RADIOAKTIFITAS ALAMI BATUAN

Makalah Fisika Batuan

RADIOAKTIFITAS ALAMI BATUAN

KELOMPOK 4

MUH.NUR IQLAL MANAI

ASNUR AZIS

RAODAH

HENA SURI INTAN PERTIWI

IKAWATI BASRI

PROGRAM STUDI GEOFISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2015

Dasar Fisis

·         Atom tersusun atas  inti atom yang terdiri dari proton (bermuatan positif) dan neutron (netral). Inti atom ini dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif

·         Isotop adalah nuklida-nuklida dengan nomor atom sama, tetapi nomor massanya berbeda. Sedangkan Isobar adalah atom-atom yang nomor atomnya berbeda, tetapi jumlah nukleonnya sama/nomor massa sama.

·         Radioaktivitas alami merupakan proses peluruhan secara spontan dari atom yang memiliki isotop tertentu ke isotop lainnya.

·         Peluruhan dikarakterisasi oleh emisi partikel alfa (radiasi-a), atau partikel beta (radiasi-b), atau radiasi elektromagnetik (radiasi-g).

·         Dalam prakteknya dalam dunia Geofisika radiasi gamma ini merupakan yang paling penting, karena radiasi partikel(a dan b) memiliki penetrasi yang rendah terhadap batuan.

Sinar α sangat mudah dihentikan hanya dengan selembar kertas, sinar β dapat dihentikan dengan beberapa milimeter aluminium, sedangkan sinar γ dapat dihentikan dengan beberapa centimeter timah. Jadi, yang dapat menembus batuan 50~75cm adalah sinar gamma.

 

Sifat-sifat sinar  α  ,sinar β dan sinar g

Sinar α

• dihasilkan oleh pancaran partikel α
• mempunyai daya penetrasi atau tembus terlemah dibandingkan dengan sinar β dan g
• memiliki daya ionisasi paling kuat sebab muatannya paling besar
• dibelokkan oleh medan magnetik dan medan listrik

Sinar     β

• dihasilkan oleh pancaran partikel β
• mempunyai daya tembus lebih besar daripada sinar α, tetapi lebih kecil dari sinar g
• dibelokkan dengan kuat oleh medan magnetik dan medan listrik karena massanya sangat kecil

Sinar g

• mempunyai daya tembus yang paling besar namun daya ionisasi paling lemah.
• Tidak dibelokkan oleh medan magnetik dan medan listrik
• Sinar g merupakan radiasi EM dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Sinar g tidak bermuatan dan tidak bermassa
• Sinar radioaktif pada suatu medan listrik

1.       BATUAN BEKU

Radioaktivitas pada batuan beku, meningkat dari batuan beku basa ke batuan beku asam.

Nilai rata-rata kandungan U, Th, dan K dalam batuan beku

 

Radioaktivitas pada batuan beku intrusif

Jika terintrusi di atas zona subduksi

o   Kandungan U, Th, dan K rendah

 Jika terintrusi di zona subduksi atau di bawahnya

o   Kandungan U, Th, dan K tinggi

Perbandingan elemen radioaktif dalam batuan vulkanik pada beberapa daerah tektonik yang berbeda

 

Ocean   floor                      : tholeiitic basalts, high  partial   melting →konsentrasi elemen radioaktifnya rendah

Ocean   islands                  : memiliki kandungan radioaktif yang tinggi

Island arcs                           : terdapat tholeiitic dan andesitic

Continental margins       : terdapat andesitic, rhyolithic, dan dacitic

Intracontinental               :              kandungan SiO₂ nya tinggi

2.     BATUAN METAMORF

Elemen Radioaktif semakin berkurang dengan proses metamorfisme. Penghabisan Uranium danThorium disebabkan oleh proses metamorfisme yang berlangsung secara progresif.

Uranium dan Thorium berkecenderungan mengalami migrasi ke arah atas dalam kerak bumi Karena  adanya  reaksi  dehidrasi  (pengeringan),  atau karena  adanya  peleburan  batuan  (melting)  di  dekat dasar kerak bumi (migmatites). Potassium   tidak   begitu   terpengaruh   oleh   proses- proses tersebut.

Rata-rata perbandingan Thorium dengan Uranium dalam batuan  metamorf  menyimpang  dari  nilai  tertentu  pada beberapa batuan intrusif. Hal  ini  sesuai  dengan  jumlah  radioaktif  yang  hilang selama    proses    metamorfisme,    dimana    pergerakan Uranium sangat dominan. Penyebab  mudahnya  pergerakan  dari  U  adalah  bahwa uranium  ini  ikatan  ionnya  yang  mudah  lepas,  dalam batas antar butir batuan dan pada permukaan internal.

3.      BATUAN SEDIMEN

Kecenderungan radioaktivitas alam secara umum, dalam batuan sedimen. Secara rata-rata, konsentrasi Potasium dalam batuan lebih rendah daripada Uranium dan Thorium.  Karbonat memiliki kandungan radioaktif alami yang paling rendah diantara batuan sedimen lainnya. Secara umum, Shale memiliki tingkat radioaktif alami yang paling tinggi dibandingkan dengan batuan sedimen lainnya. Untuk membedakan antara Shale dengan batuan sedimen lainnya, digunakan Gamma-ray Sonde.

Korelasi antara kandungan clay dengan radiasi batuan sedimen sangat penting dalam penentuan karakteristik reservoar,  yaitu  dengan  memperhatikan  beberapa  hal berikut ini :

o   Perbedaan       antara Clay     dengan            lapisan-lapisan            pasir (sand layers)

o   Penentuan kandungan Clay dalam batuan sedimen

o   Pengkarakteristikkan tipe-tipe Clay

Korelasi  ini  dapat  berubah  bila  mineral  radioaktif  lainnya (contoh : feldspar, mica, glauconite, monazite, dan zircon) terdapat dalam batuan klastik (clean clastic rocks).

Korelasi berdasarkan intensitas radiasi sinar :

4.      PENGUKURAN RADIOAKTIF DALAM SUATU FORMASI BATUAN

Gamma Ray Log adalah metoda untuk mengukur radiasi sinar gamma yang dihasilkan oleh unsur-unsur radioaktif yang terdapat dalam lapisan batuan di sepanjang lubang bor.

Unsur radioaktif yang terdapat dalam lapisan batuan tersebut diantaranya Uranium, Thorium, Potassium, Radium, dan lain-lain. Pada dasarnya Gamma Ray Log (GR Log) merekam pancaran radioaktif dari formasi. Sinar radioaktif alami yang direkam berupa uranium, thorium, dan potassium.

Log gamma ray merekam unsur radioaktif dalam skala API. Satuan dasarnya adalah CPS (count per second) yang kemudian dirubah menjadi API setelah dikalibrasi dengan suatu formasi yang sudah diketahui persis kandungan mineral radioaktifnya (U, Th and K).

Unsur radioaktif umumnya banyak terdapat dalam shale (serpih—campuran lempung dan lanau) dan sedikit sekali terdapat dalam sandstone, limestone, dolomite, coal, gypsum, dan lain-lain. Pada interpretasi lapisan batubara, nilai gamma ray memperlihatkan harga yang paling rendah, karena batubara sangat sedikit mengandung unsur Kalium. Respon gamma dengan harga yang lebih besar daripada batubara diperlihatkan oleh respon lapisan keras yang banyak mengandung silica, dan kemudian oleh respon batupasir. Respon gamma yang tinggi diperlihatkan oleh batu lanau dan batu lempung.

Berikut ini adalah contoh kandungan unsur radioaktif dari lempung Kimmeridgian di daerah laut utara (Gjorlykke, 1975)

Unsur	Jumlah	Presentase
Uranium	5.27 ppm	61
Thorium	10.46 ppm	33
Potasium	1.34 %	6

 Dengan demikian besaran gamma ray log yang terdapat didalam rekaman merupakan jumlah total dari radiasi yang dihasilkan oleh semua unsur radioaktif yang ada di dalam batuan. Untuk memisahkan jenis-jenis bahan radioaktif yang berpengaruh pada bacaan gamma ray dilakukan gamma ray spectroscopy.

Spectroscopy ini penting dilakukan ketika kita berhadapan dengan batuan non-shale yang memungkinkan untuk memiliki unsur radioaktif, seperti mineralisasi uranium pada sandstone, potassium feldsfar atau uranium yang mungkin terdapat pada coal dan dolomite.

Macam Gamma Ray Log

•      Log yang menggunakan sinar gamma natural yang disebut dengan Spectral Gamma Ray Log (SGR).

•      Log yang menggunakan sinar gamma non-natural (gamma ray total). Densitas (density) atau rapat massa batuan dapat diukur dengan memanfaatkan sinar gamma. Untuk keperluan ini dipakai sumber sinar gamma misalnya Cesium-137 yang mampu memancarkan sinar gamma ke dalam formasi batuan.

Gamma-ray log memiliki dua manfaat mendasar yang penting untuk pemetaan:

•      memberikan analisis dasar ukuran butir, dan

•      dapat digunakan dalam berbagai bentuk casing lubang bor, di atas atau di bawah air

Selain itu, log gamma ray dapat digunakan sebagai pengganti SP Log untuk pendeteksian lapisan permeable,karena untuk formasi yang tidak terlalu resistif hasil SP Log tidak terlalu akurat.

Seperti halnya logging yang lainnya, pengukuran gamma ray log dilakukan dengan menurunkan instrument gamma ray log kedalam lubang bor dan merekam radiasi sinar gamma untuk setiap interval tertentu. Biasanya interval perekaman gamma ray (baca: resolusi vertikal) sebesar 0.5 feet. Dikarenakan sinar gamma dapat menembus logam dan semen, maka logging gamma ray dapat dilakukan pada lubang bor yang telah dipasang casing ataupun telah dilakukan cementing. Walaupun terjadi atenuasi sinar gamma karena casing dan semen, akan tetapi energinya masih cukup kuat untuk mengukur sifat radiasi gamma pada formasi batuan disampingnya.

alat Gamma-ray-log mendeteksi foton radiasi gamma yang diterima oleh kristal selama periode waktu tertentu

Gambar Prinsip pelipatgandaan elektron di dalam tabung PMT

Gamma ray log memiliki tipikal kisaran API biasanya berkisar antara 0 s/d 150. Walaupun terdapat juga suatu kasus dengan nilai gamma ray sampai 200 API untuk jenis organic rich shale.
contoh interpretasi lapisan batuan untuk mendiskriminasi sandstone dari shale dengan menggunakan log gamma ray.

Dikarenakan log gamma ray memiliki kapabilitas untuk mengukur derajat kandungan shale di dalam lapisan batuan, maka didalam industri migas gamma ray log kerap kali digunakan untuk memprediksi besaran volume shale atau dikenal dengan Vshale dengan formulasi:

Gambar dibawah ini menunjukkan teknis perhitungan Vshale untuk shale A dari sebuah gamma ray log. Perhatikan bahwa penentuan nilai-nilai tersebut bersifat interpretative.

Faktor yang mempengaruhi respon alat, diantaranya:

•      Borehole Effect

      Dipengaruhi oleh tipe alat dan ukuran lubang bor.

•      Tipe Lumpur

Densitas lumpur memiliki pengaruh pada tingkat deteksi, lumpur dengan densitas tinggi menyerap sinar gamma lebih efisien dan mengurangi rata-rata perhitungan.

KEGUNAAN

Log gamma ray digunakan untuk membedakan lapisan-lapisan shale dan non shale pada sumur-sumur open hole atau cased hole dan juga pada kondisi ada lumpur maupun tidak. Log Sinar Gamma digunakan untuk identifikasi litologi, korelasi antar formasi, dan perhitungan volume shale atau prosentase kandungan shale pada lapisan permeable. Log ini juga bisa menentukan kedalaman perforasi yang telah diinjeksi air (water plugging).

Sinar gamma sangat efektif dalam membedakan lapisan permeable dan non permeable karena unsur-unsur radioaktif cenderung berpusat di dalam serpih yang non permeable dan tidak banyak terdapat dalam batuan karbonat atau pasir yang secara umum bersifat permeable.