05 Metamorfisme Dan Batuan Metamorf

05. 05. Metamor Metamor fi sm e dan dan Batuan Metamor f  tamorf  MFS 1810

Salahuddin  Husein  Husein 

Jurusan Teknik Geologi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada 2007

Pendahuluan

shddin © 2007

Batuan metamorfik adalah batuan yang telah berubah karena bertambahnya tekanan dan temperatu temperaturr (Katili (Katili dan Marks, Marks, 1963; hal. hal. 90). Batuan metamorfik mengalami perubahan mineralogik dan struktur oleh metamorfisme dan terjadi langsung dari fase padat tanpa melalui fase cair  (Turner, 1954; dalam Williams dkk., 1954; hal. 161-162). Bahasa Yunani: meta = terubah dan morpho = bentuk

1

shddin © 2007

 Agen Metamorfisme

Tekanan

Temperatur

Faktor Tekanan

Fluida

shddin © 2007

(a) Tekanan litostatis berlaku seragam ke segala arah di kerak bumi yang disebabkan oleh berat pembebanan batuan diatasnya. Sehingga, tekanan bertambah seiring kedalaman. (b) Gelas styrofoam berukuran 200 ml diturunkan kedalam samudera pada kedalaman 750 m dan 1500 m. Pertambahan tekanan di segala arah yang dialami oleg gelas tersebut menyebabkan berkurangnya volume namun dengan tetap mempertahankan bentuk dasarnya.

2

Faktor Tekanan

shddin © 2007

(A) Mineral pada batuan granit mengkristal dari larutan magma tanpa dipengaruhi oleh tekanan. Kristal mineral tumbuh bebas ke segala arah.  A

B

Faktor Tekanan

(B) Mineral mika pada batuan gneiss tumbuh tegak lurus terhadap arah gaya tekan. Granit termetamorfosa dan mengembangkan foliasi menjadi gneiss.

shddin © 2007

Selain tekanan litostatis, batuan juga mengalami tekanan diferensial akibat proses deformasi batuan selama pembentukan pegunungan. Tekanan diferensial bersifat tidak merata ke segala arah, menyebabkan batuan mengalami distorsi, seperti garnet terpuntir pada gambar di samping.

3

Faktor Temperatur 

shddin © 2007

Panas merupakan agen metamorfisme yang penting karena fungsinya untuk meningkatkan kecepatan reaksi kimia yang akan menghasilkan mineral baru. Panas didalam proses metamorfisme berasal dari 2 sumber: 1. Tubuh magma intrusif  2. Gradien geotermal akibat penimbunan (~25OC/km)

Faktor Fluida

shddin © 2007

Dalam proses metamorfisme, fluida berupa air (H2O) hampir selalu hadir dalam  jumlah bervariasi diantara butiran mineral atau di lubang pori bebatuan. Fluida tersebut, yang umumnya mengandung ion terlarut, mempercepat proses metamorfisme dengan cara meningkatkan kecepatan reaksi kimia.  Ada 3 sumber air yang terlibat dalam proses metamorfisme: 1. Air terjebak didalam pori batuan ketika batuan tersebut terbentuk. 2. Cairan volatil dari magma. 3. Hasil proses dehidrasi dari mineral jenuh air seperti gipsum (CaSO4.H2O). Reaksi air dengan batuan sekitar juga bisa membentuk mineral baru dalam kondisi tekanan dan temperatur tertentu, seperti: 2Mg2SiO4 + 2H2O Olivine Air



Mg3Si2O5(OH)4 + MgO Serpentin terbawa dalam larutan

4

Jenis Metamorfisme

shddin © 2007

Dikenal 3 jenis metamorfisme: 1. Metamorfisme kontak, dimana panas magmatik dan fluida sangat berperan, 2. Metamorfisme dinamik, yang dihasilkan oleh tekanan tinggi selama deformasi batuan, dan 3. Metamorfisme regional, umumnya terbentuk pada daerah yang luas dan terkait dengan proses pembentukan pegunungan. Seringkali batas ketiganya tidak begitu tegas, tergantung pada agen metamorfisme mana yang paling dominan.

Metamorfisme Kontak

shddin © 2007

Metamorfisme kontak berlangsung ketika suatu tubuh magma merubah batuan yang telah ada disekelilingnya. Faktor-faktor yang penting: 1. Temperatur mula-mula tubuh magma (secara tidak langsung terkait komposisi: magma basa lebih panas dibandingkan magma asam), 2. Ukuran intrusi, 3. Kandungan fluida magma dan/atau batuan disekelilingnya. Seringkali pada fase akhir pendinginan, ketika suatu tubuh intrusi magma mulai mengkristal, sejumlah besar fluida panas dilepaskan. Larutan fluida tersebut bereaksi dengan batuan disekelilingnya dan menghasilkan mineral-mineral metamorfik baru. Proses ini lazim disebut alterasi hidrotermal dan seringkali menghasilkan mineral bernilai ekonomis tinggi.

5

Metamorfisme Kontak

shddin © 2007

Pengaruh temperatur suatu intrusi terhadap batuan disekelilingnya dan reaksi kimia yang dihasilkannya menghasilkan zona konsentris yang disebut aureoles.

Metamorfisme Dinamik

shddin © 2007

Metamorfisme dinamik terjadi akibat pergerakan patahan dimana batuan terkena tekanan diferensial yang tinggi di sepanjang zona patahan. Batuan hasil metamorfisme dinamik adalah milonit, bersifat keras, padat, berbutir halus dan dicirikan oleh laminasi tipis.

Sayatan tipis Foto singkapan

6

Metamorfisme Regional

shddin © 2007

Hampir sebagian besar batuan metamorf dihasilkan oleh proses jenis ini, yang umumnya terjadi di sepanjang batas lempeng konvergen. Proses ini membentuk gradasi intensitas metamorfisme dari daerah yang terkena tekanan dan temperatur tinggi menuju daerah yang hanya terkena tekanan dan temperatur rendah. Tingkatan metamorfisme tersebut dapat diidentifikasi berdasarkan mineral indeks. Contohnya: Proses metamorfisme pada batuan yang kaya-lempung, seperti serpih, mineral metamorfik pertama (derajat rendah) yang terbentuk adalah klorit pada temperatur 200OC. Pada temperatur >500OC akan terjadi metamorfisme derajat tertinggi yang membentuk mineral silimanit. Urutan perubahan progresif yang berlangsung adalah: klorit  biotit  garnet  staurolit  kyanit  silimanit

Metamorfisme Regional

shddin © 2007

Kurva keseimbangan Al2SiO5

Perubahan mineral indeks relatif terhadap tekanan dan temperatur dalam metamorfisme regional pada batuan serpih.

7

Metamorfisme Regional

Klasifikasi Batuan Metamorf 

shddin © 2007

shddin © 2007

8

Tekstur Batuan Metamorf 

Tekstur foliasi pada sekis mika

shddin © 2007

Tekstur nonfoliasi pada kuarsit

Kedua foto diatas adalah foto sayatan tipis dengan diameter 3 mm.

Contoh Batuan Metamorf 

Slate: batuan metamorfik terfoliasi yang berbutir halus. Bidang foliasi umumnya memotong bidang perlapisan batuan asal.

shddin © 2007

Schist: batuan metamorfik terfoliasi kuat dengan kandungan mineral pipih yang melimpah, umumnya terdiri dari mineral muskovit atau khlorit.

9

Contoh Batuan Metamorf 

Gneiss: bidang foliasinya disusun oleh perselang-selingan lapisan berwarna terang (umumnya mineral feldspar dan kuarsa) dan lapisan berwarna gelap (mineral silika basa). Perlapisan tersebut tidak ada hubungannya dengan perlapisan sedimen batuan sebelumnya.

Quartzite: batuan metamorfik nonfoliasi yang berasal dari batupasir kaya kuarsa.

Contoh Batuan Metamorf 

Metaconglomerate: seringkali memperlihatkan butiran yang terlonjongkan.

shddin © 2007

shddin © 2007

Marble: batugamping yang mengalami rekristalisasi selama proses metamorfisme, banyak mengandung mineral kalsit.

10

Contoh Batuan Metamorf 

shddin © 2007

Migmatite: merupakan metamorfisme derajat tinggi yang menghasilkan campuran antara batuan metamorf (warna gelap) dan batuan beku granit (warna cerah). Diduga migmatit terbentuk ketika tekanan dan temperatur cukup tinggi untuk menyebabkan partial melting.

Contoh Batuan Metamorf 

shddin © 2007

Kuarsit dihasilkan oleh metamorfisme pada batupasir kuarsa.

Marmer dihasilkan oleh metamorfisme pada batugamping.

11

Tingkatan Proses Metamorfisme

shddin © 2007

Batulempung dapat mengalami metamorfisme dalam beberapa tingkatan, tergantung pada intensitas suhu dan tekanan. Batulempung dapat berubah menjadi slate, schist, atau bahkan gneiss.

Fasies Metamorfisme

shddin © 2007

12

Fasies Metamorfisme

Fasies greenschist merupakan ciri metamorfisme regional derajat rendah yang umumnya terjadi di dasar samudera. Warna hijau dihasilkan oleh klorit, talk, serpentin dan epidot.

shddin © 2007

Fasies blueschist lazim terbentuk di zona penunjaman. Mineral berwarna biru adalah amfibol yang stabil pada tekanan tinggi dan temperatur rendah.

Metamorfisme dan Tektonika Lempeng

shddin © 2007

13