PENGELOMPOKAN GEOKIMIA MINYAK BUMI MENGGGUNAKAN METODE … · Metode Chemometric dapat menganalisis data geokimia dalam jumlah yang banyak, sehingga sangat efisien dalam hal pengelompokan

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA

13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA

625

PENGELOMPOKAN GEOKIMIA MINYAK BUMI MENGGGUNAKAN METODE

CHEMOMETRIC DI CEKUNGAN JAWA TIMUR UTARA

Khalaksita Amikani Asbella1*

Donatus Hendra Amijaya2

Ferian Anggara3

Didi Melkybudiantoro4

Lindy F. Rotinsulu5 1Program Studi S2 Teknik Geologi UGM, [email protected]

2Teknik Geologi UGM, [email protected] 3Teknik Geologi UGM, [email protected]

4Pertamina EP, [email protected] 5Pertamina EP, [email protected]

*corresponding author: [email protected]

ABSTRAK

Penelitian dilakukan di Cekungan Jawa Timur Utara menggunakan 43 sumur yang terletak di onshore

maupun offshore. Cekungan Jawa Timur Utara membentang dengan arah Barat hingga Timur dan

merupakan cekungan yang terbukti menghasilkan minyak bumi. Minyak bumi pada cekungan ini

sangat menarik untuk dipelajari untuk mengetahui karakter geokimia batuan induknya. Tujuan

penelitian ini adalah untuk mengelompokan minyak bumi berdasarkan data geokimia menggunakan

Metode Chemometric. Metode Chemometric dapat menganalisis data geokimia dalam jumlah yang

banyak, sehingga sangat efisien dalam hal pengelompokan minyak bumi. Selain itu, analisis pengisian

nilai kosong dengan metode Markov Chain Monte Carlo (MCMC) juga dilakukan karena keterbatasan

data geokimia. Data geokimia yang digunakan adalah API gravity, sulfur, pristane, phytane, Tm/Ts,

sterol, Ro, karbon senyawa jenuh, dan karbon senyawa aromatik. Berdasarkan analisis chemometric,

kelompok minyak bumi pada daerah penelitian terbagi menjadi lima kelompok, yang terdiri dari

Group 1, Group 2, Group 3, Group 4 dan Group 5. Group 1 memiliki berat jenis minyak berupa

medium oil yang batuan induknya diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic; Group 2 memiliki berat

jenis minyak berupa medium oil yang batuan induknya diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic;

Group 3 memiliki berat jenis minyak berupa light oil yang batuan induknya diendapkan pada

lingkungan fluvio-deltaic; Group 4 memiliki berat jenis minyak berupa heavy oil yang batuan

induknya diendapkan pada lingkungan marine dan Group 5 memiliki berat jenis minyak berupa light

oil yang batuan induknya diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic. Minyak bumi pada penelitian ini

berasal dari batuan induk yang diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic hingga marine.

Kata kunci: Geokimia, Minyak Bumi, Chemometric, Jawa Timur Utara.

1. Pendahuluan

Kegiatan eksplorasi minyak bumi dilakukan dengan menganalisis geokimia minyak

bumi, sehingga dapat mengetahui karakteristik-karakteristik minyak bumi. Penelitian akan

dilakukan di Cekungan Jawa Timur Utara, baik di onshore maupun offshore. Satyana dan

Purwaningsih (2003) meneliti geokimia di cekungan ini dengan menggunakan data geokimia

sekitar 100 sumur dan oil seeps dengan metode pengelompokan minyak bumi secara

konvensional sehingga mendapatkan karakteristik minyak bumi di cekungan ini. Pada

penelitian ini metode yang digunakan untuk pengelompokan minyak bumi berbeda dengan

penelitian sebelumnya. Pengelompokan minyak (oil grouping) pada penelitian ini akan

menggunakan Metode Chemometric. Metode Chemometric dipilih karena metode ini belum

pernah dilakukan pada Cekungan Jawa Timur Utara.

Metode Chemometric dapat menganalisis data geokimia dalam jumlah yang banyak,

sehingga sangat efisien dalam hal pengelompokan minyak bumi pada cekungan yang telah



626

memiliki data geokimia yang banyak, sehingga sangat cocok diterapkan pada Cekungan Jawa

Timur Utara. Metode Chemometric yang dilakukan dalam penelitian memakai Hierarchical

Cluster Analysis (HCA) dimana metode tersebut merupakan suatu bagian dari ilmu statistika

yang bertujuan untuk mengetahui pengelompokan sampel berdasarkan nilai yang ada pada

parameter geokimia. Pengelompokan minyak dilakukan berdasarkan kemiripan sifat geokimia

minyak bumi yang bertujuan untuk mengetahui jenis minyak, sumber dan asal material

organik, serta lingkungan pengendapan dari tiap kelompok minyak bumi.

2. Geologi Regional

Cekungan Jawa Timur Utara membentang dengan arah Barat hingga Timur, mulai dari

Semarang hingga Surabaya dengan panjang 250 km dan lebar 60-70 km. Smyth et al (2003)

membagi Jawa Timur menjadi lima zona tektonostratigrafi yang berdasarkan pada aspek

struktur dan stratigrafi. Kelima zona tersebut diurutkan dari Selatan ke Utara: (1) Zona

Pegunungan Selatan (Southern Mountain Zone), (2) Busur Volkanik masa kini (Paleogene

Vulcanic Centre), (3) Busur vulkanik akhir kenozoikum (Late Cenozoic Vulcanic Arc), (4)

Zona Kendeng (Kendeng Zone), dan (5) Zona Rembang (Rembang Zone).

Stratigrafi regional Cekungan Jawa Timur Utara disusun oleh batuan silisiklastik dan

karbonat yang berada di atas accretionary basement. Basement ini disusun oleh kuarsit,

rijang, sabak, batuan metamorfik tingkat tinggi dan juga ofiiolit (Bransden dan Matthews,

1992). Stratigrafi Cekungan Jawa Timur Utara dibagi menjadi tiga megasekuen yang

berkaitan dengan proses tektonik pada cekungan ini.

Berdasarkan penelitian tentang geokimia menurut Satyana dan Purwaningsih (2003),

minyak bumi pada Cekungan Jawa Timur Utara memiliki lingkungan yang oxic hingga sub-

oxic yang berada di lingkungan pengendapan terrestrial hingga marginal marine. Data GC

menunjukan bahwa minyak bumi pada Cekungan Jawa Timur Utara memiliki karakteristik

fluvio-deltaic. Minyak bumi di offshore berasal dari terrestrial dan berasal dari sumber lebih

tua, sedangkan minyak bumi di onshore berasal dari marine dan berasal dari sumber yang

lebih muda. Semua minyak bumi dihasilkan pada medium maturity yang diperkirakan berasal

dari Formasi Ngimbang (Eosen Tengah), Formasi Kujung (Oligosen Akhir), dan Formasi

Tuban bagian bawah (Miosen Awal).

3. Metode Penelitian

Data yang dikumpulkan adalah data yang memiliki distribusi komponen geokimia untuk

mengevaluasi dan karakterisasi minyak bumi. dari data yang dipilih tersebut terfokus pada

bulk properties, biomarker, dan isotop karbon. Dikarenakan ketersediaan data di Cekungan

Jawa Timur Utara tidak lengkap di tiap parameter geokimia, maka diwajibkan melakukan

pengisian nilai yang kosong terlebih dahulu dengan menggunakan metode Markov Chain

Monte Carlo. Nilai kosong yang telah terisi dengan cara Markov Chain Monte Carlo maka

baru bisa dilakukan pengelompokan minyak bumi dengan menggunakan multivariate statistic

dengan cara Hierarchical Clustering Analysis (HCA). Hasil akhir dari HCA adalah berupa

dendogram untuk mengetahui pengelompokan minyak berdasarkan kemiripan sifat dari tiap

parameter geokimianya.

Pembuktian pada pengelompokan minyak adalah pembuatan cross plot. Cross plot yang

digunakan terdiri dari API vs Sulfur, API vs Pr/Ph, Pristane/n-C17 vs Phytane/n-C18, data

sterol C27 C28 C29 dan saturate vs aromate. Tahap terakhir dari penelitian ini adalah



627

menginterpretasi sumber dan asal material organik dari masing-masing hasil cross plot pada

Cekungan Jawa Timur Utara

4. Hasil dan Pembahasan

4.1. Pengisian Nilai Kosong

MCMC dilakukan menggunakan software XLStat dengan langkah kerja yang diantaranya

menyiapkan data yang akan dianalisis MCMC, lalu mulai menjalankan modul MCMC,

memasukan data yang ada, keseluruhan data geokimia dari semua sampel minyak bumi. Drag

semua data penelitian. Memilih tipe data berupa Quantitative Data dikarenakan semua data

berupa angka dan yang terakhir memilih metode untuk pengisian nilai kosong. Metode yang

dipilih adalah Markov Chain Monte Carlo (MCMC).

4.2. Analisis Chemometric untuk Pengelompokan Minyak Bumi

Hasil pengelompokan dari Metode HCA dalam bentuk dendogram (Gambar 1) yang

berasal dari semua data dan parameter geokimia. Pada dendogram akan terlihat kelompok

data dan cabang berdasarkan kelompok, lalu diinterpretasi similarity line, sehingga

didapatkan lima group minyak bumi dengan karakteristik yang berbeda-beda pada setiap

kelompoknya. Similarity line ditentukan dari cabang-cabang dendogram untuk menghasilkan

kelompok yang sedikit, sehingga memiliki perbedaan karakter yang signifikan (Peters et al,

2007). Similarity line dihitung dari nilai dissimilarity terendah ditambah dengan nilai

dissimilarity yang tertinggi pada kelompok yang telah ditentukan (Gemperline, 2006).

Perbedaan karakter dari masing-masing group minyak bumi dapat dilihat dari profile plot

yang terlihat adanya perbedaan karakter di beberapa parameter, seperti pada parameter API

dan parameter sterol (C27, C28 dan C29). Sementara pada parameter yang lain menunjukan

adanya perbedaan antar group, walaupun perbedaannya kecil (Gambar 2).

4.3. Analisis Asal Material Organik

Cross plot API vs sulfur digunakan untuk mengetahui karakteristik minyak bumi pada

daerah penelitian dengan hasil berupa semua sampel minyak bumi masuk ke dalam kelas D

atau E (non-marine), dengan ciri utama nilai sulfur di bawah 1%/WT (Gambar 3). Cross plot

API vs Pr/Ph sampel minyak bumi sebagian besar masuk ke dalam kelas D atau E (non-

marine), dengan ciri utama nilai Pr/Ph di atas 3 (Gambar 4). Rasio Pr/Ph pada penelitian ini

memiliki nilai Pr/Ph dengan kisaran 2.14 sampai 9.40 dengan rincian pada Group 1

lingkungan pengendapan batuan induk didominasi oleh lingkungan yang kaya akan oksigen

(oxic), Group 2 terdapat minyak bumi yang berasal dari lingkungan oxic dan suboxic dan

Group 3 minyak bumi dihasilkan oleh batuan induk dengan lingkungan pengendapan

didominasi oleh lingkungan yang kaya akan oksigen (oxic) (Tabel 1).

Cross plot saturate vs aromate, Group 1 berasal dari batuan induk yang material

organiknya bersumber dari terrigenous hingga mixing. Pada Group 2, material organiknya

berasal dari terrigenous hingga mixing. Group 3 berasal dari batuan induk yang sumber

material organiknya dari terrigenous hingga marine. Group 4 berasal dari batuan induk yang

material organiknya bersumber dari mixing hingga marine, serta Group 5 material organiknya

berasal dari mixing hingga marine (Gambar 5). Cross plot pristane/n-C17 vs phytane/n-C18

Group 1 hingga Group 5 berasal dari batuan induk dengan jenis kerogen tipe III dan material

organiknya berasal dari terrigenous dan walaupun jenis kerogen tipe III merupakan penghasil

gas, namun tidak menutup kemungkinan juga menghasilkan minyak bumi. (Gambar 6).

Ternary diagram pada data sterana C27, C28 dan C29 Group 1 diinterpretasi sumber

material organik batuan induknya dari campuran higher plant dan phytoplankton (alga) yang

berasal dari estuarine/bay. Group 2 diinterpretasi sumber material organik batuan induknya



628

berupa phytoplankton (alga) yang berasal dari open marine. Pada Group 3 material organik

batuan induknya berasal dari estuarine/bay dan sumber materialnya dari higher plant dan

phytoplankton (alga). Group 4 material organik batuan induknya berasal dari open marine dan

sumber materialnya dari phytoplankton (alga), serta Group 5 diinterpretasi sumber material

organik batuan induknya berupa higher plant yang berasal terrestrial (Gambar 7).

4.4. Analisis Lingkungan Pengendapan

Minyak bumi pada Group 1, Group 2, Group 3 dan Group 5 dihasilkan oleh batuan induk

yang diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic (Tabel 2). Hal ini dilihat dari integrasi

parameter kimia yakni, nilai API rata-rata diatas 30, kandungan sulfur ada yang dibawah 0.2,

nilai Pr/Ph didominasi lebih dari 3.0 dan nilai Tm/Ts yang kurang dari 6.0. Hal ini juga

dibuktikan dengan data kromatogram dimana kromatogram pada Group 1, Group 2 dan

Group 3 memiliki pola yang hampir sama dengan tipe kromatogram fluvio-deltaic (Gambar 8)

yang diteliti oleh Robinson (1987).

Pada Group 4 diinterpretasi minyak bumi dihasilkan batuan induk yang diendapkan pada

lingkungan marine. Hal ini dilihat dari nilai API yang rendah dibandingkan group lain,

kandungan sulfur lebih dari 0.2, dan nilai Tm/Ts yang kurang dari 3.0. Selain itu, berdasarkan

ternary diagram sterana C27 C28 dan C29, Group 4 ini berasal dari open marine, sehingga

mendukung interpretasi lingkungan pengendapan. Hasil analisis lingkungan pengendapan

pada penelitian ini, dimana batuan induk yang menghasilkan minyak bumi juga diendapkan

pada fluvio-deltaic dan marine (Gambar 9). Berdasarkan hasil analisis pengelompokan

minyak bumi dan lingkungan pengendapan batuan induk yang menghasilkan minyak bumi,

didapatkan hasil berupa lima kelompok minyak bumi (Tabel 3).

Lingkungan pengendapan pada umumnya tidak berpengaruh secara langsung dalam

pengelompokan minyak bumi. Hal ini dikarenakan kelompok minyak bumi lebih dipengaruhi

oleh parameter geokimia lain. Sebagai bukti Group 1, Group 2, Group 3 dan Group 5

diendapkan pada lingkungan yang sama, yakni fluvio-deltaic. Faktor yang paling

mempengaruhi perbedaan kelompok adalah API dan sterol C27, C28 dan C29. Walaupun

lingkungan pengendapannya sama tetapi masing-masing kelompok memiliki perbedaan

geokimia yang membedakan antar kelompok. Faktor yang membedakan antara Group 1 dan

Group 3 adalah, Group 1 berisikan kelompok minyak dengan berat jenis medium oil,

sedangkan Group 3 berisikan kelompok minyak dengan berat jenis light oil. Pada Group 2

berisikan kelompok minyak dengan berat jenis medium oil sedangkan Group 4 berisikan

kelompok minyak dengan berat jenis heavy oil.

5. Kesimpulan

Minyak bumi di Cekungan Jawa Timur Utara memiliki karakteristik berat minyak

dengan nilai 12.80 – 69.20° API, kandungan sulfur dengan nilai 0.02 – 7%wt,

kandungan pristane/n-C17 memiliki nilai 0.61 – 10.8, kandungan phytane/n-C18

memiliki nilai 0.10 – 0.68, kandungan pristane/phytane dengan nilai 2.14 – 9.40, dan

kandungan sterana (C27, C28, dan C29) dengan nilai 3.74% – 81.15%, karbon senyawa

jenuh memiliki nilai -23.61‰ – -28.71‰, karbon senyawa aromatik memiliki nilai -

22.5 ‰ – -27.42‰, Tm/Ts dengan nilai 0.06 – 5.88 dan memiliki nilai vitrinite

reflectance (Ro) dengan nilai 0.5 – 0.84.

Kelompok minyak bumi pada daerah penelitian terdapat lima kelompok minyak bumi

berdasarkan karakteristik geokimia, yang terdiri dari Group 1 dan Group 2 memiliki

berat jenis minyak berupa medium oil yang batuan induknya terendapkan di lingkungan



629

fluvio-deltaic; Group 3 memiliki berat jenis minyak berupa light oil yang batuan

induknya terendapkan di lingkungan fluvio-deltaic dan Group 5 memiliki berat jenis

minyak berupa medium oil yang batuan induknya terendapkan di lingkungan fluvio-

deltaic dan Group 4 memiliki berat jenis minyak berupa heavy oil yang batuan

induknya terendapkan di lingkungan marine.

Group 1, Group 2, Group 3 dan Group 5 diendapkan pada lingkungan yang sama, yakni

fluvio-deltaic, sedangkan Group 4 diendapkan pada lingkungan marine, sehingga dapat

disimpulkan bahwa minyak bumi pada penelitian ini berasal dari batuan asal yang

diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic dan marine. Lingkungan pengendapan pada

umumnya tidak berpengaruh secara langsung dalam pengelompokan minyak bumi.

Faktor yang paling mempengaruhi adalah API dan rasio sterol C27, C28, dan C29.

Acknowledgements

Terima kasih kepada pihak Pertamina EP atas izin penggunaan data dalam tesis ini.

Selesainya penelitian ini juga tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak:

Tim Eksplorasi Pertamina EP khususnya Didi Melkybudiantoro selaku pembimbing utama

dan Lindy F. Rotinsulu sebagai pembimbing pendamping, serta Rian Cahya Rohmana yang

banyak memberi masukan dan teman-teman MPG 2014 dan MPG 2015 yang mendukung

dalam penulisan.

Daftar Pustaka

Gemperline, P., 2006, Practical Guide to Chemometrics, Informa Taylor Francis Group, United States

of America, Chapter 1 Hal. 1-6 (509 hal).

Bransden, P. J. E., dan Matthews, S. J., 1992, Structural and Stratigraphic Evolution of the East Java

Sea, Indonesia, 21st Annual Convention Proceedings Indonesian Petroleum Association,

Jakarta p. IPA 92-11.24.

Peters, K. E., Ramos L. S., Zumberge, J. E., Valin, C. Z., Scotese, C. R., dan Gautier D. L., 2007,

Circum-Arctic Petroleum Systems Identified Using Decision-Tree Chemometrics, AAPG

Bulletin, v. 91, no. 6, Hal 877–913.

Robinson, K. M., 1987, An Overview of Source Rocks and Oils in Indonesia, Proceedings 16th

Annual Convention and Exhibition, Indonesian Petroleum Association, Jakarta, IPA 87-11/06.

Satyana, A. H. dan Purwaningsih, M. E. M., 2003, Geochemistry of The East Java Basin: New

Observations on Oil Grouping, Genetic Gas Types and Trends of Hydrocarbon Habitats,

Proceedings 29th Annual Convention and Exhibition, Indonesian Petroleum Association,

Jakarta p. IPA03-G-021.

Smyth, H., Hall, R., Hamilton, J.P., and Kinny, P., 2003, Volcanic Origin of Quartz-Rich Sediments in

East Java: Jakarta, Proceedings, Indonesian Petroleum Association Annual Convention, 29th,

p. IPA03-G-014.



630

Tabel 1. Rasio Pr/Ph pada Group 1, Group 2 dan Group 3 (Klasifikasi berdasarkan Satyana, 2015)

Tabel 2. Penentuan lingkungan pengendapan pada daerah penelitian berdasarkan data geokimia

menurut Robinson (1987).

1 21.6 - 35.8 0.05 - 7 2.56 - 5.4 0.061 - 1.96 Fluvio-Deltaic

2 27.2 - 37.9 0.14 - 0.47 2.14 - 6.29 0.76 - 3.17 Fluvio-Deltaic

3 28.19 - 69.2 0.03 - 0.86 2.67 - 9.40 0.64 - 5.88 Fluvio-Deltaic

4 12.8 - 15.8 0.24 - 0.46 - 0.59 - 1.3 Marine

5 26.5 - 39.9 0.02 - 0.16 2.56 - 3.46 0.81 - 1.52 Fluvio-Deltaic

Lingkungan

PengendapanGroup API Sulfur Pr/Ph Tm/Ts

Tabel 3. Hasil kelompok minyak bumi beserta karakternya.

Group Jenis MinyakSumber Material

Organik

Asal Material

Organik

Tipe

Kerogen

Lingkungan

Pengendapan

1 Medium OilHigher Plant dan

PhytoplanktonEstuarine/Bay III Fluvio-deltaic

2 Medium Oil Phytoplankton Open Marine III Fluvio-deltaic

3 Light OilHigher Plant dan

PhytoplanktonEstuarine/Bay III Fluvio-deltaic

4 Heavy Oil Phytoplankton Open Marine III Marine

5 Medium Oil Higher Plant Terrestrial III Fluvio-deltaic



631

Gambar 1. Hasil Dendogram dari metode HCA menghasilkan lima kelompok minyak bumi.

Gambar 2. Profile plot yang menunjukan perbedaan karakter dari tiap Group minyak bumi.



632

Gambar 3. Cross plot API vs sulfur menunjukan bahwa semua group minyak bumi masuk ke dalam

kelas D dan E dengan ciri utama nilai sulfur <1%/WT (Klasifikasi berdasarkan BP Research, 1991).

Gambar 4. Cross plot API vs Pr/Ph. Sebagian besar sampel minyak bumi masuk ke dalam kelas D

dan E dengan ciri utama nilai Pr/Ph >3 (Klasifikasi berdasarkan BP Research, 1991).



633

Gambar 5. Cross plot saturate vs aromate C13 yang menunjukan asal material organik. Pada

umumnya sampel minyak bumi berasal dari batuan induk yang sumber material organiknya dari

terrigenous hingga marine (dimodifikasi dari Peters et al, 1999 di dalam Peters et al, 2005).

Gambar 6. Cross plot pristane/n-C17 vs phytane/n-C18 yang menunjukan tipe kerogen dan

lingkungan pengendapan batuan induk (diagram dimodifikasi dari Peters et al, 2005).



634

Gambar 7. Ternary diagram data sterana C27, C28 dan C29. Diagram ini menunjukan sumber dan asal

material organik batuan induk yang menghasilkan minyak bumi (diagram dimodifikasi dari Huang dan

Meinshein, 1979 dalam Killops dan Killops, 2005).

Gambar 8. Kromatogram minyak bumi pada daerah penelitian yang diwakili Group 1, Group 2 dan

Group 3 yang menunjukan pola yang hampir sama dengan tipe kromatorgram fluvio-deltaic.



635

Gambar 9. Hasil analisis lingkungan pengendapan batuan induk yang menghasilkan minyak bumi.

Batuan induk pada daerah penelitian diendapkan pada lingkungan fluvio-deltaic dan marine.

Documents

PENGELOMPOKAN GEOKIMIA MINYAK BUMI MENGGGUNAKAN METODE … · Metode Chemometric dapat menganalisis data geokimia dalam jumlah yang banyak, sehingga sangat efisien dalam hal pengelompokan