KADAR ZAT ORGANIK DALAM SEDIMEN dan BATUAN SEDIMEN

Untuk mengetahui apakah zat organik yg terkandung dalam sedimen Resen ataupun dalam batuan sedimen cukup banyak dan cukup berarti untuk terbentuknya akumulasi minyakbumi di dunia ini, maka mulai tahun 1926 Institut Minyakbumi Amerika dan Dewan Research Nasional serta Jawatan Geologi AS memulai suatu studi mengenai kadar organik sedimen Resen, yang berlangsung selama 5 tahun. Penelitian ini dipimpin oleh Parker Trask dan hasilnya dilaporkan pada tahun 1932. Dalam penyelidikan ini lebih dari 35.000 contoh sedimen Resen dikumpulkan dari beberapa tempat di laut ataupun estuari dan dari berbagai macam lingkungan pengendapan di seluruh dunia.
Kesimpulan yang didapatkan dari 2000 contoh terutama adalah enam pokok, yaitu :
1) kadar organik sedimen sangat dipengaruhi oleh konfigurasi laut. Endapan dalam cekungan yg tertutup mengandung lebih banyak zat organik daripada punggungan serta lereng-lereng yg ada didekatnya.
2) kadar organik sedimen meningkat dengan halusnya tekstur. Lempung mengandung kira-kira 2 kali lebih banyak zat organik daripada lanau dan selanjutnya lanau mengandung 2 kali 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 yg khas, bervariasi secara kasar dengan jumlah plankton yg terdapat pada permukaan air laut. Tetapi dalam endapan lingkungan dangkal dan estuari kadarnya sangat tergantung pada tumbuh-tumbuhan dan zat organik berasal dari persediaan plankton yg terbawa dan tersangkut disitu.
5) sedimen dekat pantai mengandung lebih banyak zat organik daripada endapan samudra terbuka.
6) kadar organik didaerah pemunculan air laut dalam ke permukaan sangatlah besar.
Selain itu Parker Trask (1939) juga menunjukan bahwa :
a. Didalam sedimen marin Resen, zat organik berkisar dari 0,5 - 5 % atau rata-rata 2,5 % dari zat padat total. Nilai yg paling tinggi didapatkan dalam sedimen danau yg ada zaman sekarang, yaitu bisa mencapai 40 % dari zat padat total. Data untuk menggambarkan bahwa makin halus sedimen makin tinggi kadar zat organiknya didapatkan dari suatu danau dekat New Orleans sebagai berikut : pasir 0,3 %, pasir lanauan 1,55 %, pasir lempungan 1,98 %, lanau pasiran 2,3 %, lempung pasiran 2,68 %, lanau 4,9 %, lempung 6,72 %.
b. Untuk kedalaman yg lebih besar, kadar zat organik makin menurun.
Didaerah Gulfcoast nilai penurunan kadar tersebut adalah 13 % tiap centimeter.
Parker Trask (1932) tidak menemukan adanya hidrokarbon didalam sedimen Resen. Pada tahun 1954 Smith berhasil menemukan hidrokarbon tersebut dengan mengambil contoh secara lebih teliti, yaitu dengan mengadakan berbagai tindakan pencegahan penguraian oleh bakteri. Hidrokarbon yg ditemukan oleh Smith bersifat aspal dan tidak identik dengan minyakbumi.

BATUAN INDUK,PEMATANGAN DAN MIGRASI SERTA AKUMULASI

Secara populer sering dikemukakan, bahwa pembentukan minyakbumi terjadi karena pengonggokan zat organik terutama plankton pada dasar laut, dan tertimbun dengan sedimen halus dalam keadaan reduksi, sehingga terawetkan. Hal ini hanya terjadi di cekungan sedimen dimana terdapat suatu ambang dari laut terbuka, sehingga terdapat suatu keadaan setengah euxinic, dengan sedimen yang cepat. Dibarengi dengan penurunan. Lama-lama kita mendapatkan suatu urut-urutan batuan serpih yang kaya akan zat organik dan berwarna hitam yg disebut 'source rock' atau batuan induk. Karena gradien panas bumi dan gaya tektonik serta pembebanan, oleh temperatur tinggi dan tekanan, zat organik tersebut di ubah menjadi minyak dan gasbumi dan diperas ke luar untuk bermigrasi ke batuan reservoir.
Dalam konsepsi populer ini, dipisahkan antara fasies batuan induk (serpih, diendapkan dalam keadaan reduksi pada dasar laut dalam) dan fasies batuan reservoir (pasir,karbonat, diendapkan dalam keadaan oksidasi, banyak gelombang, dekat pantai), sehingga suatu migrasi jarak jauh diperlukan. Konsepsi populer ini menimbulkan suatu konsepsi mengenai 'batuan induk' yg dicirikan oleh beberapa sifat tertentu.

PROSES TRANSFORMASI ZAT ORGANIK MINYAK BUMI diajukan beberapa pendapat :

DEGRADASI TERMAL
Kalau sedimen mengalami penimbunan dan pembebanan, maka tekanan dan temperatur akan meningkat. Pengaruh tekanan rupanya tidak seberapa besar (Hawley, 1930; Van Tuyl dan Blackburn, 1925). Temperatur merupakan faktor penting. Percobaan pemanasan kerogen berhasil membentuk minyak bumi, tetapi memerlukan temperatur sangat tinggi (400' C). Hal ini bertentangan dengan adanya porfirin (temperatur rendah) didalam kerogen. Akhir-akhir ini faktor temperatur dikemukakan kembali oleh Welte (1964) dan Phillipi (1965), yang menganggap bahwa proses transformasi merupakan degradasi termal yang mencakup dekarboxilasi. Diperhitungkan bahwa faktor temperatur tinggi dapat diganti dengan faktor waktu. Apabila dihitung dengan persamaan Arrhenius, maka pada temperatur 50' - 180' dekarboxilasi memerlukan satu juta tahun; sedangkan proses "cracking" untuk membentuk 100' - 160'. Teori degradasi termal ini banyak dianut oleh para ahli geokimia, dan merupakan teori yang diterima secara meluas, bahkan diterapkan langsung dalam explorasi.

REAKSI KATALIS
Sesuai dengan yang berlangsung di dalam kilang minyak, "cracking" terjadi pada temperatur rendah dan berjalan lebih cepat apabila menggunakan lempung sebagai katalisator (asam silikat) (Brooks, 1954). Sanggahan terhadap proses ini menyatakan bahwa kontak langsung tidak terjadi antara zat-zat bersangkutan, karena terdapat selaput lendir air yang menghalangi (Landes, 1965).

RADIOAKTIFITAS
Penelitian yg telah dilakukan oleh Whitehead (1954) membuktikan kemampuan pembentukan hidrokarbon minyak bumi dari zat organik. Misalnya, bombardemen asam lemak oleh partikel-partikel alpha membentuk hidrokarbon parafin. Dari hasil yg diperoleh terdapat beberapa keberatan yaitu
1. Kemana hilangnya hidrogen sedangkan justru terjadi kebalikannya yaitu seharusnya hidrogen bertambah
2. Hasil yg diperoleh secara kuantitatif tak cukup
3. Terdapatnya serpih hitam tak kaya minyak, akan tetapi mengandung banyak pirobitumina, sedangkan serpih hitam ini kaya akan zat radioaktif
4. Porfirin tak akan tahan.
Sebetulnya sumber radioaktif cukup banyak terdapat dalam formasi : U, Th dan K40, terutama yg disebut terakhir ini. Serpih biasanya mengandung lebih banyak zat radioaktif, terutama serpih hitam; hal mana diterapkan pada log radioaktifitas.

AKTIVITAS BAKTERI (mikrobiokimia)
Penelitian mengenai kegiatan bakteri banyak dilakukan oleh Zobell (1945). Bakteri mempunyai potensi besar dalam proses pembentukan hidrokarbon minyak bumi dan memegang peranan dari sejak matinya zat organik sampai pada waktu diagenesa. Pada umumnya aktifitas bakteri menimbulkan dan mengintensifkan lingkungan yg mereduksi, sehingga setidak-tidaknya menyiapkan milieu terbentuknya minyak bumi (Welte, 1964). Berbagai percobaan laboratorium ternyata menunjukan hasil positif, sedangkan bakteri diketahui ditemukan pada kedalaman ribuan meter dibawah permukaan.

TANPA SESUATU PROSES TERTENTU
Levorsen (1958) berpendapat bahwa organisme membentuk hidrokarbon sebagai bagian dari proses metabolisme dalam siklus hidupnya yang normal. Hidrokarbon ini jika terkumpul akan cukup banyak untuk merupakan cadangan minyak bumi yang kita ketahui. Juga minyak bumi dari rembesan dari zaman-zaman yg lampau mungkin diendapkan kembali, dan menambah cadangan yang telah ada. Gagasan ini didukung oleh Meinschein (1959, 1961) dan Baker (1969), mereka mengatakan bahwa zat-zat yg menyerupai minyak bumi telah ada dalam zat organik dan hanya membutuhkan sedikit modifikasi untuk berubah menjadi minyak bumi.

PROSES TRANSFORMASI ZAT ORGANIK PEMBENTUK MINYAK DAN GAS BUMI

Kalau kita percaya bahwa zat organik merupakan sumber minyak bumi, timbulah pertanyaan bagaimana proses perubahannya terjadi? Melihat perbedaan azasi antara zat organik dan minyak bumi, proses ini meliputi :
1. HIDROGENISASI. Timbulah persoalan darimana asal hidrogen untuk proses ini (Prat, 1930)
2. DEKARBOXILASI atau DEOXIGENASI, timbul persoalan kemana larinya karboxil atau oksigen
3. Perubahan OKSIGEN, perubahan ini merupakan perubahan dari tingkatan termodinamika energi tinggi ke energi rendah.

Lingkungan Pengumpulan Zat Organik Pembentuk Minyak dan Gasbumi-2

Danau darat sebagai tempat akumulasi zat organik
Parker Trask (1932) memperlihatkan bahwa sedimen danau kaya sekali akan zat organik seperti misalnya, danau Porchantrain di Louisiana, Amerika Serikat, yang kadar zat organiknya dapat mencapai 40%. Contoh lain daripada sedimentasi danau yang kaya zat organik adalah danau Maracaibo di Venezuela yang merupakan suatu daerah yang paling kaya akan minyakbumi. Danau Maracaibo dewasa ini hanya menempati seperempat daripada seluruh cekungan. Air dari danau ini sangat menguntungkan bagi kehidupan dan merupakan medium paling produktif dalam menghasilkan zat organik di danau ini. Sedimentasi sangat cepat terjadi karena terbentuknya suatu delta dari sungai. Ditengah danau terdapat suatu daerah anaerob yang sangat dalam dengan sedimen berwarna hitam sampai ketebalan beberapa inci dan sangat berbau Hidrogensulfida. Makin ke tengah danau kadar karbon organik meningkat, sampai lebih dari 5%. Biasanya pola ini mengikuti suatu penyebaran kekurangan Oksigen, tetapi juga kelihatan dipengaruhi oleh kecepatan sedimentasi yang lebih besar. Contoh suatu lingkungan pengendapan danau diperlihatkan oleh cekungan Uinta di Colorado dan Utah yang diwakili oleh formasi Green River yang berumur Eosen ( Bradley, 1946 ). Formasi ini sangat kaya akan zat organik yang berkisar dari jejak-jejak sampai lebih dari 80% volum dan membentuk kerogen, yang dengan destilasi destruktif menghasilkan minyakbumi. Penimbunan dan pengawetan zat organik ini juga sesuai dengan yang terjadi dalam danau pada masa sekarang, yang airnya nyangkrung dan tak mengandung oksigen sehingga airnya pun dijenuhi oleh Hidrogensulfida. Danau seperti itu diperkirakan dahulunya berlapis. Di lapisan atasnya terdapat air yang relatif lebih tawar dengan organisme yang tumbuh secara sangat baik. Sesudah organisme tersebut mati, kemudian mengendap kedalam daerah anaerob yang tidak dihuni oleh pemakan bangkai. Dengan demikian penguraian hanya dilakukan oleh bakteri anaerob secara lambat. Kerogen sendiri mungkin tidak di anggap mempunyai hubungan dengan minyakbumi, namun di cekungan Uinta terdapat lapangan minyak yang sangat kaya, dalam fasies pasir dari formasi Green River, antara lain lapangan Redwash field ( koesoemadinata, 1970 ). Dapatlah disimpulkan bahwa terdapatnya pengumpulan serta pengawetan zat organik secara banyak tidak hanya disebabkan karena kecepatan sedimentasi yang sangat tinggi, tetapi juga karena keadaan anaerob. Bahwasanya danau air tawar dapat menghasilkan batuan induk minyakbumi, diperkuat oleh penelitian Hedberg (1958) yang memperlihatkan bahwa minyakbumi yang mempunyai kadar lilin tinggi terutama didapatkan dalam urutan stratigrafi tertentu, antara lain dalam endapan danau.