Bumi
4. Estimasi Karakteristik Fluida Reservoir
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 72/89
Estimasi karakteristik reservoir
Temperatur, yaitu dengan menggunakan geotermometer.
pH fluida, yaitu dengan menggunakan dasarkesetimbangan reaksi tertentu.
Komposisi fluida, yaitu dengan mempertimbangkanterbentuknya fraksi uap (y) dan fraksi air (x) saat boilingterjadi.
Temperatur, yaitu dengan menggunakan geotermometer.
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 73/89
Geotermometer
Berdasarkan variasi kandungan beberapa unsur dalamfluida panasbumi yang hadir sebagai fungsi daritemperatur
Unsur : terlarut, gas, isotop
Data : mata air panas, data pemboran/sumur
Kesalahan : 5 hingga 10oC
Kelebihan entalpi dapat memberikan estimasi suhu
reservoir yang lebih tinggiMengkombinasi beberapa perhitungan geotermometer
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 74/89
Geotermometer Unsur Terlarut
Berdasarkan reaksi kesetimbangan kimia antara fluidadan mineral
Fluida panas bumi muncul ke permukaan dengan cepat(> 2 kg/sec)
Tidak ada mixing dengan fluida lain. Bila terjadi, mixingharus dapat dihitung
Tidak ada steam atau gas yang hilang
Re-ekuilibrium fluida-mineral pada kondisi dingin (dipermukaan) berlangsung lambat, sehingga dapatdiabaikan
Air Cl ber-pH netral
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 75/89
Geotermometer Unsur Terlarut
Geotermometer Silika (SiO2) Geotermometer Kuarsa
Geotermometer Kalsedon
Geotermometer Kristobalit
Geotermometer Opal CT Geotermometer Silika Amorf
Geotermometer K-Na
Geotermometer K-Mg
Geotermometer K-Na-Mg Geotermometer K-Na-Ca
Geotermometer Na-Li
Geotermometer Silika (SiO2) Geotermometer Kuarsa
Geotermometer K-Na
Geotermometer K-Mg
Geotermometer K-Na-Mg
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 76/89
Geotermometer Silika
Fournier (1981, 1985)
Reaksi dasar : SiO2 (s) + 2 H2O ↔ H2SiO4
Berdasarkan solubilitas berbagai jenis silika yangberbeda di air sebagai fungsi dari temperatur
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 77/89
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 78/89
Geotermometer Kuarsa
Treservoir = 0 –
250°C
Geotermometer kuarsa
Adiabatik (max steam loss) : baik untuk data sumur dan
mataair dengan kondisi boiling dan kecepatan aliran tinggi(> 2 kg/sec), disertai endapan sinter silika
Konduktif (no steam loss) : baik untuk data mataair dengankondisi sub-boiling
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 79/89
Geotermometer Kuarsa
1. Kuarsa – no steam loss
1309toC = -------------------- – 273
5.19 – log SiO2
t = 0 – 250oC
2. Kuarsa – max steam loss
1522toC = -------------------- – 273
5.75 – log SiO2
t = 0 – 250oC
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 80/89
Geotermometer K-Na
Fournier (1979), Giggenbach (1988)
K + + Na-feldspar ↔ K-feldspar + Na+
(albit) (adularia)
Rasio Na/K berkurang dengan meningkatnya temperaturfluida
tres > 180oC hingga 350oC
tres < 100oC, rasio Na/K tidak lagi mengontrol
kesetimbangan feldspar Tidak dipengaruhi oleh pelarutan (dilution) dan
hilangnya uap air
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 81/89
Geotermometer K-Mg
Giggenbach (1988)
0.8K-mika + 0.2klorit + 0.4silika + 2K +
2.8K-feldspar + 1.6H2O + Mg2+
Dapat digunakan bila Na dan Ca terlarut dalam fluidadan dalam batuan tidak setimbang
tres = 50 - 300oC
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 82/89
Geotermometer K-Na-Mg
Giggenbach (1988)
K-Mg lebih cepat bereaksi, sehingga dapat digunakanuntuk menafsirkan suhu reservoar yang lebih rendah
K-Mg lebih sensitif terhadap mixing air asam
Baik digunakan untuk sampel yang tidak baik
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 83/89
Geotermometer K-Na, K-Mg, K-Na-Mg
1. Na-K (Fournier) 1271
toC = ------------------------- – 273log (Na/K) + 1.483
t > 150oC
2. Na-K (Giggenbach) 1390
toC = ------------------------- – 273log (Na/K) + 1.75
t > 150oC
3. K-Mg4410
toC = ------------------------- – 27314.0 – log (K2/Mg)
t > 150oC
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 84/89
Geotermometer K-Na-Mg
i
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 85/89
Geotermometer lain
Geotermometer Gas
Geotermometer Isotop
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 86/89
“The choice and interpretation of geothermometer data are the art of the geochemist.”
L tih 1
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 87/89
Latihan 1
Tabel di bawah menunjukkan hasil analisa kimia air panas mata air panas A pada tahun 1964 dan 1978. Kajilah, adakah perubahan yang ditunjukkan mataair panas ini (tipe air, temperatur, dsb) yang dapat mengindikasikan perubahanyang terjadi di bawah permukaan?
Lokasi toC pH Na K Ca Mg Cl SO4 HCO3 SiO2
mg/kg
Mataair A (1964) 95 8,0 820 59 23,7 0,32 1342 62 18 200
Mataair A (1978) 97 2,5 30 2 15,7 3,59 < 7 865 - 350
5/10/2018 GEOKIMIA PANAS BUMI - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/geokimia-panas-bumi 88/89