Borehole geology of Well HLS-EX Hululais geothermal field, Sumatra Island, Indonesia

Abstract

This study characterizes the stratigraphy and hydrothermal alteration of the 3,280 m deep HLS-EX well, in the Hululais geothermal field, Sumatra Island, Indonesia. Rock cuttings and cores were examined through stereo- and optical microscope, clay minerals were determined by X-ray diffractometry (XRD) and whole-rock compositions were studied by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES) and loss on ignition (LOI). These obtained data were combined with the results of drilling logs.Eight rock types were distinguished in the borehole, including altered andesitic and dacitic lavas, intrusions of basaltic diorite, diorite, and granodiorite, andesitic and dacitic tuff, and volcanic breccia. Andesitic rocks dominate (~70%) in the borehole. Magmatic differentiation process was observed in the weakly altered rocks. The negative correlation between MgO and Na2O, K2O, SiO2, and Zr indicates the incompatibility of these components in the andesitic magma from which most of the samples are derived. On the other hand, CaO decreases with MgO due to the crystal fractionation of plagioclase, FeO concentration decreases during the crystallization of Fe-Mg silicates (pyroxene and amphibole), and TiO2 decreases due to the crystallization of Fe-Ti oxides.The alteration intensity observed in the samples shows a positive correlation with the loss on ignition measurements, suggesting most of the samples are highly altered, especially in the pyroclastic tuff and volcanic breccia. Hydrothermal alteration zones are categorized as the smectite zone, epidote-illite zone, mixed-layer clay zone, and secondary biotite zone. Although it is slightly lower than the geothermometry profile, the measured borehole temperature trend is similar, representing a high-temperature geothermal well. Hydrothermal alteration processes have resulted in the geochemical modification of the magmatic rocks. Major and trace components were intensively mobilized during the alteration processes, and MgO was found to be the least mobile major component. The following processes were observed: silicification that increases the SiO2, illitization results in gain of K2O, chloritization, pyritization, and oxidation, which causes an increase in total iron, enrichment of Na2O during albitization in some samples, whereas, in the other samples, kaolinization of plagioclase decreased the Na2O concentration. Plagioclase breakdown leads to the mobilization of CaO and the leaching of calcium in the hydrothermally altered rocks.

Í þessari rannsókn er jarðlögum og jarðhitaummyndun í hinni 3,280 m djúpu borholu HLS-EX á Hululais-jarðhitasvæðinu á eynni Súmötru í Indónesíu lýst. Borsvarf og borkjarnar voru skoðaðir með víðsjá og bergfræðismásjá, leirsteindir voru greindar með röntgentæki (XRD) og efnasamsetning bergsýna var greind með ICP-OES-tæki og glæðitapsmælingu (LOI). Þessi gögn voru samnýtt með borholumælingum.Átta berggerðir fundust í borholunni, ummynduð andesít- og dasíthraun, basaltískt díórít-, díórít- og granódíórítinnskot, andesít- og dasítgjóskuberg og gosþursti. Andesítberg er ríkjandi (~70%) í holunni. Merki sjást um kvikuþróunarferli í því bergi sem er lítillega ummyndað. Neikvæð fylgni milli MgO og Na2O, K2O, SiO2 og Zr gefur til kynna utangarðshegðun síðarnefndu efnanna í andesítkvikunni sem flest sýnin eiga uppruna sinn úr. Hins vegar lækkar styrkur CaO með lækkandi styrk MgO vegna hlutkristöllunar plagíóklass, styrkur FeO lækkar þegar Fe-Mg-siliköt (pýroxen og amfiból) kristallast og styrkur TiO2 lækkar vegna kristöllunar Fe-Ti-oxíða.Stig ummyndunar í sýnunum hefur jákvæða fylgni með glæðitapsmælingum, sem gefur til kynna að flest sýnanna séu mjög ummynduð, sérstaklega gjóskubergssýnin og gosþurstinn. Jarðhita-ummyndunarbelti eru flokkuð sem smektítbelti, epidót-illítbelti, blandleirsbelti og sekúndert bíótítbelti. Þó svo mældur hitaferill í holunni sé aðeins lægri en steindahitamælar gefa til kynna er um að ræða háhitaholu. Jarðhitummyndunarferli hafa leitt til jarðefnafræðilegra breytinga á storkuberginu. Mikil færsla var á bæði aðal- og snefilefnum af völdum ummyndunarinnar, en meðal aðalefna virðist MgO vera minnst hreyfanlegt. Eftirtalin ummyndunarferli greindust: kísilauðgun sem leiðir til aukins magns SiO2, illítmyndun sem eykur styrk K2O, klórítmyndun, pýrítmyndun og oxun, sem auka heildarmagn járns, auðgun í Na2O af völdum albítummyndunar í sumum sýnum, á meðan kaólínummyndun á plagíóklasi leiddi til lækkunar á styrk Na2O í öðrum sýnum. Niðurbrot á plagíóklasi leiðir til hreyfinga á CaO og útskolunar á kalsíni í bergi sem hefur orðið fyrir jarðhitaumynduninni.