SAP V. TEKSTUR SEDIMEN

1. Pendahuluan

Proses pengangkutan dan pegendapan material hasil erosi akan membentuk

batuan sedimen silisiklastik dan nonsilisiklastik yang beragam. Demikian juga

halnya dengan sifat fisiknya. Sifat fisik batuan sedimen yang penting adalah tekstur

sedimen dan struktur sedimen. Tekstur sedimen merupakan kenampakan batuan

sedimen pada skala kecil yang ditunjukkan oleh ukuran, bentuk, dan orientasi butiran

penyusun batuan sedimen. Tekstur sedimen dibedakan menjadi tekstur sedimen

silisiklastik dan tekstur sedimen nonsilisiklastik.

Tekstur sedimen silisiklastik dihasilkan oleh proses pengendapan secara

mekanik. Proses ini ditunjukkan oleh ukuran butir, bentuk butir (bentuk, kebundaran,

tekstur permukaan), dan fabrik (orientasi butiran dan hubungan antar butiran). Jadi

tekstur sedimen merupakan aspek geometris partikel komponen batuan, termasuk

ukuran, bentuk dan susunan/orientasi butiran sedimen.Tekstur sedimen atau batuan

sedimen sangat penting untuk mengetahui proses transportasi dan sedimentasi

material penyusun batuan sedimen. Tekstur dapat juga membantu dalam interpretasi

lingkungan pengendapan batuan sedimen. Sedangkan tekstur sedimen

nonsilisiklastik dihasilkan oleh proses kimia atau biokimia yang membentuk tekstur

kristalin. Batuan sedimen nonsilisiklastik seperti batugamping dan evaporit dapat

juga terbentuk oleh proses mekanik.

Komponen dari tekstur sedimen klastik adalah ukuran butir, bentuk butir

(bentuk, kebundaran, dan tekstur permukaan), dan fabrik (orientasi butiran dan

hubungan antar butiran). Tekstur sedimen akan mengontrol sifat fisik sedimen

lainnya antara lain densitas, porositas, permeabilitas. Meskipun studi mengenai

tekstur sedimen bukan merupakan hal sangat menarik bagi para ahli sedimentologi,

tetapi tekstur merupakan bidang studi yang sangat penting. Tekstur sedimen dapat

digunakan untuk melakukan interpretasi lingkungan pengendapan batuan sedimen,

dan mekanika transportasi butiran penyusun batuan sedimen.

2. Ukuran butir (grain size)

25

Ukuran butir merupakan sifat dasar dari batuan sedimen silisiklastik dan

merupakan salah satu sifat yang sangat penting dalam pemerian batuan tersebut. Tiga

aspek yang perlu diperhatikan dalam pemerian ukuran butir sedimen adalah, 1)

teknik pengukuran ukuran butir sedimen, 2) metode penyajian data ukuran butir, 3)

kegunaan data ukuran butir.

METODE PENGUKURAN DAN PENYAJIAN UKURAN BUTIR

Skala Ukuran Butir, Partikel sedimen dan batuan sedimen berukuran mulai dari

beberapa mikron sampai beberapa meter. Karena rentang ukuran butir sedimen

sangat lebar, maka skala geometrik atau logaritmik sangat penting daripada skala

linier untuk menggambarkan ukuran butir sedimen.

Banyak klasifikasi ukuran butir sedimen, tetapi yang sangat umum digunakan adalah

klasifikasi ukuran butir yang dibuat oleh Udden pada tahun 1898, dan

disempurnakan oleh Wentworth (1922). Klasifikasi ini merupakan skala geometrik

dan merupakan kelipatan dua atau setengah dari ukuran butir sebelumnya. Klasifikasi

ini mempunyai rentang ukuran butir dari <1/256 mm (0.0039 mm) sampai > 256 mm

dan dibagi menjadi 4 kategori ukuran utama, yaitu lempung, lanau, pasir dan gravel

(Tabel 1)

Modifikasi ukuran butir juga dilakukan dengan menggunakan satuan (phi)

yang sering digunakan dalam ploting grafik dan kalkulasi statistik. Harga satuan

merupakan harga negatif dari logaritma ukuran butir dalam milimeter dengan

bilangan pokok 2.

= - log2 (mm)

Kesetaraan antara satuan phi dengan milimeter dapat dilihat pada Tabel 1. Harga

satuan phi dapat positif atau negatif. Semakin kecil ukuran butir dalam satuan

milimeter, semakin positif dalam ukuran phi. Karena sebagian besar batuan sedimen

berukuran pasir dan lebih kecil dari pasir, maka dipilih harga logaritma negatif,

sehingga batiran sedimen yang berukuran halus mempunyai harga phi yang positif.

Hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam perhitungan.

26

Tabel 1. Klasifikasi ukuran butir sedimen

Metode pengukuran ukuran butir sedimen dan batuan sedimen

Ukuran butir sedimen dapat diukur dengan bermacam cara (Tabel 2).

Penentuan cara pengukuran ukuran butir tergantung pada keperluan studi, rentang

ukuran butir yang diukur, dan derajad konsolidasi dari sedimen atau batuan sedimen.

Partikel butiran yang berukuran besar (pebble, cobble, dan boulder) dapat diukur

secara langsung dengan menggunakan kaliper (jangka sorong). Ukuran butir

biasanya tercermin dari dimensi panjang atau menengah dari partikel sedimen.

Partikel sedimen atau batuan sedimen yang dapat diurai yang berukuran kerikil

sampai lanau diukur dengan menggunakan ayakan. Ayakan yang digunakan sesuai

dengan ukuran ayakan (no. mesh) dengan standard U.S. Standard sieves yang

menunjukkan variasi ukuran dalam milimeter atau dalam phi. Metode pengukuran

27

dengan pengayakan yang diukur adalah dimensi menengah partikel sedimen, karena

yang terukur adalah lolos tidaknya partikel sedimen dari ukuran lubang ayakan.

Partikel yang berukuran granul sampai lanau dapat juga diukur dengan

metode kecepatan pengendapan partikel. Pada metode ini partikel sedimen diukur

dengan membiarkan partikel terendapkan pada tubuh air pada temperatur tertentu ,

dan pengukuran waktu yang dibutuhkan partikel untuk mengendap. Kecepatan

pengendapan partikel tergantung pada bentuk butir. Partikel yang sferikal lebih cepat

terendapkan daripada partikel yang tidak sferikal dengan massa yang sama. Jadi

pengukuran dengan metode ini untuk partikel yang nonsferikal hasilnya tidak sama

dengan pengukuran dengan metode pengayakan.

Ukuran butir partikel lanau halus sampai lempung dapat ditentukan dengan

metode sedimentasi yang didasarkan pada hukum Stoke. Jika kecepatan

pengendapan partikel halus dapat diukur pada temperatur tertentu, maka diameter

partikel dapat ditentukan dengan persamaan matematik sederhana

D = (√V)/(√C)

Dimana D = diameter partikel dalam cm

V = kecepatan pengendapan

C = konstanta,tergantung pada densitas partikel dan densitas dan kekentalan

air

Metode pengukuran partikel halus tersebut disebut metode analisis pipet. Partikel

halus dapat juga diukur dengan alat elektrik yang disebut Coulter counter. Alat ini

pada dasarnya digunakan untuk mengukur sel darah , tetapi dapat digunakan untuk

mengukur ukuran butir yang diameternya antara 0,5 mikron sampai 1 mm.

Penyajian data ukuran butir

Gambar 1 menunjukkan tiga macam grafik yang umum digunakan untuk

penyajian data ukuran butir. Gambar 1A menunjukkan data ukuran butir yang

dihasilkan dari pengayakan. Gambar 1B merupakan grafik histogram yang

digambarkan dengan memplot data persen berat tiap fraksi ukuran butir pada sumbu

ordinat dan ukuran butir pada sumbu absis. Grafik dapat menunjukkan secara

28

langsung distribusi ukuran butir sedimen dan kesergaman ukuran butir. Grafik tidak

dapat digunakan untuk mendapatkan data matematis untuk perhitungan statistik.

Grafik Frekuensi pada dasarnya adalah grafik histogram dengan

menghubungkan titik tengah dari blok histogram (gambar 1B)

Grafik Kumulatif digambar dengan memplot persen berat kumulatif dengan

ukuran butir sedimen. Meskipun grafik kumulatif tidak dapat menunjukkan secara

langsung distribusi ukuran butir seperti halnya grafik histogram dan frekuensi, tetapi

grafik kumulatif sangat berguna untuk perhitungan beberapa parameter statistik.

Grafik ini dapat di plot pada grafik dengan skala ordinat aritmatik (gambar 1C) atau

skala probabilitas logaritma (Gambar 1D). Apabila data ukuran butir diplot pada

skala aritmatik, maka grafik kumulatif yang dihasilkan akan berbentuk huruf S

seperti pada gambar 1C. Keterjalan grafik pada bagian tengah dapat menunjukkan

keseragaman ukuran butir. Grafik yang terjal menunjukkan sortasi yang baik, sedang

grafik yang landai menunjukkan sortasi jelek. Sedangkan apabila ukuran butir diplot

pada skala probabilitas log. Pada distribusi ukuran butir yang normal maka grafik

kumulatif akan berbentuk garis lurus (gambar 1D). Dari beberapa peneliti

menyatakan bahwa bentuk grafik kumulatif pada grafik probabilitas logaritma dapat

menunjukkan mekanika transporasi sedimen. Sehingga bentuk grafik kumulatif dapat

untuk menginterpretasi lingkungan pengendapan batuan sedimen.

Ukuran butir rata-rata

Ada tiga pengukuran matematik untuk rata-rata ukuran butir, yaitu mode,

median dan mean. Mode adalah frekuensi ukuran butir trbanak dari suatu populasi

sedimen. Median merupakan titk tengah (midpoint) dari distribusi ukuran butir.

Harga median merupakan diameter persent 50 dari grafik kumulatif (gambar 2.).

Sedang mean merupakan harga rata-rata arimatik dari semua ukuran butir suatu

sampel. Harga mean dapat dihitung dari harga persentil 16, 50, dan 84 (gambar 2)

Tabel 2. Cara pengukuran ukuran butir sedimen dan batuan sedimen

Type of

Sample

Sample grade Method of Analyses

Manual measurement of

29

Unconsolidated

sediment

(sedimen lepas)

Boulder

Cobbles

Pebbles

Granules

Sand

Silt

Clay

individual grain

Sieving & settling tube

analyses

Pippete analysis,

photohydrometer,

Coulter Counter

Lithified

Sediment

(Batuan

sedimen)

Boulder

Cobbles

Pebbles

Granules

Sand

Silt

Clay

Manual measurement of

individual grain

Thin section measurement

Electrone microscope

Graphical and Mathematical Treatment of Grain Size Data

30

Gambar 1. Metode penggambaran data ukuran butir. A. Tabel data ukuran

butir. B. Grafik histogram dan grafik frekuensi dari data A. C. Grafik

kumulatif dengan ordinat skala aritmatik. D. Grafik kumulatif dengan ordinat

skala probabilitas.

Sortasi

Sortasi merupakan keseragaman butiran pada populasi atau sebaran endapan

sedimen. Harga sortasi sedimen dapat diamati langsung di lapangan dengan

menggunakan kaca pembesar dengan membandingkannya dengan Tabel seperti pada

Gambar 3.

Harga sortasi yang lebih akurat dapat diperoleh dengan perhitungan

matematik dari data analisa ukuran butir. Harga sortasi dari populasi sedimen

31

Gambar 2. Metoda untuk menentukan harga persentil dari grafik kumulatif

dinyatakan dengan harga simpangan bakunya (standard deviasi). Harga standard

deviasi merupakan rentang area sekitar 68 persen pada grafik frekuensi (gambar 4).

Area ini terletak pada area positif dan negatif dari harga rata-rata ukuran butir.

Formula untuk menghitung harga standard deviasi dengan metoda grafik-statistik

dapat dilihat pada tabel di gambar 4. Penentuan keseragaman butir sebaran sedimen

dengan membandingkannya dengan klasifikasi keseragaman butir yang disusun oleh

Folk. Formula untuk menhitung harga-harga standard deviasi dan parameter statistik

lainnya dapat dilihat pada tabel 3. Harga standard deviasi dihitung dengan satuan Ф,

dan selalu dicantumkan dalam harga standard deviasi.

Tabel 3. Formula untuk perhitungan beberapa parameter statistik dengan metode

grafik.

32

Gambar 3. Kenampakan derajat sortasi sedimen

Gambar 4. Grafik frekuensi dengan distribusi normal menunjukkan hubungan antara standard deviasi dengan harga rata-rata (mean).Klasifikasi sortasi menurut Folk (1974)Standard deviasi sortasi

< 0.35 Ф very well sorted0.35 – 0.50 Ф well sorted0.50 – 0.71 Ф moderately well sorted0.71 – 1.00 Ф moderately sorted1.00 – 2.00 Ф poorly sorted2.00 – 4.00 Ф very poorly sorted > 4.00 Ф extreemely poorly sorted

Graphic mean Mx = 16 + 50 + 84 3

Standard Deviasi σ = 84 - 16 + 95 - 5 4 6.6

Skewness SK = ( 84 + 16 - 2 50) + ( 95 + 5 -2 50) 2(84 - 16) 2(95 - 5)

Kurtosis K = ( 95 - 5) 2.44 (75 - 25)

Tidak semua populasi sedimen menunjukkan distribusi normal. Kebanyakan

populasi sedimen menunjukkan distribusi yang tidak normal. Ketidaknormalan

populasi sedimen ini disebut skewness. Pada distribusi normal, harga mode, median

dan mean merupakan satu garis yang berimpit (gambar 5A). Sedangkan

ketidaknormalan populasi atau ketidak simetrisan grafik frekuensi ditunjukkan pada

gambar 5B dan 5C. Formula untuk menghitung harga skewness dapat dilihat pada

tabel 3. Klasifikasi skewnwss dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4 Klasifikasi skewness menurut Folk (1974)

Harga Skewness

>+0.30 strongly fine skewed

33

Gambar 5. Grafik frekuensi yang menunjukkan harga-harga mode, median, dan mean, serta perbedaan antara grafik frekuensi normal dengan tidak normal (asimetri)

+ 0.30 sampai + 0.10

+ 0.10 sampai – 0.10

- 0.10 sampai – 0.30

< -0.30

fine skewed

near symetrical

coarse skewed

strongly coarse skewed

3. Bentuk butiran

Bentuk Butir (particle shape) merupakan morfologi dari suatu partikel

sedimen, yang mencakup hubungan antara ketiga aspek yang berbeda pada buitiran

sedimen. Ke tiga aspek tersebut adalah bentuk keseluruhan (form), kebundaran

(roundness) dan tekstur permukaan. Bentuk umum merupakan gambaran

keseluruhan dari butiran, dan menggambarkan kenampakan tiga dimensi dari butiran

sedimen. Kebundaran umumnya menggambarkan ketajaman bentuk tepi-tepi butiran

sedimen, dan umumnya menggambarkan kenampakan dua dimensi. Sedangkan

tekstur permukaan merupakan kenampakan pada relief permukaan butiran sedimen

seperti goresan dan atau lubang pada permukaan butiran.

3.1 Sferisitas (Kebolaan)

Sferisitas merupakan perbandingan antara bentuk butir partikel sedimen

dengan bentuk bola. Oleh Wadell (1932) secara matematis sferisitas didefinisikan

sebagai perbandingan diameter bola yang mempunyai volume sama dengan volume

butiran sedimen, dengan diameter terkecil bola yang mengelilingi butiran tersebut.

Krumbein (1941 memodifikasi definisi Wadell tersebut menjadi formula:

Ψ = √ ( )

Zingg (1935) mengklasifikasikan bentuk partikel sedimen dengan menggunakan

perbandingan antara DI/ DL, dan DS/ DI, dimana DL adalah diameter terpanjang, DI

diameter menengah, dan DS diameter terpendek (gambar 6)

34

Volume partikel

Volume bole yang mengelilingi partikel

Gambar 6. A.Klasifikasi bentuk butir menurut Zingg (1935).

B Hubungan antara harga sferisitas dengan bentuk butir meurut

Zingg

3.2 Kebundaran

Kecara matematis kebundaran (roundness) didefinisikan sebagai harga

kebundaran rata-rata dari kebundaran setiap tepi butiran sedimen yang diukur pada

bidang datar. Kebundaran setiap sudut butiran merupakan perbandingan radius setiap

sudut dengan radius lingkaran dalam maksimum butiran (Wadell, 1932). Harga

kebundaran menurut Wadell ini digambarkan dengan rumus:

Rw = Σ(r/R) = Σ(r)

N RN

Dimana r adalah jari-jari lingkaran setiap sudut partikel, R adalah jari-jari lingkaran

dalam terbesar, dan N adalah jumlah sudut partikel sdimen. Hubungan antara r dan R

dapat dilihat pada gambar 7.

35

Untuk meentukan harga kebolaan dan kebundaran partikel sedimen yang

berukuran pasir Power (1953) membuat klasifikasi verbal seperti pada gambar 8.

Batas matematis dari klasifikasi verbal Power dapat dilihat pada Tabel 5

Tabel 5. klasifikasi verbal sferisitas dan kebundaran oleh Power (1953)

Klasifikasi Power Klasifikasi Wadell Klasifikasi Folk

Very angulas

Angular

Subangular

Subrounded

Rounded

Well rounded

0.12 – 0.17

0.17 – 0.25

0.25 – 0.35

0.35 – 0.49

0.49 – 0.70

0.70 – 1.0

0.00 – 1.00

1.00 – 2.00

2.00 – 3.00

3.00 – 4.00

4.00 – 5.00

5.00 – 6.00

3.3 Tekstur Permukaan

36

Gambar 7. Metode pengukuran jari-jari lingkaran dalam dari setiap tepi partikel sedimen untuk menentukan harga kebundaran.

Gambar 8. Klasifikasi verbal kebundaran dan kebolaan dari Power (1953)

Permukaan butiran sedimen baik fragmen batuan maupun individu mineral, yang

berukuran kerakal atau lebih kecil mengalami penghalusan, retakan atau goresan.

Kenampakan permukaan butiran tersebut dapat disebabkan oleh proses abrasi pada

waktu proses transportasi, tektonik pada waktu terjadi proses deformasi, korosi atau

pelarutan oleh proses kimia, dan pertumbuhan mineral autigenik pada waktu proses

diagenesis. Kenampakan tekstur permukaan butir sedimen dapat dipelajari dengan

mikroskup binokuler atau dengan mikroskop elektron untuk mendapatkan hasil yang

lebih detil. Tekstur permukaan butiran banyak di teliti pada butiran mineral kuarsa,

karena mineral kuarsa merupakan mineral yang resisten, sehingga memungkinkan

untuk memberikan gambaran pada permukaannya.

Tekstur permukaan lebih mudah mengalami perubahan selama proses

transportasi dan pengendapan aripada kebolaan dan kebundaran butiran. Oleh sebab

itu tekstur permukaan lebih menunjukkan proses transportasi dan kondisi lingkungan

pengendapan butiran sedimen. Meskipun demikian terdapat keterbatasan tekstur

permukaan untuk analisis lingkungan pengendapan, karena tekstur permukaan yang

sama dapat terbentuk pada ligkungan pengendapan yang berbeda.

4. Fabrik

Fabrik merupakan susunan dan orientasi butiran partikel sedimen. Sifat ini

mempengaruhi sifat fisik batuan sedimen seperti densitas, porostas dan permebilitas

batuan sedimen.

4.1 Orientasi butiran

Partikel batuan sediment yang mempunyai bermacam bentuk (platy atau elongated),

cenderungterendapkan dengan orientasi tertentu. Butiran yang berbentuk platy

cenderung berorientasi sejajar dengan bidang perlapisan batuan sediment.

Kebanyakan orientasi partikel sediment, baik yang berukuran pasir maupun

pebble,yang diendapkan oleh aliranfluida cenderung sejajar dengan arah arus.

Orientasi butiran sediment tersebut dipengaruhi oleh proses transportasi dan

pengendapannya dan kondisi hidrolika di tempat pengendapannya.)

4.2 Hubungan antar butiran

37

Sedimen dengan sortasi jelek memiliki harga porositas dan permeabilitas yang lebih

rendah dibandingkan pada sediment dengan sortasi yang lebih baik. Hal ini

disebabkan karena pada sediment dengan sortasi jelek memungkinkan partikel yang

ukurannya lebih kecil dapat mengisi rongga antar butiran yang ukurannya lebih

besar, sehingga sediment tersebut akan lebih kompak.. Harga porositas juga akan

menurun ketika sediment mengalami kompaksi pada saat proses diagenesis.

Pertanyaan latihan

1. Apa yang dimaksud tekstur sediment dan sifat fisik apa saja yang termasuk

dalam tekstur sediment.

2. Sebut dan jelaskan sifat fisik apa saja yang dikontrol oleh tekstur sediment.

3. Tuliskan dengan lengkap klasifikasi ukuran butir sediment.

4. Tuliskan metode-metode pengukuran ukuran butir sediment dan batuan

sediment.

5. Apa yang dimaksud dengan sortasi, dan bagaimana menentukan harga sortasi

dari suatu endapan sediment.

6. Uraikan kegunaan dilakukannya interpretasi ukuran butir sediment dan

batuan sediment.

7. Jelaskan Bagaimana menentukan bentuk partikel sediment yang berukuran

gravel dan pasir.

8. Jelaskan faktor-faktor yang menentukan bentuk partikel sediment dan batuan

sediment.

38