Mengapa massa jenis batuan berbeda-beda?

Massajenis atau densitas (density) suatu batuan secara harafiah merupakan perbandingan antara massa dengan volume total pada batuan tersebut. Secara sederhana, suatu batuan memiliki dua komponen, komponen padatan dan komponen rongga (pori). Keberadaan komponen padatan maupun komponen rongga mempunyai nilai yang beragam pada tiap-tiap batuan sehingga massa jenis dari suatu batuan berbeda dengan batuan yang lainnya. Ilustrasi pada gambar di bawah menunjukan dua jenis batuan yang terdiri dari presentase padatan dan rongga yang berbeda-beda. Namun rongga yang terdapat pada batuan tersebut juga dapat terisi oleh fluida, seperti air, minyak, ataupun gas bumi. Persentase rongga yang terisi oleh fluida dikenal dengan istilah kejenuhan fluida, untuk air dinamakan saturasi air (S_w), untuk hidrokarbon (minyak dan gas bumi) dikenal dengan saturasi hidrokarbon (S_HC).

Pengaruh komponen padatan terhadap densitas batuan.

Komponen padatan yang terdapat pada batuan juga dapat memiliki masa jenis yang berbeda-beda juga. Massa jenis ini dikenal dengan istilah densitas matriks, yang dapat dirumuskan melalui rumus seperti demikian:

ρ_m=   m/V …(1)

Apabila komponen padatan pada kedua batuan tersebut adalah kuarsa, maka densitas matriks (ρ_m) untuk kedua batuan tersebut adalah densitas dari kuarsa (yaitu sekitar 2,65gr/cc atau 2,65kg/l). Perhatikan bahwa meskipun massa jenis dari komponen kuarsa sama, tetapi karena persen rongga pada kedua batuan tersebut (gambar di atas) berbeda, maka densitas dari kedua batuan tersebut akan berbeda-beda. Pada batuan yang pertama komponen padatannya 80% sedangkan pada batuan kedua 60%, sehingga densitas dari batuan yang komponen padatannya berupa kuarsa tersebut adalah 80% . 2,65gr/cc = 2,12gr/cc untuk batuan yang pertama dan 60% . 2,6gr/cc = 1,59gr/cc untuk batuan yang kedua. Dengan demikian hubungan antara densitas matriks dengan densitas total dari suatu batuan dapat dirumuskan sebagai berikut:

ρ =   ρ_m  . (1-φ) … (2) dengan φ: persen rongga atau porositas

Pengaruh saturasi fluida terhadap densitas batuan.

Tiap-tiap fluida akan mempunyai densitas tertentu pula, nilai ini dapat berbeda ataupun sama antara masing-masing fluida tergantung pada komponen fluida tersebut, temperatur, dan salinitasnya. Air, sebagai salah satu fluida yang merupakan fluida utama penyusun batuan dikatakan memiliki densitas yang berbeda-beda pada temperatur dan salinitas yang berebeda. Semakin saline (banyak kandungan garamnya) maka densitanya akan bertambah, dan mengenai temperatur: masih ingatkah kalian pelajaran SMP/SMA yang mengajarkan kalian tentang anomali air? Tetapi secara umum, kita dapat merumuskan pengaruh densitas yang dibawa oleh air/fluida lainnya terhadap densitas batuan, yaitu seperti berikut ini:

ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_f . φ . S_f … (3)

              fluida berupa air                 ρ =   ρ_m .(1-φ) + ρ_w . φ. S_w … (4)
              saturasi air 100%               ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ … (5)
              mengandung HC                ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) … (6)

Darimanakah rumus (6) berasal? Dengan menganggap bahwa semua pori batuan sedimen terisi penuh oleh fluida, maka besaran volume untuk tiap-tiap komponen penyusun batuan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini:

Sehingga untuk suatu batuan yang terdiri dari matriks, air, dan hidrokarbon, rumusnya dijabarkan sebagai berikut:

massa jenis batuan total = massa jenis batuan dari matriks + massa jenis batuan dari air + massa jenis batuan dari HC

ρ = ρ_{bat m} + ρ_{bat W} + ρ_{bat HC}

ρ = m_matriks / V_batuan + m_air / V_batuan + m_HC / V_batuan

ρ = m_matriks / (V_matriks / (1- φ)) + m_air / (V_W / φ . S_W) + m_HC / (V_HC / φ . (1-S_W))

ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) …(6)

Jadi secara singkat, jawaban dari pertanyaan “Mengapa massa jenis batuan berbeda-beda?” adalah sebagai berikut:

• Tiap batuan memiliki komposisi matriks yang berbeda-beda,
• Tiap batuan memiliki porositas yang berbeda-beda,
• Tiap batuan terisi oleh fluida pada rongganya yang mungkin berbeda jenisnya dengan saturasi yang berbeda pula, dan
• Tiap batuan memiliki kondisi fisik (temperatur) dan kimia (salinitas) yang berbeda-beda,

Sehingga oleh karena hal di atas maka massa jenis tiap batuan berbeda-beda.

Blogged with the Flock Browser