GEOLOGI STRUKTUR

1.1  Pengenalan Geologi Struktur

Geologi struktur adalah cabang ilmu geologi yang mempelajari bentuk arsitektur kerak bumi.  Geologi struktur mengkajian mengenai batuan, termasuk asal-usulnya, geometri dan kinetiknya.

Sebagaimana diketahui bahwa batuan-batuan yang tersingkap dimuka bumi maupun yang terekam melalui hasil pengukuran geofisika memperlihatkan bentuk bentuk arsitektur yang bervariasi dari satu tempat ke tempat lainnya. Bentuk arsitektur susunan batuan di suatu wilayah pada umumnya merupakan batuan-batuan yang telah mengalami deformasi sebagai akibat gaya yang bekerja pada batuan tersebut.  Deformasi adalah perubahan dalam tempat dan/atau orientasi dari tubuh batuan. Deformasi secara definisi dapat dibagi menjadi :

-          Distortion, yaitu perubahan bentuk.

-          Dilatation, yaitu perubahan volume.

-          Rotation, yaitu perubahan orientasi.

-          Translation, yaitu perubahan posisi.

Gambar 1Jenis-Jenis Deformasi

Arah dari gaya yang bekerja pada atau dalam kulit bumi dapat bersifat :

a.    Berlawanan arah tetapi bekerja dalam satu garis. Gaya seperti ini dapat bersifat: Tarikan (tension) dan Tekanan (compression).

b.    Berlawanan, tetapi bekerja dalam satu bidang (couple)

c.    Berlawanan, tetapi bekerja pada kedua ujung bidang (torsion).

d.   Gaya yang bekerja dari segala jurusan terhadap suatu benda, yang pada umumnya berlangsung dalam kerak bumi (tekanan Lithostatis).

Gambar Jenis Gaya Tension, Compression dan Couple

Gambar Bentuk Torsion

Kita dapat membagi material menjadi 2 (dua) kelas didasarkan atas sifat perilaku dari material ketika dikenakan gaya tegasan padanya, yaitu :

a.    Material yang bersifat retas (brittle material), yaitu apabila sebagian kecil atau sebagian besar bersifat elastis tetapi hanya sebagian kecil bersifat lentur sebelum material tersebut retak/pecah.

b.    Material yang bersifat lentur (ductile material) jika sebagian kecil bersifat elastis dan sebagian besar bersifat lentur sebelum terjadi peretakan / fracture.

Gambar 2. Gambar Deformasi Brittle dan Ductile

 Bagaimana suatu batuan / material akan bereaksi tergantung pada beberapa faktor, antara lain adalah:

a.    Temperatur.

Pada temperatur tinggi molekul molekul dan ikatannya dapat meregang dan berpindah, sehingga batuan/material akan lebih bereaksi pada kelenturan dan pada temperatur, material akan bersifat retas.

b.    Tekanan bebas

Pada material yang terkena tekanan bebas yang besar akan sifat untuk retak menjadi berkurang dikarenakan tekanan disekelilingnya cenderung untuk menghalangi terbentuknya retakan. Pada material yang tertekan yang rendah akan menjadi bersifat retas dan cenderung menjadi retak.

c.    Kecepatan tarikan

Pada material yang tertarik secara cepat cenderung akan retak. Pada material yang tertarik secara lambat maka akan cukup waktu bagi setiap atom dalam material berpindah dan oleh karena itu maka material akan berperilaku / bersifat lentur.

d.    Komposisi

Beberapa mineral, seperti Kuarsa, Olivine, dan Feldspar bersifat sangat retas. Mineral lainnya, seperti mineral lempung, mica, dan kalsit bersifat lentur. Hal tersebut berhubungan dengan tipe ikatan kimianya yang terikat satu dan lainnya. Jadi, komposisi mineral yang ada dalam batuan akan menjadi suatu faktor dalam menentukan tingkah laku dari batuan. Aspek lainnya adalah hadir tidaknya air. Air kelihatannya berperan dalam memperlemah ikatan kimia dan mengitari butiran mineral sehingga dapat menyebabkan pergeseran. Dengan demikian batuan yang bersifat basah cenderung akan bersifat lentur, sedangkan batuan yang kering akan cenderung bersifat retas.

Proses yang menyebabkan batuan  mengalami deformasi adalah gaya yang bekerja pada batuan tersebut. Sebagaimana diketahui dalam teori “Tektonik Lempeng” dinyatakan bahwa kulit bumi tersusun dari lempeng-lempeng yang saling bergerak satu dengan lainnya. Pergerakan lempeng-lempeng tersebut dapat berupa pergerakan yang saling mendekat (konvergen), saling menjauh (divergen), dan atau saling berpapasan (transform). 

Divergen Plate

Konvergen Plate

 

        

Transform Plate

Pergerakan lempeng-lempeng inilah yang merupakan sumber asal dari gaya yang bekerja pada batuan kerak bumi.  Sehingga secara umum pengertian geologi struktur adalah ilmu yang mempelajari tentang bentuk arsitektur batuan sebagai bagian dari kerak bumi serta menjelaskan proses pembentukannya. Beberapa kalangan berpendapat bahwa geologi struktur lebih ditekankan pada studi mengenai unsur-unsur struktur geologi, seperti perlipatan (fold), rekahan (fracture), patahan (fault), dan sebagainya yang merupakan bagian dari satuan tektonik (tectonic unit), sedangkan tektonik dan geotektonik dianggap sebagai suatu studi dengan skala yang lebih besar, yang mempelajari obyek-obyek geologi seperti cekungan sedimentasi, rangkaian pegunungan, lantai samudera, dan sebagainya.

1.2  Prinsip Dasar Mekanika Batuan

Mengenal dan menafsirkan tentang asal-usul dan mekanisme pembentukan suatu struktur geologi akan menjadi lebih mudah apabila kita memahami prinsip prinsip dasar mekanika batuan, yaitu tentang konsep gaya, tegasan (stress/compressive), tarikan (strength) dan faktor-faktor lainnya yang mempengaruhi karakter suatu materi/bahan.

1.2.1. Gaya (Force)

a.    Gaya merupakan suatu vektor yang dapat merubah gerak dan arah pergerakan suatu benda.

b.    Gaya dapat bekerja secara seimbang terhadap suatu benda (seperti gaya gravitasi dan elektromagnetik) atau  bekerja hanya pada bagian tertentu dari suatu benda (misalnya gaya-gaya yang bekerja di sepanjang suatu sesar di permukaan bumi).

c.    Gaya gravitasi merupakan gaya utama yang bekerja terhadap semua obyek/materi yang ada di sekeliling kita.

d.    Besaran (magnitud) suatu gaya gravitasi adalah berbanding lurus dengan jumlah    materi yang ada, akan tetapi magnitud gaya di permukaan tidak tergantung pada luas kawasan yang terlibat.

e.    Satu gaya dapat diurai menjadi 2 komponen gaya yang bekerja dengan arah tertentu, dimana diagonalnya mewakili jumlah gaya tersebut.

f.     Gaya yang bekerja diatas permukaan dapat dibagi menjadi 2 komponen yaitu: satu tegak lurus dengan bidang permukaan dan satu lagi searah dengan permukaan.

g.    Pada kondisi 3-dimensi, setiap komponen gaya dapat dibagi lagi menjadi dua komponen membentuk sudut tegak lurus antara satu dengan lainnya. Setiap gaya, dapat dipisahkan menjadi tiga komponen gaya, yaitu komponen gaya X, Y dan Z.

1.2.2. Tekanan Litostatik

a.    Tekanan yang terjadi pada suatu benda yang berada di dalam air dikenal sebagai tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik yang dialami oleh suatu benda yang berada di dalam air adalah berbanding lurus dengan berat volume air yang bergerak ke atas atau volume air yang dipindahkannya.

b.    Sebagaimana tekanan hidrostatik suatu benda yang berada di dalam air, maka batuan yang terdapat di dalam bumi juga mendapat tekanan yang sama seperti benda yang berada dalam air, akan tetapi tekanannya jauh lebih besar ketimbang benda yang ada di dalam air, dan hal ini disebabkan karena batuan yang berada di dalam bumi mendapat tekanan yang sangat besar yang dikenal dengan tekanan litostatik. Tekanan litostatik ini menekan kesegala arah dan akan meningkat ke arah dalam bumi.

1.2.3. Tegasan

a.    Tegasan adalah gaya yang bekerja pada suatu luasan permukaan dari suatu benda. Tegasan juga dapat didefinisikan sebagai suatu kondisi yang terjadi pada batuan sebagai respon dari gaya-gaya yang berasal dari luar.

b.    Tegasan dapat didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada luasan suatu permukaan benda dibagi dengan luas permukaan benda tersebut: Tegasan (P)= Daya (F) / luas (A).

c.    Tegasan yang bekerja pada salah satu permukaan yang mempunyai komponen tegasan prinsipal atau tegasan utama.

d.    Tegasan pembeda adalah perbedaan antara tegasan maksimal dan tegasan minimal. Sekiranya perbedaan gaya telah melampaui kekuatan batuan maka retakan/rekahan akan terjadi pada batuan tersebut.

e.    Kekuatan suatu batuan sangat tergantung pada besarnya tegasan yang diperlukan untuk menghasilkan retakan/rekahan.

1.2.4. Gaya Tegangan (Tensional Force)

a.    Gaya Tegangan merupakan gaya yang dihasilkan oleh tegasan, dan melibatkan perubahan panjang, bentuk (distortion) atau dilatasi (dilation) atau ketiga-tiganya.

b.    Bila terdapat perubahan tekanan litostatik, suatu benda (homogen) akan berubah volumenya (dilatasi) tetapi bukan bentuknya. Misalnya, batuan gabro akan mengembang bila gaya hidrostatiknya diturunkan.

c.    Perubahan bentuk biasanya terjadi pada saat gaya terpusat pada suatu benda. Bila suatu benda dikenai gaya, maka biasanya akan dilampaui ketiga fasa, yaitu fasa elastisitas, fasa plastisitas, dan fasa pecah.

d.    Bahan yang rapuh biasanya pecah sebelum fase plastisitas dilampaui, sementara bahan yang plastis akan mempunyai selang yang besar antara sifat elastis dan sifat untuk pecah. Hubungan ini dalam mekanika batuan ditunjukkan oleh tegasan dan tarikan.

e.    Kekuatan batuan, biasanya mengacu pada gaya yang diperlukan untuk pecah pada suhu dan tekanan permukaan tertentu.

f.     Setiap batuan mempunyai kekuatan yang berbeda-beda, walaupun terdiri dari jenis yang sama. Hal ini dikarenakan kondisi pembentukannya juga berbeda-beda.

g.    Batuan sedimen seperti batupasir, batugamping, batulempung kurang kuat dibandingkan dengan batuan metamorf (kuarsit, marmer, batusabak) dan batuan beku (basalt, andesit, gabro).

 

1.3 Struktur Batuan

Struktur batuan terbagi atas tiga, yaitu :

1.      Struktur Primer, yaitu struktur yang terjadi pada saat proses pembentukannya, struktur ini biasanya dikenal sebagai struktur sedimen. contohnya :

-          Graded Bedding

-          Parallel Lamination

2.      Struktur Sekunder, yaitu struktur yang terjadi setelah batuan terbentuk, struktur ini bisa biasanya dihasilkan oleh interaksi batuan dengan batuan, batuan dengan mahluk hidup, batuan dengan erosi dan dengan sedimentasi, serta batuan dengan proses tektonik.

-          Bioturbation (batuan-mahluk hidup)

-          Load Cast (batuan-batuan)

-          Flute Cast (batuan-erosi-sedimentasi)

-          Sesar,Lipatan, Kekar (batuan-tektonik)

Geologi Struktur dalam kajiannya akan mempelajari struktur sekunder batuan yang terbentuk sebagai akibat interaksi batuan dengan tektonik, walaupun tidak semua struktur geologi terbentuk akibat interaksi ini.

1.4 Unsur Struktur Batuan

Unsur struktur geologi, berdasarkan pengertian geometrinya   terbagi atas: Struktur Bidang (3D atau 2D) dan Struktur Garis (2D).

Beberapa unsur struktur  yang termasuk struktur bidang adalah :

a.       Bidang Sumbu Lipatan.

b.      Bidang Kekar.

c.       Bidang Sesar.

Beberapa unsur struktur yang termasuk struktur garis adalah:

a.       Sumbu Lipatan.

b.      Gores Garis (Striation) pada Cermin Sesar (Slicken Side).

c.       Lineasi Mineral (Contohnya Foliasi pada Gneiss)

1.5  Struktur Geologi

Struktur Geologi mencakup berbagai skala dan dimensi, dari mulai microstructures sampai megastructures. Struktur geologi yang dikenal secara umum adalah:

1.      Sesar /patahan (fault).

2.      Lipatan (fold).

3.      Kekar (joint).

1.5.1 SESAR

Sesar atau patahan adalah rekahan pada batuan yang telah mengalami “pergeseran yang berarti” pada bidang rekahnya. Suatu sesar dapat berupa bidang sesar (Fault Plain) atau rekahan tunggal. Tetapi sesar dapat juga dijumpai sebagai semacam jalur yang terdiri dari beberapa sesar minor. Jalur sesar atau jalur penggerusan, mempunyai dimensi panjang dan lebar yang beragam, dari skala minor sampai puluhan kilometer. Kekar yang memperlihatkan pergeseran bisa juga disebut sebagai sesar minor. Rekahan yang cukup besar akibat regangan, amblesan, longsor, yang disebut Fissure, tidak termasuk dalam definisi sesar.

Beberapa indikasi umum adanya sesar :

1.      Kelurusan pola pengaliran sungai.

2.      Pola kelurusan punggungan.

3.      Kelurusan Gawir.

4.      Gawir dengan Triangular Facet.

4.      Keberadaan mata air panas.

5.      Keberadaan zona hancuran.

6.      Keberadaaan kekar.

7.      Keberadaan lipatan seret (Dragfolg)

8.      Keberadaan bidang gores garis (Slicken Side) dan Slicken Line.

9.      Adanya tatanan stratigrafi yang tidak teratur.

Klasifikasi Sesar

a.       Slip (pergeseran relatif)

Pergeseran relatif pada sesar, diukur dari jarak blok pada bidang pergeseran titik-titik yang sebelumnya berhimpit. Jarak total dari pergeseran disebut dengan Net Slip.

Slip Fault terbagi atas:

a)        Strike Slip Fault, sesar yang arah pergerakannya relatif paralel dengan  strike bidang sesar. (Pitch 0⁰ - 10⁰). Sesar ini disebut juga sebagai Sesar Mendatar. Sesar mendatar terbagi lagi atas :

- Sesar Mendatar Sinistral, yaitu sesar mendatar yang blok batuan kirinya lebih mendekati pengamat.

- Sesar Mendatar Dextral, yaitu sesar mendatar yang blok batuan kanannya lebih mendekati pengamat.

b)        Dip Slip Fault, sesar yang arah pergerakan nya relatif tegak lurus strike bidang sesar dan berada pada dip bidang sesar. (Pitch 80⁰ - 90⁰). Dip Slip Fault terbagi lagi atas :

-  Sesar Normal, yaitu sesar yang pergerakan Hanging-Wallnya relatif turun terhadap Foot-Wall.

-  Sesar Naik, yaitu sesar yang pergerakan Hanging-Wallnya relatif naik terhadap Foot-Wall.

-          Strike-Dip Slip Fault atau (Oblique Fault), yaitu sesar yang vektor pergerakannya terpengaruh arah strike dan dip bidang sesar. (Pitch 10⁰ - 80⁰). Strike-Dip Slip Fault terbagi lagi atas kombinasi-kombinasi Strike Slip Fault dan Dip Slip Fault, yaitu:

·               Sesar Normal Sinistral, yaitu sesar yang pergerakan Hanging-Wallnya relatif turun dan sinistral terhadap Foot-Wall.

·               Sesar Normal Dextral, yaitu sesar yang pergerakan Hanging-Wallnya relatif turun dan dextral terhadap Foot-Wall.

·               Sesar Naik Sinistral, yaitu sesar yang pergerakan  Hanging-Wallnya relatif naik dan sinistral terhadap Foot-Wall.

·               Sesar Naik Dextral, yaitu sesar yang pergerakan  Hanging-Wallnya relatif naik dan dextral terhadap Foot-Wall.

b.    Separation (Pergeseran Relatif Semu)

Bila pitch tidak dapat ditemukan, maka pergeseran tidak dapat ditentukan, maka pergeseran disebut separation.

            Unsur- unsur struktur sesar

1.    Bidang Sesar, yaitu bidang rekahan tempat terjadinya pergeseran yang kedudukannya dinyatakan dengan jurus dan kemiringan.

2.    Hanging-Wall, yaitu blok bagian terpatahkan yang berada relatif diatas bidang sesar.

3.    Foot-Wall, yaitu blok bagian terpatahkan yang relatif berada dibawah bidang sesar.

4.    Throw, yaitu besarnya pergeseran vertikal pada sesar.

5.    Heave, yaitu besarnya pergeseran horizontal pada sesar.

6.    Pitch, yaitu besarnya sudut yang terbentuk oleh perpotongan antara gores garis (Slicken Line) dengan garis horizontal (garis horizontal diperoleh dari penandaan kompas pada bidang sesar saat pengukuran Strike bidang sesar).

1.5.2. LIPATAN

Terdapat beberapa definisi lipatan menurut ahli geologi struktur, antara lain:

1.  Hill (1953).

Lipatan merupakan pencerminan dari suatu lengkungan yang mekanismenya disebabkan oleh dua proses, yaitu bending (melengkung) dan buckling (melipat). Pada gejala buckling, gaya yang bekerja sejajar dengan bidang perlapisan, sedangkan pada bending, gaya yang bekerja tegak lurus terhadap bidang permukaan lapisan. 

2.  Billing (1960)

Lipatan merupakan bentuk undulasi atau suatu gelombang pada batuan permukaan.

3.  Hob (1971)

Lipatan akibat bending, terjadi apabila gaya penyebabnya agak lurus terhadap bidang lapisan, sedangkan pada proses buckling, terjadi apabila gaya penyebabnya sejajar dengan bidang lapisan. Selanjutnya dikemukakan pula bahwa pada proses buckling terjadi perubahan pola keterikan batuan, dimana pada bagian puncak lipatan antiklin, berkembang suatu rekahan yang disebabkan akibat adanya tegasan tensional (tarikan) sedangkan pada bagian bawah bidang lapisan terjadi tegasan kompresi yang menghasilkan Shear Joint. Kondisi ini akan terbalik pada sinklin.

4.  Park (1980)

Lipatan adalah suatu bentuk lengkungan (curve) dari suatu bidang lapisan batuan.

Beberapa unsur perlipatan

1.    Plunge, sudut yang terbentuk oleh poros dengan horizontal pada bidang vertikal.

2.    Core, bagian dari suatu lipatan yang letaknya disekitar sumbu lipatan. 

3.    Crest, daerah tertinggi dari suatu lipatan biasanya selalu dijumpai pada antiklin

4.    Pitch atau Rake, sudut antara garis poros dan horizontal, diukur pada bidang poros.

5.    Depresion  , daerah terendah dari puncak lipatan.

6.    Culmination, daerah tertinggi dari puncak lipatan.

7.    Enveloping Surface, gambaran permukaan (bidang imajiner) yang melalui semua Hinge Line dari suatu lipatan.

8.    Limb (sayap), bagian dari lipatan yang terletak Downdip (sayap yang dimulai dari lengkungan maksimum antiklin sampai hinge sinklin), atau Updip (sayap yang dimulai dari lengkungan maksimum sinklin sampai hinge antiklin). Sayap lipatan dapat berupa bidang datar (planar), melengkung (curve), atau bergelombang (wave).

9.    Fore Limb, sayap yang curam pada lipatan yang simetri.

10.  Back Limb, sayap yang landai.

11.  Hinge Point, titik yang merupakan kelengkungan maksimum pada suatu perlipatan. 

12.  Hinge Line, garis yang menghubungkan Hinge Point pada suatu perlapisan yang sama.

13.  Hinge Zone, daerah sekitar Hinge Point.

14.  Crestal Line, disebut juga garis poros, yaitu garis khayal yang menghubungkan titik-titik tertinggi pada setiap permukaan lapisan pada sebuah antiklin.

15.  Crestal Surface, disebut juga Crestal Plane, yaitu suatu permukaan khayal dimana terletak di dalamnya semua garis puncak dari suatu lipatan.

16.  Trough, daerah terendah pada suatu lipatan, selalu dijumpai pada sinklin.        

17.  Trough Line, garis khayal yang menghubungkan titik-titik terendah ada setiap permukaan lapisan pasa sebuah sinklin.

18.  Trough Surface, bidang yang melewati Trough Line.

19.  Axial Line, garis khayal  yang menghubungkan titik-titik dari lengkungan maksimum pada tiap permukaan lapisan dari suatu struktur lapisan.

20.  Axial Plane, bidang sumbu lipatan yang membagi sudut sama besar antara sayap-sayap lipatannya.

Gambar unsur lipatan

Klasifikasi lipatan

1. Klasifikasi lipatan berdasarkan unsur geometri, antara lain:

A.    Berdasarkan kedudukan Axial Plane, yaitu:

·         Upright Fold atau Simetrical Fold (lipatan tegak atau lipatan setangkup).

·         Asimetrical Fold (lipatan tak setangkup atau lipatan tak simetri)

·         Inclined Fold atau Over Fold (lipatan miring atau lipatan menggantung).

·         Recumbent Fold (lipatan rebah)

2. Klasifikasi lipatan berdasarkan bentuknya, antara lain:

·  Concentric Fold\ ·  Similar Fold. ·  Chevron Fold. ·  Isoclinal Fold. ·  Box Fold ·  Fan Fold. ·  Box Fold

·        Fan Fold. ·        Closed Fold ·        Harmonic Fold ·        Disharmonic Fold. ·        Open Fold ·        Kink Fold, terbagi lagi atas : a.             Monoklin. b.             Homoklin. c.             Terrace.

Jenis-jenis lipatan

1.5.3 KEKAR

Kekar adalah struktur rekahan pada batuan dimana tidak ada atau relatif sedikit sekali terjadi pergeseran. Kekar merupakan salah satu struktur yang paling umum pada batuan.

Klasifikasi kekar

Secara genetik, kekar terbagi atas:

1.    Kekar Gerus (Shear Joint), yaitu kekar yang terjadi akibat stress yang cenderung mengelincir bidang satu sama lainnya yang berdekatan.

2.    Kekar Tarikan (Tensional Joint), yaitu kekar yang terbentuk dengan arah tegak lurus dari gaya yang cenderung untuk memindahkan batuan (gaya tension). Hal ini terjadi akibat dari stress yang cenderung untuk membelah dengan cara menekannya pada arah yang berlawanan, dan akhirnya kedua dindingnya akan saling menjauhi.

3.    Kekar Hibrid (Hybrid Joint), yaitu merupakan campuran dari kekar gerus dan kekar tarikan dan pada umumnya rekahannya terisi oleh mineral sekunder.

a.         Kekar Gerus.

Ciri-ciri dilapangan :

·         Biasanya bidangnya licin.

·         Memotong seluruh batuan.

·         Memotong komponen batuan.

·         Bidang rekahnya relatif kecil.

·         Adanya joint set berpola belah ketupat.

b.        Kekar Tarikan

Ciri-ciri dilapangan :

-          Bidang kekar tidak rata.

-          Bidang rekahnya relatif lebih besar.

-          Polanya sering tidak teratur, kalaupun teratur biasanya akan berpola kotak-kotak.

-          Karena terbuka, maka dapat terisi mineral yang kemudian disebut vein.

Kekar tarikan dapat dibedakan  atas:

1.    Tension Fracture, yaitu kekar tarik yang bidang rekahannya searah dengan tegasan.

2.    Release Fracture, yaitu kekar tarik yang terbentuk akibat hilangnya atau pengurangan tekanan, orientasinya tegak lurus terhadap gaya utama. Struktur ini biasanya disebut STYLOLITE.

Referensi :

Departemen Pendidikan HMG UNPAD 2003