Pertemuan 7
DEFORMASI, METAMORFISME DAN BATUAN METAMORF Firdaus Sulaiman
DEFORMASI BATUAN Firdaus Sulaiman
Beberapa Istilah Massa
Stress – Gaya yang Stress – yang bekerja pada suatu volum olume e batu batuan an – meny me nyeba ebabka bkan n strain strain (deformasi) Strain – – perubahan Strain bentu be ntuk k yang yang dise disebab babkan kan ole oleh str stress folding or faulting.
Gaya
Jenis Stress Confining pressure
Differential stress
Fluid pressure counteracts stress
Jenis Stress dan Strain Compression
Tension
Shallow levels: rocks fracture
Deeper levels: rocks flow
Shear
Bagaimana Batuan berubah pada kedalaman? Structural behavior of rocks at shallow versus deep conditions
At shallow depths, depths, most rocks break
Rocks flow in deep conditions
Minerals respond at shallow versus deep conditions
Temperature and pressure increase with depth Shallow: minerals may be unaffected
Deep: minerals may recrystallize
Deformasi Deformasi terjadi terjadi jika batuan diberikan tekanan. Jenis deformasi terbagi menjadi 3, yaitu
Elastis, Ductile (plastis), dan Brittle.
Batuan bersifat Elastis : ketika tekanan diberikan padanya, padanya, batuan berubah bentuk, tetapi setelah tekanan dihilangkan, bentuknya kembali kembali ke bentuk asal. Batuan bersifat Ductile : penghilangan tekanan tidak membuat batuan kembali kembali ke wujud asal lagi. Batuan bersifat Brittle : ketika diberikan tekanan batuan tersebut dapat hancur. hancur.
Deformasi
suhu, suhu, pada suhu tinggi ikatan antar molekul dapat terlepas, sehingga batuan lebih bersifat ductile . Pada suhu rendah, batuan lebih bersifat brittle . tekanan, tekanan, pada tekanan tinggi batuan lebih sulit untuk retak, karena tekanan tersebut menyelimuti/melindungi formasi dari retakan. Sedangkan pada tekanan yang rendah batuan akan brittle dan mengalami retakan secara cepat. kecepatan deformasi, deformasi, pada kecepatan deformasi yang tinggi, batuan lebih mudah mengalami retakan. pada kecepatan deformasi yang rendah, atom-atom lebih dapat bergerak, sehingga kecenderungannya kecenderungannya adalah ductile . komposisi, komposisi, beberapa mineral, seperti kuarsa, olivine, dan feldspar sangat brittle . Lainnya seperti mineral lempung, mika, dan kalsit bersifat ductile . Ini bergantung pada ikatan kimianya.kandungan air juga berpengaruh. pada batuan yang yang basah, sifatnya sifatnya cenderung ductile , sedangkan batuan yang kering cenderung brittle .
Brittle Strain Vs Ductile Strain Berdasarkan kecenderungannya kecenderungannya jika terkena tekanan. tekanan. batuan yang sifatnya brittle, pecah (hancur) bila batas elastisitas dilewati Contoh : Fault (patahan) batuan yang sifatnya ductile, melengkung (berubah bentuk) ketika batas elastis dilampaui Contoh : Fold (lipatan)
Lipatan (Fold)
Lipatan adalah suatu kenampakan yang diakibatkan oleh tekanan horizontal (Compressive stress) pada kulit bumi yang plastis (ductile) Lapisan yang melengkung membentuk lipatan yang besar, punggung lipatan atau antiklin(al) dan lembah lipatan atau sinklin(al).
Syncline Anticline
Layers can be folded
Lipatan (Fold)
Lembah sinklin yang sangat luas disebut geosinklinal. Daerah ladang minyak bumi umumnya terletak pada daerah geosinklinal yang disebut idiogeosinklinal.
Anticline
Syncline
Lipatan (Fold)
Adakalanya sebuah daerah lipatan terjadi dari beberapa antiklin(al) dan sinklin(al). Deretan semacam itu masingmasing disebut antiklinorium dan sinklinorium.
Geometri Lipatan( Fold)
Lipatan tegak (symmetrical fold) terjadi karena pengaruh tenaga radial, kekuatannya kekuatannya sama atau seimbang s eimbang dengan tenaga tangensial. Lipatan miring (asymmetrical fold) terjadi karena arah tenaga horizontal tidak sama atau tenaga radial lebih kecil daripada tenaga tangensial. Lipatan rebah (overturned fold) terjadi karena tenaga horizontal berasal dari satu arah. Lipatan menutup (recumbent fold) terjadi karena hanya tenaga tangensial saja yang bekerja.
Geometri Lipatan( Fold)
Limb
Limb
Plunging fold: if hinge is inclined from horizontal
Axial Surface
Upright fold: if axial surface is vertical
Asymmetric fold: fold: axial surface inclined
Overturned fold: if a limb has been rotated more than 90°
Patahan (fault)
Patahan adalah gejala retaknya kulit bumi yang brittle akibat pengaruh tekanan. Daerah retakan seringkali mempunyai bagianbagian yang terangkat atau tenggelam. Horst (tanah naik) adalah lapisan tanah yang terletak lebih tinggi dari daerah sekelilingnya, sekelilingnya, akibat patahnya lapisan-lapisan tanah sekitarnya. Graben/slenk (tanah turun) adalah lapisan tanah yang terletak lebih rendah dari daerah sekelilingnya akibat patahnya lapisan sekitarnya.
Patahan (fault)
Tension
normal fault
Compression
Normal fault
reverse fault (steep) or thrust fault (shallow angle)
Reverse fault or thrust fault
Shear
strike slip fault (similar to transform)
Strike-Slip Faults
Patahan (fault)
METAMORFISME
Pendahuluan
Batuan metamorfik adalah batuan yang telah berubah karena bertambahnya tekanan dan temperatur temperatur Batuan metamorfik mengalami perubahan mineralogik dan struktur oleh metamorfisme dan terjadi langsung dari fase padat tanpa melalui fase cair Bahasa Yunani: meta = terubah dan morpho = bentuk
Agen Metamorfisme Metamorfisme 0 0
m u l e b e S
) m k ( n a m a l a d e K
10
20
10
0
5
10 20 15
30 30
20
0 0
0
h a l e t e S
) m k ( n a m a l a d e K
10
5
10 10 20
20 15
30 30
20
Faktor Tekanan
Tekanan litostatis berlaku seragam ke segala arah di kerak bumi yang disebabkan oleh berat pembebanan batuan diatasnya. Sehingga, tekanan bertambah seiring kedalaman. Gelas styrofoam berukuran 200 ml diturunkan kedalam samudera pada kedalaman 750 m dan 1500 m. Pertambahan tekanan di segala arah yang dialami oleh gelas tersebut menyebabkan berkurangnya berkurangnya volume namun dengan tetap mempertahankan bentuk dasarnya.
Faktor Tekanan
Granit
Selain tekanan litostatis, batuan juga mengalami stress diferensial (directed pressure) akibat proses deformasi batuan selama pembentukan pegunungan.
Ketika Ketika tekanan diterima secara non-homogen, satu dimensi akan menerima stress lebih besar dari yang lain.
Gneiss
Faktor Tekanan Rekristalisasi mineral dalam stress diferensial selalu berhubungan dengan minimalisasi energi dan pertumbuhan yang tegaklurus terhadap arah stress maksimum.
Faktor Tekanan
Mineral pada batuan granit mengkristal dari larutan magma tanpa dipengaruhi oleh tekanan. Kristal mineral tumbuh bebas ke segala arah. Mineral mika pada batuan gneiss tumbuh tegak lurus terhadap arah stress maksimum. Granit termetamorfosa dan mengembangkan foliasi menjadi gneiss.
Faktor Tekanan
Tekanan diferensial diferensia l bersifat tidak merata ke segala arah, menyebabkan batuan mengalami distorsi, seperti garnet terpuntir pada gambar di samping.
Faktor Temperatur Panas merupakan agen metamorfisme yang penting karena fungsinya untuk meningkatkan kecepatan kecepatan reaksi kimia yang akan menghasilkan mineral baru. berasal dari 2 Panas didalam proses metamorfisme berasal sumber: Tubuh magma intrusif Gradien geotermal akibat penimbunan (~250C/km)
Faktor Fluida Dalam proses metamorfisme, fluida berupa air (H2O) hampir selalu hadir dalam jumlah bervariasi diantara butiran mineral mineral atau di lubang pori bebatuan. Fluida tersebut, yang umumnya mengandung ion terlarut, mempercepat proses metamorfisme dengan cara meningkatkan kecepatan kecepatan reaksi kimia. sumber air yang terlibat dalam proses Ada 3 sumber metamorfisme: Air terjebak terjebak didalam pori batuan ketika ketika batuan tersebut terbentuk. Cairan volatil dari magma. Hasil proses dehidrasi dari mineral jenuh air seperti gipsum (CaSO4.H2O).
Faktor Fluida
Reaksi air dengan batuan sekitar juga bisa membentuk mineral baru dalam kondisi tekanan dan temperatur tertentu, seperti: 2Mg2SiO4 + 2H2O Olivine
Air
→
Mg3Si2O5(OH)4 + MgO Serpentin
terbawa dalam larutan
Jenis Metamorfisme
Dikenal 3 jenis metamorfisme: 1. Metamorfisme kontak, dimana panas magmatik dan fluida sangat berperan, berperan, 2. Metamorfisme dinamik, yang dihasilkan oleh tekanan tinggi selama deformasi batuan, dan 3. Metamorfisme regional, umumnya terbentuk pada daerah yang luas dan terkait dengan proses pembentukan pegunungan. Seringkali batas ketiganya tidak begitu tegas, tergantung pada agen metamorfisme mana yang paling dominan.
Metamorfisme Kontak
Metamorfisme kontak berlangsung ketika suatu tubuh magma merubah batuan yang telah ada disekelilingnya. Faktor-faktor yang penting: 1. Temperatur mula-mula tubuh magma (secara tidak langsung terkait komposisi: magma basa lebih panas dibandingkan magma asam), 2. Ukuran intrusi, disekelilingnya. 3. Kandungan fluida magma dan/atau batuan disekelilingnya. Seringkali pada fase akhir pendinginan, ketika suatu tubuh intrusi magma mulai mengkristal, sejumlah besar fluida panas dilepaskan. Larutan fluida tersebut bereaksi dengan denga n batuan disekelilingnya dan menghasilkan mineral-mineral mineral-mineral metamorfik baru. Proses ini lazim disebut alterasi hidrotermal dan seringkali menghasilkan mineral bernilai ekonomis tinggi.
Metamorfisme Kontak
Pengaruh temperatur suatu intrusi Pengaruh i ntrusi terhadap batuan disekelilingnya disekelilingnya dan reaksi kimia yang dihasilkannya menghasilkan zona konsentris yang disebut aureole aureole..
Metamorfisme Kontak
• Aureole – zona metamorfisme lokal dimana batuan dimasak. • T Ti Tinggi (P (P re rendah) : batuan dengan tekstur berbutir halus hornfels. • Mineral biji jih h (Ore) yang bernilai ekonomis tinggi
Metamorfisme Dinamik Metamorfisme dinamik terjadi akibat pergerakan pergerakan patahan dimana batuan terkena tekanan diferensial yang tinggi di sepanjang zona patahan. Batuan hasil metamorfisme dinamik adalah milonit, bersifat keras, keras, padat, berbutir halus dan dicirikan oleh laminasi tipis.
Sayatan tipis
Metamorfisme Regional Hampir sebagian besar batuan metamorf dihasilkan oleh proses jenis ini, yang umumnya terjadi di sepanjang batas lempeng konvergen. Proses ini membentuk gradasi intensitas metamorfisme dari daerah yang terkena tekanan dan temperatur tinggi menuju daerah yang hanya terkena tekanan dan temperatur rendah.
Metamorfisme Regional
Tingkatan metamorfisme tersebut dapat diidentifikasi berdasarkan mineral indeks. Contohnya: Mineral Mineral indeks dalam proses metamorfisme metam orfisme pada batuan yang kaya-lempung: klorit
→
(200OC)
biotit
→
garnet
→
staurolit
→
kyanit
→
silimanit (>500OC)
Metamorfisme Regional Perubahan Perubahan mineral indeks relatif terhadap tekanan dan temperatur dalam metamorfisme regional pada batuan serpih.
Metamorfisme Regional Kurva urva keseim keseimbangan Al2SiO5
Andalusit
Kyanit
Silimanit
Metamorfisme Regional
BATUAN METAMORF
STRUKTUR BATUAN METAMORF Struktur batuan metamorf adalah kenampakan batuan yang berdasarkan ukuran, bentuk atau orientasi unit poligranular batuan tersebut. Secara umum struktur batuan metamorf dapat dibedakan menjadi struktur foliasi dan nonfoliasi. Struktur foliasi merupakan kenampakan struktur planar pada suatu massa batuan.
Foliasi ini dapat terjadi karena adanya penjajaran mineralmineral menjadi lapisan-lapisan (gneissosity (gneissosity ), ), orientasi butiran(schistosity butiran(schistosity ), ), permukaan belahan planar(cleavage planar(cleavage ) atau kombinasi dari ketiga hal tersebut.
Struktur Foliasi Slaty Cleavage Batuan metamorf berbutir sangat halus (mikrokristalin) yang dicirikan oleh adanya bidang-bidang belah planar yang sangat rapat, teratur dan sejajar. Batuannya disebut slate (batusabak). Phylitic Srtuktur ini hampir sama dengan struktur slaty cleavage tetapi terlihat rekristalisasi yang lebih besar dan mulai terlihat pemisahan mineral pipih dengan mineral granular. Batuannya disebut phyllite (filit)
Struktur Foliasi Schistosic Terbentuk adanya susunan parallel mineral-mineral pipih, prismatic atau lentikular (umumnya mika atau klorit) yang berukuran butir sedang sampai kasar. Batuannya disebut schist (sekis). Gneissic/Gnissose Terbentuk oleh adanya perselingan, lapisan penjajaran mineral yang mempunyai bentuk berbeda, umumnya antara mineral-mineral granuler (feldspar dan kuarsa) dengan mineral-mineral mineral-mineral tabular atau prismatic (mioneral ferromagnesium). Penjajaran mineral ini umumnya tidak menerus melainkan terputusputus. Batuannya disebut gneiss.
Schistosity
Gneissic foliation
Struktur Non Foliasi
Terbentuk oleh mozaic mineral-mineral equidimensional dan equigranular dan umumnya berbentuk polygonal. Batuannya disebut hornfels (batutanduk) Kataklastik Berbentuk oleh pecahan/fragmen batuan atau mineral berukuran kasar dan umumnya membentuk kenampakan breksiasi. Struktur kataklastik ini terjadi akibat metamorfosa kataklastik. Batuannya disebut cataclasite (kataklasit). Milonitic Dihasilkan oleh adanya penggerusan mekanik pada metamorfosa kataklastik. Cirri struktur ini adalah mineralnya berbutir halus, menunjukkan kenampakan goresan-goresan searah dan belum terjadi rekristalisasi mineral-mineral primer. Batiannya disebut mylonite (milonit). Phylonitic Mempunyai kenampakan yang sama dengan struktur milonitik tetapi umumnya telah terjadi rekristalisasi. Cirri lainnya adlah kenampakan kilap sutera pada batuan yang ,mempunyai struktur ini. Batuannya disebut phyllonite (filonit)
TEKSTUR BATUAN METAMORF Tekstur merupakan kenampakan batuan yang berdasarkan pada ukuran, bentuk dan orientasi butir mineral individual penyusun batuan metamorf. metamorf. Penamaan namaan tekstur batuan metamorf umumnya Pe menggunakan awalan blasto atau akhiran blastic yang ditambahkan pada istilah dasarnya.
TEKSTUR BATUAN METAMORF Berdasarkan Berdasarkan ketahanan pada proses metamorfosa metamorfosa Relict/Palimset/Sisa
Tekstur ini merupakan meru pakan tekstur batuan batu an metamorf yang masih menunjukkan sisa tekstur batuan asalnya atau tekstur batuan asalnya masih tampak pada batuan metamorf tersebut. Awalan blasto digunakan blasto digunakan untuk penamaan tekstur batuan metamorf ini. Contohnya adalah blastoporfiritik yaitu batuan metamorf yang tekstur porfiritik batuan beku asalnya masih bisa dikenali. Batuan yang mempunyai kondisi seperti ini sering disebut batuan metabeku atau metasedimen.
Kristaloblastik
Tekstur kristloblastik merupakan tekstur batuan metamorf yang terbentuk oleh sebab proses metamorfosa itu sendiri. Batuan dengan tekstur ini sudah mengalami rekristalisasi sehingga tekstur asalnya tidak tampak. Penamaannya Penamaannya menggunakan akhiran blastik.
TEKSTUR BATUAN METAMORF Tekstur berdasarkan ukuran butir Fanerit, bila butiran kristal masih dapat dilihat dengan mata butiran kristal tidak dapat dibedakan dengan Afanit, Bila butiran mata
TEKSTUR BATUAN METAMORF Tekstur berdasarkan bentuk individu kristal
Euhedral, Euhedral, bila kristal kristal dibatasi dibatasi oleh bidang permukaan permukaan kristal kristal itu itu sendiri Subhedral, bila kristal dibatasi sebagian oleh bidang permukaannya sendiri dan sebagian oleh bidang permukaan p ermukaan kristal disekitarnya. Anhedral, bila kristal dibatasi seluruhnya seluruhnya oleh bidang bidang permukaan kristal lain disekitarnya. Pengertian bentuk kristal ini sama dengan yang dipergunakan pada batuan beku. Berdasarkan bentuk kristal tersebut maka ma ka tekstur batuan metamorf dapat dibedakan menjadi : Idioblastik, apabila mineralnya mineralnya dibatasi oleh Kristal berbentuk euhedral Xenoblastik/Hypidioblastik, apabila mineralnya mineralnya dibatasi oleh kristal berbentuk anhedral.
TEKSTUR BATUAN METAMORF Tekstur berdasarkan bentuk mineral penyusunnya berbentuk Lepidoblastik, apabila mineral penyusunnya tabular penyusunnya berbentuk Nematoblastik, apabila mineral penyusunnya prismatic penyusunnya berbentuk Granoblastik, apabila mineral penyusunnya granular, equidimensional, batas mineralnya bersifat sutured (tidak (tidak teratur) dan umumny u mumnya a kristalnya berbentuk anhedral. penyusunnya berbentuk Granuloblastik, apabila mineral penyusunnya granular, equidimensional, batas mineralnya bersifat unsutured (lebih (lebih teratur) dan umumnya kristalnya berbentuk anhedral.
Klasifikasi Batuan Metamorf
Klasifikasi Batuan Metamorf
Sayatan tipis dari sekis. Porfiroblas garnet berbentuk butiran sedangkan biotit berbentuk pipih dan ikut membentuk foliasi dan lineasi. Matriks tersusun oleh kuarsa dan muskovit. mus kovit.
Tekstur Batuan Metamorf Foto sayatan tipis dengan diameter 3 mm.
Sekis mika (tekstur foliasi)
Kuarsit (tekstur nonfoliasi)
Contoh Batuan Metamorf
Slate: batuan metamorfik Slate: terfoliasi yang berbutir halus. Bidang foliasi umumnya memotong bidang perlapisan batuan asal.
Schist: batuan metamorfik Schist: terfoliasi kuat dengan kandungan mineral pipih yang melimpah, umumnya terdiri dari mineral muskovit atau khlorit.
Contoh Batuan Metamorf
Gneiss: bidang foliasinya disusun oleh perselangselingan lapisan berwarna terang (umumnya mineral feldspar dan kuarsa) dan lapisan berwarna gelap (mineral silika basa).
Quartzite: batuan metamorfik nonQuartzite: foliasi yang berasal dari batupasir kaya kuarsa.
Contoh Batuan Metamorf
Metaconglomerate: seringkali memperlihatkan butiran yang terlonjongkan.
Marble: batugamping yang Marble: mengalami rekristalisasi selama proses metamorfisme, banyak mengandung mineral kalsit.
Metamorfisme Progresif pada Shale S h al e
Schist
Slate
phyllite
Transisi dari Shale menjadi Slate
Kedua Kedua batuan berbutir sangat halus. Metamorfisme dan deformasi menyebabkan menyebabkan mineral lempung rekristalisasi menjadi mika dan reorientasi dalam bidang planar S h al e
1 mm
Slate
1 mm
Transisi dari Slate menjadi Phyllite
Mika terus rekristalisasi dan tumbuh membesar (meski belum tampak tanpa alat bantu visual). Tekstur batuan menjadi tidak planar sempurna. Phyllite dalam contoh setangan tampak bergelombang dan bercahaya. bercahaya. Slate
1 mm
phyllite
1 mm
Transisi dari Phyllite menjadi Schist
Proses rekristalisasi membuat mika, kuarsa dan feldspar berukuran cukup besar untuk tampak dalam contoh setangan. Batuan terfoliasi sangat kuat karena dominasi mika dan umumnya memiliki porfiroblas garnet dan silika sili ka alumina. phyllite
1 mm
Schist
1 mm
Transisi dari Schists menjadi Gneiss
Pada tekanan dan temperatur yang tinggi, mika mulai berubah dan membentuk mineral garnet, feldspar dan silika alumina. Proses tersebut dipengaruhi pula oleh perbedaan mekanika antara mika dan kuarsa + feldspar yang menghasilkan pita-pita gneiss. Gneiss
Schist
1 mm
1 mm
Metamorfisme Progresif pada Shale
Protolith Metamorfisme
Kuarsit dihasilkan oleh metamorfisme pada batupasir kuarsa
Metamorfisme
Marmer dihasilkan oleh metamorfisme pada batugamping
Batugamping vs Marmer
Hampir semua batugamping berwarna suram sedangkan marmer cerah dengan beberapa cerat warna. Warna suram pada batugamping berasal berasal dari material klastik (lempung) pengotor dan material organik. Proses metamorfisme menghilangkan material organik (sebagai volatil), mencerahkan warna batuan, dan lempung terkristalisasi menjadi mineral baru dengan pola cerat.
Batupasir vs Kuarsit Batupasir
Kuarsit
Mengapa kuarsit lebih keras daripada batupasir?
Batupasir vs Kuarsit Butiran dalam batupasir direkatkan oleh semen, yang biasanya lemah. Ketika terkena proses metamorfisme, yang pertama hilang adalah semen.
Batupasir
Kuarsit Recrystallization semen
Crack
Selanjutnya, butiran menjadi seperti ter”las”-kan, menjadikannya kerangka padat yang saling mengunci. Crack
Fasies Metamorfisme
Fasies Metamorfisme
Fasies greenschist merupakan ciri metamorfisme regional derajat rendah yang umumnya terjadi di dasar samudera. Warna hijau dihasilkan oleh klorit, talk, serpentin s erpentin dan epidot.
Fasies blueschist lazim terbentuk di zona penunjaman. Mineral berwarna biru adalah amfibol yang stabil pada tekanan tinggi dan temperatur rendah.
Metamorfisme dan Tektonika Lempeng Metamorfisme P rendah, T tinggi Metamorfisme P dan T tinggi
Metamorfisme P rendah, T tinggi
Metamorfisme Lantai Samudera
