Pengumpulan Zat Organik Dalam Sedimen

PENGUMPULAN, PENGAWETAN & TRANSFORMASI ZAT ORGANIK

DALAM SEDIMENArie Noor Rakhman

3

1Kuliah Geologi Minyak Bumi

LINGKUNGAN PENGENDAPAN ZAT ORGANIK


Proses pembentukan minyak bumiterdiri dari tiga tingkat, yaitu

1. Pembentukan sendiri, terdiri dari:- pengumpulan zat organik dalam sedimen- pengawetan zat organik dalam sedimen- transformasi zat organik menjadi minyak bumi.

2. Migrasi minyak bumi yang terbentuk dantersebar di dalam lapisansedimen terperangkap.

3. Akumulasi tetes minyak yang tersebar dalamlapisan sedimen hingga berkumpil menjadiakumulasi komersial.


Pembentukan sendiri

• Pembentukan minyakbumi memerlukan lingkungan pengendapan dengan kriteria:

– Teronggoknya zat organik

– Dapat memberikan kadar zat organik yang tinggi

– Adanya kesempatan untuk mengawetkannya


Contoh organik matter:The Silurian 443 to 417 Million Years Ago


http://arrysatria.blogspot.com/2011/04/silurian-443-to-417-million-years-ago.html



Syarat lingkungan pengendapan

• Lingkungan pengendapan dimana kehidupan berkembang secara baik zat organik terkumpul dengan banyak sekali

• Pengendapan sedimen yang berlangsung sedemikian cepatnya, terutama yang halus, sehingga zat organik yang telah terkumpul dapat diawetkan dan tidak hilang oleh pembusukan ataupun oksidasi.

• Lingkungan berada dalam keadaan reduksi, dimana tidak terdapat sirkulasi air yang cepat sehingga oksigen tidak ada zat organik terawetkan


Akumulasi Sedimen


Karakter Lingkungan Pengendapan

Lingkungan pengendapan zat organik:

• Daerah Pantai dan Mulut Sungai

• Daerah Munculnya Arus Laut Dalam

• Lingkungan Sedimentasi Cepat


Lingkungan Pengendapan


Daerah Pantai dan Mulut Sungai


Daerah Pantai dan Mulut Sungai

• Moore (1969): Kehidupan yang berlangsung dengan subur dan pengendapan yang cepat, terutama terdapat di daerah pantai dan mulut sungai.

• Perairan pantai biasanya memproduksi 50 kali lebih banyak zat organik daripada laut terbuka, terutama daerah muara.

• Terjadi pengembangan organisme yang sangat cepat, yang kemudian juga mati secara cepat dan dengan demikian teronggoklah zat organik tersebut.


Daerah Munculnya Arus Laut Dalam


Lingkungan Batimetri


Zona Batimetri


Arus laut dapat terjadi di samudera luas yang bergerak melintasi samudera (ocean currents),

maupun terjadi di perairan pesisir (coastal currents).


Faktor utama yang mengendalikan gerakan massa air laut di kedalaman samudera adalah densitas air laut perbedaan temperatur dan salinitas air laut (sirkulasi termohalin (thermohaline circulation). Perbedaan densitas diantara dua massa air laut yang berdampingan menyebabkan gerakan vertikal air laut gerakan massa air laut-dalam (deep-water masses) yang bergerak melintasi samudera secara perlahan mempengaruhi sirkulasi permukaan.


Daerah Munculnya Arus Laut Dalam

• Daerah yang sangat kaya zat organik pemunculan air dari dasar laut ke permukaan (upwelling currents)

• Aliran membawa air dingin dari kedalaman yang sangat besar naik ke permukaan membawa banyak zat makanan (sumber zat organik: jasad mati) pengembangan yang cepat dari organisme blooming

• Blooming air laut berubah warna biru, merah, hijau


Blooming

• Beberapa contoh lokasi blooming:

– Pantai Barat USA (Washington) diatomea berkembang cepat terakumulasi masa yang sangat besar beberapa hari

– Lautan Jepang (Agustus & September) permukaan seperti minyak yang sangat luas pertumbuhan yang sangat cepat dari diatomea pelagik

– Laut Azof (September & Desember) ganggang berkembang cepat memberi warna coklat tua, berbau rawa-rawa


Blooming Alga


Pengaruh lain Blooming

• Plankton berkembang secara cepat menghasilkan zat beracun mematikan banyak ikan bangkai ikan tenggelam di dasar laut, terkumpul di pantai

• Lokasi: Pantai Selatan Pulau Jawa, Pantai Barat Afrika

• Brongersma-Sanders (1951): fenomena tsb sering terjadi di daerah arus dalam yang muncul ke permukaan yang mengakibatkan terjadinya produksi organik yang abnormal tinggi, terutama plankton.


Saprofel

• Blooming produksi organik yang abnormal tinggi jaringan yang mati jatuh pada dasar laut membentuk suatu zat saprofel.

• Zat saprofel: suatu zat organik yang setengah membusuk dan terutama terdiri dari sisa-sisa binatang dan tumbuh-tumbuhan laut yang terakumulasi pada dasar laut

• Ciri saprofel terbentuk di cekungan yang anaerob


Black Sea SedimentsContact: Holger Lueschen, Institut für Chemie und Biologie des

Meeres, 26111 Oldenburg, Germany e-mail: [email protected]


mailto:[email protected]



Photograph of typical dark coloured sapropel surrounded by light brown (above) and grey pelagic sediment (below) for core ABC26. Sapropel S1 is the most recent eastern Mediterranean sapropel formed between 6 and 9 ky BP). MB = the Mn-Marker Bed,

which is the Mn-enrichment that marks the top of the original sapropel


Lingkungan Sedimentasi Cepat


Lingkungan Sedimentasi Cepat

• Ditinjau dari segi sedimentasi yang sangat cepat, maka sebetulnya daerah pantai dan daerah deltalah yang cocok untuk pengumpulan zat organik.

• Sedimen yang dibawa dari dataran mula-mula diendapkan di mulut sungai, dalam bentuk delta dan oleh arus sepanjang pantai (longshore-currents) disebarkan di sepanjang pantai.

• Palung dapat dikatakan sebagai tempat sedimentasi yang paling cepat, sistem aliran turbid


Geosinklin

• Ideogeosincline cekungan sedimen yang karena penurunan daripada dasarnya, sedimentasi relatif agak cepat sehingga diendapkan sedimen yang sangat tebal (Umbgrove, 1935) = Miogeosyncline (Marshall Kay, 1950) pengisian material oleh delta yang maju secara cepat (mengisi lautan dangkal)

• Pengendapan sedimen palung dalam oleh arus turbid geosincline yang sebenarnya


LINGKUNGAN PENGAWETANZAT ORGANIK


Cekungan Euxinic

• Kondisi untuk terjadinya pengawetan zat organik ialah tidak banyak adanya oksigen.

• Cekungan terbatas dengan sirkulasi fluida yang kurang sehingga oksidasi tidak akan terjadi

• Cekungan dengan ambang di bawah alas gelombang pada mulutnya terhadap laut terbuka sehingga tidak terjadi sirkulasi udara sama sekali segala sesuatu menjadi berbau busuk,

• Di bagian atasnya terjadi sirkulasi udara dan berkembang organisme.


Sedimentasi Cekungan


Penampang cekungan euxinic

Kehidupan organisme subur - Zona sirkulasi zat asam

Alas gelombang efektif hujan zat organik

Daerah reduksi kuatH2S

Endapan lumpur hitam bau busuk(Sapropel)

Ambang

Laut Terbuka


Cekungan Euxinic

• Zat yang berbau busuk membentuk sediemn berwarna hitam & sangat kaya akan zat organik dan membentuk saprofel

• Saprofel dibentuk karena reduksi kuat yang membentuk H2S dan sewaktu-waktu muncul pada permukaan untuk membunuh kehidupan yang terdapat di permukaan laut akan menambah zat organik yang terakumulasi di dasar cekungan.

• Keberadaan H2S sering terjadi pirit authigenesa dalam serpih hitam


Cekungan Euxinic

• Contoh cekungan yang terbatas Laut Hitam, Fyord di Norwegia, Laut Merah, Teluk Gorontalo

• Pengumpulan zat organik yang sedemikian banyak dan dalam kondisi reduksi kuat pembentukan kerogen sumber minyakbumi berasosiasi pembentukan evaporit


Lingkungan Terumbu


Lingkungan Pengumpul Zat Organik

• Kadar zat organik dalam suatu terumbu koral dapat berkisar 4 – 8% dari masa total.

• Terumbu adalah suatu masa gamping yang dibangun oleh organisme yang mengeluarkan kapus dan biasanya bersifat koloni yang berkerangka

• Kerangka yang dibentuk potensial bertahan terhadap gelombang barrier


Organisme Terumbu


Lingkungan terumbu pembentuk minyakbumi

1. Di belakang terumbu, dalam lagunacekungan tertutup

2. Di muka terumbu, dalam lingkungan dasaryang euxinic

3. Sumber zat organik di dalam terumbu itusendiri (in situ) bioherm atau terumbukoral, sebagai tempat ideal untukpertumbuhan, kematian, serta akumulasiberbagai jenis organisme


Lingkungan pengendapan batuan karbonat


Prospek Minyakbumi pada Terumbu

• Keberadaan organisme yang melimpah pada terumbu belum menjamin tersedianya zat organik yang cukup untuk dapat terbentuknya minyakbumi

• Terumbu merupakan daerah dengan sirkulasi udara yang baik

– binatang pemakan bangkai dapat hidup subur menghalangi proses pengawetan zat organik yang mati

– Keberadaan bakteri aerob menghabiskan zat organik yang disisakan oleh binatang pemakan bangkai


Lingkungan Darat: Danau


Sedimen danau kaya zat organik

• Danau Porchantrain, Louisiana, USA kadar organik 40%

• Danau Maracaibo, Venezuela kaya minyakbumi

• Cekungan Uinta, Colorado & Utah Formasi Green River (Eosen) 80% kaya zat organik membentuk kerogen destilasi destruktif menghasilkan minyakbumi


Faktor Pengontrol

• Sedimentasi sangat cepat membentuk delta sungai

• Di tengah danau terdapat suatu daerah anaerob yang sangat dalam sedimen berwarna hitam, ketebalan beberapa inchi, sangat berbau hidrogensulfida berlapis

• makin ke tengah danau, kadar organik meningkat (<<5%) pola mengikuti penyebaran kekurangan oksigen dipengaruhi kecepatan sedimentasi yang lebih besar


Sapropels are bottom sediments of fresh water lakes (lake silt). In general terms sapropel is caustobiolith, same as combustible natural resources: solid (coal), liquid (petrol) and gaseous (methane) — all of them originated from

remains of vegitative and animal origin.


Mekanisme pembentukan

• Di lapisan atasnya terdapat air yang relatif lebih tawar organisme berkembang dengan baik

• Organisme mati mengendap ke dalam daerah anaerob yang tidak dihuni pemakan bangkai penguraian dilakukan bakteri anaerob secara lambat kerogen

• Kerogen mungkin tidak dianggap mempunyai hubungan dengan minyakbumi namun kenyataan: Cekungan Uinta kaya minyakbumi


Resume Lingkungan Danau

• Terdapatnya pengumpulan serta pengawetan zat organik secara banyak disebabkan oleh:

– Kecepatan sedimentasi yang sangat tinggi

– Keadaan anaerob

• Danau airtawar dapat menghasilkan batuan induk minyakbumi minyakbumi dengan kadar lilin tinggi terutama didapatkan dalam urutan stratigrafi tertentu (sebagai endapan danau)


Cekungan di daerah Kutub ?

• Dari 140 danau sub-glacial di bumi, Vostok adalah yang terbesar dan terdalam, dengan kedalaman maksimum 1000 meter (2.950 ft).

• Di bawah Rusia Vostok Station, 13.000 kaki di bawah permukaan lapisan es Antartika pusat, danau ini mungkin danau yang paling murni di Bumi.

• Suhu rata-rata air -3 ° C dan alasan mengapa danau ini masih cair di bawahtitik beku adalah adanya pengaruh tekanan tinggi dari berat es di atasnya.

• Para ilmuwan juga menemukan bahwa inti es mungkin berumur 420.000 tahun, yang berarti bahwa danau tersebut terselimuti selama lebih dari500.000.


ULASAN


Ulasan

1. Lingkungan pembentukan zat induk minyakbumisangat beraneka macam lingkungan lautanmaupun lingkungan darat

2. Syarat lingkungan yang baik untuk terdapatnyakehidupan dan pertumbuhan yang banyak dan jugapengawetan zat organik

a. Banyaknya cahaya matahari

b. Adanya cukup zat makanan

c. Pengawetan oleh pengukuran yang cepat dalamsedimen halus


Ulasan

3. Lokasi lingkungan pembentukan minyakbumi misalnya di daerah dekat pantai dan di dalam cekungan daratan

4. Di antara lingkungan tersebut terdapat situasi dimana yang satu lebih menguntungkan daripada yang lain:a. Sungai besar yang membawa zat makanan dari dataran

dan sedimen halus dari laut menghasilkan delta yang sangat baik untuk pertumbuhan dan pengawetan zat organik


Ulasan

b. Cekungan yang setengah tertutup dengan suatu ambang, merupakan daerah yang sangat baik untuk pengumpulan dan pengawetan zat organik

c. Suatu kasus istimewa dari cekungan evaporit yang terhalang dari laut terbuka dimana kebanyakan cadangan minyakbumi rupanya berasosiasi secara genetika

d. Cadangan minyakbumi yang besar didapatkan dalam reservoir karbonat yang menyerupai terumbu yang juga sebagian berasal dari lingkungan yang setengah tertutup

e. Danau dataran merupakan suatu keadaan yang tidak jauh berbeda dengan keadaan yang telah dikemukakan di atas.


Ulasan

5. Pada umumnya, sedimen apapun selalu ada zat organik, dengan demikian secara potensial segala macam sedimen mempunyai potensi sebagai sumber minyakbumi


KADAR ZAT ORGANIK DALAM SEDIMEN DAN BATUAN SEDIMEN


Sedimen Resen

• Apakah zat organik yang terkandung dalam sedimen Resen ataupun dalam batuan sedimen cukup banyak dan cukup berarti untuk terbentuknya akumulasi minyakbumi?

• Penyelidikan Parker Trask (1926, 1939) lebih dari 35.000 contoh sedimen Resen dari beberapa tempat di laut ataupun estuari dan nernagai macam lingkungan pengendapan di seluruh dunia, diperoleh hasil:


Parker Trask (1926, 1939)

1. Kadar organik sedimen sangat dipengaruhi oleh konfigurasi laut. Endapan dalam cekungan tertutup mengandung lebih banyak zat organik daripada punggungan serta lereng-lereng yang ada di dekatnya

2. Kadar organik sedimen meningkat dengan halusnya tekstur. Lempung mengandung kira-kira 2X lebih banyak zat organik daripada lanau dan selanjutnya lanau mengandung 2X lebih banyak zat organik daripada pasir halus.



3. Kadar organik sedimen halus dapat berkisar besar sekali dalam jarak beberapa kilometer saja, tanpa memperlihatkan perubahan mikroskopik dalam tekstur endapannya.

4. Kadar organik sedimen laut yang khas, bervariasi secara kasar dengan jumlah plakton yang terdapat pada permukaan air laut. Tetapi dalam endapan lingkungan dangkal dan estuari kadarnya sangat tergantung pada tumbuh-tumbuhan dan zat organik berasal dari persediaan plakton yang terbawa dan tersangkut di situ.



5. Sedimen dekat pantai mengandung lebih banyak zatorganik daripada endapan samudra terbuka.

6. Kadar organik di daerah pemunculan airlaut-dalamke permukaan sangatlah besar.

7. Zat organik yang terdapat dalam batuan sedimenterutama adalah pirobitumina atau kerogen. Kerogen adalah suatu zat kompleks yang tahanberupa senyawa hidrokarbon yang jugamengandung oksigen (Hunt, dkk. , 1958; Phillipi, 1957).


Penyelidikan lainnya

• Litologi berpengaruh terhadap kadar zat organik. Semua jenis batuan sedimen mengandung zat organik, yang paling banyak yaitu: di dalam batuan serpih dan gamping (Hunt & Jamieson, 1958).

• Makin gelap warna batuan sedimen terutama batuan serpih, kadar zat organiknya makin tinggi (Patnode, 1941)


Penyelidikan lainnya

• Tidak ditemukan adanya suatu stadium peralihan antara zat organik dengan minyakbumi. Kerogen tidaklah dapat dianggap sebagai zat peralihan karena kerogen hanya dapat terurai menjadi minyakbumi pada temperatur yang sangat tinggi (Parker Trask, 1932)


PROSES TRANSFORMASI ZAT ORGANIK - MINYAKBUMI


Pertanyaan:

Kalau kita percaya bahwa zat organik merupakan sumberminyakbumi, timbullah pertanyaan bagaimana prosesperubahannya terjadi?

Melihat perbedaan azasi antara zat organik dan minyakbumi, proses ini meliputi:

1. HIDROGENISASI. Darimana asal hidrogen untuk proses ini ?

2. DEKARBOXILASI ATAU DEOXIGENASI. Ke mana larinyakarboxil atau oksigen?

3. PERUBAHAN OKSIGEN. Perubahan ini merupakanperubahan dari tingkatan termodinamika energi tinggi keenergi rendah


Proses Transformasi

Ada beberapa pendapat mengenai prosestransformasi zat organik – minyakbumi:

1. Degradasi Termal

2. Reaksi Katalis

3. Radioaktivitas

4. Aktivitas Bakteri (Mikrobiokimia)

5. Tanpa suatu proses tertentu


1. DEGRADASI TERMAL

• Kalau sedimen menjalani penimbunan dan pembebanan, maka tekanan dan temperatur akan meningkat

• Pengaruh tekanan tidak seberapa besar.

• Temperatur merupakan faktor penting.

• Percobaan pemanasan kerogen berhasil membentuk minyakbumi, dengan temperatur sangat tinggi (400 C)


DEGRADASI TERMAL

• Proses transformasi merupakan degradasi termal yang mencakup dekarboxilasi

• Diperhitungkan bahwa faktor temperatur tinggi dapat diganti dengan faktor waktu persamaan Arrhenius: temperatur 50-180 dekarboxilasi memerlukan 1 juta tahun

• Proses cracking untuk membentuk hidrokarbon molekul rendah memerlukan 100 juta tahun pada temperatur 100 -160

• Teori degradasi termal banyak dianut para ahli geokimia diterima lebih luas dan diterapkan langsung dalam explorasi


Evolusi termal material organik

Proses perubahan material organikmenjadi kerogen dan kemudian minyakdan gas bumi terbagi dalam tiga tahapanyaitu:

• Diagenesis,

• Katagenesis dan

• Metagenesis.


Diagenesis

Proses diagenesis material organik yang diakibatkan oleh proses biologis lebih dominan terjadi dalam sedimen yang baru terendapkan (recently deposited) dan biasa terjadi pada kedalaman hingga 2 km serta temperatur maksimal 75 C


Katagenesis

Pada proses diagenesis, yang terjadi adalah proseskondesasi pembentukan makromolekul yang kompleks(kerogen) dari bahan pembentuknya yang lebihsederhana. Sebaliknya pada proses katagenesis inimakromolekul yang kompleks terurai menjadi molekulyang lebih sederhana yang lebih kaya akan hidrogen. Fasa yang kaya akan hidrogen ini bersifat mobile dandapat bermigrasi keluar dari batuan sumber.


• Perbedaan lain dengan diagenesis adalah proses katagenesis ini merupakan proses fisik yang dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur.

• Katagenesis terjadi pada rentang kedalaman 3-4 km dengan kisaran temperatur sekitar 50-150 C dan tekanan sebesar 300 sampai 1500 bar.


• Pada pengaruh lingkungan ini, kerogen akan semakin terkompaksi (memadat) dan molekulnya mengatur ulang menjadi lebih rapat dan teratur.

• Pada proses ini atom-atom O, N dan S dalam bentuk gugus fungsi karbonil, karboksil, ester dan amina juga tereliminasi dari molekul kerogen. Secara keseluruhan, kerogen mengalami penurunan rasio H/C yang lebih besar dibanding penurunan rasio O/C akibat pembebasan hidrokarbon, sebagaimana terlihat pada diagram van Krevelen.


Diagram van Krevelen. Tanda panah menunjukkan arah evolusi komposisi material organik selama proses diagenesis dan

pematangan termal (katagenesis dan metagenesis)


Pembentukan hidrokarbon sebagai fungsi terhadap kedalaman dan temperatur. Komposisi hidrokarbon yang terbentuk terlihat pada grafik di sebelah kanan


Metagenesis

• Pada temperatur yang lebih tinggi proses pembentukan minyak telah berhenti dan ikatan C-C terputus dalam proses yang disebut cracking. Pada proses ini, molekul yang terbentuk dari pemutusan hidrokarbon tersebut adalah CH4 (metana) atau gas kering (dry gas) dan residual kerogen (C, grafit) seperti terlihat pada gambar di bawah. Proses ini terjadi pada temperatur di atas 150 C.


Proses pematangan kerogen hingga pembentukan metana dan residual kerogen


Sumber Pustaka

— Durand, B., A history of organic geochemistry, Oil & Gas Science and Technology, vol. 58 no. 2, p.203 –231 (2003)

— Hunt, J. M., et.al., Early developments in organic geochemistry, Organic Geochemistry vol.33, p.1025-1062 (2002) — White, W. M., Geochemistry (1998)

— Tissot, B. P., Welte, D. H., Petroleum formation and occurrence, New York – Springer Verlag (1984)


2. REAKSI KATALIS

• Sesuai dengan yang berlangsung di dalam kilang minyak, ‘cracking’ terjadi pada temperatur rendah danberjalan lebih cepat apabila menggunakan lempung sebagai katalisator (asam silikat) Pemodelan Brooks, 1954

• Pemodelan disanggah Landes (1959): kontak langsung tidak terjadi antara zat-zat bersangkutan, dikarenakan adanya selaput air yang menghalangi.


Cracking

• Cracking adalah penguraian molekul-molekul senyawa hidrokarbon yang besar menjadi molekul-molekul senyawa hidrokarbon yang kecil. Contoh cracking ini adalah pengolahan minyak solar atau minyak tanah menjadi bensin.

• Proses ini terutama ditujukan untuk memperbaiki kualitas dan perolehan fraksi gasolin (bensin). Kualitas gasolin sangat ditentukan oleh sifat anti knock (ketukan) yang dinyatakan dalam bilangan oktan.


3. REAKSI RADIOAKTIVITAS

• Sumber radioaktif cukup banyak terdapat dalam formasi: U, Th dan K40

• Terutama paling banyak: K40

• Serpih biasanya mengandung lebih banyak zat radioaktif, terutama serpih hitam.

• Hal ini diterapkan pada log radioaktivitas

• Perlu disebandingkan dengan metode lain: adanya serpih hitam yang tak kaya minyak, akan tetapi mengandung banyak pirobitumina; serpih hitam kaya zat radioaktif.


4. AKTIVITAS BAKTERI (MIKROBIOKIMIA)

• Bakteri mempunyai potensi besar dalam proses pembengtukan hidrokarbon minyakbumi dan memegang peranan besar dari sejak matinya zat organik sampai pada waktu diagenesa (Zobell, 1945)

• Bakteri menimbulkan dan mengintensifkan lingkungan yang mereduksi, sehingga setidak-tidaknya menyiapkan milieu terbentuknya minyakbumi (Welte, 1964)

• Bakteri diketahui ditemukan pada kedalaman ribuan meter di bawah permukaan.


5. TANPA SESUATU PROSES TERTENTU

1. Organisme membentuk hidrokarbon sebagai bagian dari proses metabolisme dalam siklus hidupnya yang normal (Levorsen, 1958).

2. Hidrokarbon ini jika terkumpul akan cukup banyak menjadi cadangan minyakbumi juga minyakbumi dari rembesan dari zaman-zaman yang lampau mungkin diendapkan kembali, dan menambah cadangan yang telah ada (Meinschein, 1959, 1961 & Baker, 1969).


3. Zat-zat yang menyerupai minyakbumi telahada dalam zat organik dan hanyamembutuhkan sedikit modifikasi untukberubah menjadi minyakbumi

Catatan kerja:

HAL ITU HANYA MERUPAKAN SEBAGIAN SAJA DARI CARA PEMBENTUKAN MINYAKBUMI


Pengumpulan Zat Organik Dalam Sedimen

Documents

Transcript of Pengumpulan Zat Organik Dalam Sedimen