DIAGENESIS

DIAGENESIS

1. PENDAHULUAN

Material sedimen yang baru terendapkan dicirikan oleh material lepas, tidak kompak, porositas tinggi, dan kandungan air yang tinggi pula. Pengendapan yang terus berlangsung, terutama bersamaan dengan penurunan cekungan sedimentasi, menyebabkan sedimen yang lebih muda akan memberikan tekanan pada sedimen dibawahnya. Proses ini akan diiringi oleh perubahan sifat fisik dan kimia sedimen akibat tekanan dan perubahan temperatur pada lingkungan yang semakin dalam. Perubahan tersebut akan menyebabkan terjadinya proses kompaksi dan litifikasi pada material sedimen sehingga terjadilah perubahan, dari material sedimen lepas menjadi batuan sedimen. Semua proses yang mengakibatkan perubahan sedimen menjadi batuan sediment, disebut proses diagenesis. Proses diagenesis terjadi pada temperatur dan tekanan yang lebih tinggi dari temperatur dan tekanan pada proses pelapukan, tetapi lebih rendah dari kondisi proses metamorfisme. Meskipun demikian tidak diketahui batas yang pasti antara proses diagenesis dengan proses metamorfisme (Gambar1).

Proses diagenesis dimulai ketika adanya aktivitas organik atau awal dari proses sementasi ketika material sedimen masih di dasar cekungan sedimentasi. Komposisi mineral asal, kemungkinan mengalami perubahan karena terjadinya reaksi kimia yang mengakibatkan terjadinya penggantian mineral, terbentuknya mineral baru dan pelarutan mineral. Proses-proses tersebut mengakibatkan perubahan tekstur batuan, struktur, komposisi dan porositas batuan sedimen. Porositas awal endapan sedimen dapat mengalami perubahan karena adanya proses yang berlangsung selama proses diagenesis. Porositas awal akan mengalami penurunan karena adanya proses kompaksi dan sementasi. Sedangkan peningkatan porositas awal disebabkan oleh adanya proses pelarutan dari mineral-mineral yang tidak stabil.

2. PROSES DIAGENESIS

Proses diagenesis dapat disebabkan oleh proses fisika, kimia, dan biologi. Bermacam proses diagenesis dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 1. Alterasi sedimen akibat aktivitas organik merupakan proses awal dari proses diagenesis. Kompaksi merupakan proses fisika yang terjadi segera setelah material sedimen mengalami penimbunan dan berlanjut terus sampai ke tempat yang lebih dalam. Proses sementasi merupakan proses kimia yang dapat terjadi pada awal proses diagenesis dan dapat terus berlanjut pada waktu material sedimen mengalami penimbunan dan pengangkatan.

Tabel 1. Proses-proses diagenesis yang mengubah komposisi mineral dan sedimen

menjadi batuan sedimen.

Aktivitas Organisme

Aktivitas organisme terjadi pada awal proses diagenesis segera setelah material sediment mengalami pengendapan. Aktivitas organisme akan mempercepat atau memacu terjadi proses diagenesis lainnya. Organisme yang menyebabkan proses ini dapat merupakan organisme yang sangat kecil (mikrobia) atau organisme yang besar (bioturbasi).

Bioturbasi, merupakan proses pada endapan sedimen oleh organisme seperti burowing, boring. Kebanyakan bioturbasi terjadi pada sedikit dibawah permukaan pengendapan, setelah pengendapan material sedimen dengan kedalaman beberapa puluh sentimeter. Proses ini akan membentuk kenampakan yang khas pada batuan sediment yang disebut struktur sediment.

Aktifitas mikrobia. Aktivitas jasad renik sangat berhubungan dengan proses dekomposisi material organik. Proses dekomposisi material organik akan mempengaruhi pH dan Eh air pori sehingga mempercepat terjadinya reaksi kimia dengan mineral penyusun sediment. Aktivitas mikrobia ini antara lain fermentasi, respirasi, pengurangan nitrat, mangan, besi, sulfat dan pembentukan gas methan. Proses ini akan menghasilkan bermacam senyawa seperti gas CO2, N, PO4, amonia, bikarbonat, H2S, gas metane, dan pelepasan ion logam (Fe dan Mg).

Proses Diagenesis Fisika

Kompaksi merupakan proses penyusunan kembali butiran sedimen sehingga menghasilkan hubungan antara butiran yang lebih rapat. Hasil dari proses kompaksi adalah

Penurunan porositas dan permeabilitas sedimen

Pengeluaran fluida dari pori antar butiran

Penipisan perlapisan

Proses kompaksi pada material sedimen silisiklastik terutama yang berukuran pasir, dan sedimen karbonat banyak diminati oleh para sedimentologist, karena batupasir dan batugamping merupakan batuan reservoir minyak bumi yang sangat penting.

Proses kompaksi sedimen silisiklastik

Secara teori, proses kompaksi pada sedimen lisiklastik dengan bentuk butir yang membundar akan menurunkan porositas dari sekitar 48% menjadi sekitar 26% (Gambar 2). Tetapi karena bentuk butir sedimen pasir dan lumpur di alam tidak beraturan, sehingga perubahan porositas akibat kompaksi sulit untuk diperkirakan. Proses kompaksi pada pasir sangat tergantung pada porositas dan orientasi awal, ukuran butir, bentuk butir, keseragaman butiran, dan komposisi partikel sedimen.

Dengan banyaknya faktor yang berpengaruh pada proses kompaksi menyebabkan sangat sulit untuk mengeneralisir penurunan porositas akiat proses kompaksi. Pada material sedimen yang berbutir halus (lumpur), proses ini dapat menyebabkan penurunan kandungan air dan porositas dari 60 80 % menjadi 10 15%.

Proses kompaksi pada batuan karbonat

Pengurangan ketebalan lapisan sampai 50%

Penurunan porositas awal dari 65 70% menjadi 35 45% pada kedalaman sekitar 350 meter.

Proses Diagenesis Kimia

Proses diagenesis kimia merupakan reaksi yang komplek antara batuan dan cairan yang terdapat di dalam lubang antar butiran (pori-pori). Ada beberapa macam proses diagenesis kimia, yaitu, sementasi, autogenetik, rekristalisasi, inversi, replacement, dan dissolution (Tabel 1).

Sementasi

Proses sementasi merupakan pembentukan mineral baru dalam pori batuan oleh proses presipitasi. Proses ini dapat juga terjadi karena adanya penambahan unsur kimia pada butiran mineral penyusun sedimen sehingga menyebabkan mineral tersebut semakin bertumbuh. Semen dapat mengisi semua lubang pori batuan, sehingga dapat menurunkan porositas batuan menjadi nol. Semen juga mengikat material sedimen, dan proses sementasi merupakan proses kimia yang menyebabkan terjadinya proses pembatuan. Proses sementasi terjadi terutama pada tingkat awal hingga pertengahan proses diagenesis, atau dapat juga terjadi pada akhir atau bahkan setelah terjadinya proses pengangkatan batuan sedimen. Proses sementasi yang terjadi lebih awal dapat mengurangi proses pemadatan mekanik sedimen, kecuali semen yang terbentuk mengalami pelarutan kembali.

Pada batupasir, semen dapat diamati dengan baik pada sayatan tipis batuan dengan menggunakan mikroskop polarisasi. Mineral kalsit dan kuarsa merupakan semen yang sangat umum pada batupasir atau batuan silisiklastik lainnya. Sedang mineral lain yang dapat menjadi semen pada batupasir antara lain aragonit, dolomit, siderit, chert, opal, hematit, felspar, anhidrit, gipsum, barit, mineral zeolit, dan mineral lempung.

Pada batuan karbonat proses sementasi juga merupakan fenomena yang sangat menarik. Bersama dengan proses rekristalisasi, proses sementasi merupakan proses yang menyebabkan terjadinya litifikasi pada batuan karbonat. Mineral aragonit, dolomit dan kalsit merupakan mineral yang umum sebagai semen dalam batuan karbonat. Pada waktu proses diagenesis, mineral aragonit mengalami alterasi menjadi mineral kalsit dengan bertambahnya waktu, sehingga semen kalsit umumnya terdapat pada batugamping yang berumur tua.

Autogenetik

Pada pengertian yang luas, autigenetik merupakan semua proses, termasuk proses sementasi dan replacement, yang mengakibatkan terbentuknya mineral baru didalam sedimen atau batuan sedimen. Tetapi pada proses diagenetik, autigenetik merupakan proses pembentukan mineral baru, selain proses sementasi dan replacement. Mineral baru ini terbentuk akibat proses kristalisasi larutan atau alterasi dari mineral atau fragmen batuan. Ada enam (6) proses pembentukan mineral baru dalam sedimen, yaitu

1. Pembentukan mineral pirit dari mineral yang mengandung besi pada kondisi reduksi. Proses ini biasanya berasosiasi dengan batupasir dan batulunpur yang berwarna gelap dan kaya material organik.

2. Pembentukan mineral hematit dan limonit dari mineral yang mengandung besi karena porses oksidasi.

3. Pembentukan mineral-mineral biotit, muskovit, klorit, ilit, dan glokonit dari alterasi mineral lempung

4. Alterasi mineral felspar dan membentuk mineral lempung dan muskovit yang berbutir halus.

5. Alterasi debu vulkanik yang membentuk mineral smektit dan zeolit.

6. Pembentukan mineral kuarsa dan felspar autigenik.

Penggantian (Replacement)

Proses penggantian (replacement) merupakan proses pelarutan mineral atau sebagian mineral pada waktu terjadinya proses diagenesis, dan terjadinya proses kristalisasi mineral baru yang berbeda komposisinya pada tempat mineral yang mengalami pelarutan. Tekstur dan struktur awal pada umumnya tidak mengalami perubahan (terawetkan). Contoh yang baik adalah proses pembentukan fosil kayu (petrified wood). Proses penggantian mineral pada proses diagenesis merupakan proses yang sangat umum terjadi pada batuan sedimen silisiklastik maupun sedimen karbonat. Proses ini dikontrol oleh pH, Eh, temperatuir, tekanan, dan kehadiran ion lainnya didalam larutan.

Inversi

Proses penggantian mineral oleh bentuknya yang lain biasanya terjadi pada mineral yang polimorf (mineral dengan komosisi kimia sama tetapi bentuknya berbeda). Contohnya adalah perubahan mineral aragonit (CaCO3 ortorombik) menjadi kalsit (CaCO3 rombohedral). Contoh lain adalah perubahan dari opal A (SiO2 amorf), menjadi opal CT yang mengandung kristobalit (SiO2 ortorombik), kemudian tridimit (SiO2 tetragonal), dan akhirnya menjadi kuarsa (SiO2 rombohedral). Proses ini biasanya bersama-sama dengan proses rekristalisasi.

Rekristalisasi

Proses ini sering dikacaukan dengan pengertian proses penggantian (replacement) dan inversi. Tetapi pada pengertian yang lebih sempit, rekristalisasi merupakan proses perubahan ukuran dan bentuk kristal mineral tanpa perubahan yang berarti pada komposisi kimianya. Oleh sebab itu akibat rekristalisasi, tekstur dan struktur awal mineral mengalami perubahan total. Proses rekristalisasi dapat terjadi pada semua batuan sedimen, tetapi proses ini sangat umum pada batuan sedimen nonsilisiklastik, terutama batuan karbonat.Contohnya perubahan dari lumpur karbonat menjadi batugamping kristalin kasar. Oolit menjadi mosaik kristal yang kasar.

Pelarutan

Proses pelarutan merupakan proses diagenesis yang penting yang menyebabkan meningkatnya porositas dan penipisan lapisan batuan sediment, terutama pada batuan yang mudah larut seperti batuan karbonat dan evaporit. Proses ini dikontrol oleh pH, Eh, temperatur, tekanan, tekanan parsial CO2, komposisi kimia dan ionik strengh. Proses pelarutan juga dikontrol oleh porositas dan permeabilitas awal, mineralogi dan ukuran butir sedimen

Material yang paling mudah larut dalam batupasir adalah semen kalsit, sehingga efek utama dari proses pelarutan adalah penghilangan semen. Proses ini disebut desementasi. Mineral metastabil pada batupasir seperti felspar, fragmen batuan dan mineral berat, dapat juga mengalami proses pelarutan. Proses ini disebut intrastratal solution.

Proses pelarutan semen dan sebagian mineral-mineral tidak stabil dalam batupasir merupakan proses penting terbentuknya porositas sekunder batupasir. Porositas primer batupasir akan mengalami penurunan sampai nol karena proses penimbunan dan sementasi sampai kedalaman lebih dari 3000 meter. Tetapi porositas sekunder akan bertambah karena proses pelarutan semen kalsit dan berkurangnya mineral tidak stabil pada kedalaman lebih dari 7000 meter (gambar 3)

3. LINGKUNGAN PROSES DIAGENESIS

Tekanan pada lingkungan proses diagenesis

Pembebanan sediment pada sediment di bawahnya akan meningkatkan tekanan pada sediment seperti halnya peningkatan tekanan fluida yang terdapat pada lubang antar butiran. Tekanan yang dihasilkan dari pembebanan ini menyebabkan batuan akan mengalami diagenesis. Tekanan yang diakibatkan oleh pembebanan ini disebut geostatic pressure atau lithostatic pressure. Perubahan geostatic pressure karena perubahan kedalaman disebut geostatic gradient. Besarnya geostatic gradient bervariasi tergantung dari densitas material penyusun lapisan yang menjadi beban. Akibat peningkatan lithostatic pressure selama proses diagenesis, adalah proses pemadatan dan berkurangnya nilai porositas sediment. Tekanan ini juga mempengaruhi stabilitas mineral, sehingga mineral penyusun sediment dapat lenyap dan atau terjadinya pembentukan mineral autigenik. Tekanan fluida terjadi karena peningkatan berat dari fluida yang terdapat di dalam rongga pori antar butiran dan peningkatan besarnya karena bertambahnya kedalaman, tergantung pada densitas dari fluidanya. Tekanan fluida ini disebut hydrostatic pressure, dan peningkatannya karena kedalaman disebut hydrostatic gradient. Peningkatan tekanan fluida menakibatkan larutnya gas-gas yang terdapat di dalam pori antar butiran. (Gambar 4)Temperatur proses diagenesis.

Gradient temperature. Penumpukan sediment disertai dengan peningkatan temperature sekitar 20 - 30C setiap kedalaman I km. Peningkatan temperature dengan bertambahnya kedalaman dikenal dengan gradient temperature (geothermal gradient). Besarnya gradient temperature di setiap tempat tidak sama mulai dari yang sangat rendah sekitar 5C/km sampai yang paling ekstrim sekitar 65C/km. Gradient temperature yang tinggi terdapat pada daerah dengan aktivitas vulkanik yang tinggi, pada system rift, dan di sepanjang pematang lantai dasar samudera. Sedang harga gradient temperature yang rendah terdapat pada palung laut dalam, dan yang nilainya menengah terdapat pada daerah non vulkanik pada kerak benua.

Komposisi kimia, pH, dan Eh airtanah.

Pengukuran langsung harga pH dan Eh air tanah sulit dilakukan, sehingga pengukuran nya sering dilakukan pada air hasil pemboran. Harga pH dan Eh dari air pemboran ini tidak sepenuhnya benar, karena adanya kontaminasi maupun proses oksidasi, dan lepasnya gas yang terkandung di dalamnya. Harga pH kebanyakan air formasi berkisar antara 7 sampai 9. Meskipun tidak ada data yang akurat mengenai hubungan antara pH dengan kedalaman, tetapi harga pH cenderung meningkat dengan meningkatnya kedalaman. Peningkatan harga pH ini disebabkan oleh lepasnya ion hidrogen dari air pori yang masuk ke dalam mineral selama proses diagenesis. Naiknya pH juga disebabkan karena meningkatnya temperatur air pori, meskipun tidak begitu jelas apakah meningkatnya pH terjadi pada semua peningkatan kedalaman atau pada setiap peningkatan temperatur. Harga Eh lebih sulit untuk diketahui dari pada pH. Hal ini disebabkan karena kebanyakan air permukaan mengalami oksidasi, dan air tersebut mengalami sirkulasi sampai kedalaman tertentu, sehingga air bawah tanah yang berasal dari air permukaan diasumsikan juga mengalami oksidasi. Sebaliknya air bawah permukaan yang berasal dari air konat, merupakan air yangterjebak pada pembentukan batuan sediment, telah tersimpan lama di dalam formasi batuan, sehingga sudah tidak berhubungan dengan atmosfer. Beberapa air konat, terutama yang berhubuingan dengan minyak bumi mempunyai nilai Eh yang negative. Nilai Eh negatif juga dijumpai pada serpih yang kaya bahan organik dan pada lapisan batubara.

Komposisi kimia air bawah tanah pada lingkungan diagenesis sangat berbeda dengan komposisi air laut dan air tawar di permukaan. Komposisi air bawah tanah tergantung pada beberapa faktor yang dapat berubah tergantung pada proses diagenesis, juga pada perbedaan cekungan sedimentasi, dan kedalamannya. Faktor-faktor yang mengontrol komposisi kimia air bawah permukaan adalah, 1. komposisi air yang terdapat pada cekungan sedimentasi, 2. interaksi airtanah dengan batuannya, 3. percampuran air tanah dengan air tanah dari tempat lain yang berbeda komposisinya pada saat migrasi air melalui pori antar butiran. 4. KONTROL UTAMA PROSES DIAGENESIS

Komposisi mineral awal. Selain kondisi lingkungan proses diagenesis, perubahan komposisi mineral akibat proses diagenesis tergantung pada komposisi awal sediment sebelum mengalami proses diagenesis. Sediment yang kaya material vulkanik dan feldspar akan mengandung mineral autigenik klorit dan monmorilonit yang kaya magnesium, besi, kalsium, dan potassium. Sebaliknya mineral autigenik dari batupasir kuarsa adalah kaolinit dan kuarsa.Komposisi kimia air pada lingkungan pengendapan. Lingkungan pengendapan batuan sediment kehadiran macam mineral autigenik di dalam batuan sediment. Air bawah tanah yang mengisi pori antar butiran pada waktu sediment terendapkan, akan mengkristal dan membentuk mineral autigenikTatanan tektonik. Kondisi fisika dan kimia lingkungan bawah permukaan yang mengontrol proses diagenesis tergantung pada letak cekungan sedimentasi pada tatanan tektoniknya. Tatanan lempeng tektonik yang berasosiasi dengan proses diagenesis termasuk mid-ocean ridges, trailing edge continental margins, subduction zones, continent-to-continent collision zones, rift valleys, dan interplate settings.5. AKIBAT DARI PROSES DIAGENESIS

Proses diagenesis menyebabkan terjadinya variasi tekstur, komposisi mineral, sifat fisika, dan sifat kimia batuan sediment.Perubahan utma akibat proses diagenesis dapat dikelompokkan menjadi perubahan sifat fisikanya, perubahan komposisi mineral, dan perubahan sifat kimia batuan sediment.Perubahan sifat fisik

Sifat fisik yang mengalami perubahan selama proses diagenesis adalah tekstur. Proses diagenesis yang menyebabkan perubahan tekstur antara lain bioturbation, kompaksi, sementasi, dan pelarutan. Perubahan komposisi mineral

Perubahan komposisi mineral yang terjadi selama proses diagenesis dihasilkan dari proses sementasi, autigenik, replacement, inversion, dan solution. Tergantungb dari prosesnya, mineral penyusun sediment akan hilang atau terbentuknya mineral yang baru. Meskipun demikian perubahan mineralogy akibat proses diagenesis tidak selalu dapat dikenali dengan mudah. Hanya semen pada batuan sediment yang mudah dikenali karena mengisi pori antar butiran.

Perubahan sifat kimia

Perubahan komposisi mineral batuan sediment selama proses diagenesis diiringi dengan perubahan komposisi kimia batuan sediment Beberapa senyawa kimia dalam sedimen dapat mengalamai penambahan atau hanya perubahan yang terjadi pada komponen penyusun sedimen itu sendiri. Seperti misalnya kalsium atau silika bertambah karena proses sementasi selama diagenesis atau kah penambahan itu disebabkan karena terjadinya pelarutan mineral karbonat atau silikat penyusun sediment itu sendiri. Oleh sebab itu sangat sulit menghitung jumlah perubahan komposisi kimia sediment karena tidak diketahui dengan pasti komposisi awal sediment tersebut. Oleh sebab itu para sedimentologist tidak menggunakan kom,posisi kimia batuan sediment untuk mempelajari lingkingan pengendapan dan provenance batuan sediment.

Gambar 1. Diagram yang

menggambarkan hubungan antara tekanan dan temperatur yang mengontrol proses diagenesis dan metamorfisme

Gambar 2. Diagram yang menggambarkan perubahan porositas sedimen pasir mulai dari porositas awal 50% (A), 40% (B), 30% (C), dan terakhir 20% (C) akibat proses kompaksi.

Gambar 3. Perubahan porositas primer dan sekunder pada batupasir karena perubahan kedalaman.

Gambar 4. Nilai rata geothermal gradient, geostatic pressure gradient, dan hydrostatic pressure gradient.

PAGE 70