PENDAHULUAN

Batubara memiliki kemampuan menyimpan gas dalam jumlah yang banyak, karena permukaannya mempunyai kemampuan mengadsorpsi gas. Meskipun batubara berupa benda padat dan terlihat seperti batu yang keras, tapi di dalamnya banyak sekali terdapat pori-pori yang berukuran lebih kecil dari skala mikron, sehingga batubara ibarat sebuah spon. Kondisi inilah yang menyebabkan permukaan batubara menjadi sedemikian luas sehingga mampu menyerap gas dalam jumlah yang besar. Jika tekanan gas semakin tinggi, maka kemampuan batubara untuk mengadsorpsi gas juga semakin besar.Gas yang terperangkap pada batubara sebagian besar terdiri dari gas metana, sehingga secara umum gas ini disebut denganCoal Bed Methaneatau disingkat CBM. Dalam klasifikasi energi, CBM termasukunconventional energy(peringkat 3), bersama-sama dengantight sand gas,devonian shale gas, dan gashydrate.High quality gas(peringkat 1) danlow quality gas(peringkat 2) dianggap sebagaiconventional gas.Di dalam lapisan batubara banyak terdapat rekahan (cleat), yang terbentuk ketika berlangsung proses pembatubaraan. Melalui rekahan itulah air dan gas mengalir di dalam lapisan batubara. Adapun bagian pada batubara yang dikelilingi oleh rekahan itu disebut dengan matriks (coal matrix), tempat dimana kebanyakan CBM menempel pada pori-pori yang terdapat di dalamnya. Dengan demikian, lapisan batubara pada target eksplorasi CBM selain berperan sebagai reservoir, juga berperan sebagaisource rock.CBM bisa keluar (desorption) dari matriks melalui rekahan, dengan merendahkan tekanan air pada target lapisan. Hubungan antara kuantitas CBM yang tersimpan dalam matriks terhadap tekanan dinamakan kurva Langmuir Isotherm (proses tersebut berada pada suhu yang konstan terhadap perubahan tekanan).Untuk memperoleh CBM, sumur produksi dibuat melalui pengeboran dari permukaan tanah sampai ke lapisan batubara target. Karena di dalam tanah sendiri lapisan batubara mengalami tekanan yang tinggi, maka efek penurunan tekanan akan timbul bila air tanah di sekitar lapisan batubara dipompa (dewatering) ke atas. Hal ini akan menyebabkan gas metana terlepas dari lapisan batubara yang memerangkapnya, dan selanjutnya akan mengalir ke permukaan tanah melalui sumur produksi tadi. Selain gas, air dalam jumlah yang banyak juga akan keluar pada proses produksi ini.Mengenai pembentukan CBM, maka berdasarkan riset geosains organik dengan menggunakan isotop stabil karbon bernomor masa 13, dapat diketahui bahwa terdapat 2 jenis pola pembentukan. Sebagian besar CBM adalah gas yang terbentuk ketika terjadi perubahan kimia pada batubara akibat pengaruh panas, yang berlangsung di kedalaman tanah. Ini disebut dengan proses thermogenesis. Sedangkan untuk CBM pada lapisanbrown coal(lignit) yang terdapat di kedalaman kurang dari 200m, gas metana terbentuk oleh aktivitas mikroorganisme yang berada di lingkungan anaerob. Ini disebut dengan proses biogenesis. Baik yang terbentuk secara thermogenesis maupun biogenesis, gas yang terperangkap dalam lapisan batubara disebut dengan CBM.Kuantitas CBM berkaitan erat dengan peringkat batubara, yang makin bertambah kuantitasnya dari gambut hinggamedium volatile bituminous, lalu berkurang hingga antrasit. Tentu saja kuantitas gas akan semakin banyak jika lapisan batubaranya semakin tebal.

METODE GEOFISIKA DALAM EKSPLORASI CBM

Permeabilitas adalah faktor yang penting bagi CBM. Batu bara itu sendiri adalah reservoar berpermeabilitas rendah. Hampir seluruh permeabilitas yang ada pada batu bara itu dianggap akibat dari rekahan yang pada batu bara dapat terjadi dalam bentukcleatdanjoint. Sementara, permeabilitas dari matriks batu bara itu sendiri relatif dapat diabaikan. Cleat batu bara terdiri dari dua jenis:butt cleatdanface cleatyang hadir dalam sudut hampir tegak lurus.Metode geofisika terbukti sangat membantu dalam pembukaan dan pengambangan baik tambang terbuka maupun tambang bawah tanah. Survey metoda- metoda geofisika dibawah ini membantu dalam eksplorasi dan pengembangan batubara melalui pemetaan lapisan batubara secara kontinyu, struktur (patahan, lipatan), ketebalan dari lapisan batubara, kedalaman dari lapisan batubara, keberadaan dari batubara terbakar dan keberadaan dari pekerjaan-pekerjaan dibawah permukaan.

Metoda Geofisika yang digunakan untuk eksplorasi gas metana batubara (CBM) antara lain :

1. Metoda Seismik Fisika BatuanPenggunaan metoda ini bertujuan untuk mempelajari perilaku gelombang elastik pada batubara yang mendekati keadaan sesungguhnya pada lapisan CoalBed Methane di alam serta untuk memperoleh pengetahuan tentang hubungan antara sifat fisis (porositas, arah retakan, saturasi fluida dan jenis fluida pengisi pori) dan karakter perambatan gelombang (frekuensi, kecepatan, atenuasi, dan bentuk gelombang) pada batubara penghasil gas methana. Sehingga dapat dipelajari teknik-teknik estimasi distribusi CBM, kandungan CBM, peringkat batubara melalui seismik. Perilaku-perilaku fisis yang diungkap adalah relasi perambatan gelombang elastik dan sifat fisika batubara pada beragam kondisi, yaitu: temperatur, tekanan overburden, tekanan pori, tekanan efektif, pada batubara penghasil gas methana, terutama pada lapangan Sumatera bagian Selatan dan Kalimantan bagian Timur sebagai deposit CBM terbesar di Indonesia.Hasil ini akan sangat berguna untuk dijadikan panduan eksplorasi CBM di suatu daerah, sehingga biaya eksplorasi CBM dapat lebih efektif dan efisien. Hasil semua pengukuran akan disimpan dalam sebuah Database Seismic Rock Physics. Upscalling data dari skala laboratorium selanjutnya dikorelasikan dengan data dan skala lapangan agar hasil kegiatan ini bisa dimanfaatkan dalam persoalan yang lebih makro. Namun hubungan antara keberadaan gas metana (CBM) dengan gelombang seismik belum diteliti secara detil oleh peneliti domestik maupun di luarnegeri. Maka dengan kegiatan ini seismik dapat berperan sebagai pendeteksi gas metana batubara bawah permukaan secara tak langsung. Dengan demikian, menjadikan kegiatan ini dapat dipakai untuk mereduksi biaya eksplorasi dan meluaskan jangkauan eksplorasi, sehingga untuk menjadikan potensi CBM menjadi potensi terukur yang lebih pasti dan tentunya tidak memerlukan banyak lobang bor.

Gambar 1. Skema pengukuran sampel batubara dalam temperatur dan tekanan reservoar

Semua akuisisi data harus dapat merekam secara baik dengan ketelitian yang tinggi untuk analisa spektrum frekuensi dan atenuasi gelombang saat melewati medium dengan berbagai perubahan parameter fisis sampel dan sifat kimia fluidanya. Diagram alir pengukuran pada kegiatan ini digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2. Diagram Alir Pengukuran

2. Metoda Resistivitas Fisika BatuanPenggunaan metoda ini bertujuan untuk mempelajari perilaku perambatan (arus) listrik di batubara yang mendekati keadaan sesungguhnya pada lapisan CoalBed Methane di alam serta untuk memperoleh pengetahuan tentang hubungan antara sifat fisis (porositas, arah retakan, saturasi fluida dan jenis fluida pengisi pori) dan sifat kelistrikannya (hambatan jenis DC, hambatan jenis bergantung frekuensi dan hambatan jenis kompleks) pada batubara penghasil gas metana. Perilaku-perilaku yang akan diungkap dari kegiatan ini adalah relasi resistivitas dan sifat fisika batubara pada beragam kondisi, yaitu: temperatur, tekanan overburden, tekanan pori, tekanan efektif, pada batubara penghasil gas metana, terutama pada lapangan Sumatera bagian Selatan dan Kalimantan bagian Timur sebagai deposit CBM terbesar di Indonesia. Hasil ini akan sangat berguna untuk dijadikan panduan eksplorasi CBM di suatu daerah, sehingga biaya eksplorasi CBM dapat lebih efektif dan efisien sekaligus murah.

3. Metoda Well-Logging Fisika BatuanKegiatan ini akan mempelajari perilaku sifat fisika batubara penghasil CBM, mulai dari: gamma ray spectroscopy, density, sifat listrik, sifat sonic, sifat hamburan neutron, sifat magnetisasi di batubara yang mendekati keadaan sesungguhnya pada lapisan CoalBed Methane di alam serta untuk memperoleh pengetahuan tentang hubungannya dengan keadaan reservoar seperti: porositas, arah retakan, saturasi fluida dan jenis fluida pengisi pori pada batubara penghasil gas methana. Diharapkan kegiatan ini menghasilkan persamaan-persamaan petrofisika empiris yang bisa dipakai sebagai persamaan standard untuk memprediksi keberadaan CBM dalam seam batubara. Kegiatan ini didukung oleh perangkat well-logging serta perangkat spectroscopy gamma dan laboratorium rock physics.

4. Metoda Seismik PantulPengukuran data lapangan seismik pantul dilakukan pada lapangan prospek CBM, dari kegiatan ini akan dapat diketahui mulai dari penyusunan konfigurasi, pengolahan hingga karakterisasi lapisan penghasil CBM dengan gelombang seismik.Topik kegiatan pada bidang ini adalah:a. Pembuatan dan riset tentang sumber seismik (baik untuk metode yang eksplosive maupun yang non eksplosive) b. Standarisasi workflow processing untuk pencitraan batubara c. Kegiatan untuk pencitraan seismik 3 D untuk konfigurasi mini d. Kegiatan karakterisasi reservoar CBM dengan gelombang seismik

Gambar 3. Konfigurasi Pengukuran Seismik PantulUntuk Eksplorasi CBM

Gambar 4. Citra Seismik Untuk Lapisan Batubara

Gambar 4 memperlihatkan citra seismik untuk lapisan batubara, bagaimana kita mendapatkan informasi bahwa batubara tersebut mempunyai kandungan CBM atau tidak, hal tersebut harus dijawab dalam kegiatan ini untuk penentuan strategi-strateginya melalui: Inversi impedansi akustik (Inversi AI). AVO dan inversi AVO

5. Metoda Geolistrik ResistivitasPengukuran geofisika dengan menggunakan metoda Geolistrik Tahanan Jenis memanfaatkan fenomena sifat listrik batuan. Setiap batuan memiliki nilai resistivitas yang berbeda, bergantung pada jenis mineral, densitas, porositas, temperatur, dan kandungan air di dalamnya. Metoda Geolistrik memanfaatkan arus listrik sebagai sumber tegangan untuk memperoleh informasi nilai resistivitas batuan bawah permukaan. Dengan menggunakan 4 elektroda logam (konvensional) yang ditanam pada tanah, 2 elektroda arus dan 2 elektroda potensial, arus listrik diinjeksikan kedalam bumi melalui elektroda arus, selanjutnya 2 elektroda potensial akan menangkap respon beda potensial batuan bawah permukaan antara dua titik pada datum di kedalaman tertentu.Informasi nilai arus, beda potensial, jarak spasi pengukuran dan tipe pengukuran akan diproses lebih lanjut untuk mendapatkan sebaran nilai resistivitas lapisan batuan di bawah permukaan.Beberapa teknik pengambilan data dapat dilakukan dengan cara 1 D maupun 2 D seperti gambar 5. Hasil yang didapat akan digabungkan dengan analisa resistivitas rock physics seperti terlihat pada gambar 6,7.

Gambar 5. Ilustrasi Pengambilan Data Geolistrik 2D, Posisi Elektroda, Jarak Spasi DanPosisi Datum Point

Gambar 6. Penampang 2D Hasil Inversi GeolistrikUntuk Eksplorasi Batubara Pada KondisiLapangan Yang Berbeda(Ibrahim, E, 2007)

Berikut dibawah ini adalah contoh geolistrik 2D untuk pembedaan Variasi Kadar Air pada Lapisan Batubara :

Gambar 8. Penampang 2D Hasil Inversi Geolistrik Untuk Perbedaan Variasi Kadar Air Dan Komposisi

Pada Lapisan Batubara sama (Ibrahim, E, 2008)

6. Metoda Elektromagnetik (GPR)GPR (Ground Penetrating Radar) merupakan salah satu metode geofisika bersifat non-destructive berdasarkan prinsip- prinsip teori elektromagnetik dengan rentang frekuensi gelombang radio antara 1 sampai 1000 MHz (Annan, A.P, 2001). Sistim GPR terdiri dari dua antena yang digunakan untuk mentransmisikan dan menerima sinyal-sinyal radar. Pengaktif sinyal melalui antena pemancar akan memancarkan sinyal dan masuk kedalam tanah dan sinyal tersebut akan dipantulkan oleh masing-masing lapisan. Sinyal yang kembali ke permukaan membuat citra lapisan pemantul diterima oleh antena penerima. Aplikasi GPR fokus utamanya untuk memetakan struktur dalam tanah dimana selanjutnya digunakan untuk struktur non- logam. Penyelidikan GPR pertama kali adalah untuk memetakan ketebalan dari lembaran- lembaran es dan ketebalan glasier di Arctic dan Antartika (Annan, A.P, 2001).

Gambar 9. Hasil Simulasi 2D Untuk Posisi Batubara di dalam Lempung

Gambar 10. Hasil Simulasi 3D Untuk Variasi OrientasiAntena Pada Rekahan Batubara

Gambar 11. Implementasi GPR Dengan Variasi OrientasiAntena Pada Singkapan Batubara Lapangan

Gambar 12. Implementasi GPR Untuk EksplorasiBatubara Dengan Kondisi Lapangan YangBerbeda

DAFTAR PUSTAKA

Ibrahim, E., 2010, Peranan Metode Geofisika Dalam Eksplorasi Gas Metana Batubara (Coal Bed Methane), Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya, Inderalaya.

http://myrawardatis.blogspot.sg/2013/05/coal-bed-methane-cbm.html (diakses 15 Februari 2015)

http://id.wikipedia.org/wiki/Coal_Bed_Methane (diakses 15 Februari 2015)