FLUIDA PANAS BUMIFLUIDA PANAS BUMI

Karakteristik Air (HKarakteristik Air (H22O)O)

Systematic name water

Alternative names aqua, dihydrogen monoxide,hydrogen hydroxide

Molecular formula H2O

Molar mass 18.0153 g/mol

Density and phase 1.000 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)

Densitas HDensitas H22O vs TemperaturO vs Temperatur

Boiling point

VaporizationCondensation

(solid)

(liquid)

(gas)

Boiling = MendidihBoiling = Mendidih

Terjadi di bagian atas, yaitu pada kedalaman < 2 km

Terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan uapUnsur 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 memberikan gambaran tentang kondisi/proses bawah permukaan

Entalpi (H) = Panas TersimpanEntalpi (H) = Panas Tersimpan

Tekanan vs Boiling PointTekanan vs Boiling Point

Boiling Point Depth (BPD)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

290oC

1000 m

Sistem Dominasi UapSistem Dominasi Uap Sistem Dominasi AirSistem Dominasi Air

Ground surface in continental area

Ground surface in continental area

Ground surface in island

Ground surface in island--arc areaarc area

Hydrostatic Pressure BalanceHydrostatic Pressure Balance

Hydrogeology of VolcanicHydrogeology of Volcanic--Hydrothermal Hydrothermal SystemSystem

pH HpH H22OO

pH HpH H22O vs TemperaturO 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

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)

Asal Asal AirAir PanasPanas

Fluids in VolcanicFluids in Volcanic--Hydrothermal SystemHydrothermal System

• Salinity (Cl and TDS)

• Gas Content

• Acidity

Salinity of Geothermal FluidsSalinity of Geothermal Fluids

• Chloride:– The lower the pH, the higher the Cl content.– The dilute alkaline waters are more likely to be HCO3-rich and Ca levels

are lower.– More saline, neutral pH waters have low HCO3 levels, but

proportionately higher Ca level.• TDS:

– Problems become significant when TDS values exceed ~100,000 mg/kg– Up to a TDS content of 40,000 mg/kg, the higher the salinity, the waters

tend to be less alkaline than very low salinity waters• Estimation of reservoir salinity can be made if Cl waters flow to the

surface.

Gas ContentGas Content

• Magmatic gases: H2O, CO2, HCl, SO2 (oxidation), H2S (reduction)

• CO2 and H2S can rise to the top of a steam zone and become dissolved in groundwater to give a hot acidic solution. (see acidity)

• Thermal features with high gas content seem to be fed fairly directly from depth that calcite (CaCO3) and anhydrite (CaSO4) should be anticipated.

Acidity in Geothermal ReservoirsAcidity in Geothermal Reservoirs

• Deeply sourced magmatic HCl (acidity is temperature dependent)

• Surficial low-Cl, acid-SO4 waters

• Acidity caused by sulphur dissolution

• Acidity caused by calcite dissolution

Solubilitas AirSolubilitas Air

UnsurUnsur--unsur Kimia Fluidaunsur 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 AsSpesies netral: SiO2, B, CO2, H2S, NH3

SiO2 hadir sebagai silika total dan ekuivalen dengan konsentrasi H4SiO4

CO2 terlarut adalah ekuivalen terhadap konsentrasi H2CO3

Karbonat total adalah jumlah dari semua spesies karbonat (ΣCO2 = H2CO3 + HCO3

- + CO3-2)

B adalah boron total (ΣB = H3BO3 + H2BO3- + HBO3

-2 + B+)As adalah arsenik total yang hadir dalam berbagai muatan ionAmonia adalah sebagai amonia (NH3) atau amonium (NH4

-)

UnsurUnsur--unsur Kimia Fluidaunsur Kimia Fluida

Berasal dari interaksi antara batuan dan fluida (+ proses magmatik), terdiri dari:

Unsur-unsur pembentuk batuanSolubilitasnya dipengaruhi oleh kesetimbangan antara mineral dan airmis. kation Na, K, Ca, Mg, Rb, Cs, Mn, Fe dan Al

Unsur-unsur terlarutLebih banyak berada di larutan dibanding dalam mineralTidak mudah bereaksi = unsur konservatifmis. Cl, B, Li dan Br

UUmur Fluida dan Sistem Panasbumimur Fluida dan Sistem Panasbumi

Residensi air: ~ 10.000 tahunUmumnya 100 – 1.000 tahunDapat 20.000 – 40.000 tahun

Umur sistem panasbumi: 200.000 tahun (Kawerau, NZ), umumnya ~2.000 – 500.000 tahun

SISTEM BERPUTAR = TERBUKA

1. Kedalaman 1 hingga 5 km• Terjadi interaksi antara air dan batuan/mineral• Kondisi reservoir dihitung berdasarkan geotermometer

2. Kedalaman < 2 km• Boiling : fluida panasbumi akan membentuk air dan uap

• Unsur non-volatil (Cl, SiO2) tinggal di air• Unsur volatil (CO2, H2) berada pada fasa uap

• Mixing : dua atau lebih fluida bercampur membentuk fluida dengan komposisi baru

• Kondisi reservoir diketahui dengan memperhitungkan fraksi uap dan cair yang terbentuk pada suhu boilingtertentu

Reservoir water, 1,000Reservoir water, 1,000--10,000 mg/kg Cl, 10,000 mg/kg Cl, neutral pH, trace of COneutral pH, trace of CO22 & H& H22S, SiOS, SiO22 rich.rich.

Steam heated, near surface water, pH of acid to near neutralSteam heated, near surface water, pH of acid to near neutral

pH strong acidpH strong acid

So, why can the reservoir fluid be rich in Cl, So, why can the reservoir fluid be rich in Cl, since the fluid is meteoric origin?since the fluid is meteoric origin?