2

BAB II

MATERI

2.1 GEOLOGI STRUKTUR

Geologi struktur adalah bagian dari ilmu geologi yang mempelajari tentang bentuk (arsitektur) batuan sebagai hasil dari proses deformasi. Secara umum pengertian geologi struktur adalah ilmu yang mempelajari tentang bentuk arsitektur batuan sebagai bagian dari kerak bumi serta menjelaskan proses pembentukannya.

Geologi struktur adalah bagian dari ilmu geologi yang mempelajari tentang bentuk (arsitektur) batuan sebagai hasil dari proses deformasi. Proses deformasi adalah perubahan bentuk dan ukuran pada batuan akibat dari gaga (force) yang terjadi di dalam bumi. Gaya tersebut pada dasarnya merupakan proses tektonik yang terjadi di dalam bumi. Di dalam pengertian umum, geologi struktur adalah ilmu yang mempelajari tentang bentuk batuan sebagai bagian dari kerak bumi serta menjelaskan proses pembentukannya.

Beberapa penulis menganggap bahwa geologi struktur lebih ditekankan pada studi mengenai unsur-unsur struktur geologi, misalnya perlipatan (fold), rekahan (fracture), sesar (fault), dan sebagainya, sebagai bagian dari satuan tektonik (tectonic unit), sedangkan tektonik dan geotektonik dianggap sebagai suatu studi dengan skala yang lebih besar, yang mempelajari obyek-obyek geologi seperti cekungan sedimentasi, rangkaian pegunungan, lantai samudera, dan sebagainya.

Struktur batuan adalah gambaran tentang kenampakan atau keadaan batuan,

termasuk didalamnya bentuk dan kedudukannya. Didasarkan pada proses pembentukannya, struktur batuan dapat dibedakan menjadi :

Struktur primer, yaitu struktur yang terjadi pada saat proses pembentukan batuan tersebut, misalnya, pada batuan sedimen : bidang perlapisan bersilang (cross bedding), gelembur gelombang (ripple mark), perlapisan bersusun (graded bedding), dan sebagainya, pada batuan beku : struktur aliran (flow structure), kekar akibat pendinginan (cooling joints), dan sebagainya.

3

Struktur sekunder, yaitu struktur yang terjadi kemudian, setelah batuan terbentuk, yaitu akibat proses deformasi atau tektonik. Jenis struktur yang termasuk di dalam struktur sekunder diantaranya adalah : lipatan, rekahan

(kekar), patahan (sesar), clan sebagainya. Geologi struktur yang dimaksudkan pada praktikum ini lebih ditekankan untuk

mempelajari tentang struktur akibat dari deformasi. Walaupun demikian, pada beberapa kasus, struktur primer akan berguna di dalam analisis struktur, misalnya untuk menentukan arch sedimentasi, dan sebagainya.

2.2 DEFORMASI

Deformasi batuan adalah perubahan bentuk dan ukuran pada batuan sebagai

akibat dari gaya yang bekerja di dalam bumi. Tahapan deformasi terjadi ketika suatu batuan mengalami peningkatan gaya tegasan yang melampaui 3 tahapan pada

deformasi batuan.

Deformasi yang bersifat elastis (Elastic Deformation) terjadi apabila sifat gaya

tariknya dapat berbalik (reversible). Deformasi yang bersifat lentur (Ductile

Deformation) terjadi apabila sifat gaya tariknya tidak dapat kembali lagi (irreversible).

Retakan / rekahan (Fracture) terjadi apabila sifat gaya tariknya yang tidak kembali lagi

ketika batuan pecah/retak.

Kita dapat membagi material menjadi 2 (dua) kelas didasarkan atas sifat perilaku

dari material ketika dikenakan gaya tegasan padanya, yaitu:

4

Material yang bersifat retas (brittle material), yaitu apabila sebagian kecil atau

sebagian besar bersifat elastis tetapi hanya sebagian kecil bersifat lentur sebelum

material tersebut retak/pecah. Material yang bersifat lentur (ductile material) jika

sebagian kecil bersifat elastis dan sebagian besar bersifat lentur sebelum terjadi

peretakan / fracture.

Tahapan deformasi batuan sebagai berikut:

5

Dalam tahapan deformasi batuan akan dipengaruhi oleh besarnya tegasan

(stress) dan regangan (strain). Pada gambar diatas dapat dilihat bahwa pada garis biru

menunjukan tahap elastic deformation dimana suatu batuan masih dalam kondisi

elastiknya sehingga masih dapat kembali ke keadaan sebelumnya. Sedangkan pada

garis merah menunjukan bahwa suatu batuan telah melewati limit elastic yang dimiliki

dari setiap satuan batuan, maka pada ductile deformation, batuan akan mengalami

lpatan atau pembemkokan yang tidak bisa kembali ke keadaan semula. Pada titik

berwarna hitam pada gambar merupakan batas dari ductile deformation yang

menyebabkan batuan akan mengalami kehancuran atau pecah.

Suatu batuan / material akan bereaksi tergantung pada beberapa factor, antara lain adalah:

1. Temperature Pada temperatur tinggi molekul molekul dan ikatannya dapat meregang

dan berpindah, sehingga batuan/material akan lebih bereaksi pada kelenturan dan pada temperatur, material akan bersifat retas.

2. Tekanan Bebas Pada material yang terkena tekanan bebas yang besar akan sifat untuk

6

retak menjadi berkurang dikarenakan tekanan disekelilingnya cenderung untuk menghalangi terbentuknya retakan. Pada material yang tertekan yang rendah akan menjadi bersifat retas dan cenderung menjadi retak.

3. Kecepatan Tarikan Pada material yang tertarik secara cepat cenderung akan retak. Pada

material yang tertarik secara lambat maka akan cukup waktu bagi setiap atom dalam material berpindah dan oleh karena itu maka material akan berperilaku / bersifat lentur.

4. Komposisi Beberapa mineral, seperti Kuarsa, Olivine, dan Feldspar bersifat

sangat retas. Mineral lainnya, seperti mineral lempung, mica, dan kalsit bersifat lentur. Hal tersebut berhubungan dengan tipe ikatan kimianya yang terikat satu dan lainnya. Jadi, komposisi mineral yang ada dalam batuan akan menjadi suatu faktor dalam menentukan tingkah laku dari batuan.

Aspek lainnya adalah hadir tidaknya air. Air kelihatannya berperan dalam memperlemah ikatan kimia dan mengitari butiran mineral sehingga dapat menyebabkan

pergeseran. Dengan demikian batuan yang bersifat basah cenderung akan bersifat lentur, sedangkan batuan yang kering akan cenderung bersifat retas.

Adapun factor-faktor yang mempengaruhi terhadap perubahan pada batuan, antara lain adalah:

1. Tekanan Penambahan tekanan akan meningkatkan elastisnya. Semakin ditekan

maka batuan / material akan semakin rapat sehingga akan mudah mengalami fracture / pecah.

2. Suhu

7

Penambahan suhu akan menyebabkan batuan akan mengalami fasa elastic lebih lama karena suhu yang diberikan akan membuat susunan pada batuan merenggang dan menjadi lunak.

3. Waktu Semakin lama waktu pengendapan batuan tersebut akan tetap mengalami

pergerakan yang akan membuat batuan tersebut mengamalami perubahan bentuk akibat transportasi.

4. Komposisi Kandungan kimia yang dimiliki batuan / mineral akan sangat

mempengaruhi pembentukan dari batuan itu sendiri.

2.3 PRINSIP-PRINSIP PEMBENTUKAN LAPISAN BATUAN 1. Prinsip Horizontality

Proses pembentukan batuan (sedimen) berlangsung secara horizontal (mendatar)

2. Prinsip Laterality Proses penyebaran batuan (sedimen) berlangsung menyebar ke segala arah dalam

suatu cekungan

3. Prinsip Superposisi Satuan batuan (sedimen) yang berumur relatif lebih tua terletak di bawah satuan

batuan yang berumur relatif lebih muda

4. Prinsip Potong memotong Batuan yang memotong (intrusi batuan beku) berumur lebih muda dari pada

satuan batuan (sedimen, beku, malihan) yang dipotong

8

2.4 STRESS AND STRAIN 2.4.1 STRESS

Deformasi geologi disebabkan oleh adanya body forces dan surface force akibat pembebanan, gaya tersebut dikenal dengan stress. Stress akan mendeformasi batuan apabila kekuatan batuan tersebut terlewati. Besar stress () merupakan fungsi dari gaya (F) dan luas area (A) dimana gaya tersebut bekerja. Sehingga diperoleh persamaan =

.

Besar stress berarah vertical pada sebuah titik dibawah permukaan bumimerupakan fungsi dari densitas batuan di atas titik tersebut ( ) dan kedalaman titik tersebut dari permukaan bumi dikenal sebagai lithistatic stress yang besarnya disefinisikan sebagai = gh. Gaya persatuan luas yang telah didefinisikan sebenarnya lebih tepat kita sebut sebagai traksi. Stress pada titik di dalam benda, dilihat pada saat tertentu mengacu pada kumpulan seluruh traksi yang bekerja pada setiap dan seluruh bidang yang melewati titik tersebut.

Pada umumnya Stress tidak tegak lurus pada bidang dimana Stress tersebut dihitung (Means 1967). Sebuah Stress dapat dibagi menjadi dua komponen, yaitu :

1. Normal Stress (n) yaitu komponen yang tegak lurus bidang dimana Stress tersebut dihitung. Normal Stress dianggap positif jika bersifat kompresif, dan dianggap negative jiak bersifat tensile.

(kompresif) (tensile)

2. Shear stress (s) yaitu komponen yang parallel dengan bidang dimana Stress tersebut dihitung. Shear stress dianggap positif jika searah jarum jam.

(positif) (negative)

9

2..4.2 STRAIN

Strain merupakan perubahan-perubahan yang terjadi, baik perubahan itu dalam wujud, bentuk maupun volume yang terjadi pada suatu bahan yang diakibatkan oleh adanya tegasan yang merupakan wujud dari stress.

Strain dari sebuah benda adalah perubahan ukuran dan bentuk yang dialami oleh benda tersebut selama deformasi. Strain dapat menghasilkan ditalion(perubahan ukuran) atau distorsi (perubahan bentuk), atau kombinasi dari keduanya. Analisa strain digunakan untuk menggambarkan perubahan ukuran dan bentuk yang telah terjadi selama deformasi benda non-rigid, dan menggambarkan bagaimana setiap garis telah berubah panjang dan orientasi relatifnya.

Strain disebut sebagai homogen jika berubahan ukuran dan bentuk, untuk setiap bagian kecil benda dan untuk benda secara keseluruhan, sama dan sebanding. Strain disebut inhomogen jika perubahan ukuran dan bentuk, untuk setiap bagian kecil benda dan untuk benda secara keseluruhan, berbeda dan tidak sebanding. Hal tersebut dibahas dengan hanya melihat strain pada awal dan akhir deformasi, tanpa memperhatikan keadaan-keadaan strain yang berkembang selama proses deformasi berlangsung. Secara konvensional, strain di dalam benda-benda geologi digambarkan dengan menggunakan strain ellips. Strain ellipse menggambarkan distorsi yang telah diakomodasi oleh benda geologi, dan menggambarkan bagaimana bentuk lingkaran referensi imajiner berubah sebagai hasil distorsi. Strain ellipse dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

Instantaneous strain ellipse digunakan untuk menggambarkan bagaimana sebuah lingkaran dipengaruhi oleh deformasi yang meningkat secara bertahap, namun pada setiap tahap peningkatannya sangat kecil.

Finite strain ellipse digunakan untuk menggambarkan strain total yang dialami oleh sebuah lingkaran yang telah terdeformasi

10

2.5 DIAGRAM MOHR Diagram mohr adalah metode grafis yang diperkenalkan oleh Otto Mohr, dimana

sumbu horizontal menggambarkan besar normal stress (n) sedangkan sumbu vertikal adalah shear stress (s). Jika ada dua stress yang bekerja pada satu bidang, maka kita dapat mengeplot stress tersebut sebagai komponen normal dan shear stress.

Dari gambar diatas didapat persamaan sebagai berikut : n =

()

+

()

cos 2

s = ()

sin 2

Triaxial stress ( 3< 2< s1) Main stress = ()

Deviatoric stress = ()

Differential Stress adalah perbedaan antara principal stress maksimum dan minimum.

Deviatoric Stress berguna untuk menggambarkan kelakuan materi yang bergantung hanya pada ukuran lingkaran Mohr (ukuran shear stress maksimum) dan tidak bergantung pada posisinya. Deviatoric stress juga adalah nilai maksimum dari s.

11

Dari gambar diatas dapat ditarik kesimpulan jika lingkaran diagram Mohr masih berada di kanan sumbu s maka stress yang bekerja pada batuan tersebut adalah compreeive stress atau ditekan masuk sehingga sifat batuannya ductile, sedangkan jika lingkaran diagram Mohr sampai melewati sumbu s (dikiri sumbu s) maka stress yang bekerja pada batuan tersebut adalah tensile stress sehingga sifat batuannya adalah brittle.

2.6 KEKAR

Kekar adalah struktur retakan/rekahan terbentuk pada batuan akibat suatu gaya yang bekerja pada batuan tersebut dan belum mengalami pergeseran. Secara umum dicirikan oleh: a). Pemotongan bidang perlapisan batuan; b). Biasanya terisi mineral lain (mineralisasi) seperti kalsit, kuarsa dsb; c). Kenampakan breksiasi.

Struktur kekar dapat dikelompokkan berdasarkan sifat dan karakter retakan/rekahan serta arah gaya yang bekerja pada batuan tersebut.

Kekar yang umumnya dijumpai pada batuan adalah sebagai berikut: 1. Shear Joint (Kekar Gerus)

Retakan / rekahan yang membentuk pola saling berpotongan membentuk sudut

lancip dengan arah gaya utama. Kekar jenis shear joint umumnya bersifat tertutup. 2. Tension Joint

12

Retakan/rekahan yang berpola sejajar dengan arah gaya utama, Umumnya bentuk rekahan bersifat terbuka.

3. Extension Joint (Release Joint) Retakan/rekahan yang berpola tegak lurus dengan arah gaya utama dan bentuk

rekahan umumnya terbuka.

2.7 SESAR Sesar merupakan retakan yang mempunyai pergerakan searah dengan arah

retakan. Ukuran pergerakan ini adalah bersifat relatif, dan kepentingannya juga relatif. Sesar mempunyai bentuk dan dimensi yang bervariasi. Ukuran dimensi sesar mungkin

dapat mencapai ratusan kilometer panjangnya (sesar Semangko) atau hanya beberapa sentimeter saja. Arah singkapan suatu sesar dapat lurus atau berliku-liku. Sesar boleh hadir sebagai sempadan yang tajam, atau sebagai suatu zona, dengan ketebalan beberapa milimeter hingga beberapa kilometer.

Arah pergerakan yang terjadi disepanjang permukaan suatu sesar dikenal sebagai bidang sesar. Apabila bidang sesarnya tidak tegak, maka batuan yang terletak di atasnya dikenali sebagai dinding gantung (hanging wall), sedangkan bagian bawahnya dikenal dengan dinding kaki (footwall).

13

Ada dua jenis gelinciran sesar, satu komponen tegak (dip-slip) dan satu komponen mendatar (strike-slip). Kombinasi kedua-dua gelinciran dikenal sebagai gelinciran oblik (oblique slip).

14

Sesar mendatar, berdasarkan gerak relatifnya terdapat sesar mendatar dekstral (A) atau sinistral (B). Sedangkan sesar transform adalah sesar mendatar yang terjadi antara dua lempeng yang saling berpapasan.

Pada permukaan bidang sesar terdapat gores-garis sesar (slicken-side) yang dicirikan oleh permukaan yang licin, pertumbuhan mineral dan tangga-tangga kecil. Arah pergerakan sesar dapat ditentukan dari arah gores garisnya.

Menurut Anderson (1942) ada tiga kategori utama sesar, yaitu sesar normal atau sesar turun (normal fault), sesar sungkup/sesar naik (thrust fault) dan sesar mendatar (wrench fault atau strike-slip fault).

15

Sesar yang aktif ditunjukkan oleh rayapan akibat gempa bumi dan pecahan dalam tanah. Yang tidak aktif dapat dilihat dari peralihan pada kedudukan lapisan, perulangan lapisan, perubahan secara tiba-tiba suatu jenis batuan, kehadiran milonitisasi atau breksiasi, kehadiran struktur seretan (drag-fault), bidang sesar (fault-plane).

Patahan / sesar adalah struktur rekahan yang telah mengalami pergeseran. Umumnya disertai oleh struktur yang lain seperti lipatan, rekahan dsb. Adapun di lapangan indikasi suatu sesar / patahan dapat dikenal melalui :

a) Gawir sesar atau bidang sesar; b). Breksiasi, gouge, milonit, ; c). Deretan mata air; d). Sumber air panas;

16

e). Penyimpangan / pergeseran kedudukan lapisan; f) Gejala-gejala struktur minor seperti: cermin sesar, gores garis, lipatan dsb.

Sesar dapat dibagi kedalam beberapa jenis/tipe tergantung pada arah relatif pergeserannya. Selama patahan/sesar dianggap sebagai suatu bidang datar, maka konsep jurus dan kemiringan juga dapat dipakai, dengan demikian jurus dan kemiringan dari suatu bidang sesar dapat diukur dan ditentukan.

1. Dip Slip Faults Patahan yang bidang patahannya menyudut (inclined) dan pergeseran

relatifnya berada disepanjang bidang patahannya atau offset terjadi disepanjang arah kemiringannya.

2. Normal Faults Patahan yang terjadi karena gaya tegasan tensional horisontal pada batuan

yang bersifat retas dimana hangingwall block telah mengalami pergeseran relatif ke arah bagian bawah terhadap footwall block.

Sebagai catatan bahwa ketika kita melihat pergeseran pada setiap patahan, kita tidak mengetahui sisi yang sebelah mana yang sebenarnya bergerak atau jika kedua sisinya bergerak, semuanya dapat kita tentukan melalui pergerakan relatifnya.

Untuk setiap bidang patahan yang yang mempunyai kemiringan, maka

dapat kita tentukan bahwa blok yang berada diatas patahan sebagai hanging wall block dan blok yang berada dibawah patahan dikenal sebagai footwall block.

Sesar Normal yang disebabkan oleh gaya tegasan tensional horisontal, dimana hangingwall bergerah kebagian bawah dari footwall.

17

3. Horsts & Gabens Dalam kaitannya dengan sesar normal yang terjadi sebagai akibat dari

tegasan tensional, seringkali dijumpai sesar-sesar normal yang berpasang pasangan dengan bidang patahan yang berlawanan. Dalam kasus yang demikian, maka bagian dari blok-blok yang turun akan membentuk graben sedangkan pasangan dari blok-blok yang terangkat sebagai horst.

4. Reverse Faults

18

Patahan hasil dari gaya tegasan kompresional horisontal pada batuan yang bersifat retas, dimana hangingwall block berpindah relatif kearah atas terhadap footwall block.

5. A Thrust Fault Patahan reverse fault yang kemiringan bidang patahannya lebih kecil

dari 150. . Pergeseran dari sesar Thrust fault dapat mencapai hingga ratusan kilometer sehingga memungkinkan batuan yang lebih tua dijumpai menutupi batuan yang lebih muda.

19

2.8 LIPATAN Lipatan adalah deformasi lapisan batuan yang terjadi akibat dari gaya tegasan

sehingga batuan bergerak dari kedudukan semula membentuk lengkungan. Berdasarkan bentuk lengkungannya lipatan dapat dibagi dua, yaitu:

a). Lipatan Sinklin adalah bentuk lipatan yang cekung ke arah atas, sedangkan b). lipatan antiklin adalah lipatan yang cembung ke arah atas. Berdasarkan kedudukan garis sumbu dan bentuknya, lipatan dapat dikelompokkan

menjadi : 1). Lipatan Paralel adalah lipatan dengan ketebalan lapisan yang tetap.

20

2). Lipatan Similar adalah lipatan dengan jarak lapisan sejajar dengan sumbu

utama.

21

3). Lipatan harmonik atau disharmonik adalah lipatan berdasarkan menerus atau

tidaknya sumbu utama.

22

4). Lipatan chevron adalah lipatan bersudut dengan bidang planar

5). Lipatan isoklin adalah lipatan dengan sayap sejajar