siap print.doc

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPenggunaan minyak bumi sebagai prioritas utama untuk memenuhi kebutuhan energi di dunia mendorong terjadinya eksplorasi secara besaran-besaran, khususnya di Indonesia. Hal itu tidak terlepas dari potensi cadangan minyak bumi yang cukup melimpah serta memiliki banyak variasi. Namun minyak bumi ini belum semuanya dieksplorasi dikarenakan kerumitan selama prosesnya. Proses eksplorasi ini membutuhkan banyak data dan harus dilakukan secara teliti untuk mendapatkan gambaran yang jelas sebelum dilakukan pengeboran. Pada awal pengeksplorasian minyak bumi hanya membutuhkan data geologi dan geofisika. Namun data tersebut kurang cukup mendukung keberhasilan eksplorasian minyak bumi sehingga diperlukan data geokimia organik dalam meminimalkan kegagalan dalam proses eksplorasi. Salah satu lingkup kajian geokimia organik adalah profil biomarka senyawa-senyawa organik yang dapat memberikan informasi lingkungan pengendapan, asal-usul minyak bumi dan kematangannya (Ekawati, 2010; Roesanti, 2010).

Ilmu geokimia organik memberikan banyak informasi mengenai unsur organik yang terdapat di dalam batuan dengan menganalisa komposisinya, asalnya, mekanisme pembentukannya, model pengendapan dan distribusinya, sebagaimana hubungan satu dengan yang lain dengan mineral yang ada di bumi (Durand, 2003). Pengkajian geokimia organik ini dilakukan berdasarkan perilaku senyawa biomarka. Kandungan biomarka minyak bumi yang dapat memberikan informasi asal usul bahan organik melalui penelusuran senyawa prekursornya. Biomarka yang umum ditemukan pada minyak bumi dapat berupa fraksi netral, asam, dan fraksi polar (Burhan dkk., 2002). Fraksi netral dipisahkan menjadi beberapa bagian, antara lain: jenis alifatik, aromatik, serta alkohol dan keton. Keberadaan senyawa biomarka yang terkandung dalam tipe fraksi tersebut memberikan informasi penting yang dapat digunakan sebagai indikator kematangan minyak sehingga diketahui informasi matang atau tidaknya minyak bumi tersebut. Hal ini dapat menjadi bahan pertimbangan layak atau tidaknya suatu sumber minyak untuk dieksplorasi. Seperti pada penelitian minyak bumi di Kanada oleh Zumberge (1987) diketemukan senyawa biomarka hopana yang mengindikasikan bahwa minyak tersebut berasal dari sedimen tua sehingga layak untuk dieksplorasi karena memiliki tingkat kematangan termal tinggi.

Pengkajian terhadap senyawa biomarka hidrokarbon tersebut memberikan sumbangan besar untuk membantu perindustrian minyak bumi dalam pengeksplorasian dan dan pengeksploitasian minyak bumi dan gas bumi. Selain itu, telah banyak dilakukan penelitian terhadap senyawa-senyawa tersebut untuk mengetahui keberadaan minyak bumi di suatu daerah dan tahapan geologi yang telah dilaluinya. Hasil penelitian yang terkait pengkajian geokimia organik ini diharapkan dapat membantu keperluan penambangan minyak dari dalam bumi yang akan mengungkap dari mana sumber minyak tersebut (Beawiharta, 1990; Olah dan Monar,1995). Analisa biomarka didukung oleh perkembangan teknik analisa senyawa organik yaitu Kromatografi Gas-Spektrometri Massa (KG-SM). Teknik analisa ini dapat melakukan pemisahan dan identifikasi senyawa organik individu pada senyawa organik yang sangat kompleks. Pada contoh geologi, campuran kompleks dari biomarka yang diinginkan terdapat dalam konsentrasi rendah dan hanya teridentifikasi oleh KG-SM (Philp, 1986).Pulau Jawa merupakan salah satu bagian kepulauan Indonesia yang memiliki sumber minyak dan gas mulai dari pantai utara sampai ke pantai selatan. Salah satu sumber minyak ditemukan di Dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kecamatan Patean, Kabupaten Kendal, Jawa Tengah. Pada lokasi terdapat tiga sumber minyak yang masih aktif memproduksi minyak terus menerus. Saat ini sumber minyak tersebut masih dikelola secara konvensional oleh warga dan hanya digunakan sebatas untuk bahan bakar lampu minyak. Jumlah pemanfaatan minyak tersebut di Dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kecamatan Patean, Kabupaten Kendal, Jawa Tengah sampai saat ini masih terbilang sedikit. Bahkan cenderung diabaikan dan terdapat salah satu sumur yang telah dirusak oleh tangan-tangan jahil. Ini karena belum ada perhatian dari pemerintah setempat serta belum dilakukan eksplorasi lebih jauh tentang potensi sumber minyak tersebut.

1.2 Permasalahan Data geologi dan geofisika yang dimilki belum dapat mendukung keberhasilan pengeksplorasian minyak bumi sehingga diperlukan data geokimia organik dalam meminimalkan kegagalan dalam eksplorasi minyak. Data geokimia organik merupakan salah satu data yang sangat dibutuhkan dalam tahapan eksplorasi dan diharapkan dapat digunakan sebagai sumbangan saat melakukan eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi di sumur tua kawasan Dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kecamatan Patean, Kabupaten Kendal, Jawa Tengah.1.3 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan dan mengetahui karakter biomarka hidrokarbon fraksi aromatik dari minyak mentah di sumur tua kawasan Dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kecamatan Patean, Kabupaten Kendal, Jawa Tengah yang dikarakterisasi menggunakan teknik kromatografi gas spektrometri massa (KG-SM). Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan informasi mengenai kematangan, biodegradasi serta asal usul bahan organik dari minyak mentah supaya dapat digunakan untuk mendukung data geofisika dan data geologi dalam eksploitasi minyak bumi. BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Geologi Sampel Minyak

Indonesia adalah negara kepulauan yang kaya akan hasil tambang. Salah satu diantaranya adalah minyak bumi. Umumnya, minyak bumi banyak diketemukan di daerah lepas pantai (offshore), selain itu juga ada ditemukan di darat (onshore). Penggunaan minyak bumi tersebut sebagai prioritas utama untuk memenuhi kebutuhan energi di Indonesia, mendorong terjadinya eksplorasi dan eksplotasi secara besaran-besaran. Salah satunya adalah sumur eksplorasi dan eksploitasi minyak di dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kecamatan Patean, Kabupaten Kendal, Propinsi Jawa Tengah (Stroms, dkk., 2005; Moss, 1999).

Gambar 2.1 Peta Kabupaten Kendal (daerah yang dalam lingkaran merupakan lokasi sumur minyak)(Kabupatenkendal.org, 2011).Menurut Handayani (2010), sumur-sumur wilayah tersebut merupakan peninggalan dari Belanda yang telah dikelola untuk dieksplorasi dan dieksplotasi pada tahun 1903-1912 dengan kapasitas produksi sebesar 400 ton. Namun seiring perkembangan jaman dan kemerdekaan Indonesia, sumur tersebut tidak dikelola kembali secara profesional bahkan cenderung tak terurus dan tak terawat. Hal ini terbukti dengan penemuan banyaknya kerikil, pasir dan air dalam sumur tersebut. Lapangan minyak Cipluk, Kabupaten kendal termasuk dalam sub cekungan Kendal yang berbatasan dengan sub cekungan Pemalang. Berdasarkan hubungan dengan tektonik regional daerah eksploitasi dan eksplorasi lapangan minyak Cipluk berada pada daerah yang didominasi oleh lipatan dan sesar naik (thrust fold belt), serta kedudukannya merupakan bagian dari Cekungan Busur Belakang (back arc basins).

Selain itu, berdasarkan dari pengamatan geologi permukaan tidak dijumpai batuan induk (source rock) yang merupakan bagian dari sistem petroleum. Dari ciri litologi batuan yang dapat bertindak sebagai reservoir adalah F. Banyak, sedangkan batuan yang dapat bertindak sebagai batuan penutup adalah F. Cipluk. Kompilasi dari data regional berupa data geologi permukaan dan model inversi tahanan jenis, maka dapat dibuat model tentatif sub sistem petroleum lapangan minyak Cipluk. Hasil gabungan data dapat ditafsirkan bahwa perangkap minyak di daerah Cipluk adalah perangkap struktur (antiklin rebah ke utara).

Potensi sumur tersebut terpecah di tiga lokasi yang masing-masing memiliki ketinggian dan intensitas semburan minyak yang berbeda-beda. Lokasi pertama(a), sumur tersebut terletak pada lintang selatan 703.400 dan bujur timur 11007.108 (ketinggian 135 m); lokasi kedua (b) terletak pada lintang selatan 703.368 dan bujur timur 11006.875 (ketinggian 100 m); dan lokasi ketiga (c) terletak pada lintang selatan 703.284 dan bujur timur 11006.834 (ketinggian 89 m). Berikut merupakan gambar dari lokasi sumur tua:

Gambar 2.2 Beberapa lokasi sumur tua Dukuh Cipluk, Desa Sidokumpul, Kabupaten Kendal, Jawa Tengah.

2.2 Geokimia Organik

Geokimia organik merupakan salah satu cabang ilmu kimia yang mempelajari bahan organik sedimenter yang digunakan untuk mempelajari evolusi yang terjadi pada tahapan geologis dilapisan geosfer (Killops dan Killops, 1994). Menurut Kvenvolden (2005) mengatakan bahwa geokimia organik merupakan ilmu geosains modern yang perpaduan antara ilmu geologi dan kimia organik. Dalam pengembangannya pada tahun 2008, Kvendolen berpendapat bahwa ilmu ini mempelajari bahan organik dari bagaimana terbentuknya, komposisinya dan asal-usulnya batuan dan sedimen. Tujuan dari limu ini ialah memperoleh informasi reka ulang sejarah pembentukan bahan-bahan organik pada sedimen yang terdapat pada geosfer, mulai dari tahap pengendapan sampai kepada penggunaannya pada bahan bakar fosil melalui pendekatan molekuler, serta pemanfaatannya yang masih dinikmati hingga kini(Burhan, 1997).

Gambar 2.3 Peta geologi

Seiring perkembangan teknologi dan pengetahuan, geokimia organik dapat memberikan penjelasan tentang kondisi lingkungan pemendaman purba (paleoenviroment), kondisi ekologi (paleoecological) dan derajat kematangan (maturity) dari sedimen, batubara dan minyak bumi. Manfaat utama yang diperoleh dari geokimia organik ialah parameter organik terhadap komposisi lipid, sulfur, dan pigmen organik lainnya yang terkandung dalam makhluk hidup (Didyk, dkk., 1978). Pada akhir tahun 1960-an, Engliton dan Calvin mampu menghubungkan geokimia organik dengan asal-usul dan evolusi biomarka dari bahan-bahan organik pada minyak mentah, batuan sumber dan sampel geologi lainnya (Philp, 1986). Beberapa manfaat lain dari ilmu ini ialah sebagai data pendukung untuk mengurangi resiko kegagalan dalam eksplorasi minyak bumi (Ahmed, dkk, 2004; Tissot dan Walte, 1984; Peters dan Moldowan, 1993).

2.3 Minyak Bumi

Minyak mentah (crude oil) atau lebih dikenal dengan minyak bumi ialah istilah untuk minyak yang baru keluar dari sumur eksplorasi (perut bumi) dan belum mendapatkan proses lebih lanjut. Minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui dan salah satu jenis bahan bakar fosil yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan manusia. Minyak ini mengandung ribuan macam zat kimia organik maupun anorganik yang berbeda baik dalam bentuk gas, cair dan padatan. Minyak bumi terdapat dalam berbagai kekentalan dan tingkatan warna, mulai dari yang kental berwarna pekat dan yang encer berwarna coklat muda (Yani, 2010; Sugiyanti, 2010).

Gambar 2.4 Minyak bumi siap diproses lebih lanjut.

Minyak bumi berasal dari tumbuhan dan hewan yang tertimbun bersama endapan lumpur, pasir dan zat lainnya. Senyawa organik dari makhluk hidup tersebut mengalami perubahan struktur kimia dalam waktu yang sangat lama selama jutaan tahun karena mendapat tekanan dan temperatur tinggi dalam perut bumi. Saat bersamaan pula, bakteri menguraikan senyawa kimia kompleks menjadi hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon terbentuk terletak di berbagai tempat bergerak dan cenderung mengumpul di suatu tempat hingga membentuk suatu cekungan. Cekungan inilah sebagai bakal sumur minyak yang siap dieksplorasi (Beawiharta, 1990; Tinkler, 1961).

Minyak bumi memiliki komposisi berbeda yang akan mempengaruhi tingkatan warna yang terbentuk serta memiliki variasi sifat kekentalan. Pada resevoir minyak bumi yang umum terjadi ialah ditemukan bersamaan dengan gas alam dan air garam mineral yang mengalir dibawahnya (Killops dan Killops; 1994). Klasifikasi minyak bumi berdasarkan kandungan lilin, viskositas (kekentalan) dan sifat-sifat fisiknya terbagi atas empat tipe, yaitu: light, non-sticky, heavy dan nonfluid oils (Zhang, 2005). 2.4 Pembentukan Minyak Bumi

Proses degradasi merupakan proses mulai terbentuknya minyak bumi. Proses ini terjadi akibat pengaruh tekanan, temperatur (panas) dan mikroorganisme yang menguraikan dalam sedimen. Tahapan proses degradasi senyawa organik terbagi atas diagenesis, katagenesis dan metagenesis. Pada tahap diagenesis, bahan organik sedimen mengalami perubahan biologi, fisika dan kimia yang disebabkan oleh panas bumi kurang dari 50C. Selain itu, pengaruh mikroorganisme sangat penting dalam transformasi bahan organik selama proses diagenesis (Killops dan Killops, 1994).

Gambar 2.5 Tahapan Pembentukan Minyak Bumi

Selama awal diagenesis dan proses sedimentasi, bahan organik yang terperangkap dalam sedimen mengalami proses kesetimbangan dan mikroorganisme menghancurkan senyawa kompleks (biopolimer). Hasil dari penghancuran tersebut terkumpul membentuk struktur geopolimer yang terkondensasi. Geopolimer merupakan perkusor kerogen, yaitu senyawa awal sebelum terbentuk menjadi minyak bumi, gas alam dan sebagainya. Pada fase akhir diagenesis ditunjukan jumlah asam tanah berkurang dan terbentuk gugus alifatik dari bahan organik yang mengandung gugus karboksil (>=O) (Philp, 1986; Killops dan Killops, 1994).

Tahap kedua yang terjadi ialah katagenesis, dimana bahan organik yang terpendam kian dalam sehingga mengakibatkan tekanan dan temperatur semakin besar. Bahan organik mengalami perubahan termal oleh pelapisan dan pemanasan pada suhu 50 150C dibawah kondisi tertentu selama jutaan tahun. Perubahan yang terjadi selama fase ini ialah evolusi kerogen menjadi minyak bumi (cairan) ,pembentukan gas dan kondesat dan terbentuk gas metana selama fase katagenesis. Pembentukan minyak bumi akan terhenti dan berakhirnya seiring berakhirnya fase ini.

Pada evolusi organik akhir terjadi fase metagenesis. Fase metagenesis merupakan fase akhir dalam evolusi bahan organik. Selama fase ini terjadi pemecahan molekul organik pada temperatur lebih dari 200C dan terbentuk gas metana serta residu karbon. Pada tahap ini, senyawa organik akan direduksi karena ketidakstabilan pada kondisi tersebut. Umumnya biomarka akan dapat bertahan dari proses biodegradasi. Biomarka tersebut mampu memberikan informasi mengenai lingkungan pengendapan, asal-usul dan kematangan yang membantu dalam pengeksplorasian minyak bumi (Phlip, 1986; Tissot dan Welte, 1984; Roesanti, 2010).

2.5 Biomarka

Biomarka atau senyawa penanda biologi ialah fosil yang berasal dari molekul-molekul biologi, umumnya dalam bentuk lipid yang ditemukan secara langsung ataupun yang telah terdegradasi sebagian atau seluruhnya di dalam cuplikan geologi (Albrect, 1983). Menurut Peters dan Moldowan (1993) mengatakan bahwa biomarka umumnya dalam bentuk senyawa kompleks dari fosil-fosil molekul yang yang dihasilkan dari organisme-organisme hidup yang tertimbun dan telah mengalami proses evolusi organik. Fosil molekul tersebut tersusun atas karbon, hidrogen dan unsur organik lainnya yang ditemukan dalam bitumen, batuan dan sedimen. Struktut biomarka tersebut sedikit atau tidak berubah sama sekali dengan molekul organik penyusunnya (Peters dan Moldowan, 1993).

Biomarka ini berfungsi untuk mengetahui daerah, sumber lingkungan yang mempunyai ciri khas tertentu sehingga dapat memberikan informasi tentang sumber dan asal-usul senyawa organik yang terkandung dalam biomarka. Selain itu kerangka utama yang terkandung dalam senyawa organik dapat dihubungkan dengan senyawa prekursor yang ada dalam suatu organisme hidup tertentu sehingga dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik dari lingkungan pengendapan, penentuan tingkat degradasi dan usia dari cuplikan geologi (Philp, 1986; Killops dan Killops, 1994).

Peranan utama dari biomarka dalam bidang eksplorasi minyak bumi ialah aplikasi terhadap masalah yang berhubungan dengan minyak dan batuan sumber minyak. Beberapa hal yang dapat diperoleh dari senyawa biomarka ialah:

1. Indikator asal-usul bahan organik

Molekul biomarka dapat memberikan tentang asal-usul bahan-bahan organik yang terdapat dalam minyak bumi. Terdapat tiga jenis bahan organik yang berkontribusi pada proses pembentukan minyak bumi yaitu bahan organik laut, bahan organik darat dan bahan organik mikroba.

2. Indikator kematangan (maturity) minyak bumi

Kematangan minyak bumi ditentukan berdasarkan distribusi biomarka. Pada proses pematangan minyak bumi terjadi transformasi senyawa biomarka, contohnya aromatisasi (Killops dan Killops, 1994).

2.6 Biomarka Hidrokarbon

2.6.1 Biomarka Hidrokarbon Fraksi Alifatik

Senyawa biomarka hidrokarbon alifatik merupakan jenis senyawa yang tidak mudah didegradasi oleh aktifitas mikroba sehingga dapat dijadikan sebagai senyawa penanda yang sempurna untuk mengetahui asal-usul bahan organik. Biomarka hidrokarbon alifatk yang umum ditemukan dalam minyak bumi adalah senyawa hidrokarbon dengan berbagai kerangka dasar antara lain n-alkana, n-alkena, isoprenoid, seskuiterpen, diterpen, trisiklikterpen, steranan dan triterpen pentasiklik. Senyawa hidrokarbon jenis n-alkana umum ditemukan dan dijadikan petunjuk geologi saat eksploitasi minyak bumi dikarenakan terdapat pada berbagai tanaman dan organisme. Pada umumnya senyawa n-alkana ini terdistribusi dalam organisme diantaranya ada yang dihasilkan dari bakteri (C18), tumbuhan tingkat tinggi (C>20), dan alga yang spesifik untuk atom C15 dan C17. Untuk n-alkana rantai pendek dengan jumlah atom C