4-fluida panasbumi
TRANSCRIPT
FLUIDA PANAS BUMIFLUIDA PANAS BUMI
Karakteristik Air (HKarakteristik Air (H22O)O)
Systematic name water
Alternative names aqua, dihydrogen monoxide,hydrogen hydroxide
Molecular formula H2O
Molar mass 18.0153 g/mol
Density and phase 1.000 g/cm3, liquid0.917 g/cm3, solid
Melting point 0°C (273.15 K) (32ºF)
Boiling point 100°C (373.15 K) (212ºF)
Specific heat capacity (liquid) 4184 J/(kg.K)
Densitas HDensitas H22O vs TemperaturO vs Temperatur
Boiling point
VaporizationCondensation
(solid)
(liquid)
(gas)
Boiling = MendidihBoiling = Mendidih
Terjadi di bagian atas, yaitu pada kedalaman < 2 km
Terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan uapUnsur non-volatil (Cl, SiO2) tinggal di air
Unsur volatil/gas (CO2, H2) berada pada fasa uap
Pemisahan 2 fasa fluida mengakibatkan terbentuknya:Entalpi liquid (Hliq)
Entalpi uap (Hvap)
Manifestasi panas bumi di permukaan memberikan gambaran tentang kondisi/proses bawah permukaan
Entalpi (H) = Panas TersimpanEntalpi (H) = Panas Tersimpan
Tekanan vs Boiling PointTekanan vs Boiling Point
Boiling Point Depth (BPD)Boiling Point Depth (BPD)
Tekanan vs titik didih (boiling point) air
Tekanan air (P) sebagai fungsi dari kedalaman (h):PHidrostatik = 0,1897 h0,8719
PHidrodinamik = 0,2087 h0,8719 = 1.1 PHidrostatik
290oC
1000 m
Sistem Dominasi UapSistem Dominasi Uap Sistem Dominasi AirSistem Dominasi Air
Ground surface in continental area
Ground surface in continental area
Ground surface in island
Ground surface in island--arc areaarc area
Hydrostatic Pressure BalanceHydrostatic Pressure Balance
Hydrogeology of VolcanicHydrogeology of Volcanic--Hydrothermal Hydrothermal SystemSystem
pH HpH H22OO
pH HpH H22O vs TemperaturO vs Temperatur
pH adalah fungsi dari Konstanta Disosiasi Air (KwH2O)H2O H+ + OH-
KwH2O = [H+][OH-]-log KwH2O = -log [H+] + [– log [OH-]] pKwH2O = pH + pOH
Kw adalah fungsi dari temperatur:KwH2O (25oC) = 10-14 pKwH2O = 14
KwH2O (100oC) = 10-12 pKwH2O = 12
KwH2O (250oC) = 10-11 pKwH2O = 11
0 10 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
H2O 14.94 14.54 13.99 13.27 12.71 12.26 11.91 11.64 11.44 11.30 11.22 11.20 11.22 11.30
H2CO3 6.57 6.47 6.36 6.29 6.32 6.42 6.57 6.77 6.99 7.23 7.49 7.75 8.02 8.29
H2S 7.45 7.23 6.98 6.72 6.61 6.61 6.68 6.81 6.98 7.17 7.38 7.60 7.82 8.05
NH4 10.08 9.74 9.24 8.54 7.94 7.41 6.94 6.51 6.13 5.78 5.45 5.15 4.87 4.61
H4SiO4 10.28 10.00 9.82 9.50 9.27 9.10 8.97 8.67 8.65 8.85 8.89 8.96 9.07 9.22
H3BO3 9.50 9.39 9.23 9.08 9.00 8.95 8.93 6.94 8.98 9.03 9.11 9.22 9.35 9.51
HF 2.96 3.05 3.18 3.40 3.64 3.85 4.09 4.34 4.59 4.89 5.30 5.72 6.20 6.80
HSO4- 1.70 1.81 1.99 2.30 2.64 2.99 3.35 3.73 4.11 4.51 4.90 5.31 5.72 6.13
HCl -0.26 -0.24 -0.20 -0.14 -0.06 0.03 0.14 0.25 0.37 0.50 0.66 0.84 1.06 1.37
HCO3- 10.63 10.49 10.33 10.17 10.13 10.16 10.25 10.39 10.57 10.78 11.02 11.29 11.58 11.89
Expressed as -log Ka = pKa
Temperature (oC)
Asal Asal AirAir PanasPanas
Fluids in VolcanicFluids in Volcanic--Hydrothermal SystemHydrothermal System
• Salinity (Cl and TDS)
• Gas Content
• Acidity
Salinity of Geothermal FluidsSalinity of Geothermal Fluids
• Chloride:– The lower the pH, the higher the Cl content.– The dilute alkaline waters are more likely to be HCO3-rich and Ca levels
are lower.– More saline, neutral pH waters have low HCO3 levels, but
proportionately higher Ca level.• TDS:
– Problems become significant when TDS values exceed ~100,000 mg/kg– Up to a TDS content of 40,000 mg/kg, the higher the salinity, the waters
tend to be less alkaline than very low salinity waters• Estimation of reservoir salinity can be made if Cl waters flow to the
surface.
Gas ContentGas Content
• Magmatic gases: H2O, CO2, HCl, SO2 (oxidation), H2S (reduction)
• CO2 and H2S can rise to the top of a steam zone and become dissolved in groundwater to give a hot acidic solution. (see acidity)
• Thermal features with high gas content seem to be fed fairly directly from depth that calcite (CaCO3) and anhydrite (CaSO4) should be anticipated.
Acidity in Geothermal ReservoirsAcidity in Geothermal Reservoirs
• Deeply sourced magmatic HCl (acidity is temperature dependent)
• Surficial low-Cl, acid-SO4 waters
• Acidity caused by sulphur dissolution
• Acidity caused by calcite dissolution
Solubilitas AirSolubilitas Air
UnsurUnsur--unsur Kimia Fluidaunsur Kimia Fluida
Terdiri dari unsur-unsur terlarut berupa:Anion: Cl-, HCO3
-, SO4-2, NH4
-, F-, I-, Br-
Kation: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Rb+, Cs+, Li+, Mn+2, Fe+2, Al+3, ion-ion AsSpesies netral: SiO2, B, CO2, H2S, NH3
SiO2 hadir sebagai silika total dan ekuivalen dengan konsentrasi H4SiO4
CO2 terlarut adalah ekuivalen terhadap konsentrasi H2CO3
Karbonat total adalah jumlah dari semua spesies karbonat (ΣCO2 = H2CO3 + HCO3
- + CO3-2)
B adalah boron total (ΣB = H3BO3 + H2BO3- + HBO3
-2 + B+)As adalah arsenik total yang hadir dalam berbagai muatan ionAmonia adalah sebagai amonia (NH3) atau amonium (NH4
-)
UnsurUnsur--unsur Kimia Fluidaunsur Kimia Fluida
Berasal dari interaksi antara batuan dan fluida (+ proses magmatik), terdiri dari:
Unsur-unsur pembentuk batuanSolubilitasnya dipengaruhi oleh kesetimbangan antara mineral dan airmis. kation Na, K, Ca, Mg, Rb, Cs, Mn, Fe dan Al
Unsur-unsur terlarutLebih banyak berada di larutan dibanding dalam mineralTidak mudah bereaksi = unsur konservatifmis. Cl, B, Li dan Br
UUmur Fluida dan Sistem Panasbumimur Fluida dan Sistem Panasbumi
Residensi air: ~ 10.000 tahunUmumnya 100 – 1.000 tahunDapat 20.000 – 40.000 tahun
Umur sistem panasbumi: 200.000 tahun (Kawerau, NZ), umumnya ~2.000 – 500.000 tahun
SISTEM BERPUTAR = TERBUKA
1. Kedalaman 1 hingga 5 km• Terjadi interaksi antara air dan batuan/mineral• Kondisi reservoir dihitung berdasarkan geotermometer
2. Kedalaman < 2 km• Boiling : fluida panasbumi akan membentuk air dan uap
• Unsur non-volatil (Cl, SiO2) tinggal di air• Unsur volatil (CO2, H2) berada pada fasa uap
• Mixing : dua atau lebih fluida bercampur membentuk fluida dengan komposisi baru
• Kondisi reservoir diketahui dengan memperhitungkan fraksi uap dan cair yang terbentuk pada suhu boilingtertentu
Reservoir water, 1,000Reservoir water, 1,000--10,000 mg/kg Cl, 10,000 mg/kg Cl, neutral pH, trace of COneutral pH, trace of CO22 & H& H22S, SiOS, SiO22 rich.rich.
Steam heated, near surface water, pH of acid to near neutralSteam heated, near surface water, pH of acid to near neutral
pH strong acidpH strong acid
So, why can the reservoir fluid be rich in Cl, So, why can the reservoir fluid be rich in Cl, since the fluid is meteoric origin?since the fluid is meteoric origin?