GEOKIMIA PANASBUMI

7.1 Eksplorasi Geokimia Panasbumi

Salah satu cara menentukan daerah prospek panas bumi adalah dengan eksplorasi

geokimia. Eksplorasi ini meliputi analisa kimia pada manifestasi thermal di

permukaan bumi seperti fumarola, mata air panas, resapan gas maupun analisa

kimia pada fluida (gas dan air) dari hasil pemboran eksplorasi.

Tujuan eksplorasi geokimia adalah untuk mengkaji kemungkinan pengembangan

sumberdaya panasbumi. Parameter-parameter penting yang yang diperhitungkan

pada penyelidikan geokimia untuk kemudian digunakan dalam penentuan

keberlanjutan eksplorasi panasbumi, antara lain:

1. Perkiraan besarnya sumberdaya (Resource Size)

2. Prediksi temperatur reservoar (Resource Temperature)

3. Permeabilitas formasi reservoar (Formation Permeability)

4. Jenis fluida di dalam reservoar (Primary Fluid Type)

5. Tingkat keasaman fluida (Acidity)

6. Jumlah kandungan gas (Gas Content)

7. Potensi pengerakan (Scaling Potential)

8. Prediksi dampak pengembangan sumberdaya panasbumi bagi lingkungan

sekitarnya (Environmental impact)

Tiga parameter pertama menentukan besarnya kapasitas sumberdaya. Sedangkan

empat parameter terakhir digunakan untuk mengetahui karakteritik kimi fluida

panasbumi yang kemungkinan dapat menghalangi pengembangan sumberdaya

tersebut.

Salah satu metode yang umum digunakan dalam eksplorasi geokimia untuk

memprediksi temperatur reservoar adalah metode Geotherometer. Media yang

digunakan dalam geothermometer dapat berupa ion-ion atau senyawa yang larut

dalam air (solute geothermometer), gas-gas, maupun isotop-isotop. Pada bab ini

haya akan diterangkan penggunaan dengan media solute geothermometer saja yang

meliputi penentuan temperatur reservoar dengan kelarutan mineral silika (silica

sollubility) dan pertukaran ion-ion alkali dan alkali tanah. (Na-K; Na-K-Ca; Na-K-

Mg)

Pada metode solute geothermometer asumsi-asumsi yang digunakan adalah:

1. Konsentrasi elemen-elemen atau spesies-spesies yang digunakan hanya

dikotrol oleh temperatur pada saat reaksi mineral dengan fluida.

2. Terdapat mineral dan atau spesies terlarut yang berlimpah di dalam sistem

batuan dan fluida sehingga memungkinkan terjadinya reaksi yang seketika.

3. Reaksi mencapai kesetimbangan di dalam reservoar.

4. Setelah reaksi dalam reservoar, fluida akan mencapai permukaan dengan

kecepatan alir yang memungkinkan tidak terjadinya kesetimbangan kembali

(reequilibration) dalam perjalanannya menuju permukaan atau tidak terjadi

reaksi di dekat permukaan.

5. Tidak terjadi percampuran (mixing) dan pelarutan (dilution) pada fluida yang

meninggalkan reservoar menuju permukaan atau setelah di permukaan (sebagai

manifestasi permukaan).

Dengan demikian, tidak semua sampel-sampel air dari mata air panas dapat

digunakan untuk geothermometer. Kriteria sampel mata air panas yang dapat

digunakan untuk geothermometer sebagai berikut:

1. Mata air harus memiliki kecepatan aliran air yang tinggi ( > 1 liter/sec)

2. Temperatur mata air harus mendidih atau hampir mendidih (sekitar >900C)

3. pH mendekati netral.

7.2 Tipe Air di Daerah Panasbumi

Sampel air dari mata air panas yang dapat digunakan untuk perhitungan

geothermometer hanya sampel yang memiliki kriteria-kriteria yang memenuhi

asumsi-asumsi formula geothermometer. Pada bagian ini diperkenalkan cara

menentukan tipe air dari suatu mata air panas yang dapat digunakan untuk

geothermometer. Metode yang digunakan adalah metode ternary plot Cl-SO4-

HCO3, seperti pada gambar berikut:

Gambar 7.1.Ternary Plot diagram yang digunakan untuk mengklasifikasi air panasbumi berdasarkan proporsi relatif ion-ion klorida, sulfida dan

bikarbonat. (Nicholson, 1993).

Berikut adalah tahapan dan formula yang digunakan dalam menghitung proporsi

masing-masing ion untuk kemudian diplot pada diagram Termary Plot.

1. Jumlahkan konsentrasi klorida (ppm) , sulfat (ppm), dan bikarbonat (ppm).

Σ Konsentrasi = Cl +SO4+HCO3…………………………(Persamaan 7-1)

2. Hitung proporsi relatif dari masing-masing komponen jumlah di atas dalam

persen.

% Cl = (Cl / ΣKonsentrasi) 100…………………………(Persamaan 7-2)

% SO4 = (SO4 / Σ Konsentrasi) 100……………………….(Persamaan 7-3)

% HC03 = (HCO3 / Σ Konsentrasi) 100…………………...(Persamaan 7-4)

3. Plot posisi masing-masing mata air pada diagram Ternary Plot. Diagram ini

membantu menentukan sampel dari mata air mana yang paling sesuai untuk

perhitungan geothermometer, yaitu paling mendekati puncak titik Cl.

7.2.1 Silica Geothermometer

Silica/Quartz (SiO2) Geothermometeradalah metode yang paling banyak digunakan

dan persamaannya paling akurat untuk diformulasikan dan dibandingkan dengan

metode lainnya. Hal ini disebabkan telah banyak penelitian yang dilakukan untuk

memformulasikan geothermometer ini, diantaranya Mahon (1966), Fournier dan

Rowe (1966), Fournier (1983) , Fournier dan Marshall (1983), Fornier dan Potter

(1982).

Silica geothermometer sangat dipengaruhi oleh proses-proses fisik seperti

pendidihan (boiling) dan pelarutan (dilution) karena metode in dihitung

berdasarkan konsentrasi absolut silika dalam fluida , bukan berdasarkan rasio dari

konsentrasi tersebut. Silica geothermometer juga dipengaruhi oleh kelarutan silika

dalam air dan jumlah uap air (steam) yang terbentuk pada tekanan uap (vapour).

Diagram di bawah ini menggambarkan kelarutan silika dalam air pada tekanan uap.

Gambar 7.2 Kelarutan silika (SiO2) dalam air pada tekanan uap

Dalam diagram tersebut terlihat bahwa kelarutan silika semakin besar dan semakin

meningkat apabila suhu meningkat, tetapi proses ini hanya berlangsung sampai

suhu 250 0C. Berdasarkan sifat kelarutan silika tersebut diformulasikan persamaan

geothermometer untuk suhu kurang dari 250 0 C dan lebih dari 250 0C.

Untuk suhu di atas 2500C <T <3300C dan konsentrasi SiO2 dalam mg/kg

persamaan silica geothermometer adalah:

T (0C) = - 42.1981 + 0.288313 SiO2 – 3.66863x10-04 SiO2 + 3.16647x10-07 SiO2

+ 77.03438 log (SiO2) …………….(Persamaan 7-5)

Persamaan silika geothermometer untuk temperatur < 2500 C pada mulanya

diformulasikan oleh Fournier dan Rowe (1966) berdasarkan data percobaan

kelarutan kuarsa. Persamaan yang pertama digunakan untuk air pada keadaan

kesetimbangan di dalam reservoar atau dikatakan tidak ada uap air yang dilepaskan

(no steam loss).

T (0C) = (1309 / (5.19 – log SiO2)) – 273.15 ……(Persamaan 7-6)

Persamaan 7-6 adalah untuk sampel yang diambil dari air yang dipancarkan dari

reservoar dalam bentuk mata air panas , sumur bor pada temperatur ,<2500C. Pada

proses ini, fluida yang dipancarkan akan kehilangan uap air (steam loss) sehingga

konsentrasi silika meningkat tetapi tidak mengalami kehilangan atau penambahan

panas (adiabatic).

T (0C) = (1522/ (5.75 – log SiO2)) – 273.15 ……(Persamaan 7-7)

Pada temperatur dibawah 180 0C-190 0C , kuarsa tidak lagi mengontrol larutan

fluida yang mengandung silika. Sehingga pada suhu ini digunakan chalcedony,

crystobalite atau amorphous silica geothermometer walaupun tingkat kepercayaan

hasil perhitungannya rendah.

Chalcedon geothermometer. T (0C) = (1032/ (4.69 – log SiO2)) – 273 ….. (Persamaan 7-8)

α. Crystobalite Geothermometer: T (0C) = (1000/ (4.78 – log SiO2)) – 273 ….(Persamaan 7-9)

β. Crystobalite Geothermometer: T (0C) = (781/ (4.51 – log SiO2)) – 273…..(Persamaan 7-10)

Amorphous silica geothermometer T (0C) = (731/ (4.52 – log SiO2)) – 273….(Persamaan 7-11)

7.2.2. Na/K Geothermometer

Pada sistem panasbumi bertemperatur tinggi, variasi Na dan K sangat dikontrol

oleh perubahan temperatur dan pertukaran ion-ion yang terdapat dalam mineral

alkali feldspar. Pertukaran ion tersebut berlangsung sesuai dengan reaksi sebagai

berikut ini:

Na-feldspar (albite) + K+ (aq) =K- feldspar +Na+ (aq) ……(Persamaan 7-12)

Geothemometer ini telah banyak berkembang dan setidaknya terdapat 7 persamaan

untuk menghitung temperatur reservoar (Tabel 7.1) sehingga untuk memilih

persamaan yang paling sesuai agak menyulitkan. Gambar 7.3 memperlihatkan hasil

perhitungan Na/K geothermometer dari lima persamaan yang telah dipublikasikan.

Tabel 7.1. Beberapa persamaan Na/K geothermometer

(Nicholson 1993,hal 72).

Pada gambar 7.3 terlihat bahwa hasil perhitungan geothermometer cenderung sama

pada suhu kira-kira 300 0C, sedangkan dibawah suhu 250 0C hasil perhitungan

berbeda-beda dan perbedaannya cukup signifikan.

Perbedaan tersebut disebabkan oleh perbedaan variasi mineral-mineral pada sistem

panasbumi yang berbeda.

Persamaan Giggenbach (1988) menghasilkan nilai yang tertinggi. Hal ini

dikarenakan persamaan tersebut menggunakan nilai tertinggi dari data, bukan

menggunakan nilai tengah merepresentasikan semua data. Berdasarkan kondisi ini,

kesetimbangan Na/K didekati dari nilai lebih yang lebih rendah dari perhitungan

tersebut.

Gambar 7.3. Perbandingan perbedaan perhitungan temperatur berdasarkan Na/K geothermometer.

Dalam menggunakan persaman Na/K geothermometer sebaiknya digunakan 2

atau 3 persamaan agar kita dapat memperoleh gambaran besar rentangan

perbedaannya. Apabila hanya menggunakan satu persamaan saja maka sebaiknya

menggunakan formula dari Fournier (1979) karena hasilnya cukup relevan.

Sebaiknya tidak menggunakan persamaan ini pada kondisi air dengan kandungan

klorida rendah atau pada air yang mengandung Na-HCO3 atau air kaya ammonia

yang telah bereaksi dengan sedimen yang kaya bahan organik (Fournier, 1989).

7.2.3. Na-K-Ca Geothermometer

Persamaan ini dikembangkan oleh Fourier dan Truesdell (1973) untuk mengatasi

kekurangan metode sebelumnya yaitu Na/K geothermometer. Geothermometer ini

khususnya digunakan pada temperatur lebih rendah dan airnya kaya ion Ca.

Pertimbangan untuk memasukkan Ca dalam persamaan karena Ca adalah ion yang

juga terikut dalam kesetimbangan feldspar dan berperan sangat baik dalam

pertukaran dengan mineral-mineral lempung. Sehingga Ca memiliki kontrol yang

cukup besar dalam perhitungan Na/K geothermometer.

Persamaan geothermometer ini agak komplek dan harus diperhatikan benar-benar

pemilihan faktor β. Prosedur penggunaan formula adalah sebagai berikut (unit

yang digunakan untuk konsentrasi Ca adalah mg/kg)

1. Hitung [log (Ca1/2 / Na + 2.06]; bila hasilnya positif , hitunglah temperatur

T 0C, menggunakan β = 4/3

2. Apabila T < 100 0C gunakan temperatur ini

3. Apabila T > 100 0C atau [log (Ca1/2 /Na + 2.06] hasilnya negatif , dihitung

temperatur T 0C, menggunakan β = 1/3.

Formula yang digunakanadalah :

TNa-K-Ca 0C = 1647 - 273.15…...(Persamaan 7-13)

log Na/K + β[log(√Ca/Na)] + 2.24

dengan TNa-K-Ca 0C > 70 0 C

Na, K dan Ca = konsentrasi Na, K, Ca dalam mg/kg

β = 4/3 apabila T 0C < 100 0C

β = 1/3 apabila T 0C > 100 0C

Penggunaan geothermometer ini harus lebih berhati-hati apabila digunakan pada

suhu kurang dari 200 0C khususnya juga pada air yang kaya CO2.

Sebaiknya tidak menggunakan geothermometer ini untuk tipe air dengan

kandungan Cl yang rendah atau air HCO3.

7.2.4. Na-K-Mg geothermometer

Metode ini dikembangkan oleh Giggenbach (1988) yaitu dengan mengeplot

Na/1000 - K/100 - √Mg dalam suatu diagram segitiga (Gambar 7.4).

Geothermometer ini menggabungkan dua persamaan geothermometer lain yaitu

Na/K dan K-Mg. Na/K mewakili proses kesetimbangan reaksi di dalam reservoar

yang bersifat lambat, sedangkan K-Mg mewakili proses kesetimbangan yang cepat

pada daerah yang mendekati permukaan. Dengan demikian geothermometer ini

dapat digunakan untuk mengevalusi didalam reservoar maupun di level dekat

permukaan.

Keuntungan menggunakan metode ini adalah dapat menggambarkan jumlah

sampel yang sangat banyak dalam satu diagram sehingga analisa semi kuantitatif

dapat dilakukan sekaligus.

Untuk sampel fluida yang dihasilkan dari sumur bor seperti pada pengeboran

eksplorasi, umumnya mengandung Mg yang sangat kecil dan dalam diagram ini

pada dasarnya yang berperan adalah persamaan Na/K. Walaupun demikian perlu

diingat kembali bahwa geothermometer Na/K Giggenbach menghasilkan nilai

yang paling tinggi diantara persamaan-persamaan lain. Sehingga untuk melihat

sensitivitas hasil perhitungan dengan persamaan lain perlu diperbandingkan

dengan geothermometer Na/K dari Fournier (1992)

Gambar 7.4.Ternary diagram untuk menentukan temperatur reservoar dan untuk mengetahui air yang telah mengalami kesetimbangan yang dapat

digunakan untuk geothermometer oleh Giggenbach, 1988 (Nicholson, 1993).

Masalah yang muncul dalam penggunaan persamaan ini adalah apabila sampel

diplot pada daerah immature Mg-rich, sehingga menyulitkan interpretasi apakah

sampel air tersebut terkontaminasi oleh Mg dekat permukaan atau memang air

tersebut telah mengalami ketimbangan dengan ion Mg di dalam reservoar.

Pada kasus pertama, Mg diambil dari dekat permukaan, persamaan Na/K

menghasilkan nilai yang realistik. Sedangkan pada kasus kedua, dapat diselidiki

apakah terdapat banyak sampel di sekitar lokasi yang dicurigai dengan hasil plot

yang sama. Apabila benar demikian maka kemungkinan besar sampel-sampel

tersebut telah mengalami kesetimbangan di dalam reservoar dengan ion Mg.