Dasar Teori Batuan Sedimen

Petrologi adalah bidang geologi yang berfokus pada studi mengenai batuan dan kondisi pembentukannya. Ada tiga cabang petrologi, berkaitan dengan tiga tipe batuan: beku, metamorf, dan sedimen. Kata petrologi itu sendiri berasal dari kata Bahasa Yunani petra, yang berarti "batu".

·         Petrologi batuan beku berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan beku (batuan seperti granit atau basalt yang telah mengkristal dari batu lebur atau magma). Batuan beku mencakup batuan volkanik dan plutonik.

·         Petrologi batuan sedimen berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan sedimen (batuan seperti batu pasir atau batu gamping yang mengandung partikel-partikel sedimen terikat dengan matrik atau material lebih halus).

·         Petrologi batuan metamorf berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan metamorf (batuan seperti batu sabak atau batu marmer yang bermula dari batuan sedimen atau beku tetapi telah melalui perubahan kimia, mineralogi atau tekstur dikarenakan kondisi ekstrim dari tekanan, suhu, atau keduanya).

Petrologi memanfaatkan bidang klasik mineralogi, petrografi mikroskopis, dan analisa kimia untuk menggambarkan komposisi dan tekstur batuan. Ahli petrologi modern juga menyertakan prinsip geokimia dan geofisika dalam penelitan kecenderungan dan siklus geokimia dan penggunaan data termodinamika dan eksperimen untuk lebih mengerti asal batuan. Petrologi eksperimental menggunakan perlengkapan tekanan tinggi, suhu tinggi untuk menyelidiki geokimia dan hubungan fasa dari material alami dan sintetis pada tekanan dan suhu yang ditinggikan. Percobaan tersebut khususnya berguna utuk menyelidiki batuan pada kerak bagian atas dan mantel bagian atas yang jarang bertahan dalam perjalanan kepermukaan pada kondisi asli.

2.1 Batuan Sedimen

Istilah sedimen berasal dari kata sedimentum, yang mempunyai pengertian yaitu material endapan yang terbentuk dari hasil proses pelapukan dan erosi dari suatu material batuan yang ada lebih dulu, kemudian diangkut secara gravitasi oleh media air, angin atau es serta diendapkan ditempat lain dibagian permukaan bumi. Umumnya bentuk awal dari endapan ini berupa kumpulan dari fragmen yang berukuran halus hingga kasar yang belum terkonsolidasi sempurna, disebut endapan, sedimen (sediments), superfical deposits. Kemudian akan berlangsung proses diagnesa yang meliputi proses fisik : kompaksi, proses kimia antara lain : sedimentasi, autigenik, rekristalisasi, inversi, penggantian, dan disolusi, proses biologi. Proses diagnesa ini berjalan selama waktu geologi, sehingga mentebabkan material terkonsolidasi sempurna dengan bentuk fisik masif dan padat. Hal ini akan menghasilkan salah satu jenis batuan dialam, yaitu yang disebut dengan batuan sedimen (sedimentary rokcs).

(Boggs, 1987)

        Sebagian besar material penyusun komposisi batuan sedimen berasal dari proses pelapukan dan erosi dari batuan yang tertua, atau batuan yang terbentuk lebih dahulu. Dari studi sedimen masa kini hingga terbentuk batuan sedimen, maka dapat diketahui lingkungan pengendapannya yang meliputi :

-       darat atau terrestial

-       laut

-       lingkungan campuran merupakan lingkungan peralihan dari darat hingga laut, misal lingkungan delta, estuari laut, dan peraiaran pantai yang dipengaruhi pasang surut

Dari lingkungan pengendapan batuan sedimen tersebut maka dapat dikenal tiga material penyusun batuan sedimen :

-       fragmen yang berasal dari batuan yang diangkut dari tempat asalnya oleh air, angin atau glasial, fragmen ini disebut material klastik atau pecahan

-       material yang berasal dari larutan garam, yang disebut material kimia

-       material yang berasal dari tumbuh – tumbuhan dan hewan, yang disebut material organik

2.2 Batuan sedimen Klastik

Terbentuknya dari pengendapan kembali denritus atau perencanaan batuan asal. Batuan asal dapat berupa batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf. Dalam pembentukkan batuan sedimen klastik ini mengalami diagnesa yaitu perubahan yang berlangsung pada temperatur rendah di dalam suatu sedimen selama dan sesudah litifikasi.

Tersusun olek klastika-klastika yang terjadi karena proses pengendapan secara mekanis dan banyak dijumpai allogenic minerals. Allogenic minerals adalah mineral yang tidak terbentuk pada lingkungan sedimentasi atau pada saat sedimentasi terjadi. Mineral ini berasal dari batuan asal yang telah mengalami transportasi dan kemudian terendapkan pada lingkungan sedimentasi. Pada umumnya berupa mineral yang mempunyai resistensi tinggi.

2.3 Proses Pembentukan Batuan Sedimen

Batuan sedimen terbentuk dari batuan-batuan yang telah ada sebelumnya oleh kekuatan-kekuatan yaitu pelapukan, gaya-gaya air, pengikisan-pengikisan angina, serta proses litifikasi, diagnesis, dan transportasi, maka batuan ini terendapkan di tempat-tempat yang relatif lebih rendah letaknya, misalnya: di laut, samudera, ataupun danau-danau. Mula-mula sedimen merupakan batuan-batuan lunak, akan tetapi karena proses diagenesis sehingga batuan-batuan lunak tadi akan menjadi keras.

Proses diagnesis adalah proses yang menyebabkan perubahan pada sedimen selama terpendapkan dan terlitifikasikan, sedangkan litifikasi adalah proses perubahan material sedimen menjadi batuan sedimen yang kompak.

2.3.1 Transportasi dan Deposisi

a.       Transportasi dan deposisi partikel oleh fluida

Pada transportasi oleh partikel fluida, partikel dan fluida akan bergerak secara bersama-sama. Sifat fisik yang berpengaruh terutama adalah densitas dan viskositas air lebih besar daripada angin sehingga air lebih mampu mengangkut partikel yang mengangkut partikel lebih besar daripada yang dapat diangkut angin. Viskositas adalah kemampuan fluida untuk mengalir. Jika viskositas rendah maka kecepatan mengalirnya akan rendah dan sebaliknya. Viskositas yang kecepatan mengalirnya besar merupakan viskositas yang tinggi.

b.      Transportasi dan deposisi partikel oleh sediment gravity flow

Pada transportasi ini partikel sedimen tertransport langsung oleh pengaruh gravitasi, disini material akan bergerak lebih dulu baru kemudian medianya. Jadi disini partikel bergerak tanpa batuan fluida, partikel sedimen akan bergerak karena terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi kinetik. Yang termasuk dalam sediment gravity flow antara lain adalah debris flow, grain flow dan arus turbid. Deposisi sediment oleh gravity flow akan menghasilkan produk yang berbeda dengan deposisi sedimen oleh fluida flow karena pada gravity flow transportasi dan deposisi terjadi dengan cepat sekali akibat pengaruh gravitasi. Batuan sedimen yang dihasilkan oleh proses ini umumnya akan mempunyai sortasi yang buruk dan memperlihatkan struktur deformasi.

Berbagai penggolongan dan penamaan batuan sedimen dan penamaan batuan sedimen telah ditemukan oleh para ahli, baik berdasarkan genetik maupun deskriptif. Secara genetik dapat disimpulkan dua golongan.

(Pettijohn,1975 dan W.T.Huang,1962)

2.3.2 Litifikasi dan Diagnesis

Litifikasi adalah proses perubahan material sediment menjadi batuan sediment yang kompak. Misalnya, pasir mengalami litifikasi menjadi batupasir. Seluruh proses yang menyebabkan perubahan pada sedimen selama terpendam dan terlitifikasi disebut sebagai diagnesis. Diagnesis terjadi pada temperatur dan tekanan yang lebih tinggi daripada kondisi selama proses pelapukan, namun lebih rendah daripada proses metamorfisme.

Proses diagnesis dapat dibedakan menjadi tiga macam berdasarkan proses yang mengontrolnya, yaitu proses fisik, kimia, dan biologi.

Proses diagenesis sangat berperan dalam menentukan bentuk dan karakter akhir batuan sedimen yang dihasilkannya. Proses diagnesis akan menyebabkan perubahan material sedimen. Perubahan yang terjadi adalah perubahan fisik, mineralogi dan kimia.

Secara fisik perubahan yang terjadi adalah terutama perubahan tekstur, proses kompaksi akan merubah penempatan butiran sedimen sehingga terjadi kontak antar butirannya. Proses sementasi dapat menyebabkan ukuran butir kwarsa akan menjadi lebih besar. Perubahan kimia antara lain terdapat pada proses sementasi, authigenesis, replacement, inverse, dan solusi. Proses sementasi menentukan kemampuan erosi dan pengangkatan partikel oleh fluida. Pengangkutan sedimen oleh fluida dapat berupa bedload atau suspended load. Partikel yang berukuran lebih besar dari pasir umumnya dapat diangkut secara bedload dan yang lebih halus akan terangkut oleh partikel secara kontinu mengalami kontak dengan permukaan, traksi meliputi rolling, sliding, dan creeping. Sedangkan pada saltasi partikel tidak selalu mengalami kontak dengan permukaan. Deposisi akan terjadi jika energi yang mengangkut partkel sudah tidak mampu lagi mengangkutnya.

Adapun beberapa proses yang terjadi dalam diagenesa, yaitu :

·         Kompaksi

Kompaksi terjadi jika adanya tekanan akibat penambahan beban.

·         Anthigenesis

Mineral baru terbentuk dalam lingkungan diagnetik, sehingga adanya mineral tersebut merupakan partikel baru dalam suatu sedimen. Mineral autigenik ini yang umum diketahui sebagai berikut : karbonat, silika, klastika, illite, gypsum dan lain-lain.

·         Metasomatisme

Metasomatisme yaitu pergantian mineral sedimen oleh berbagai mineral autigenik, tanpa pengurangan volume asal. Contoh : dolomitiasi, sehingga dapat merusak bentuk suatu  batuan karbonat atau fosil.

·         Rekristalisasi

Rekristalisasi yaitu pengkristalan kembali suatu mineral dari suatu larutan kimia yang berasal dari pelarutan material sedimen selama diagnesa atau sebelumnya. Rekristalisasi sangat umum terjadi pada pembentukkan batuan karbonat. Sedimentasi yang terus berlangsung di bagian atas sehingga volume sedimen yang ada di bagian bawah semakin kecil dan cairan (fluida) dalam ruang antar butir tertekan keluar dan migrasi kearah atas berlahan-lahan.

·         Larutan (Solution)

Biasanya pada urutan karbonat akibat adanya larutan menyebabkan terbentuknya rongga-rongga di dalam jika tekanan cukup kuat menyebabkan terbentuknya struktur iolit.

(Diktat Petrologi UPN ; 2001)

2.4 Pembagian Batuan Sedimen

2.4.1 Material Klastik

Proses pengendapan dari material klastik akan menghasilkan tipe batuan sedimen klastik seperti batulempung, batulanau, batupasir, konglomerat dan breksi. Perbedaan utama dari material  batuan sedimen, yaitu ukuran butir atau fragmen penyusun batuan. Secara umum dikenal skala ukuran dari material klastik yang membedakan tipe batuan sedimen sebagai berikut :

        Tipe                                                                                         ukuran (mm)

        Bongkah (boulders)                                                    > 256

        Berangkal (cobbles)                                                    64 - 256

        Kerakal (pebbles)                                                        4 - 64

        Butiran (granules)                                                       2 - 4

        Pasir (sand)                                                                 0,06 - 2

        Lanau (silt)                                                                              0,002 – 0,06

        Lempung (clay)                                                                       < 0,002 

2.4.2 Material Kimia

Umumnya berupa larutan garam yang meliputi kalsium karbonat, natriumklorida dan senyawa dari berbagai unsur diantaranya magnesium, kalsium, besi dan alumunium. Larutan ini mempunyai tingkat kelarutan didalam airsungai dan air laut

2.5 Tekstur

- Tekstur

Tekstur batuan sedimen adalah segala kenampakan yang menyangkut butir sedimen seperti ukuran butir, bentuk butir dan orientasi. Tekstur batuan sedimen mempunyai arti penting karena mencerminkan proses yang telah dialami batuan tersebut terutama proses transportasi dan pengendapannya, tekstur juga dapat digunakan untuk menginterpetasi lingkungan pengendapan batuan sediment. Secara umum batuan sedimen dibedakan menjadi dua, yaitu tekstur klastik dan non klastik.

a)      Tekstur klastik

Unsur dari tekstur klastik fragmen, massa dasar (matrik) dan semen.

·         Fragmen    : Batuan yang ukurannya lebih besar dari pada  pasir.

·         Matrik       : Butiran yang berukuran lebih kecil daripada fragmen dan diendapkan bersama-sama dengan fragmen.

·         Semen       : Material halus yang menjadi pengikat, semen diendapkan setelah fragmen dan matrik. Semen umumnya berupa silika, kalsit, sulfat atau oksida besi.

- Bentuk Butir

Tingkat kebundaran butir dipengaruhi oleh komposisi butir, ukuran butir, jenis proses transportasi dan jarak transport (Boggs,1987. Butiran dari mineral yang resisten seperti kuarsa dan zircon akan berbentuk kurang bundar dibandingkan butiran dari mineral kurang resisten seperti feldspar dan pyroxene. Butiran berukuran lebih besar daripada yang berukuran pasir. Jarak transport akan mempengaruhi tingkat kebundaran butir dari jenis butir yang sama, makin jauh jarak transport butiran akan makin bundar. Pembagian kebundaran :

a)         Well rounded (membundar baik)

Semua permukaan konveks, hampir equidimensional, sferoidal.

b)         Rounded (membundar)

Pada umumnya permukaan-permukaan bundar, ujung-ujung dan tepi butiran bundar.

c)         Subrounded (membundar tanggung)

Permukaan umumnya datar dengan ujung-ujung yang membundar.

d)        Subangular (menyudut tanggung)

Permukaan pada umumnya datar dengan ujung-ujung tajam.

e)         Angular (menyudut)

Permukaan konkaf dengan ujungnya yang tajam.

(Endarto:2005)

- Sortasi (Pemilahan)

Pemilahan adalah keseragaman dariukuran besar butir penyusun batuan sedimen, artinya bila semakin seragam ukurannya dan besar butirnya maka, pemilahan semakin baik.

Pemilahan yaitu kesergaman butir didalam batuan sedimen klastik. Bebrapa istilah yang biasa dipergunakan dalam pemilahan batuan, yaitu :

·         Sortasi baik        : bila besar butir merata atau sama besar.

·         Sortasi buruk      : bila besar butir tidak merata, terdapat matrik dan fragmen.

- Kemas (Fabric)

Didalam batuan sedimen klastik dikenal dua macam kemas, yaitu :

o        Kemas terbuka   : bila butiran tidak saling bersentuhan (mengambang dalam matriks).

o        Kemas tertutup              : butiran saling bersentuhan satu sama lain.

2.6 Struktur

Struktur sedimen merupakan suatu kelainan dari perlapisan normal batuan sedimen yang diakibatkan oleh proses pengendapan dan energi pembentuknya. Pembentukkannya dapat terjadi pada waktu pengendapan maupun segera setelah proses pengendapan.

(Pettijohn & Potter, 1964 ; Koesomadinata , 1981)

Pada batuan sedimen dikenal dua macam struktur, yaitu :

·         Syngenetik               : terbentuk bersamaan dengan terjadinya batuan sedimen, disebut juga sebagai struktur primer.

·         Epigenetik                : terbentuk setelah batuan tersebut terbentuk seperti kekar, sesar, dan lipatan.

2.7 Klasifikasi dan Karakteristik Batuan Sedimen

Klaisfikasi batuan sedimen sesuai kebutuhan dalam bidang rekayasa, planologi maupun minyak dan gas bumi, terutama yang berhubungan dengan batuan induk, migrasi dan tipe batuan reservoir. Beberapa tipe batuan sedimen sebagai berikut :

1. Breksi (Breccia)

Komposisi atau material penyusun breksi berupa fragmen batuan dengan bentuk sangat meruncing – meruncing, ukuran umumnya kasar berkisar dari kerakal hingga berangkal, sering diantara fragmen ini dijumpai ukuran yang lebih kecil yang disebut matrik. Dari fragmen yang meruncing, dapat ditafsirkan bahwa breksi ini diendapkan dekat dengan sumbernya, sehingga tidak terpengaruh secara fisik oleh jarak transportasi, hingga mencapai cekungan sedimen. Ukuran material penyusun breksi lebih besar dari 2 mm.

2. Konglomerat (Conglomerate)

Terbentuk dari beberapa fragmen batuan dan matrik, bentuk umumnya membundar – sangat membundar yang terikat bersama oleh material semen yang berkuran lebih halus seperti serpih atau lempung. Ukuran material penyusun konglomert ini lebih besar dari 2 mm.

3. Batu Pasir

Merupakan hasil sementasi dari massa yang berukuran pasir, massa pasir ini umumnya adalah mineral silika, felspar atau pasir karbonat, sedang material pengikat atau semen berupa besi oksida, silika, lempung atau kalsium karbonat. Ukuran butir mineral penyusun mulai dari yang berukuran pasir halus sampai dengan pasir kasar (0,06 mm – 2,0 mm).

4. Batulanau (Silstone)

Tipe batuan sedimen yang terususun oleh material yang berukuran relatif halus berkisar dari 0,002 mm – 0,06 mm dengan komposisi utma adlah mineral lempung. 

5. Serpih (Shale)

Tipe batuan sedimen menunjukkan suatu lapisan yang kompak, padat dari material lempung atu lumpur (mud), ukuran butir sangat halus, lebih kecil dari 0,003 mm, menunjukkan struktur internal yang khas yaitu laminasi, dengan tebal kurang dari 1 cm.