BAB IV TEORI DASAR DIAGENESIS KARBONAT 4.1 Tinjauan Umum Diagenesis meliputi perubahan fisik atau kimia suatu sedimen atau batuan sedimen yang terjadi setelah pengendapan (tidak termasuk proses-proses yang melibatkan temperatur dan tekanan yang cukup tinggi yang dikenal sebagai metamorfisme) (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003). Diagenesis dapat menyimpan informasi mengenai kenampakan primer, sejarah setelah pengendapan, komposisi air pori dan temperatur. Pengontrol utama diagenesis adalah komposisi dan mineralogi dari sedimen, komposisi kimiawi fluida pori dan rata-rata aliran fluida, sejarah geologi dari sedimen dalam hubungannya dengan burial, pengangkatan dan perubahan muka air laut, influks perbedaan fluida pori dan ikllim (Tucker dan Wright, 1990). Dalam suatu sejarah diagenesis karbonat, perubahan dari satu lingkungan diagenesis ke lingkungan lainnya mungkin dapat terjadi beberapa kali. Hal ini dapat diketahui berdasarkan data tekstur yang mungkin terawetkan sehingga dapat ditentukan urutan diagenesisnya (Longman, 1980). 4.2 Proses dan Produk Diagenesis Proses-proses utama yang terjadi selama diagenesis yaitu mikritisasi mikrobial, dolomitisasi, sementasi, pelarutan, neomorfisme dan kompaksi (termasuk pressure dissolution) (Tucker dan Wright, 1990). 4.2.1 Mikritisasi Mikrobial Mikritisasi mikrobial adalah proses dimana bioklas terubah selama di dasar laut oleh organisme alga, jamur atau bakteri. Selaput mikrit (micritic envelopes) adalah produk dari mikritisasi mikrobial dan jika kegiatan ini intensif maka akan dihasilkan butiran yang termikritisasikan (Gambar 4.1). 45
Gambar 4.1 Proses pembentukkan selaput mikrit yang diakibatkan oleh organisme alga, jamur atau bakteri (Tucker dan Wright, 1990). 4.2.2 Dolomitisasi Dolomitisasi adalah proses penggantian mineral kalsit (CaCO 3 ) menjadi mineral dolomit (CaMg(CO 3 ) 2 ) akibat adanya kontak batugamping dengan air yang kaya magnesium pada batuan karbonat. Presipitasi dolomit dipengaruhi oleh besarnya rasio Mg/Ca pada mineral, besarnya kandungan karbondioksida, tingginya temperatur dan ph, rendahnya kandungan sulfat, rendahnya kadar salinitas serta pengaruh material organik (Morrow, 1982). 4.2.3 Sementasi Sementasi merupakan proses pengisian pori baik di antara butiran, di dalam butiran ataupun di dalam lubang yang dihasilkan oleh pelarutan aragonit (Morrow, 1982). Jenis-jenis semen yang biasa hadir pada batuan karbonat yaitu aragonit, kalsit dengan kandungan Mg rendah, kalsit dengan kandungan Mg tinggi serta dolomit. 4.2.4 Pelarutan Banyak batugamping yang mengalami pelarutan sebagai hasil kontak antara fluida pori yang tidak jenuh dengan batuan karbonat. Proses pelarutan merupakan 46
proses utama di dekat permukaan, meteorik, dan dapat menyebabkan pembentukan karst. Akan tetapi, proses ini dapat terjadi pada dasar laut dan selama deep burial. 4.2.5 Neomorfisme Neomorfisme adalah proses penggantian dan rekristalisasi dimana terjadi perubahan mineralogi. Contohnya yaitu pengasaran ukuran kristal pada lumpur karbonat atau mikrit (aggrading neomorphism) dan penggantian cangkang aragonit dan semen oleh kalsit (calcitization) (Tucker, 1991). 4.2.6 Kompaksi Tucker dan Wright (1990) membagi kompaksi menjadi 2 macam, yaitu: Kompaksi Mekanik; terjadi ketika pembebanan semakin besar menyebabkan terjadinya retakan di dalam butir, butir saling berdekatan, porositas menurun dan Kompaksi Kimia; terjadi ketika antar butir bersentuhan sehingga mengalami pelarutan yang menghasilkan kontak suture dan kontak concavo-convex. 4.3 Lingkungan Diagenesis Gambar 4.2 Lingkungan diagenesis yang terjadi pada batuan karbonat (Tucker dan Wright, 1990). 47
Lingkungan diagenesis merupakan daerah dimana pola diagenesis yang sama muncul. Lingkungan diagenesis berdasarkan Longman (1980) serta Tucker dan Wright (1990) yaitu marine phreatic, mixing zone, meteoric phreatic, meteoric vadose dan burial (Gambar 4.2). 4.3.1 Marine Phreatic Lingkungan diagenesis marine-phreatic terjadi apabila ketika semua pori pada sedimen atau batuan terisi dengan air laut. Pada umumnya karbonat diendapkan di lingkungan laut dan memulai sejarah diagenesisnya di lingkungan marine phreatic. Semen yang dominan pada lingkungan marine phreatic adalah kalsit dengan kandungan Mg yang tinggi dan aragonit. Morfologi dari kalsit dengan kandungan Mg tinggi yaitu microcrystalline crusts dan fibrous sampai bladed rinds, sedangkan morfologi dari aragonit yaitu fibrous, mesh of needles, dan botryoidal (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003) (Gambar 4.3). Gambar 4.3 Morfologi semen yang dominan pada lingkungan marine phreatic (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003). 4.3.2 Mixing Zone Lingkungan ini terletak diantara lingkungan marine phreatic dan freshwater phreatic yang ditandai oleh air payau. Berdasarkan percobaan oleh Badiozamani (1973) op. cit. Longman (1980) menunjukkan bahwa pencampuran air laut dan air tawar akan membentuk kalsit 48
apabila larutan tersebut tidak jenuh dolomit dan dolomit apabila larutan tersebut kelewat jenuh dolomit. 4.3.3 Meteoric Phreatic Lingkungan meteoric phreatic terletak diantara zona vadose dan zona mixed marine phreatic-freshwater. Semua pori pada zona ini diisi oleh air meteorik yang mengandung karbonat terlarut. Semen yang dominan pada lingkungan meteoric phreatic adalah kalsit dengan kandungan Mg yang rendah. Morfologi semen pada lingkungan ini adalah isopachus dan blocky (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003) (Gambar 4.4). Gambar 4.4 Morfologi semen yang dominan pada lingkungan vadose zone dan phreatic zone (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003). 4.3.4 Meteoric Vadose Lingkungan diagenesis ini terletak di bawah permukaan dan di atas zona saturasi atau muka air tanah. Lingkungan meteoric vadose tidak jenuh air menyebabkan air yang terdapat di lingkungan ini cenderung untuk bertahan di antara butiran diakibatkan gaya kapilaritas atau di bawah butiran sebagai pendant drops. Semen yang dominan pada lingkungan marine vadose adalah kalsit dengan kandungan Mg yang rendah. Morfologi semen yang dominan pada lingkungan ini 49
yaitu meniscus, pendant dan kalsit equant. (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003) (Gambar 4.4). 4.3.5 Burial Lingkungan ini mewakili perubahan yang terjadi di bawah zona sirkulasi air dekat permukaan (di bawah zona pencampuran meteoric phreatic atau zona aktif sirkulasi air laut) (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003). Lingkungan burial sangat dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan yang sangat mempengaruhi proses diagenesis. Gambar 4.5 Morfologi semen yang dominan pada lingkungan burial (Scholle dan Ulmer-Scholle, 2003). Gambar 4.6 Jenis struktur pelarutan pada Lingkungan Burial (Scholle dan Ulmer- Scholle, 2003). 50
Semen yang terbentuk di daerah burial yaitu coarse calcite spar dan dolomit Fe. Terdapat empat jenis mosaik semen coarse calcite spar pada lingkungan ini yaitu drusy (kalsit equant), kalsit poikilotopic, spari kalsit equantequicrystalline mosaic dan spari kalsit syntaxial (Gambar 4.5). Semua semen ini dapat terbentuk di lingkungan diagenesis yang lain sehingga tidak dapat merepresentasikan secara tepat sebagai hasil pembentukan di lingkungan burial. Kompaksi kimia dan pressure dissolution adalah proses yang penting pada lingkungan burial. Terdapat tiga jenis struktur pelarutan (Tucker dan Wright, 1990) yaitu fitted fabric, dissolution seams, dan stylolites (Gambar 4.6). 4.4 Tahapan Diagenesis Longman (1980) membagi tahapan diagenesis menjadi delapan tahapan berdasarkan tahapan ideal diagenesis batuan karbonat yang terjadi di daerah dangkal (Gambar 4.7 dan 4.8), yaitu: 4.4.1 Tahap 1 Merupakan tahap pengendapan awal dari sedimen karbonat di lingkungan laut dangkal. Sedimen terdiri dari alga merah, foraminifera, moluska, dan fragmen echinodermata. Mikrit hadir diantara butir dan diasumsikan sebagai aragonit. Porositas yang terbentuk sekitar 45%. Sedimen mengandung butiran Mg-kalsit dan aragonit yang mencirikan karbonat laut dangkal. 4.4.2 Tahap 2 Tahap ini mewakili tahap awal dari diagenesis seperti yang terjadi setelah pengendapan pada lingkungan diagenesis stagnant marine phreatic. Mikritisasi butiran oleh alga pembor dan jamur membentuk micrite envelopes. Sementasi minor terjadi pada bagian dalam pori alga merah dan foraminifera yang mungkin disebabkan oleh aktivitas bakteri. Porositas berkurang akibat sementasi intragranular dan kompaksi. 51
52 Gambar 4.7 Empat tahapan awal diagenesis batuan karbonat yang terjadi di daerah dangkal menurut Longman (1980). 52
53 Gambar 4.8 Empat tahapan akhir diagenesis batuan karbonat yang terjadi di daerah dangkal menurut Longman (1980). 53
4.4.3 Tahap 3 Tahap 3 merefleksikan perubahan menjadi lingkungan active marine phreatic dimana terjadi sementasi intergranular oleh aragonit berserabut dan Mgkalsit. Semen yang terjadi berbentuk isopachous rims pada semua butiran termasuk fragmen echinodermata. Porositas berkurang secara signifikan akibat proses sementasi yang terjadi. 4.4.4 Tahap 4 Tahap 4 menunjukkan diagenesis pada lingkungan freshwater phreatic dan merupakan kelanjutan dari tahap 2 (mikritisasi sementasi laut intergranular) tanpa ada sementasi tahap lanjut dari lingkungan active marine phreatic. Semua pori terisi dengan kalsit equant dan semen akan mengasar menuju pusat pori. Porositas signifikan berubah akibat proses sementasi. 4.4.5 Tahap 5 Tahap ini melanjutkan diagenesis yang terjadi pada lingkungan freshwater phreatic setelah berubah menjadi zona tidak jenuh aragonit. Aragonit dan beberapa Mg-kalsit tercuci dari butiran awal menghasilkan porositas moldic. Banyak Mg-kalsit mengalami neomorfisme menjadi kalsit normal tanpa melalui tahap larut. Porositas yang dihasilkan oleh proses pencucian meningkat menjadi lebih dari 20%. 4.4.6 Tahap 6 Merupakan tahap akhir kestabilan dari sedimen awal dan proses sementasi semua porositas moldic oleh kalsit sehingga menghasilkan produk akhir yang mirip dengan batugamping purba. Bentuk butir dan tekstur terawetkan akibat proses neomorfisme. Semen mengisi butiran mengasar ke arah pusat. Mikrit mengalami rekristalisasi menjadi butiran yang lebih kasar dan membentuk mikrospar. Porositas berkurang akibat banyaknya sementasi dan neomorfisme. 54
4.4.7 Tahap 7 Tahap ini terjadi ketika batuan karbonat terangkat menuju lingkungan freshwater vadose. Pelarutan pada batugamping yang sejenis pada umumnya menghasilkan porositas vuggy yang memotong butiran dan semen. Porositas yang terjadi tergantung jarak dengan zona tanah, kecepatan aliran air dan waktu proses pelarutan. 4.4.8 Tahap 8 Pada tahap ini terjadi perubahan lingkungan pengendapan dari lingkungan freshwater vadose menjadi lingkungan freshwater phreatic yang mungkin disebabkan oleh proses tektonik ataupun akibat muka air laut relatif. Akibat perubahan lingkungan maka porositas vug yang terbentuk terisi oleh semen kalsit equant menghasilkan batugamping yang keras. Tahapan diagenesis berdasarkan Longman (1980) tidak mencakup lingkungan diagenesis burial dan laut dalam. Teori ini dapat digunakan pada daerah penelitian penulis dikarenakan proses dan produk diagenesis yang terjadi sebagian besar terdapat di daerah dangkal. 55