geokimia minyak bumi

GEOKIMIA MINYAK BUMI
Tugas Mata Kuliah Geokimia
Oleh :
Dwi Indriyati
H1F007005
KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
JURUSAN TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI
PURBALINGGA
2010
Resume buku Petroleum geochemistry
1
1. Perkembangan Geokimia Minyak Bumi dan Geologi
Geokimia minyak bumi adalah aplikasi dari prinsip-prinsip kimia untuk
mempelajari asal, migrasi, akumulasi, dan alterasi minyak bumi (minyak dan gas) dan
ilmu pengetahuan ini digunakan dalam eksplorasi dan pengendalian minyak bumi.
Dengan prinsip geologi yang telah berkembang, bahwa minyak lebih ringan dari
pada air, dan berada di bagian tertinggi dari struktur lipatan di bawah tanah. Oleh
karena itu , lebih menguntungkan untuk mengebor minyak di antiklin dari pada di
sinklin.
Ada awal 1900-an, Amerika dan Kanada adalah daerah penghasil minyak, para ahli
geologi menyadari bahwa minyak dapat ditemukan dalam berbagai kondisi geologi
yang tidak dijelaskan dalam teori antiklinal. Penemuan minyak di bawah struktur antiklin
besar di Kansas, Oklahoma dan California pada saat perang dunia ke 1
membangkitkan kembali prospek geologi struktur dengan ketegasan ahli geologi dalam
mengendalikan keputusan eksplorasi.
Teori antiklin diperkuat dengan adanya aplikasi dari sismograf refleksi untuk
pemetaan bawah permukaan pada tahun 1920. Pada tahun 1930, ditemukan kolam
yang sangat besar di Texas Timur. Penemuan stratigrafi ini terdapat jebakan minyak
dan reservoir gas yang membuat ahli pengeboran dan ahli geologi sama – sama
menyadari bahwa mencari minyak membutuhkan pengetahuan dari semua prinsipprinsip yang tersedia dari ilmu bumi. Tidak ada ahli geologi eksplorasi yang hanya
mencari struktur lipatan dan puncak Antiklin. Karena mereka harus memahami
sedimentasi, stratigrafi, paleontologi, geokimia, mineralogi, petrologi, geomorfologi dan
geologi sejarah.
Karl. G. Bischof, profesor kimia di Universitas Bonn, Jerman, pertama kali
menyatakan bahwa minyak bumi berasal dari dekomposisi bahan organik yang lambat.
T. Sterry Hunt, yang telah disebut sebagai ahli minyak bumi pertama di dunia. (Owen
1975, hal 54), menguraikan teori ini dengan mendefinisikan bentuk-bentuk yang lebih
rendah dari kehidupan laut sebagai sumber kemungkinan minyak (Hunt 1863,
p.527 ). Kemudian, bapak geokimia Rusia, VI Vernadskii, yang merupakan inspirasi
2
dalam pengembangan sumber daya mineral Rusia, menegaskan kembali asal minyak
organik : "pada umumnya asal-usul minyak harus jelas. Kita harus mempertimbangkan
minyak sebagai mineral sedimen genetik yang terkait dengan. organisme organik
penting. tidak diragukan lagi adalah bahan sumber minyak-minyak tidak dapat berisi
sejumlah
besar
hidrokarbon
muda
(primordial)"
(Vernadskii
1934,
hal
152-
153). sekarang ada sejumlah besar data geokimia menunjukkan bahwa pada dasarnya
semua hidrokarbon minyak dan gas berasal dari dekomposisi bahan organik yang
diendapkan dalam cekungan sedimen.
Konsep bitumen serpih sebagai batuan induk dasar untuk akumulasi minyak.
Pennsylvania yang diusulkan sejak tahun 1860 oleh seorang ahli geologi John
Newberry.
Kemudian
Newberry
Ohio dan Kentucky minyak harus
dan
dicari
di
lainnya
menunjukkan
mana batupasir berada
bahwa
di
dalam kontak
dengan Ohio (Devon) serpih hitam. Tapi sejarah termal batuan induk belum diakui
sampai David White memberikan teori rasio karbon. Ia menunjukan bahwa di Amerika
Serikat timur ada hubungan geografis antara kejadian lapangan minyak dan gas bumi
dan kematangan dasar batubara pada daerah yang sama. Ladang minyak dibatasi oleh
batubara dengan kematangan rendah ( batubara dengan
kurang dari
60%,
atau karbon non volatile), sedangkan ladang gas terjadi pada kematangan yang tinggi
(karbon tetap 60 sampai 70%), dan tidak ada ladang minyak atau gas ditemukan pada
karbon batubara lebih dari 70% (antrasit).
Baru-baru ini penggunaan batubara sebagai indikator kematangan dari asosiasi
batuan induk telah digantikan oleh beberapa indikator yang lebih pasti termasuk batuan
itu sendiri. Salah satunya adalah pemantulan vitrinit, komponen utama dari batubara,
yang juga ditemukan tersebar sekitar 80% pada batuan sedimen. Indicator lainnya
adalah warna dari mikrofosil (polen dan spora), yang dapat berubah dari kuning ke
cokelat lalu hitam dengn kenaikan temperatur (kedalaman). Ratio hydrogen-ke-karbon
dari bahan organic dan susunan ruang atom pada molekul fosil (stereoisomer) juga
berubah seiring temperature. Indikator kematangan ini digunakan untuk menjelaskan
batuan induk yang tidak matang, matang, atau lewat matang dengan kemampuan
mereka untuk menghasilkan dan mengeluarkan minyak. (tidak matang berarti sedikit
3
atau tidak mengahsilkan; matang pada prinsipnya dapat menghasilkan; kelewat matang
berarti tidak menghasilkan.)
Tidak semua cekungan dapat menghasilkan hidrokarbon, walaupun terdapat
batuan reservoir yang bagus dan batuan penutup. Terdapat berapa hal, diantaranya
menurut Demaison pada tahun 1984, kesuksesan eksplorasi tergantung pada 3 faktor,
yakni :
1) Terdapatnya perangkap (struktur, batuan reservoir, batuan penutup).
2) Tempat akumulasi minyak bumi (batuan asal, kematangan, migrasi ke perangkap,
waktu)
3) Keawetan dari perangkap minyak bumi (sejarah termal, invasi air meteorik)
Lipatan Penghasil Minyak Bumi
Jones
(1987)
menjelaskan
suatu fasies organik sebagai cabang
dari
unit
pemetaan stratigrafi yang berbeda dari cabang lainnya dengan karakter bahan organic
(OM) itu sendiri. Fasies organik yang berbeda menghasilkan dan bermigrasi dalam
jumlah yang berbeda dan tipe minyak dan gas yang berbeda.(Demaison 1984). Dengan
kata lain, fasies bahan organic yang berbeda maka dapat mengeluarkan dan
menghasilkan jumlah minyak dan gas yang beberda.
Lipatan penghasil minyak bumi bisa juga disebut sebahgai dapur hidrokarbon.
Dimana tempat ini kaya akan bahan organik dari batuan asal yang terpendam dengan
temperatur yang cukup tinggi untuk menghasilkan dan berpindah tempat (migrasi)
minyak bumi dalam jumlah besar.
Suatu cekungan produksi dapat memiliki satu atau bahkan lebih lipatan
penghasil minyak bumi. Lipatan dikenal dengan bentuk perlapisan, atau peta fasies
organik, dan peta kematangan dari setiap interval batuan induk pada cekungan.
Sebagai contoh pemetaan kematangan terdapat pada Plate 1. Maksud dari sukses
pada peta ini berarti bahwa memungkinkan untuk meghasilkan aliran minyak atau gas
dari akumulasi di bawah permukaan tanah.
Plate 1A area yang tidak matang (immaturity) terdapat pada daerah batuan induk
serpih Kimmeridge dimana temperature tidak naik pada suhu diatas 93 oC (200o F) dan
4
minyak yang yang dihasilkan berwarna kuning. Temperatur diatas 93oC menghasilkan
warna cokelat kekuning-kuningan.
Plate 1B menunjukan pantulan vitrinit yang merupakan indikator pada cekungan
Illinois. Ro (reflectance organic) 0.6% menunjukan “jendela minyak (oil window)”.
Plate 1C merupakan peta kematangan pada gas., berbeda dengan ilustrasi
lainnya yang untuk minyak. Pada batuan induk Permian di cekungan Cooper Australia,
menghasilkan fasies organic gas. Dengan pantulan cokelat kekuningan Ro antara 0.9
dan 2%. Ketidak matangan gas sama dengan matangnya minyak, yakni berwarna
kuning, dan yang kelewat matang pada gas berwana coklat.
Bagian A, B, dan C pada Plate 1 semuanya menunjukan migrasi vertikal atau
migrasi lateral jarak-pendek dari batuan induk ke batuan reservoir. Pada Plate 1D
menunjukan migrasi serong jarak-panjang di sisi timur laut cekungan Williston. Dari
semua contoh Plat 1, lokasi lapangan gas dan minyak bumi terbesar dapat
dikorelasikan dengan identifikasi geokimia gas dan minyak bumi. Penilaian prospek
memerlukan pemodelan untuk seluruh proses penghasilan hidrokarbon, pengeluaran,
migrasi, perangkap, dan pengawetan.
5
2. Karbon dan Asal Usul Kehidupan
Karbon (dari carbo, berarti ‘arang’) adalah kelompokm keempat dari tabel unsur
periodic, yang berarti bahwa karbon memiliki empat elektron pada kulit elektron terluar.
Elemen yang paling stabil, atau kombinasi dari unsur-unsur, adalah elemen yang
mengandung delapan elektron (oktet) di kulit terluar. karbon mengasumsikan
konfigurasi
ini dengan membentuk ikatan kovalen, yaitu, dengan membagi elektron dengan dirinya
sendiri dan elemen lainnya. Selain itu, karbon juga elemen dasar dari kehidupan karena
keunikannya yang dapat menggabungkan dirinya sendiri untuk membentuk rantai
karbon yang panjang, cincin dan komplek, struktur jembatan. Selain karbon, ada pula
Silikon, hanya saja silicon tidak terdapat dialam, tetapi dapat dibuat di laboratorium. Hal
ini karena : 1. Energi ikatan Si-Si 53 kcal/mol terlalu lemah daripada ikatan C-C dengan
energi of 83 kcal/mol; 2. Kulit elektron terluar silicon mudah diserang oleh air, oksigen
atau ammonia, sehingga rantai elektron menjadi tidak stabil pada senyawa tersebut; 3.
Silicon tidak mampu untuk membentuk dua ikatan dengan oksigen untuk menghasilkan
monomer SiO2 dengan cara yang sama seperti karbon membentuk gas CO2.
Bumi Primitif
Bumi diyakini setua meteorit dan timbal di daratan, sekitar 4.6 Ga (10 9 tahun lalu)
(Patterson 1956). Bumi memiliki komposisi 90% besi, oksigen, silikon dan magnesium
dan 10% semua elemen alam.
Diferensiasi mungkin merupakan peristiwa yang paling signifikan dalam sejarah bumi.
Hal tersebut itu mengarah pada pembentukan kerak dan benua. diferensiasi mungkin memulai
meloloskan gas dari interior, yang akhirnya mengarah pada pembentukan atmosfer dan lautan
(Press dan Siever 1986, hal. 12). Tidak pernah ada batuan di bumi yang umurnya lebih
tua dari sekitar 3.8 Ga, mengingat batuan di bulan memiliki rentan umur dari 3.1 sampai
4.6 Ga.
Hidrogen membentuk sulfida besi dan juga dihancurkan oleh reaksi fotokimia termasuk
ammonia dan metan, sehingga
tekanan parsial yang akan menjadi rendah. hidrogen secara
6
bertahap menyebar ke luar angkasa dan uap air terkondensasi, meninggalkan nitrogen dioksida
dan karbon sebagai komponen utama atmosfer. Sekitar 3 Ga CO2 di atmosfer dapat
menyebabkan pelapukan kimia karena asam yang tinggi pada air permukaan.
Pelapukan ini juga menyebabkan pemisahan silika untuk membentuk rijang yang luas
dan endapan kuarsa pada Prekambrium. Holland (1984, hal. 332) memperkirakan
sekitar 2 dan 3 Ga, tekanan CO2 di atmosfer kemungkinan sekitar 10-3.1 dan 10 -1.9.
Holland dkk. (1986) memperkirakan sebagian dari tekanan oksigen pernah
mencapai 3 x 10-5 atmosfer mendekati 2.5 Ga. Pada saat ini sebagian tekanan oksigen
adalah 0.2 atmosfer dan karbon dioksida adalah 0.0003 atmosfer.
Kehidupan Primitif
Baru-baru ini ditemukan bukti kehidupan yakni stromatolit pada 3.5 Ga kelompok
Warrawoona barat laut Australia (Walter 1983).sekitar 3.8 Ga telah terjadi peningatan
rasio cahaya (12C) untuk berat (13C) isotop karbon bahan organik dari batuan sedimen,
dibandingkan dengan rasio karbon purba. Dan saat itulah kemungkinan kehidupan
dimulai (Schidlowski 1988)
Organisme pertama disebut prokaryotes karena bahan genetik yang tidak
beraturan pada inti sel dan tidak berkelamin. Prokaryotes pertama disebut
photoaoutotroph, yaitu adalah suatu organisme yang menggunakan cahaya sebagai
sumber cahayanya dan CO2 sebagai sumber utama dari sel karbon (CH 2O). Menurut
Schopf (1983),
CO2 + 2H2S
Light
[CH2O] + 2S + H2O
Fotosintesis bakteri
Kejadian kedua yang paling penting setelah prokaryotes adalah pertumbuhan
yang “menyerupai klorofilí” reaksi inti pada prokaryotes dengan potensi redoks yang
mampu memisah air yang hadir pada cahaya.
CO2 + H2O
klorofil + cahaya
[CH2O] + O2
7
Chapman dan Schopf (1983, hal. 318) menunjukan bahwa perintis bakteri
primitive nonsulfur ungu mungkin telah menjadi produsen oksigen pertama. Termasuk
cyanobacteria (alga biru-hijau), tidak mungkin dapat berkembang tanpa membangun
lingkungan oksigen.tersebarnya oksigen di atmosfer menyebabkan 3 peristiwa biologi
yang sangat penting yakni asal mula organisme eukaryote, kromosom dan inti sel
dibandingkan dengan kehidupan yang tinggi.
Chemoautotrophs aerobik datang setelah oksigen tersedia dari fotosintesis
tanaman hijau. Selain itu, juga mampu mensintesis bahan organik dalam ketiadaan
cahaya, menjadi aktif sebagai berikut (Jannasch dan Wirsen 1979) :
CO2 + O2 + 4H2S
[CH2O] + 4S + 3H2O:
Bakteri kemosintesis
Proses ini mengakibatkan kaya akan kelompok hewan di kegelapan pada lantai
samudera di sekeliling zona pemekaran dengan mata air panas bawah laut.batu induk
yang kaya akan minyak bumi mengakibatkan meluasnya periodik kondisi anoksik.
Potensi Minyak Bumi pada Precambium Rock.
Banyak hidrokarbon yang terdapat pada batuan muda dan migrasi ke reservoir
prekambrium. Lopatin (1980) menyatakan serpih minyak pada pterozoikum di rusia.
Pada tahun 1986 dilaporkan minyak yang berumur paling tua berasal dari batuan
sedimen prekambrium Australia yang tidak termetamorfosiskan. Berumur sekitar 1.4 Ga
(Jackson dkk. 1986).
Dan umur minyak paling muda berumur 1.05 Ga, yang ditemukan terperangkap
sebagai inklusi cairan primer pada kristal kalsit prekambrium. Dari sudut geokimia,
beberapa faktor meningkatkan resiko dry hole (lubang kering/tidak ada minyak).
Pertama, mikroba pada era pterozoikum tampak diendapkan pada rendah karbon pada
sedimen di seluruh dunia, lalu mereka melakukannya selama setara waktu
fanerozoikum. Tidak ada kontribusi dari darat, sebagian besar berasal dari air. Analisis
Total Organic Carbon (TOC) yang dilakukan oleh Hayes dkk. (1983) menunjukkan
keragaman ini dengan nilai untuk serpih kelompok Hamersley (2,5 Ga) berkisar dari
0.01 sampai 6.5% wt.
8
Faktor geokimia yang kedua adalah ketersediaan hidrogen, yang merupakan
kunci penghasil minyak bumi. Rasio hidrogen karbon (H/C) untuk plankton sekitar 1.6.
selama pengendapan meningkat, sebagian plankton diubah menjadi minyak bumi, dan
perbandingan H/C dari sisa-sisa bahan organik (kerogen) terus menurun. Hal ini karena
minyak dan gas memiliki perbandingan 1.8 dan 4, masing-masing memerlukan
hidrogen lebih. Saat H/C dari kerogen turun ke angka 0.3, nilai yang tersedia pada
hidrogen sangat rendah sehingga tidak ada minyak dan hanya menghasilkan gas dalam
jumlah yang tidak berarti.
Kerogen prekambrium pada umumnya rendah hidrogen. Sebagian besar
terdehidrogenasi secara ekstensif, dengan memiliki banyak perbandingan H/C yang
kurang dari 0.2 (Hayes dkk. 1983). Secara struktural, kerogen memiliki rumus H 30C150
akan berisi 61 cincin aromatik yang bersatu, seperti tanda pada grafit.
Akhirnya, ada kecenderungan untuk kehilangan akumulasi minyak dari waktu ke
waktu geologi. Lopatin (1980) mengutip bukti bahwa banyak ditemukan akumulasi
minyak bumi dalam jumlah besar yang terbentuk selama pterozoikum dan akhirnya
dihancurkan.
Kesimpulannya, analisis endapan prekambrium mengindikasikan bahwa tidak
ada kualitas batuan induk pada sedimen fanerozoikum, pada kedua kuantitas kerogen
atau isi hydrogen itu sendiri. Minyak dan gas selanjutnya akan ditemukan, sebagian di
sedimen prekambrium yang tak terubahkan, tetapi kuantitasnya tidak akan lebih besar
kecuali batuan induk yang kaya akan bahan organic, kerogennya terdehidrogenasi
secara ekstensif dan batuan reservoir terjaga luar biasa dengan baik.
9