BATUAN SEDIMEN
Oleh :Arif Susanto
GL 2042 - PETROLOGI
Batuan sedimen : batuan hasil pengendapan baik yang berasal dari hasil
- sedimentasi mekanis (hasil rombakan batuan asal), - sedimentasi kimiawi (hasil penguapan larutan), maupun - sedimentasi organik (hasil akumulasi organik).
Batuan sedimen hasil sedimentasi mekanis terbentuk dalam suatu siklus sedimentasi yang meliputi pelapukan, erosi, transportasi, sedimentasi dan diagenesa.
Proses pelapukan yang terjadi dapat berupa pelapukan fisik maupun kimia. Proses erosi dan transportasi terutama dilakukan oleh media air, angin atau es. Terbentuk di permukaan bumi, di bawah kondisi tekanan dan temperatur rendah.
BATUAN SEDIMEN
SIKLUS BATUAN
SIKLUS BATUAN
SIKLUS
BATUAN
Batuan sedimen sangat banyak jenisnya Tersebar sangat luas (± 75% dari luas permukaan bumi) Ketebalan beberapa centimeter sampai beberapa kilometer.Golongan batuan sedimen utama serta proses-proses pembentukannya (Koesoemadinata, 1985).
Komponen pembentuk batuan sedimen klastik :
• Butiran (grain) : butiran klastik yang tertransport yang berupa mineral, fosil atau fragmen batuan (litik).
• Masa dasar (matrix) : berukuran lebih halus dari butiran (< 0,03 mm) dan diendapkan bersama-sama dengan butiran.
• Semen (cement) : material berukuran halus yang mengikat butiran dan matrik, diendapkan setelah fragmen dan matrik,
contoh : semen karbonat, silika, oksida besi, lempung, dll.
Komponen pembentuk batuan sedimen klastik : butiran (clasts),
masa dasar (matrix), dan semen (semen oksida besi berwarna coklat kemerahan)
Tekstur batuan sedimen : segala kenampakan yang menyangkut butir
sedimen seperti besar butir, kebundaran, pemilahan dan kemas. Tekstur batuan sedimen mempunyai arti penting karena mencerminkan proses yang telah dialami batuan tersebut (terutama proses transportasi dan pengendapanannya) dan dapat digunakan untuk
menginterpretasikan lingkungan pengendapan batuan sedimen.
• Besar Butir (Grain Size) • Pemilahan (Sorting) • Kebundaran (Roundness) • Kemas Butiran (Grain Fabric) • Textural Maturity
TEKSTUR SEDIMEN
Transportasi Sedimen dan Ukuran Butir SedimenLaut Darat
§ Ukuran dan bentuk butir adalah fungsi dari jarak dan mekanisme tranportasi § Dua jenis mekanisme transportasi: arus traksi dan arus turbit (viskositas tinggi)
§ Transportasi dari sedimen menyebabkan pembundaran dengan cara abrasi dan pemilahan (sorting).
§ Nilai kebundaran dan sorting sangat tergantung pada ukuran butir, jarak transportasi dan proses pengendapan.
TRANSPORTASI BUTIRAN
Klasifikasi besar butir sedimen (Udden-Wentworth Scale)
Besar butir (grain size) :
ukuran/diameter butiran, yang merupakan unsur utama dari batuan sedimen klastik, yang berhubungan dengan tingkat energi pada saat transportasi dan pengendapan.
Besar butir ditentukan oleh :
• Jenis pelapukan : kimiawi (butiran halus), mekanis (butiran kasar) • Jenis transportasi • Waktu/jarak transportasi • Resistensi
Konglomerat Breksi Batupasir Kuarsa Batupasir Arkose Batupasir Greywacke Batulanau Serpih Batulempung (Kaolinit)
Komparator besar butir
Pemilahan/sorting :
derajat keseragaman besar butir. • terpilah sangat baik • terpilah baik • terpilah sedang • terpilah buruk • terpilah sangat buruk
Kebundaran/roundness :
tingkat kebundaran atau ketajaman sudut butir, yang mencerminkan tingkat abrasi selama transportasi.
Kebundaran dipengaruhi oleh komposisi butir, besar butir, jenis transportasi, jarak transportasi dan resistensi butir. • very angular (sangat menyudut), • angular (menyudut), • sub angular (menyudut tanggung), • sub rounded (membundar tanggung), • rounded (membundar) • well rounded (sangat membundar)
Kemas/fabric :
sifat hubungan antar butir di dalam suatu masa dasar atau diantara semennya, sebagai fungsi orientasi butir dan packing.
Kemas secara umum dapat memberikan gambaran tentang arah aliran dalam sedimentasi serta keadaan porositas dan permeabilitas batuan. • Kemas terbuka (bila butiran tidak saling bersentuhan)
• Kemas tertutup (bila butiran saling bersentuhan)
Porositas :
perbandingan antara volume rongga dengan volume total batuan (dinyatakan dalam persen).
Porositas dapat diuji dengan meneteskan cairan (air) ke dalam batuan. • porositas baik (batuan menyerap air)
• porositas sedang (di antara baik-buruk) • porositas buruk (batuan tidak menyerap air).
Jenis-jenis porositas : intergranular, microporosity, dissolution dan fracture
Immature Submature Mature Supermature
Sorting Extremely poorly sorted to very poorly sorted Poorly sorted to moderately sorted Moderately well sorted to well sorted Very well sorted
Grain Size Very coarse or
bigger Coarse Medium Medium Roundness Angular Subangular Rounded Well rounded
Warna
Warna pada batuan sedimen mempunyai arti yang penting karena mencerminkan komposisi butiran penyusun batuan sedimen dan dapat digunakan untuk menginterpretasikan lingkungan pengendapan.
Warna batuan merah menunjukan lingkungan oksidasi Warna batuan hitam atau gelap menunjukan lingkungan reduksi. Secara umum warna pada batuan sedimen dipengaruhi oleh :
• Warna mineral pembentuk batuan sedimen, contoh : bila mineral pembentuk batuan sedimen didominasi oleh kuarsa maka batuan akan berwarna putih (misal batupasir quartz arenite).
• Warna matrik atau semen, contoh : bila matriks/semen mengandung oksida besi, maka batuan akan berwarna coklat kemerahan.
• Warna material yang meyelubungi (coating material), contoh : batupasir kuarsa yang diselubungi oleh glaukonit akan berwarna hijau
• Derajat kehalusan butir penyusunnya, contoh : pada batuan dengan komposisi sama jika makin halus ukuran butir maka warnanya akan cenderung lebih gelap.
Kekompakan : sifat fisik dari batuan.
Beberapa istilah yang dipakai dalam kekompakan batuan • Dense : sangat padat
• Hard : keras dan padat
• Medium hard : agak keras tetapi masih dapat digores dengan jarum baja • Soft : lunak, mudah tergores dan dipecahkan.
• Friable : keras tetapi dapat diremas dengan tangan • Spongy : berongga
Macam-macam Struktur primer batuan sedimen Struktur sedimen termasuk ke dalam struktur primer yaitu struktur yang terbentuk pada saat pembentukan batuan (pada saat sedimentasi).
Pembagian struktur sedimen : • Struktur Sedimen Pengendapan • Struktur Sedimen Erosional • Struktur Sedimen Pasca Pengendapan • Struktur Sedimen Biogenik.
STRUKTUR SEDIMEN
Depositional Sedimentary Strucures
Contoh : Paralel Bedding/Lamination,
Current Ripples, Dunes, Cross-Stratification, Antidunes and Antidune Bedding Wave formed Ripples and Cross-Lamination Hummocky Cross-Stratification,
Wind-Ripples, Dunes, Draas and Aeolian Cross-Bedding Gradded Bedding
Mudcrack
Erosional Sedimentary Strucures
Contoh : Flute Marks/Flute Cast, Groove Marks, Gutter Cast, Imapck Marks, Channels and Scours
Post-Depositional Sedimentary Strucures
Contoh : Convolute Bedding, Load Cast, Ball-and-Pillow Structures, Dish-and-Pillar Structure, Stylolites
Biogenic Sedimentary Strucures
Contoh : Trace Fossils : - Tracks and Trails; Burrows - Resting, Crawling and Grazing Traces Dwelling, Feeding and Escape Burrows Boring, Stromatolites
STRUKTUR SEDIMEN
Adalah struktur sedimen yang terjadi pada saat pengendapan batuan sedimen.
Perlapisan/Laminasi
Perlapisan : bidang kesamaan waktu yang dapat ditunjukan oleh perbedaan besar butir atau warna dari bahan penyusunnya.
Perlapisan bila tebalnya >1 cm dan laminasi bila tebalnya <1 cm.
• Perlapisan/laminasi sejajar (Paralel Bedding/Lamination) : bentuk lapisan/ laminasi batuan yang tersusun secara horisontal dan saling sejajar satu dengan yang lainnya. • Perlapisan/laminasi silang siur (Cross Bedding/Lamination) : bentuk lapisan/ laminasi yang terpotong pada bagian atasnya oleh lapisan/laminasi berikutnya dengan sudut yang berlainan dalam satu satuan perlapisan.
• Perlapisan bersusun (Graded Bedding) : perlapisan batuan yang dibentuk oleh gradasi butir yang makin halus ke arah atas (normal graded bedding) atau gradasi butir yang makin kasar ke arah atas (reverse graded bedding). Normal graded bedding dapat dipakai untuk menentukan top atau bottom lapisan batuan.
• Gelembur gelombang (current ripple) : bentuk permukaan perlapisan bergelombang karena adanya arus sedimentasi.
Mud crack : bentuk retakan poligonal pada permukaan lapisan lumpur (mud). Rain mark : kenampakan pada permukaan sedimen karena tetesan air hujan.
Contoh lain : Current Ripples, Dunes, Cross-Stratification, Antidunes and Antidune Bedding, Wave formed Ripples and Cross-Lamination, Hummocky Cross-Stratification, Wind-Ripples, Dunes, Draas and Aeolian Cross-Bedding, dll.
Struktur Sedimen Pengendapan (Depositional Sedimentary Strucures)
Cross bedding : a. tabular set, b. wedge set, c. trough set,
d. hummocky cross bedding.
Ripple structures : a. linguoid curret ripples, b. transverse curret ripples, e. oscilation (wave) ripples, f. ripple-drift bed.
Depositional Sedimentary Structures
Paleodunes, UT, by Dr. R.L. Armstrong.
Cretaceous cross beds near Garibaldi Lake, B.C..
Well developed mudcracks. Mudcrack is an irregular fracture in a crudely polygonal pattern, formed by the shrinkage of clay, silt, or mud, generally in the course of drying under the influence of atmospheric surface condition. Jindong Formation Gyeongsang Basin Photo courtesy of Dr. JI Lee
As sediment is carried from a high energy environment into a low-energy environment, the heaviest particles will be the first to settle out, followed by progressively lighter and lighter particles. The structure that results is called graded bedding.
Parallel laminations (where the upper and lower contacts are approximately parallel) can result from
- settling from suspension - deposition in a low energy environment - laminar flow (water flowing in a planar way)
This photograph shows detail of ripples on Joulter's Cay ooid shoal. Note the rounded crestlines and variable plan morphology of the ripples. Ripples are superimposed on low dunes oriented roughly perpendicular to ripple crest orientation. Ripple spacing approximately 100mm.
Photo on the right shows wave ripple marks preserved in the 1.7 billion year old Kombolgie sandstone, Australia
Jurasic Aeolian Dunes Modern Aeolian Dunes
Adalah struktur sedimen yang terjadi akibat proses erosi pada saat pengendapan batuan sedimen.
• Flute cast : struktur sedimen berbentuk seruling dan terdapat pada dasar suatu lapisan, dapat dipakai untuk menentukan arus purba.
• Groove Marks, Gutter Cast, Impack Marks, Channels and Scours, dll
Struktur Sedimen Erosional (Erosional Sedimentary Strucures)
Flute casts, in the Jurassic Fernie Formation, B.C.
Casts pada bagian bawah lapisan : a. pointed flute casts, b. bulbous flute casts, c. groove casts, d. penampang flute mark, e. penampang impact mark.
Struktur Sedimen Pasca Pengendapan (Post-Depositional Sedimentary Strucures)
Adalah struktur sedimen yang terjadi setelah pengendapan batuan sedimen. • Load cast : struktur sedimen terbentuk pada permukaan lapisan akibat pengaruh beban sedimen di atasnya. • Convolute Bedding: bentuk liukan pada batuan sedimen akibat proses deformasi. • Sandstone dike : lapisan pasir yang terinjeksikan pada lapisan sedimen di atasnya akibat proses deformasi.
• Contoh lain : Ball-and-Pillow Structures, Dish-and-Pillar Structure, Stylolites, dll.
Convolute laminations on Saltspring Island, B.C. Load casts in Creston Formation, B.C.
Convolute bedding appears as highly
contorted, folded and disrupted layers. Stylolites are irregular surfaces that commonly appear as dark, jagged lines on exposed surfaces of carbonate rock (and rarely on other sedimentary rock types). Their origin is usually attributed to solution that occurs after the host rock was formed. The dark layers are insoluble
residues.
Adalah struktur sedimen yang terjadi akibat proses biogenik/organisme. • Fosil Jejak (Trace Fossils) :
- Tracks (jejak berupa tapak organisme) - Trails (jejak berupa seretan bagian tubuh organisme) - Burrows (lubang atau bahan galian hasil aktivitas organisme) - Mold (cetakan bagian tubuh organisme)
- Cast (cetakan dari mold)
- Resting, Crawling and Grazing Traces Dwelling, Feeding and Escape Burrows • Boring : lubang akibat aktivitas pengeboran organisme pada lapisan batuan (batuan relatif lebih keras dibandingkan pada burrows).
Struktur Sedimen Biogenik (Biogenic Sedimentary Strucures)
Hubungan trace fosil terhadap fasies sedimen dan zona kedalaman di lautan
Biogenic Sedimentary Structures
Stromatolite is an organosedimentary structure produced by sediment trapping, binding, and/or precipitation as a result of the growth and metabolic activity of micro-organisms, principally cyanophytes (blue-green algae).
It has a variety of gross forms, from nearly horizontal to markedly columnar, domal, or subspherical. Western Hill, China. Photo courtesy of Dr. JI Lee
Bioturbation illustrating churning and stirring of sediment by organisms after sedimentation. Ordovician Mungok Fm. Yeongweol Area Photo courtesy of Dr. JI Lee
Grazing trails are traces left by organisms as they move along the sediment surface.
Burrows are irregular to cylindrical filled depressions or tubes produced by
Klasifikasi Batuan Sedimen Klastik
Berdasarkan ukuran besar butirnya dibagi menjadi 2 :
• Batuan sedimen detritus (klastik) halus : batulempung, batulanau dan serpih.
• Batuan sedimen detritus (klastik) kasar : batupasir, konglomerat dan breksi. Tekstur :
Ukuran butiran (pasir 0.125 - 2.00 mm), Bentuk butiran (menyudut, membundar, dll.),
Sorting (very well, well, moderately, poorly, very poorly sorted)
Kemas butiran (mencakup orientasi, grain packing, grain contact, hubungan butiran dan matriks),
Textural maturity, Porositas, permeabilitas, Struktur sedimen. Textural maturity :
Texturally immature sediment : matriks dominan, sortasi buruk, butiran menyudut.
Texturally mature sediment : matriks sedikit,, sortasi sedang-baik, butiran membundar tanggung-membundar.
BATUPASIR
Komposisi :
butiran (fragmen batuan/litik, kuarsa, felspar, dan mineral-mineral lainnya), matrik dan semen.
Klasifikasi batupasir
Parameter : butiran (stabil dan tak stabil) : kuarsa, felspar, fragmen litik matriks lempung (hasil rombakan atau alterasi batuan) kehadiran matriks lempung : arenit (matriks < 15%)
wacke (matriks > 15%)
Pembagian secara umum (Gilbert, 1982; Pettjohn, 1987; dan Folk, 1974) : batupasir kuarsa, batupasir arkose, batupasir litik, batupasir greywacke.
Klasifikasi Batupasir (Gilbert, 1982) Klasifikasi Batupasir (Gilbert, 1953) Klasifikasi Batupasir (Pettijohn, 1987) Klasifikasi Batupasir (Folk, 1970) Contoh:
suatu batupasir mempunyai Kuarsa (Q) = 40% Felspar (F) = 20% Litik (L) = 10% Mika = 10% Fosil = 5% Matrik = 10% Semen = 5% Jumlah mineral Q + F + L = 40% + 20% + 10% = 70% Prosentase Q = 40/70 x 100% = 57,1% Prosentase F = 20/70 x 100% = 28,6% Prosentase L = 10/70 x 100% = 14,3% Q F L
Bila diplot pada diagram hasilnya adalah batupasir feldspathic arenite Feldspathic Arenite Lithic Arenite Quartz Arenite
Kenampakan yang penting untuk mendiskripsi batuan ini adalah jenis klastik yang hadir dan tekstur batuan tersebut.
Berdasarkan asal-usul klastik penyusun konglomerat dan breksi :
- Klastik intraformasi, berasal dari dalam cekungan pengendapan, banyak fragmen mudrock atau batugamping mikritik yang dilepaskan oleh erosi atau pengawetan sepanjang garis pantai.
- Klastik ekstraformasi, berasal dari luar cekungan pengendapan dan lebih tua dari pada sedimen yang melingkupi cekungan tsb.
Jenis konglomerat berdasarkan macam klastik :
- Konglomerat polimiktik : terdiri dari bermacam-macam jenis klastik yang berbeda. - Konglomerat monomitik/oligomiktik : terdiri dari satu jenis klastik.
Untuk interpretasi mekanisme pengendapan konglomerat harus dideskripsikan teksturnya (apakah teksturnya clast-supported conglomerates atau matrix-supported conglomerates), bentuk, ukuran dan orientasi fragmen batuan, ketebalan dan geometri lapisan dan struktur sedimen.
Konglomerat dan breksi terutama diendapkan pada lingkungan glasial, alivial fan dan braided stream. Konglomerat yang re-sedimen diendapkan dalam lingkungan deep water biasanya berasosiasi dengan turbidit.
KONGLOMERAT DAN BREKSI
KONGLOMERAT DAN BREKSI
Konglomerat berdasarkan litologi fragmen (clast) dan jenis kemas (fabric support) dapat diklasifikasikan menjadi 4 : igneous-clast conglomerates, sedimentary-clast conglomerates, metamorphic-clast conglomerates dan polymict conglomerates.
Klasifikasi konglomerat (Boggs, 1992).
Mudrock adalah istilah umum untuk batuan sedimen yang disusun terutama oleh partikel berukuran lanau-lempung, mineral lain mungkin juga hadir. Mudrock diendapkan terutama dalam lingkungan river floodplain, lake, low energy shoreline, delta, outer marine shelf dan deep ocean basin. Untuk klasifikasi batuan sedimen klastik selain mengunakan klasifikasi besar butir menurut Wentworth, juga dapat menggunakan klasifikasi berdasarkan komposisi atau besar butir dari penyusun batuan sedimen yang sudah ditentukan lebih dahulu.
MUDROCK
Klasifikasi batuan sedimen klastik berbutir halus (Picard, 1971).
Batuan Sedimen Evaporit
Batuan sedimen ini terbentuk oleh proses sedimentasi kimiawi. Batuan ini terbentuk pada suatu lingkungan danau atau laut yang tertutup dan dengan tingkat penguapan yang tinggi sehingga terbentuk endapan dari larutan garam yang menguap tersebut.
Batuan sedimen evaporit terdiri dari : • Gypsum : garam CaSO4xH2O • Anhidrit : garam CaSO4 • Halit (batugaram) : garam NaCl
Batuan Sedimen Silika
Batuan sedimen ini terbentuk oleh gabungan proses organik dan proses kimiawi untuk penyempurnaan pembentukan batuan.
Batuan sedimen silika yang umumnya diendapkan pada lingkungan laut dalam, terdiri dari flint, rijang, fosforit, radiolarit dan tanah diatomea).
Batuan Sedimen Organik (Batubara)
Batuan sedimen ini terbentuk oleh proses sedimentasi organik, yang terbentuk dari hasil akumulasi tumbuh-tumbuhan.
Tumbuh-tumbuhan yang hidup di rawa-rawa ini, bila mati terakumulasi dan dengan cepat tertimbun oleh lapisan sedimen yang tebal sehingga tidak memungkinkan terjadi pelapukan dan kemudian mengalami pembatubaraan, akan membentuk batubara.
Coal is composed mainly of carbon (50-98%), hydrogen (3-13%) and oxygen, and smaller amounts of nitrogen, sulphur and other elements. It also contains a little water and grains of inorganic matter that remain as a residue known as ash when coal is burnt.
Berbagai proses mikrobiologi, fisika, dan kimia yang terjadi selama proses pembatubaraan, berkontribusi terhadap rangking/jenis-jenis batubara. Batubara dapat dibedakan jenisnya berdasarkan kematangannya dan variasi komposisi carbon sebagai debu kering bebas, volatile, nilai kalori dan vitrinite reflectane di dalam minyak yaitu :
Rangking Batubara Carbon (%) Volatile (%) Kalori (kJ/gr) Vitrinite Reflectane
Peat Lignit Sub-bituminous coal Bituminous coal Semi-anthracite Anthracite Graphite < 50 60 75 85 87 90 > 95 > 50 50 45 35 25 10 < 5 15-25 25-30 31-35 30-34 30-33 0.3 0.5 1.0 1.5 2.5
Coal Rank
The degree of 'metamorphisrn' or coalification undergone by a coal, as it matures from peat to anthracite, has an important bearing on its physical and chemical properties, and is referred to as the 'rank' of the coal.
Low rank coals, such as lignite and sub-bituminous coals, are typically softer, friable materials with a dull, earthy appearance; they are characterised by high moisture levels and a low carbon content, and hence a low energy content. Higher rank coals are typically harder and stronger and often have a black vitreous lustre. Increasing rank is accompanied by a rise in the carbon and energy contents and a decrease in the moisture content of the coal. Anthracite is at the top of the rank scale and has a correspondingly higher carbon and energy content and a lower level of moisture.
Coal Types
Geologists also classify coal types according to the organic debris, called macerals, from which the coal is formed. Macerals are identified
(microscopically) by reflected light - the reflective or translucent properties of the coal indicating the individual component macerals and the way they have combined to form the coal.
The purpose of classifying coal in this way is to determine its best uses. There is a finite supply of the resource and, therefore, type and chemical composition must be matched to the most suitable end use.
The mineral or inorganic content of coal is another significant factor affecting end use. Mineral content is assessed by burning coal and measuring the amount of incombustible material remaining, referred to as the ash content of coal.
Keterangan : x : sifat yang selalu dimiliki - : sifat yang tidak dimiliki
x/- : sifat yang bisa dimiliki atau tidak dimiliki x* : yang dideskripsi adalah pembentuk batuan tersebut.
Prosentase Butiran
No. Batuan Warna : warna yang representatif
Tekstur : Ukuran Butiran, Pemilahan, Kebundaran Butiran, Kemas, Kontak Antar Butiran
Butiran : Jenis (Fragmen Litik, Mineral, Fosil), Prosentase Matrik/Semen : Jenis (Karbonat, Silika, Oksida Besi), Prosentase
Struktur Sedimen : Perlapisan/Laminasi (Strike-dip, Tebal), Gradded Bedding, Cross Bedding, Load/Flute Cast, Organic Tracks & Trails, Organic Burrow, Mud Crack, dll. Porositas : Baik (menyerap air), Sedang (diantara baik-buruk), Buruk (Tidak
menyerap air); Kekompakan : getas, kompak, lunak, keras, dll.
Nama Batuan: Batu lempung, Batulanau, Batupasir Halus/Sedang/Kasar (Arenite/ Wacke), Konglomerat, Breksi, dll.
Pencampuran batuan : karbonatan, karbonanan, tufan
Batupasir sedang karbonatan (Calcareous Feldspathic Arenite), abu-abu-putih kecoklatan, berukuran pasir sedang (0,3-0,45 mm), terpilah baik, membundar-membundar tanggung, kemas tertutup, butiran terdiri dari kuarsa, felspar, fragmen granit, matrik berupa lempung, silika dan karbonat, struktur sedimen paralel dan cross laminasi, porositas sedang, kompak. Kuarsa (70%) 0,3-0,45 mm, putih, membundar-membundar tanggung. Felspar (15%) 0,4 mm, putih-abu-abu, membundar.
Fragmen granit (10%) 0,3-0,4 mm, putih-abu-abu, membundar-membundar tanggung.
Matrik (5%) <1-2 mm, putih kecoklatan-abu-abu, berupa lempung, silika dan karbonat.
PEMERIAN BATUAN – PRAKTIKUM PETROLOGI
Nama : Asep Kelompok : Senin 10.00-12.00 NIM : 12003001 Asisten : Kabayan
Gambar batuan 15 cm
25 cm Paralel Laminasi
