PETROLOGI

PENDAHULUAN

– Batuan (rock) vs batu (lithology)– Petrologi vs petrografi– Struktur ion vs bentuk, belahan, resistensi– Sifat-sifat umum batuan beku, sedimen, metamorf– Geologi dan petrologi– Problema petrologi– Ruang lingkup studi petrologi

1. PetrologiDefinisi :

Petrabatuan (Rocks) termasuk batu (lithology, stone)(asal-usul / origin dan kejadian / general of occurrence)Logos

2. PetrografiDefinisi :

Petra GrafosBagian petrologi (tool)

STRUKTUR ION

I. Tetrahedra bebas (SiO4)-4

Struktur nesosilikat Forsterit : Mg2 SiO4

II. Tetrahedra ganda (Si2 O7)-6

Struktur sorosilikat

Hemimorfit : Zn4 Si2 O7 (OH)2 H2O

III. Tetrahedra cincin (Si4 O12)-8

Struktur cincin siklosilikat

III. Tetrahedra cincin (Si3 O9)-6

Struktur cincin siklosilikat Beril : Be3 Al2 Si6 O18

(SiO3)-2

Struktur rantai tunggal inosilikatAugit : Ca (Mg, Fe, Al) Piroksen : (Al, Si)2 O6

(Si4O12)-6

Struktur rantai ganda inosilikatAmfibol : Na Ca2 (Mg, Fe, Al)5

Hornblenda : (SiAl)8 O22 (OH)9

(Si2O5)-2

Struktur lembaran filosilikat

Muskovit : K Al2 (Al Si3 O10) (OH)2Biotit : K (Mg, Fe)3 (Al Si3 O10) (OH)2Flogopit : K Mg3 (Al Si3 O10) (OH)2

SIFAT-SIFAT UMUM BATUAN BEKU

Tekstur interlocking Struktur : kekar tiang, kekar lempengan, skoriaan, vesikuler, lava bantal, pavingstone surface

Komposisi mineralogi : olivin, feldspatoid, flogopitTubuh batuan : batolit, lakolit, stock, dll.

SIFAT-SIFAT UMUM BATUAN SEDIMEN

Tekstur : Klastik : hubungan antar butir tangensial Nonklastik :

Kimiawi : hubungan antar kristal menerusBiologis : framestone, bindstone,

bafflestone,dll Struktur : silangsiur, imbrikasi, stromatolitik, dll Komposisi mineralogi : gipsum, glaukonit, dll

SIFAT-SIFAT UMUM BATUAN METAMORF

Tekstur : kesekisan (sistosa), mosaik Struktur : kegenesan (gneisik), milonitik Komposisi mineralogi : asbes (krisotil), glaukofan

GEOLOGI DAN PETROLOGI

– Proses-proses geologi adalah proses termodinamika– Klasifikasi dalam ilmu geologi– Kwantifikasi dalam ilmu geologi – Pemodelan geologi

Pendekatan modern dalam ilmu kebumian– Geologi murni dan terpakai– Teknologi eksplorasi dalam penelitian geologi

– Geologi Inter-disipliner

Geologi : studi tentang bumi, secara keseluruhan meliputi tentang asal-usul, struktur, komposisi dan sejarah bumi, termasuk proses kehidupan di dalam bumi

(Whiten dan Brooks)Petrologi : studi batuan, di dalamnya termasuk petrografi dan petrogenesis (Huang)

Cara kejadiannya, komposisi, klasifikasi, asal-usul batuan (Huang)

Petrografi : diskripsi sistematis baik conto setangan maupun asahan tipis (Whiten dan Brooks) Diskriptif, tekstur, mineralogi, kimiawi * (Huang)

Petrogenesis : mempelajari proses, mekanisme, reaksi, urutan kejadian, perubahan pada fase akhir, serta batuan yang terakhir dihasilkan

(Whiten dan Brooks)

Litologi :

- Studi tentang batu yang diperoleh dari lapangan, hampir sinonim dengan petrologi (Huang)

- Istilah dalam batuan sedimen, biasanya berhubungan dengan diskripsi conto setangan daripada mikroskopis (Whiten dan Brooks)

- Litologi dalam suatu formasi berhubungan dengan tipe-tipe batuan yang berada dalam formasi tersebut (Whiten dan Brooks)

- Menunjukkan arti yang longgar, misalnya variasi litologi, yang menunjukkan variasi komposisi dan tekstur (Whiten dan Brooks)

PROBLEMA PETROLOGI

1. Evolusi biologis dimulai dari material yang tidak hidup dalam atmosfer (reduksi/tanpa oksigen, pada awal terbentuknya bumi : ± 4,5 milyar thun yang lalu)

2. Lapisan bijih besi (hematit) dalam batuan Pra Kambrium menunjukkan kondisi oksidasi (seberapa banyak oksigen dalam atmosfer bumi primitif ?)

3. Kelimpahan batuan sedimen pada masa kini sangat berbeda dengan masa lalu4. Dolomit pada Pra Kambrium 3x kelimpahan batugamping5. Pada masa sekarang dolomit jarang dijumpai/terbatas pada lingkungan yang

khusus (Teluk Persia, dll)6. Pada Pra Kambrium Tengah (± 2,5 mtl) : 15 % baturijang, pada masa kini

jumlahnya tidak berarti7. Evaporit sangat jarang pada Pra Kambrium dibandingkan sekarang

8. Komposisi air laut berubah dari 2,5 mtl s/d sekarang (doktrin uniformitarianism ?)

9. Batuan beku mempunyai variasi yang luas dalam tekstur dan komposisi mineralogi (granit - basalt)Bagaimana prosesnya dalam pembentukan bumi kita

10.Beberapa metamorf dibagi-bagi berdasarkan kumpulan mineralnya. Apakah hasil pengamatan tersebut dapat dipakai untuk menentukan P dan T di kerak bumi selama proses pembentukannya ?

11.Beberapa batuan metamorf tersusun oleh mineral-mineral yang terorientasi acak dan yang lain berfoliasi kuat. Apakah hal tersebut dapat dipakai untuk menafsirkan kondisi tegangan (stress) selama waktu pembentukannya ?

12.Pada skala regional pola penyebaran batuan beku dan metamorf seperti sabuk dan kerapkali paralel terhadap tepi benua sekarang (Granit di Pegunungan Appalachiua paralel terhadap pantai timur Amerika serikat, dan yang di Siera Nevada paralel terhadap pantai barat).

13.Beberapa batupasir hanya mengandung kuarsa, yang lain : 30 % feldspar; 90 % fragmen batuan volkanik. Dapatkah data tersebut dipakai untuk menafsirkan tipe-tipe batuan yang tersingkap di permukaan bumi pada saat yang berbeda-beda di lokasi geografi yang berbeda-beda pula ? Apakah komposisi mineraloginya berhubungan dengan proses tektonik dan evolusi kerak ?

14.Genes granitoid dan migmatit apakah termasuk batuan beku atau metamorf ?15.Serpentinit apakah termasuk batun beku atau metamorf ?16.Batuan piroklastik dan hialoklastik apakah termasuk batuan beku atau sedimen

?

PETROLOGI BATUAN BEKU

TEKTONIK LEMPENG DAN MAGMATISME–Struktur tubuh bumi

- Litosfer- Astenosfer - Mesosfer- Inti bumi

STRUKTUR TUBUH BUMI

1. Litosfer (Lithosphere) : kaku (rigid)

a. Kerak (crust) : di atas Moho- Benua (continental)- Samodra (oceanic)

b. Mantel litosferik (Lithospheric mantle) / mantel di bawah kerak benua (subcontinental mantle) / mantel atas bagian atas / bagian bawah litosfer : Silikat padat di bawah Moho

2. Astenosfer (Asthenosphere) : plastis (plastic)

- mantel atas bagian atas (di bawah mantel litosferik)

3. Mesosfer (Mesosphere)- mantel atas bagian bawah- zona transisi- mantel bawah

4. Inti bumi (Core)- luar (outer) : lelehan- dalam (inner) : padatan

(Ringwood, 1975; Wilson, 1989; Jackson, 1970; Best, 1982)

Kerak

a. Kerak benua

Kerak benua bagian atasKomposisi rata-rata lebih mendekati granodiorit daripada granit (kuarsa + fekdspar + mika + amfibol atau kuarsa + feldspar + amfibol) Komposisi kimia rata-rata : SiO2 : 66,4 %

(Pouldevaart, 1955 dalam Ringwood, 1975) Kerak benua bagian bawah (kondisi anhydrous)

- Batuan metamorf fasies granulit asal batuan beku mafik (Ringwood, 1975)

Kerak benua bagian bawah (kondisi hydrous) - Batuan metamorf fasies amfibolit asal batuan beku basaltik

b. Kerak samodra- Batuan sedimen pelagik- Batuan beku basaltikbc

A. Initial state – e.g east coast of North America (Drake et al., 1959)B. Anhydrous mafic lower crust transforms to eclogite

Mantela. Mantel atas

- Batuan ultramafik (silikat Mg + Fe3O4 + silikat hidrat)

b. Mantel bawah - Batuan ultramafik (silikat Mg)

Inti Bumi

Siderofil (siderophile) : Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Mo, W, Pt dialihtempatkan / emplacement ke mantelUnsur volatil (volatile) : Na, K, Zn, Pb dialihtempatkan ke mantelFe terreduksi menjadi FeS (di dalam inti bumi)

(Ringwood, 1975; Wilson, 1989; Charmichael et al., 1974)MAGMA

MagmaLelehan batuan silikat panas yang terbentuk di alam, bersifat mobil, dapat mengandung material padat dan gas (Jackson, 1982)

LavaLelehan magma yang mencapai permukaan bumi (Hughes, 1982)

Tempat terbentuknya magma

– Zona subduksi (subduction zone)- peleburan mantel atas / baji mantel (mantle wedge), mantel tersomatisasi- pelelehan parsial kerak samudera (fasies amfibolit, eklogit)- pelelehan parsial kerak benua bagian bawah (anateksis)

– Zona tumbukan (collision zone)- pelelehan parsial kerak benua bagian bawah (anateksis)- pelelehan parsial kerak benua bagian tengah (anateksis)

–Rekahan tengah samudera (mid oceanic rift)- peleburan mantel atas

– Rekahan tengah benua (intra continental rift)- peleburan mantel atas

–Kepulauan tengah samudera (mid oceanic island)- peleburan mantel atas

(Best, 1982; Wilson, 1989)

Diferensiasi Magma tunggal homogen, menghasilkan bermacam-macam batuan beku dengan komposisi kimia yang berbeda-beda

Fractional crystallization

Kristal-kristal (terbentuk awal) dapat bertahan dengan sempurna (dipertahankan kesetimbangannya dengan lelehan asal mereka tumbuh) atau sebagian bereaksi dengan lelehan magma; komposisi lelehan akhir berbeda dengan lelehan semula

Charmical et al., 1971; Ehlers dan Blat, 1981

Kristalisasi fraksinasi- Fraksinasi tergantung kepada reaksi tidak sempurna atau sama sekali tidak ada

reaksi antara magma dengan kristal-kristal yang dihasilkan- Untuk mendeskripsi presipitasi kristal secara berurutan (sequential)

Diferensiasi magma oleh fraksinasi kristal (Bowen)- Magma induk tunggal, basaltik- Sekarang diketahui bahwa semua batuan beku tidak berasal dari hasil diferensiasi

magma basaltik

Deret reaksi Bowen menerus

Plagioklas kalsik

Plagioklas alkali (sodik)

Feldspar K

- Selama kristalisasi kristal bereaksi terus menerus dengan lelehan, merubah komposisinya

- Dihasilkan satu tipe plagioklas- Setelah semua kristal terdahulu habis meleleh, baru dimulai kristalisasi kristal-

kristal berikutnya- Proses pendinginan tanpa gangguan

(Ehler dan Blat, 1981; Best, 1982)

Deret reaksi Bowen tidak menerus

Olivin

Piroksen

Amfibol

Biotit

Feldspar K

Muskovit

Kuarsa

Beberapa tipe mineral

- Reaksi antara kristal dengan lelehan magma hanya terjadi pada bagian-bagian tertentu dari urutan pendinginan (tidak seluruh kristal terdahulu habis bereaksi dengan magma, pada saat kristal berikutnya mulai terbentuk)

(Ehler dan Blat, 1981; Best, 1982)

MAGMA

– Kandungan gas- H20 (90 %, % berat, total gas)- CO, CO2, H2S, SO2, H2, HCl, dll

Contoh :Lava andesit Paricutin, Mexico

- Fenokris mulai mengkristal pada suhu 1110OC ± 40OC H2O : 2,2 + 0,5 % (% berat)

- Ignimbrit : welding : H2O : ~ 4,0 % (% berat)- Magma basalt : kandungan H2O awal : 0,25 – 0,9 % (% berat)

– Kekentalan (viscosity)

- Air : 10-2 poise (P) pada suhu kamar- Gliserin : 10 P

- Pada suhu 1200OC, kondisi lelehan kering (tanpa air), P : 8 atm.,- Magma : - basalt : ~ 500 P

- andesit : ~ 3 x 104 P

- riolit : ~ 107 P– Kekentalan (komposisi, suhu dan kandungan gas)

- Komposisi : SiO2 : >>> (kental)

Tetrahedra silika (ikatan ionik semakin kuat)- Suhu dan kandungan gas (H20)

Contoh :

- Basalt (Hawai), pada 1300-1400OC : 104 P, pada 1110OC : 105 P

- Granitik, pada 760-880OC : 107 P (H2O : 4 %, %berat) – 108 P (H2O : 1,5 %, % berat)

(Hughes, 1982; Charmical et al., 1979)

KLASIFIKASI BATUAN BEKU

Berdasarkan kejenuhan silika :Batuan sangat jenuh silika (silica-oversaturated)

- KuarsaBatuan jenuh silika (silica-saturated)

- Kuarsa, mineral jenuh silikaBatuan tidak jenuh silika (silica-undersaturated)

- Kuarsa, + feldspatoid, + olivin, + korundum

Olivin (Mg2SiO4) + SiO2 piroksen (2 MgSiO3)

Feldspatoid (KAlSiO2O6) + SiO2 feldspar (KAlSi3O8)

•Mineral jenuh silika- Semua feldspar, piroksen / miskin Ti, amfibol,mika, olivin / kaya Fe, magnetit, ilmenit•Mineral tidak jenuh silika- Leusit, nefelin, olivin / kaya Mg, piroksen / kaya Ti, korundum

KLASIFIKASI BATUAN BEKU

Berdasarkan kandungan silika (SiO2) :

•Asam- SiO2 : > 66 %

- Granit, sienit, diorit kuarsa, trasit•Menengah- SiO2 : 52 – 66 %

- Diorit, granodiorit, andesit•Basa- SiO2 : 45 – 52 %

- Gabro, basalt•Ultrabasa- SiO2 : < 45 %

- Peridotit, dunit

KLASIFIKASI BATUAN BEKU

Berdasarkan komposisi mineralogi :•Felsik- Mineral mafik < 40 %•Mafik- Mineral mafik 40 – 70 %•Ultramafik- Mineral mafik > 90 %

•Mineral felsik- Warna putih, abu-abu, merah muda, rapat jenis rendah- Kuarsa, feldspar, feldspatoid•Mineral mafik- Warna gelap, hijau, coklat, hitam, rapat jenis tinggi ( > 3,80)- Piroksen, amfibol, olivin, biotit

KLASIFIKASI BATUN BEKU

Berdasarkan cara terjadinya :

BATUAN PLUTONIK

• Membeku di tempat yang dalam (abisal), tubuh intrusi besar (batolit, stok dan pluton-pluton besar lain), membeku perlahan-lahan

• Berbutir sangat kasar, medium-kasar; secara lokal ditemukan tekstur porfiritik; non porfiritik, subhedra atau anhedra

BATUAN HIPABISAL

• Mengristal di bawah kondisi yang terpengaruh antara batuan plutonik dan batuan volkanik, intrusi dangkal kecil, dekat permukaan bumi (hipabisal), pada kerak benua bagian atas, korok, sill, sumbat gunungapi, leher gununapi atau tubuh yang lebih besar (lakolit) pada tempat yang dangkal, dapat mendingin cukup cepat

• Pada umumnya berbutir fanerik halus, porfiritik, porfiritik (masadasar halus, tanpa gelas volkanik

• Bagian tepi intrusi dalam yang mendingin cepat dan menerobos batuan yang dingin dapat mempunyai sifat batuan hipabisal

BATUAN VOLKANIK

Membeku cepat, pada atau amat dekat dengan permukaan bumi, afanitik dengan sedikit atau tanpa campuran gelas, sangat halus-gelasan, klastik

Kristalisasi fenokris cenderung terjadi pada kisaran suhu yang tinggi, sehingga muncul mineral-mineral yang terbentuk pada suhu tinggi, P rendah (sanidin dan plagioklas suhu tinggi)

Fenokris biotit, hornblenda, kuarsaAda dua fase pendinginan : fase intertelurik di tempat yang dalam (fenokris) dan

fase efusif (masadasar afanitik), porfiritik

KLASIFIKASI DAN PENAMAANBATUAN BEKU NON FRAGMENTAL

Berdasarkan•Tekstur•Struktur•Komposisi mineralogi

TEKSTUR

Definisi :Istilah yang dipakai untuk menjelaskan hubungan antar kristal

Pembagian tekstur berdasarkan granularitas :Faneritik Cukup besar, dapat ditentukan dengan mata / loupe (tubuh intrusi, inti tubuh ekstrusi besar)

- Kasar : > 5 mm- Sedang : 1-5 mm- Halus : < 1 – 0,05 mm

Afanitik (sangat halus :< 0,05 mm)Ditentukan dengan mikroskop (tubuh intrusi kecil dekat permukaan bumi, ekstrusi)GelasanAliran lava, intrusi-intrusi kecil sangat dangkal

Kristal-kristal kasar :- Pendinginan lambat (kesempatan dalam penambahan ion-ion pertumbuhan kristal :

besar)- Kekentalan magma yang rendah (memungkinkan migrasi ion-ion yang lebih cepat ke

arah kristal dan proses pengintian yang perlahan-lahan (sukar) (jumlah inti kristal sedikit)

- Jumlah inti kristal yang sedikit : memungkinkan sedikit kristal tumbuh menjadi besar sebelum kristal disampingnya tumbuh

Kristal-kristal dalam basalt yang halus :- Pengintian yang cepat (inti kristal banyak)- Kristalisasi cepat (pendinginan cepat pada permukaan bumi), dihalang-halangi oleh

kekentalan magma yang rendah

Tekstur gelasan dalam riolit :- Pendinginan cepat

- Polimerisasi (tetrahedra silika), magma silikaan,(kecepatan kristalisasi)- Migrasi ion yang perlahan-lahan : karena kekentalan magma yang tinggi dapat

menghalang-halangi kristalisasiIntrusi magma basa : gabro (kasar)Intrusi magma asam : berbutir lebih halus (sedang) (pada kedalaman yang sama)Pembagian tekstur berdasarkan kristalinitas :

Holokristalin Semuanya kristal

Hipokristalin Sebagian kristal, sebagian gelas volkanik

Holohialin Semuanya gelas volkanik

Pembagian tekstur berdasarkan fabrik / hubungan antar kristal :

Panidiomorfik granularSebagian besar tersusun oleh kristal-kristal euhedra

Hipidiomorfik granularSebagian besar tersusun oleh kristal-kristal subhedra

Senomorfik / alotriomorfik granularSebagian besar tersusun oleh kristal-kristal anhedra

Kristal euhedra :Hubungan antar kristal yang dibatasi oleh bidang kristalnya sendiriKristal subhedraHubungan antar kristal yang sebagian dibatasi oleh bidang kristal lainKristal anhedraHubungan antar kristal yang semuanya dibatasi oleh bidang kristal lain

STRUKTUR BATUAN BEKU

Definisi :Istilah yang dipakai untuk menjelaskan hubungan antar kumpulan mineral / material penyusun batuan

Macam-macam struktur :• Perlapisan bersusun (intrusi melapis)• Skoriaan• Vesikuler• Amigdaloidal• Trasitik• Perlitik• Kekar tiang dan lembaran• Lava bantal

Tekstur skoriaan dalam Tekstur amigdaloidal dalam basalt

lava basalt pa hoe hoe

Tekstur Vesikuler Kekar Tiang Devil’s

Watchtower,Wyoming

KOMPOSISI MINERALOGI

Mineral utama :- Mineral yang paling menentukan nama batuan- Kelimpahan : melimpah – sangat melimpah- Misal : ortoklas, plagioklas dan kuarsa dalam granit

Mineral asesori khas- Mineral yang ikut memberi nama batuan- Kelimpahan : cukup melimpah- Misal : hornblenda dalam granit hornblenda

STRUKTUR TUBUH BATUAN BEKU

Tipe-tipe intrusiBatolit

Besar, dinding terjal, tidak mempunyai dasar, berkomposisi batuan asam

(granit, granodiorit), singkapan ribuan km2

StockBentuk dan komposisinya mirip batolit (luas singkapan , 100 km2

KorokTabular, memotong struktur utama (perlapisan atau foliasi)

Urat

Tabular (lebar beberapa cm)Sill- Tabular- Konkordan terhadap struktur utama (perlapisan atau foliasi)- Tebal besar ratusan meter, meluas sampai berkilo-kilometer, biasanya bersifat basa- Majemuk, sederhana atau terdiferensaasi- Sill Palisade (New York), basalt, hipabisal, tebal 300 m, lebar 2 km, panjang 8 km,

bagian tepi berbutir halus (15 m), ke arah tengah lebih kasar (2/3 sill)

- Sill di Antartika, diabas, tebal 400 m, luas singkapan 20.000 km2

Lakolit- Seperti jamur tubuh berbentuk lempengan, dasar mendatar, atap seperti kubah,

menerobos perlapisan yang melengkung seperti busur, konkordan sebagian besar bersifat asam atau menengah

- Diameter 1-8 km, tebal maksimum 1000 m- Di tempat yang dangkal, dapat berubah menjadi sillPakolit- Masa berbentuk lensa, melengkung, menginjeksi secara konkor dan perlapisan terlipat

(antiklin atau sinklin) intrusi relatif dalam- PasifLopolit - Tubuh berbentuk lempengan atau melensa,permukaan bagian bawah dan atas cekung

ke arah atas (seperti cawan atau cerutu)- Bersifat basa, konkordan, bagian tengah melesak ke bawah, di daerah yang sedikit

terlipat- Tebal 1/10 – 1/20 lebar, diameter puluhan-ratusan km, tebal ribuan meter- Bersifat mafik atau ultramafikRing dike (korok berbentuk cincin)- Kemiringan tajam- Pergerakan magma ke atas, di sepanjang rekahan silindris dan seperti kerucut, bagian

tengah / pusatnya runtuh- Lebar beberapa km

Bentuk diagramatik Lakolit

Atap dari batolit di Mount Powell

Lakolit di Pegunungan Judith, Montana

Bentuk kerucut dan lempeng dari intrusi mafik berlapis

Bentuk diagramatik Pakolit