Na-K-Ca Geothermometer & Gas Geothermometer

M. Herwanda 1115051025

Dian Triyanto

PENDAHULUANGeothermometer adalah suatu metode yang digunakan untuk memperkirakan temperatur bawah permukaan bumi (reservoir) berdasarkan konsep ketergantungan kesetimbangan kimia (larutan maupun gas) terhadap temperatur.

Geothermometer dapat diklasifikasikan menjadi dua :• Berdasar pada perubahan-perubahan temperatur tergantung

daya larut mineral-mineral individu, (contoh : geothermometer kuarsa).• Berdasar pada reaksi pertukaran temperatur tergantung, yang

melibatkan sedikitnya dua mineral dan larutan mengandung air. (contoh : geothermometer Na/K)

Na-K-Ca Geothermometer

Geothermometer ini dikembangkan untuk aplikasi ke perairan dengan konsentrasi tinggi ca

Bagian dari kendala teoritis meliputi keseimbangan antara na-dan k-felspar, ditambah konversi alumino mineral silikat kalsium (misalnya plagioklas) untuk kalsit.

Aqueous solute geothermometers ; Formula :

t >120° C

Aplikasi

Pertimbangan berikut berlaku dalam penerapan geothermometer ini :

1. Hitung [log (Ca1/2/Na) + 2.06], jika nilainya positif, gunakan = 4 / 3 di formula dalam menentukan suhu. jika temperatur yang dhitung <100 C, maka suhu ini adalah tepat.

2. Jika = 4 / 3 temperatur terhitung > 100 C atau [log (Ca1/2/Na) + 2.06] adalah negatif, kemudian gunakan =1/3

Mg koreksi untuk Na-Ca-K geothermometer

Adapun koreksi Mg yang diturunkan secara empiris adalah sebagai berikut :• Jika T Na-K-Ca <70 C tidak berlaku koreksi• Hitung R menggunakan persamaan molality R• Jika R> 50 anggap air dari kondisi kesetimbangan

relatif sejuk dengan suhu kira-kira sama dengan suhu air yang diukur tanpa bergantung dengan besar TNa-k-Ca.

• Jika T Na- K- Ca > 70 C dan R < 50, gunakan R untuk menentukan T Mg.

Gas Geothermometer

• Manifestasi permukaan di kebanyakan lapangan geothermal mengandung fumarol, mata air panas dan tanah panas. Dimana permukaan air tanah dangkal berada jauh didalam bawah permukaan, dan tidak ada mata air panas. Dalam kasus ini, geothermometer larutan tidak bisa digunakan untuk memprediksi temperatur bawah permukaan. Untuk itulah digunakan geothermometer gas.

Geothermometer Gas didasarkan pada reaksi kimia keseimbangan antara spesies gas. Dalam bidang panas bumi konsentrasi (atau rasio) gas-gas seperti CO2, H2S, H2, N2, NH3, dan CH4 dikendalikan oleh suhu. Karena itu, data dari gas telah digunakan untuk mempelajari hubungan antara konsentrasi gas relatif dan suhu reservoir menggunakan Amore D'dan Panichi (1980) geotermometer berdasarkan tekanan parsial CO2, H2S, CH4 H2, di mana CO2 eksternal tetap.

Beberapa geothermometer gas melibatkan reaksi berikut:

Metana :

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2

Amonia :

2NH3 = N2 + 3H2

PERSAMAAN GEOTHERMOMETER GAS (1)

Rumus untuk geothermometers metana (CH4) : log XCO2

+ 4 log XH2 – log XCH4

= -5.922 – 13178/T +

0.01959 T

Rumus untuk geothermometers amonia (NH3) :log XN2

+ 3log XH2 – 2log XNH3

= -19.245 – 5179/T +

0.0336 T

Dimana Xi adalah fraksi mol dari beberapa macam gas i dan T adalah ○K . Dalam catatan sebelumnya menunjukkan bagaimana untuk menghitung fraksi mol dan hal tersebut harus diketahui fraksi uap (y) dan rasio molar (Xg). Geotermometer gas diasumsikan pada suatu titik kesetimbangan pada suatu cairan sebelum mencapai titik didihnya.

Sebuah contoh diberikan di bawah ini di mana dua geothermometer gas diterapkan pada data dari Cerro Prieto.

Tabel 4.2. Analisis Gas dari Cerro Prieto pada sumur M-5 (Nehring dan D'Amore, 1984; Henley et al, 1984.)

CONTOH KASUS (1)

y Total gas dalam uap

CO2 H2S CH4 H2 N2 Ar NH3

(mmol/mol) uap (mmol/mol)

CP M-5 (4-77)

0.287 4.46 788.6 76.3 51.8 46.6 6.0 0.14 22.8

Data-data dalam tabel 4.2 dikonversi ke fraksi mol setelah itu dapat diterapkan pada geothermometer.

Tabel 4.3. tabel mol fraksi dari data 4.2

CO2 CH4 H2 N2 NH3

(mol fraction, X)

CP M-5 (4-77) 1.01 E-03 6.63 E-05 5.96 E-05 7.68 E-06 2.92 E-05

Dengan mensubstitusi nilai-nilai yang sesuai dalam rumus geothermometer amonia dan metana memberikan persamaan berikut di mana kita perlu memecahkan T ○K:

Dari hasil perhitungan didapatkan :T methane : -9,79 = -13178 / T + 0.01959T T amonia : 10,53 = -5179 / T + 0.0336T

Dari pemfaktoran persamaan kuadrat didapat :

T methane = 607.523 KT amonia = 393.002 K

Persamaan geothermometer empiris :

Rumus untuk menentukan t ○C :

t = 24775/(2log(CH4/CO2) – 6log(H2/ CO2) –

3log(H2S/CO2) + 7log(PCO2) + 36.05) - 273

PERSAMAAN GEOTHERMOMETER GAS (2)

•

3. Tekanan parsial oksigen tergantung suhu

4. Tekanan CO2 berhubungan dengan jumlah relatif CO2 dalam gas.PCO2 = 0.1 jika mmol/mol CO2 < 750 PCO2 = 1.0 jika mmol/mol CO2 > 750 PCO2 = 10 jika mmol/mol CO2 > 750 dan CH4 > 2H2 dan H2S > 2H2

Asumsi ini ketika diterapkan pada geothermometer hasilnya tidak tetap (hasilny berubah-ubah) dan tidak dapat sepenuhnya diterima untuk semua bidang (Henley et al, 1984.).

Cobalah menerapkan termometer gas empiris dengan data gas yang dikumpulkan pada permukaan dari fumarol dari Cerro Prieto (Tabel 4.4) dan membandingkan hasilnya.

Tabel 4.4 Data gas dari fumarol di Cerro Prieto (Nehring dan D'Amore, 1984)

CONTOH KASUS (2)

CO2 H2S CH4 H2 N2 NH3

(mmol/mol)

CP N – 31 807.0 12.50 2.30 36.10 19.70 125.0

Dengan menggunakan rumus :

t = 24775/(2log(CH4/CO2) – 6log(H2/ CO2) –

3log(H2S/CO2) + 7log(PCO2) + 36.05) - 273

Menggunakan PCO2 = 1.0 karena mmol/mol CO2 > 750

Dari hasil perhitungan didapatkan hasil :

t°c = 248 °C

PERSAMAAN GEOTHERMOMETER GAS (3)

Karbon Dioksida – Argon

DimanaXArdan XCO2yaitukonsentrasi gas dalamsetiap unit molar umum(dalam basis air bebas).

Persamaan Geothermometer Gas Lainnya

Stuart F. Simmons. 1998. Geochemistry Lecture Note. University of Auckland. Auckland.

Caprai A., Montalvo F.E., Tassi F., Vaselli O. Gas Geothermometers - Poster. El Salvador

Cyrus W. Karingithi. 2009. Chemical Geothermometers For Geothermal Exploration. Kenya. Presented at Short Course IV on Exploration for Geothermal Resources.

Dr. Eng. Suryantini. 2012. Manifestation And Geothermal Fluid. Presented at Training For The Trainer Introduction To Geothermal System & Technology.

SUMBER

TERIMA KASIH