BAB VPETROLOGI BATUAN SEDIMEN KLASTIKA

Proses pelapukan akan memecah dan memisahkan bebatuan menjadi bagian yang lebih kecil, kemudian diangkut oleh berbagai media dan pada akhirnya diendapkan dalam suatu cekungan dengan lingkungan pengendapan tertentu. Hasil akhir yang berupa endapan ini akan mengalami proses diagesis atau pembatuan, yang membuat endapan tersebut mengeras dan padu.

Ada suatu anggapan bahwa endapan atau sedimen adalah sesuatu benda dalam suatu cairan yang bergerak turun dan berada pada dasar dimana cairan itu berada. Akan tetapi difinisi ini tidak sesuai lagi bagi endapan dengan media transportasi angin atau eolian dan endapan yang terbentuk dan diendapkan pada tempat yang sama (tidak mengalami transportasi), seperti terumbu koral. Lebih tepatnya, sedimen adalah suatu akumulasi benda yang berada pada suatu dasar media transportasi atau pembentuknya. Seperti telah diketahui bahwa media transportasi dapat berupa cairan, angin, udara, gravitasi atau es.

Berdasarkan asalnya (genesa), batuan sedimen dapat dikelompokan menjadi 5:

1. sedimen kimia, terbentuk langsung dari penguapan suatu cairan seperti gypsum, garam dan sebagian batugamping;

2. sedimen organik, disusun oleh sisa kehidupan baik binatang maupun tetumbuhan, contohnya batugamping cangkang dan batubara;

3. sedimen sisa, ini merupakan sisa pelapukan, contohnya laterit dan bouxit;

4. sedimen terigen, dimana partikelnya ditranspor dari tempat lain, contohnya batulanau, batupasir dan konglomerat;

5. sedimen piroklastika, hasil endapan gunungapi, seperti tuf, pasir gunungapi dan aglomerat.

Ke lima kelompok sedimen ini dapat digolongkan kembali menjadi 2, yakni sedimen klastika (allochthonous) dan sedimen non-klastika (autochthonous). Sedimen klastika mengalami transportasi dari tempat asalnya ke dalam lingkungan dimana terendapankan. Sedangkan sedimen non-klastika adalah batuan sedimen yang tidak mengalami transportasi. Dengan kata lain sedimen non-klastika terbentuk dan terendapkan di lingkungan yang sama.

Batuan sedimen dibentuk oleh berbagai komponen, yang dapat digolongkan atas:1. Terrigenous siliciclatic particles: semua partikel yang berasal dari

daratan, berukuran dari lempung sampai krakal. Umumnya berkomposisi silikat (kuarsa, feldspar dan mika).

2. Material kimia/biologis: ini berasal dari proses kimia dan biologis dalam cekungan sediment itu sendiri. Termasuk di dalamnya adalah hasil ekstraksi air dalam cekungan yang menghasilkan mineral seperti

20

gipsum, kalsit, dan apatit, juga cangkang karbonat dan silika dari organisme.

3. Material karbonan: terdiri atas sisa tetumbuhan (darat dan laut) dan binatang serta bitumen yang terkarbonkan.

4. Material authigenic: umumnya mineral yang terbentuk pada waktu proses diagenesis berlangsung. Jadi mineral ini terbentuk “segera” setelah terjadi pengendapan batuan.

Batuan sedimen klastika dibentuk oleh 3 unsur, yakni komponen (fragmen atau kepingan atau butir), matriks dan semen. Komponen merupakan unsur yang berukuran lebih besar dalam batuan sedimen (Gambar 5.1), sedangkan matriks mempunyai ukuran lebih kecil dari 0,03mm (Boggs, 1992). Semen merupakan unsur yang berada di antara komponen dan berfungsi sebagai pengikat komponen dan matriks. Semen ini terbentuk setelah terjadi pengendapan (post deposition). Pori adalah ruang kosong yang tidak ditempati oleh butir, matriks maupun semen.

5.1 TeksturTekstur merupakan pokok bahasan (subyek) yang sangat penting

dalam batuan sedimen. Pemerian secara lengkap dan rinci tekstur batuan sedimen akan sangat membantu dalam interpretasi lingkungan dan proses pengendapan serta kondisi batuan asal atau induknya. Pada hakekatnya tekstur menggambarkan tentang keadaan fisik kepingan (fragmen) dan hubungan yang terjadi diantara kepingan. Dalam beberapa hal tertentu, tekstur difinisikan sebagai aspek geometri dari kepingan suatu batuan. Ada tiga faktor yang sangat penting dalam tekstur, yakni: besar butir, bentuk butir dan fabrik (hubungan antar butir). Bentuk butir terdiri atas bentuk butiran itu sendiri, kebundaran butir dan tekstur permukaan atau rona mikro dari butiran.

21

matriks

semen

pori/rongga

butir

Gambar 5.1: Unsur batuan sedimen klastika yang umumnya terdiri atasbutir atau fragmen, matriks, semen dan pori atau sarang.

5.1.A Ukuran butirUkuran butir merupakan salah satu dari ciri batuan sedimen yang

sangat penting. Pada batuan sedimen klastik ukuran butir berkisar dari ukuran lempung sampai bongkah. Para ahli batuan sedimen pada umumnya sangat memperhatikan tiga aspek dari ukuran butir (Boggs, 1995):a. cara mengukur ukuran butir dan bagaimana menyajikannya,b. metoda analisa data ukuran butir yang umumnya sangat banyak, dan

bagaimana menyajikannya dalam statistik sehingga mempermudah interpretasinya,

c. asal-muasal yang signifikan dari semua data itu.Pada tahun 1922, C.K.Wenworth memperkenalkan suatu skala

(sekarang terkenal dengan nama skala Wenworth) yang sekarang dipakai sebagai standar ukuran butir (Tabel 5.1).

Walaupun sudah ada skala besar butir dari Wentworth tetapi untuk menggambarkan statistik dengan baik ukuran butir yang begitu beragam untuk batuan sedimen masih mengalami kesulitan. Hal lebih disebabkan karena ukuran batuan sedimen magnitut dari setiap kelas berbeda dan juga lebih disebabkan umumnya ukuran butir merupakan bilangan pecahan dalam milimeter. Hal ini tentu menyulitkan dalam penggambaran dalam grafik. Ini dapat dihindari dengan cara memakai logaritma. Phi () adalah skala logaritma yang didasarkan pada rumus:

-log2S

dimana adalah ukuran phi dan S merupakan ukuran butir dalam milimeter. Dalam Tabel 5.1 tampak bahwa peningkatan nilai negatif phi menunjukkan peningkatan nilai ukuran dalam milimeter. Sebaliknya, peningkatan nilai positif phi menunjukkan penurunan ukuran dalam milimeter.

Pada umumnya ukuran butir sedimen akan semakin halus searah dengan transportasi, sebaliknya akan semakin kasar ke arah asal sedimen. Ukuran butir juga akan semakin halus sejalan dengan menurunnya energi. Energi yang lebih kuat akan membawa butir yang lebih besar, sebaliknya energi yang lebih lemah membawa butir yang lebih kecil.

Pemilahan atau sortasi butir batuan sedimen adalah kisaran ukuran butir di sekitar ukuran rata-rata. Di lapangan atau di laboratorium pemilahan butir dapat diketahui dengan memakai lensa pembesar atau di bawah mikroskop dengan acuan gambar baku (Gambar 5.2).

22

Menurut Folk (1974), pemilahan dipengaruhi oleh beberapa faktor utama:1. kisaran ukuran butir sedimen yang memasok lingkungan

pengendapan, misalnya jika ombak menghantam pantai yang dibentuk oleh sedimen glasial dengan butiran dari lempung sampai bongkah, maka sedimen pantai juga akan mempunyai pemilahan yang jelek; atau suatu sungai beraliran putar (turbulen) yang melewati suatu singkapan batupasir yang mudah lepas dan mempunyai pemilahan baik, maka endapan gosong sungai akan mempunyai pemilahan yang baik pula;

2. tipe pengendapan, daerah bean spreading dimana arus bekerja secara kontinue pada lapisan yang tipis akan terbentuk sedimen berpemilahan jauh lebih baik dibandingkan pada daerah city-dump dimana sedimen seperti ditumpahkan ke bawah dan secara cepat ditimbun dengan sedimen lainnya.

Tabel 5.1: Ukuran butir batuan sedimen berdasarkan skala Wenworth dan kesebandingan dengan phi ().

AYAKAN (standard Amerika)

MILIMETER Phi () KETERANGAN

4096 -12Bongkah (boulder)

1024 -10 256 256 - 8 64 64 - 6 Berangkal

(cobble)GRAVEL 16 - 4 Kerakal

(pebble) 5 4 4 - 2

Kerikil (granule) 6 3,36 - 1,75 7 2,83 - 1,5 8 2,38 - 1,25 10 2,00 2 - 1,0 12 1,68 - 0,75 14 1,41 - 0,5 Pasir sangat

kasar 16 1,19 - 0,25 (very coarse

sand) 18 1,00 1 0,0 20 0,84 0,25 25 0,71 0,5 Pasir kasar 30 0,59 0,75 (coarse sand)

PASIR (SAND)

35 0,50 1/2 1,00

40 0,42 1,25 45 0,35 1,5 Pasir sedang 50 0,30 1,75 (medium sand) 60 0,25 1/4 2,0 70 0,210 2,25 80 0,177 2,5 Pasir halus100 0,149 2,75 (fine sand)120 0,125 1/8 3,0140 0,105 3,25

23

170 0,088 3,5 Pasir sangat halus

200 0,074 3,75 (very fine sand)230 0,0625 1/16 4,0270 0,053 4,25325 0,044 4,5 Lanau kasar

0,037 4,75 (coarse silt)LANAU (SILT)

0,031 1/32 5,0

0,0156 1/64 6,0 Lanau sedang0,0078 1/128 7,0 Lanau halus0,0039 1/256 8,0 Lanau sangat

halus0,0020 9,00,00098 10,0

LEMPUNG 0,00049 11,0 Lempung (clay)(CLAY) 0,00024 12,0

0,00012 13,00,00006 14,0

24

Sangat baikSangat jelek

Gambar 5.2: Derajad pemilahan (Boggs, 1995)

BaikJelek

3. sifat arus, arus yang relatif konstan akan menghasilkan pemilahan yang lebih baik dibandingkan dengan arus yang mempunyai kekuatan yang berfluktuasi sangat besar dari lemah sampai kuat.

5.1.B Bentuk butirBentuk butir (shape) merupakan uraian yang mencakup morfologi butiran, termasuk bentuk keseluruan (form), kebundaran (roundness) dan tekstur permukaan dari suatu butiran atau kepingan (fragmen). Bentuk umum merupakan gambaran keseluruhan dari butir, sehingga akan menggambarkan secara tiga demensi suatu butiran. Kebundaran umumnya diukur dari ketajaman bentuk ujung dari suatu butiran, umumnya hanya digambarkan dalam dua demensi. Sedangkan tektur permukaan mengacu pada relief permukaan suatu butir, seperti goresan dan lobang pada permukaan butiran. Perubahan dari bentuk butir ini

25

Gambar 5.3: Hubungan antara bentuk umum (form), kebundaran (roundness)

dan tekstur permukaan (surface texture).

Gambar 5.4: Derajad kebundaran (Boggs, 1995)

dapat disebabkan oleh abrasi terjadi pada waktu transportasi atau pelarutan atau sementasi pada waktu diagenesa. Hubungan antara bentuk umum, kebundaran dan tekstur permukaan dapat dilihat pada Gambar 5.3, sedangkan derajad kebundaran pada Gambar 5.4.

5.1.C FabricFabrik merupakan sifat dari sekumpulan butir yang dipengaruhi

oleh orientasi butir dan kemasan atau packing. Kemasan terutama dipengaruhi oleh ukuran butir, bentuk butir dan derajat kekompakan. Orientasi butir dan kemasan ini mempengaruhi sifat batuan sedimen secara keseluruhan seperti berat jenis, kesarangan (porositas) dan kelulusan (permeabilitas).

Butiran dari batuan sedimen dapat berbentuk kepingan (platy) atau bulat lonjong (Boggs, 1995). Ke dua bentuk ini mempunyai kecenterungan orientasi yang berbeda, yang kepingan akan cenderung terbaring sejajar dengan bidang perlapisan atau permukaan pengendapan. Sedangkan butiran lonjong, sumbu terpanjangnya cenderung sejajar dan mengarah ke tempat tertentu. Orientasi butir ini sangat tergantung dari proses transportasi dan pengendapan, serta kecepatan arus dan kondisi lainnya di tempat pengendapannya.

Jika suatu butiran batuan sedimen mempunyai bentuk memanjang dengan salah satu ujungnya tumpul, seperti tetesan air mata, maka bagian tumpul inilah yang merupakan bagian yang lebih stabil dibandingkan ujung lainnya. Sehingga ujung tumpul ini akan mengarah asal arus atau ujung yang lebih runcing ke arah aliran arus. Pasir dapat membentuk struktur pergentengan (imbrikasi) dengan sumbu panjangnya membentuk sudut kecil (kurang 20o) dengan arah asal arus (Boggs, 1995).

5.2 Porositas dan permeabilitasSeperti telah diterangkan di depan bahwa batuan sedimen klastik

umumnya terdiri atas butir, matriks dan semen. Di samping itu batuan sedimen sering kali mempunyai lubang atau pori yang tidak ditempati oleh butir, matriks atau semen. Pori pori ini sangat penting artinya dalam eksplorasi minyak bumi dan air tanah. Para ahli geologi yang mendalami minyak bumi (petroleum geologist) dan air tanah (geohydrologist) sangat sadar pentingnya sifat-sifat pori ini.

5.2.A DifinisiKesarangan atau porositas dari suatu batuan adalah perbandingan

antara jumlah total pori dan total volume, mudahnya

Total poriKesarangan = ---------------- X 100%

Total volume

Kesarang yang dihasilkan dari rumus ini sering disebut kesarangan mutlak (absolute porosity). Para ahli geologi yang berkecimpung dalam

26

minyak bumi dan air tanah lebih senang dengan kesarang efektif (effective porosity), yakni perbandingan antara jumlah pori-pori yang saling berhubungan dan volume keseluruhan.

5.2.B Jenis KesaranganKlasifikasi kesarangan yang ditampilkan dalam Tabel 5.2

menunjukkan bahwa kesarangan dapat dikelompokan menjadi dua: kesarangan primer yang terbentuk pada waktu proses pengendapan batuan atau segera setelah pengendapan dan kesarangan sekunder yang tumbuh setelah proses pengendapan berlangsung. Kesarangan primer dipengaruhi oleh 5 faktor penting, yakni besar butir, pemilahan, bentuk butir, kebundaran dan kemasan.

a. Kesarangan antar butir (intergranular)Kesarangan antar butir adalah ruang (space) yang terdapat di antara butir-butir dalam batuan sedimen (Gambar 5.5a). Kesarangan jenis ini sangat penting dalam batuan sedimen dan hadir pada hampir semua batuan sedimen. Meningkatnya diagenesa batuan biasanya diikuti menurunnya porositas jenis ini.

b. Kesarangan dalam butir (intragranular)Dalam batuan karbonat kesarangan hadir dalam butir atau kepingan batuan. Ini dapat berupa rongga yang ada pada fosil seperti moluska, koral, briozoa dan fosil renik lainnya seperti foraminifera (Gambar 5.5b). Kesarangan jenis ini akan cepat menurun setelah proses diagenesis berlangsung.

c. Kesarangan antar kristal (intercrystalline)Kesarangan antar kristal terbentuk di antara individu kristal (Gambar 5.5c). Porositas jenis ini sering dijumpai pada batuan sedimen evavorasi, batuan beku dan batuan malihan. Sering juga dijumpai pada batuan sedimen yang mempunyai pertumbuhan kristal baik seperti dolomit. Fenestral adalah ruang primer pada kemasan batuan sedimen lebih besar dari celah pada batuan yang dikuasi butir (grain-supported). Kesarangan jenis ini sangat umum dijumpai pada batuan karbonat, tidak saja pada karbonat berukuran pasir, tetapi juga batuan halus dari endapan lagun atau intertidal. Dehidrasi, litifikasi dan keluarnya gas kehidupan mengakibatkan perarian (laminae) mengkerut, sehingga membentuk fenestral di antara perarian.

Tabel 5.2: Klasifikasi kesarangan

JENIS MULAJADIa. Antar butir (intergranular) atau

I Primer antar partikel (interparticle) Sedimentasib. Dalam butir

27

(intragranular) atauantar partikel (intraparticle)

c. Antar kristal (intercrystalline)

Sementasi

d. Fenetral Sementasi

II Sekunder

e. Moldic Pelarutan

f. Vuggy Pelarutang. Retakan (fragture) Gerakan tektonik,

kompaksi atau dehidrasi

d. Kesarangan fenestral (Gambar 5.5d)Umumnya ditemukan pada batuan karbonat dan terbentuk karena dehidrasi, litifikasi dan pengeluarag gas; sehingga membentuk rongga mendatar.

e. Kesarangan moldic (Gambar 5.5e)Mold adalah pori atau rongga yang disebabkan oleh pelarutan butir atau fragmen, umumnya akibat sementasi. Pelarutan dapat terjadi secara terpilih, hanya pada satu jenis butir. Sehingga kesarangan moldic ini dapat dibagi lagi, misalnya oomoldic, dan pelmoldic atau biomoldic.

f. Kesarangan vuggy (Gambar 5.5f)Seperti halnya kesarangan moldic, kesarangan vuggy terbentuk pada batuan karbonat. Kesarangan ini dibedakan dengan kesarangan moldic, karena vuggy memotong fabrik pengendapan primer dari batuan. Kesarangan vuggy cenderung lebih besar dari kesarangan moldic.

28

aa

ba

ca

da

ea

ga

f

h

Gambar VI.5: Berbagai jenis kesarangan, a. antar butir, b. dalam butir, c. antar kristal, d. fenetral, e. moldic, f. vuggy, g. retakan dan h. stromatactis (Selley, 1988).

g. Kesarangan retakan (fragture)Kesarangan jenis ini terbentuk oleh retakan, umumnya dalam batuan getas (brittle), yang disebabkan oleh beberapa faktor, di antaranya tektonik.

h. Kesarangan stromatactisKesarangan stromatactis banyak ditemukan pada lereng “gundukan lumpur” (mudmound) Pleozoik di seluruh dunia (Sellet, 1988),dengan panjang sekitar 10 cm dan tinggi 1-3 cm.

5.2.C Kelulusan (permeabilitas)Pada dasarnya kelulusan adalah kemampuan suatu batuan yang sarang untuk dilalui cairan atau mudahnya kemampuan batuan untuk meloloskan suatu cairan. Istilah ini diperkenalkan oleh Henri Darcy pada tahun 1856. Rumus yang terkenal dengan Rumus Darcy, adalah

Q= K(P1 – P2)AL

dimana Q = kecepatan aliranK = kelulusanP1- P2 = tekanan yang berkurang sepanjang media LA = luas penampangkeketalan (viskositas) cairan

Kelulusan kuantitatif harus diukur di laboratorium, sedangkan kelulusan kualitatif (jelek, sedang dan baik) dapat dilihat dilapangan dengan meneteskan air pada batuan.

29

5.3. KLASIFIKASI BATUAN SEDIMEN KLASTIK

Secara genetis batuan sedimen berasal dari: kimia, organik, residu, terigen dan piroklastika. Akan tetapi batuan beberapa pengarang tidak memasukan batuan yang berasal dari kegiatan gunungapi (piroklastika) ke dalam batuan sedimen. Sedangkan Boggs (1992) membagi batuan sedimen berdasarkan unsur pokok yang membentuknya: terigen-silisiklastik (terrigeneous siliciclastic sediments), kimia/bio-kimia, karbonan dan autigenik.

1. Unsur terigen-silisiklastik. Proses di daratan baik pada ledakan gunungapi maupun penyusunan kembali batuan kemudian akan terlapukan dan menghasilkan kepingan berukuran lempung sampai brangkal yang terdiri atas satu mineral atau lebih (yang disebut batuan). Mineral yang dihasilkan biasanya bersusunan silika: kuarsa, felsfar dan mika. Sedangkan kepingan batuan dapat berupa batuan sedimen, malihan, beku ataupun gunungapi. Kedua jenis kepingan yang berasal dari darat ini kemudian diendapkan pada suatu cekungan. Karena sebagian besar berupa kepingan dari darat dan umumnya mempunyai komposisi silika maka disebut sedimen terigen-silisiklastik (terrigeneous siliciclastic sediments). Batuan sedimen yang terbentuk dari endapan seperti ini adalah konglomerat, batupasir, batulempung dan serpih (lihat Tabel 5.3).

2. Unsur kimia/biokimia. Dalam suatu cekungan sedimen, proses kimia dan biokimia dapat membentuk batuan. Proses ekstraksi dari unsur yang terlarut dalam air cekungan dapat membentuk mineral seperti kalsit, gipsum dan apatit. Sedangkan sisa kehidupan dapat berupa cangkang, baik yang bersusunan karbonat maupun silika. Kemudian mineral dan/atau sisa kehidupan ini dapat membentuk batuan sedimen yang unsur utamanya berasal dari dalam cekungan itu sendiri (intrabasinal sedimentary rocks), seperti batugamping, rijang, garam dan fospor.

3. Unsur karbonan. Residu karbonan dari tetumbuhan darat dan laut, binatang, bersama dengan bitumen membentuk sedimen karbonan. Material karbonan lembab dari sisa kayu tetumbuhan merupakan pembentuk utama dari sebagian besar batubara. Sisa sapropelik (sapropelic residues) dari spora, polen, pito- dan zooplankton serta serpihan maseral tetumbuhan dapat membentuk batubara jenis cannel dan oilshale.

4. Unsur autigenik. Mineral yang terbentuk dari presipitasi larutan dalam pori-pori batuan sedimen selama proses diagenesa unsur sekunder atau autigenik, sebagai contoh kuarsa, fedlspar, lempung, kalsit, gipsum, barit dan hematit. Unsur jenis ini tidak pernah menjadi unsur utama membentuk batuan sedimen.

Tabel 5.3: Kalsifikasi batuan sedimen (Boggs, 1992)

KOMPOSISI KELOMPOK UKURAN UNSUR UTAMA TIPE BATUAN

30

31