1

Geokimia Organik

5. Pembentukan dan Komposisi Minyak Bumi - Pembentukan Minyak Bumi - Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan

Minyak Bumi - Migrasi Hidrokarbon - Komposisi Minyak Bumi - Terbentuknya Bahan Bakar Fosil - Perekaan Minyak Bumi Batuan Sumber

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 2

Pembentukan Minyak Bumi

☻ Jumlah dan komposisi hidrokarbon tergantung pada komposisi bahan organik yang terikat pada struktur kerogen

☻ Pada kuliah yang lalu : Kerogen type I : kaya struktur asiklik, alifatik rantai menengah dan

panjang melimpah akan minyak Kerogen type II : sedikit alifatik asiklik, tapi mampu menghasilkan

minyak Kerogen type III : dominasi struktur alifatik rantai pendek (≤ C4)

yang diturunkan dari maseral vitrinit Kerogen type IV : karbon intertinit, yang tidak menghasilkan

hidrokarbon

Secara pelan-pelan, selama katagenesis dan metagenesis, kerogen berevolusi menjadi cairan yang kaya hidrokarbon (minyak dan gas) minyak bumi

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 3

Generasi minyak bumiSecara alami : senyawa yang cendrung membentuk batubara

humat biasanya kecil potensinya untuk membentuk minyak

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 4

Hidrokarbon dari Batubara

☻ Umumnya rantai alkil metana pada vitrinit, terutama apabila kandungan liptinit/eksinit relatif tinggi

☻ Sekalipun kerogen type III ~ batubara humat, tetapi pada batubara humat tidak dapat membentuk minyak, karena struktur fisik dan kimianya cendrung untuk menyerap hidrokarbon cair

☻ Beberapa batubara humat yang dilaporkan dapat menghaslkan minyak : Latrobe Group dari Cekungan Gippsland di Australia Tenggara karena kandungan bahan lipidnya (liptinit dan eksinit) tinggi yang berasal dari 1) lipid eksin spt, waks, resin, pollen yang terkonsentrasi selama diagenesis; 2) biomassa mikrobial (liptinit) hasil daur ulang tumbuhan tingkat tinggi selama diagenesis. Hidrokarbonnya didominasi C23 – C35

Karena secara alami senyawa pembentuk batubara cendrung membentuk batubara humat sangat kecil potensi pembentukan minyak

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 5

Variasi komposisi hidrokabon vs kematangan kerogen

Selama diagenesis : hidrokarbon hanya yang diturunkan organisme hidup saja (C11 – C35) dan CH4 dari methanogenesis

Pada katagenesis : pembentukan hidrokarbon terbagi dua pembentukan minyak (oil window) dan gas basah. Hidrokarbon rantai panjang mulai terdegradasi pelan-pelan menjadi hidrokarbon rantai menengah dan pendek

Pembentukan minyak terbatas pada suhu 100-150 oC atau pada kedalaman 2.5 – 4 km)

Gas (C1 – C5) dihasilkan sampai pada suhu 230 oC dan kedalaman 6.5 km, kecuali CH4 pada permukaan oleh methanogenesis cracking zone

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 6

Variasi komposisi hidrokabon vs kematangan kerogen

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 7

Reaksi pembentukan hidrokarbon

Reaksi siklisasi dan aromatisasi residu yang dibebaskan dari struktur kerogen

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 8

Reaksi pembentukan hidrokarbon

Reaksi pembentukan hidrokarbon yang lebih pendek

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 9

Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 10

Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi

Suhu : Peningkatan geothermal berkisar antara 10 – 80 oC per km atau rata-rata 33 oC per km pembentukan minyak bumi berkaitan dengan kedalaman pemendaman

Misalnya : di Cekungan Panonian Tersier (Eropa Tengah), yang mempunyai geothermal 50 oC per km sudah terbentuk minyak pada zaman Pliosen

Waktu : Temperatur yang lebih tinggi akan mempersingkat waktu pembentukan minyak bumi waktu bertambah secara eksponensial dengan berkurangnya waktu

Misalnya : pembentukan minyak pada 60 oC membutuhkan waktu 200 Ma, sedangkan pada 100 oC hanya membutuhkan 10 Ma.

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 11

Pentingnya Waktu dan Suhu dalamPembentukan Minyak Bumi

Kinetika pembentukan minyak bumi : ditentukan dengan TTI (time-temperature index), yang biasanya meningkat dua kali dengan kenaikan suhu 10 oC

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 12

Model Mackenzie dan Quigley (1988) :

- labile kerogen (liptinit dan eksinit) minyak - refractory kerogen (vitrinit) gas - inert kerogen (inertinit) tidak menghasilkan hidrokarbon

reactive kerogen

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 13

Pentingnya Waktu dan Suhu dalamPembentukan Minyak Bumi

Model Mackenzie dan Quigley (1988) : • minyak banyak terbentuk pada suhu 100 – 150 oC

• gas utama terbentuk pada suhu 150 – 230 oC

• minyak yang tertinggal pada batuan induk mengalami pemecahan ikatan menjadi gas pada suhu 150 – 180 oC

• minyak tidak bisa bertahan sepanjang rentang geologi pada > 160 oC

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 14

Migrasi Hidrokarbon

Minyak bumi biasanya ditemukan di “reservoir” yang jauh dari batuan induknya, perpindahan minyak migrasi

Migrasi minyak dibagi dua tahap : migrasi primer dan migrasi sekunder

Migrasi primer : ekspulsi minyak bumi dari batuan sumber ke strata pembawa

Migrasi sekunder : perpindahan minyak bumi melalui batuan pengangkut menuju reservoir

Faktor yang berperanan dari batuan sumber dan batuan pengangkut : porosity dan permeability

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 15

Migrasi HidrokarbonMackenzie dan Quigley (1988) : diterangkan dengan jenis hidrokarbon yang dibebaskan dari berbagai jenis batuan sumber ada 3 kelas batuan sumber, berdasarkan tipe kerogen dan konsentrasi inisialnya

Kelas 1 : dominan kerogen labil (oil-prone) pada konsentrasi > 10 kg/t, mulai melepaskan minyak pada suhu 100 oC dan pada 120 - 150 oC membebaskan sampai 60-90 % kandungan minyak

Misalnya : batuan sumber North Sea Kimmeridge Clay

Kelas 2 : masih mengandung kerogen labil dengan konsentrasi < 5 kg/t, membebaskan minyak dalam bentuk kondensat dan diikuti gas kering

Misalnya : batuan sumber Nova Scotia dan Nile Delta

Kelas 3 : mengandung refractory kerogen, yang menghasilkan gas kering

Misalnya : Batubara palezoic dari Eropa dan Amerika Utara

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 16

Migrasi Hidrokarbon

Gabungan Kelas 1 dan Kelas 3 Misalnya : Mahakam Delta dan Gippsland Basin, Aust

Gabungan Kelas 2 dan Kelas 3 Misalnya : batubara Australia

Tipe kerogen dan kandungannya diterangkan dengan PGI (petroleum generation index; fraksi organik yang mengalami transformasi menjadi minyak) dan PEE (petroleum expulsion efficiency; fraksi hidrokarbon yang digenerasi keluar dari batuan sumber) yang diplot versus suhu dengan kenaikan suhu dperkirakan 5 oC /Ma

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 17

Migrasi Hidrokarbon

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 18

Migrasi Hidrokarbon : Penjebakan dan pencadangan

• Migrasi sekunder diakhiri dengan penjebakan (trap), yang terbagi atas dua kelas : structural dan stratigraphic

• Structural traps : disebabkan oleh tektonik

• Stratigraphic traps : disebabkan lapisan pengendapan

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 19

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi kasar

Komposisi minyak mentah : hidrokarbon (alifatik dan aromatik), resin dan aspalten, dengan susunan unsur penyusun sebagai berikut :

Unsur penyusun Kelimpahan (%berat)C 82.2 – 87.1

H 11.8 – 14.7

S 0.1 – 5.5

O 0.1 – 4.5

N 0.1 – 1.5

Lainnya ≤ 0.1

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 20

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi kasar

Komposisi minyak mentah secara umum : - 57 % hidrokarbon alifatik - 29 % hidrokarbon aromatik - 14 % resin - 2 % belerang thiofenik yang terikut pada hidrokarbon aromatik

Berdasarkan penggunaan dibagi atas dasar fraksi distilasi : - gasoline ( C4 – C10 )

- kerosine ( C11 – C13 )

- diesel fuel ( C14 – C18 )

- heavy gas oil ( C19 – C25)

- lubricating oil ( C26 – C40 )

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 21

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon

Hidrokarbon alifatik (jenuh atau parafin) : - alkana asiklik ( lurus dan bercabang) – 33 % - sikloalkana (naftena) – 32 %

Hidrokarbon aromatik – 35 %

Senyawa NSO – yang tergabung ke dalam hidrokarbon aromatik

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 22

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 23

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 24

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon pada minyak mentah

Minyak parafinik : terutama alkana asiklik dengan < 1% belerangMinyak parafinik-naftenik : terutama alkana asiklik dan sikoalkana dengan < 1% belerangMinyak aromatik-intermediat : > 50 % hidrokarbon aromatik dan biasanya > 1% belerang

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 25

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi biomarka

Biomarka : , 1 % berat dari total hidrokarbon, yang lazimnya diturunkan dari lipid, erikat pada struktur kerogen dan dibebaskan selama katagenesis

Biomarka : isoprenoid asiklik, steroid, terpenoid dan porfirin

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 26

Komposisi Minyak Bumi : Komposisi biomarka (pada minyak mentah)

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 27

Komposisi Minyak Bumi :

Komposisi biomarka (pada batubara humat)

R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 06 28

A suivre ...........