UNIVERSITAS DIPONEGORO ANALISIS PROVENANS LUTUT BEDS SEBAGAI DASAR PENENTUAN TATANAN GEOLOGI REGIONAL PADA ZONA FISIOGRAFI PEGUNUNGAN SERAYU UTARA BAGIAN TIMUR TUGAS AKHIR IMAM FARCHAN BAGUS ROMARIO 21100112130027 FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK GEOLOGI SEMARANG APRIL 2017
UNIVERSITAS DIPONEGORO ANALISIS PROVENANS LUTUT BEDS SEBAGAI DASAR PENENTUAN TATANAN GEOLOGI REGIONAL PADA ZONA FISIOGRAFI PEGUNUNGAN SERAYU UTARA BAGIAN TIMUR TUGAS AKHIR diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana IMAM FARCHAN BAGUS ROMARIO 21100112130027 FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI SEMARANG APRIL 2017 i
KATA PENGANTAR Laporan Tugas Akhir sebagai syarat kelulusan S-1 Program Studi Teknik Geologi Universitas Diponegoro ini berjudul: Analisis Provenance Lutut Beds Sebagai Dasar Penentuan Tatanan Geologi Regional pada Zona Fisiografi Pegunungan Serayu Utara Bagian Timur. Penelitian ini dilaksanakan di Kali Lutut, Kecamatan Sukorejo, Kabupaten Kendal, Provinsi Jawa Tengah. Batuan pada lokasi penelitian memiliki karakteristik yang cukup berbeda dengan batuan pada daerah sekitarnya. Penelitian ini bertujuan untuk membahas mengenai batuan sumber (provenance), fasies sedimentasi, posisi stratigrafi dan setting tektonik geologi regional hingga batuan pada daerah penelitian dapat terbentuk. Hal yang dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian ini berupa pengukuran stratigrafi untuk mengetahui perkembangan suksesi lapisan secara vertikal, perubahan fasies batuan dan sedimentasi. Pengambilan sampel petrografi untuk menentukan karakter batuan setiap litofasies dan analisis provenans. Pengamilan sampel paleontologi untuk dilakukan analisis umur relatif dan lingkungan pengendapan menggunakan sebagai dasar penentuan posisi stratigrafi. Semoga laporan tugas akhir ini berguna tidak hanya di lingkungan kampus tetapi juga untuk kepentingan umum. Semarang, 6 April 2017 Penulis v
UCAPAN TERIMA KASIH Dalam pelaksanaan dan penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah Subhanahu Wata ala Tuhan Yang Maha Kuasa yang selalu memberikan rahmat, berkat dan kasih karunia-nya. 2. Bapak Rudi Hartono dan Ibu Enny Nurtjahjaningrum, selaku kedua orang tua yang selalu berdoa dan berusaha tiada henti untuk saya dengan segala upaya agar karya ini selesai. 3. Adik-adik saya tercinta, Bayu Krisna Aji Susetyo, Gusti Hakim Thoriq Wicaksono, dan Bisma Aflah Raditya Hartono yang selalu menjadi motivasi bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Najib, S.T., M.Eng., Ph.D. selaku Ketua Departemen Teknik Geologi Universitas Diponegoro. 5. Yoga Aribowo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I atas saran dan semua ilmu yang telah diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini. 6. Anis Kurniasih, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II atas saran dan semua ilmu yang telah diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini. 7. Seluruh dosen dan staff karyawan tata usaha Departemen Teknik Geologi Universitas Diponegoro yang telah memberikan pengajaran, pelayanan dan ilmu yang bermanfaat. 8. Teman-teman Angkatan 2012 Teknik Geologi Universitas Diponegoro yang selalu menjadi penghibur dan penyemangat selama hari-hari baik dan buruk diperkuliahan. 9. HMTG MAGMADIPA khususnya PSDM atas segala cerita dan pengalamannya selama di dunia perkuliahan. 10. Anisa Nevi Saerina dengan kasih sayang yang tulus selalu menemani, memberi dorongan, dan menjadi motivasi dari awal penyusunan hingga selesainya karya ini dan tidak mampu untuk penulis balas. vi
11. Rachdian Eko, Idham Fauzan, Ilham Hani, Taufik Akbar, Zuna Lihardo, dan Dani Satria yang telah menjadi teman dalam bertarung di tengah aliran sungai Lutut untuk mengambil data penelitian ini. 12. Teman-teman Kontrakan Permata Tembalang, Renda, Akhmad, Setyo, Muklis, Dani, Patria, Bobi, Jamal, dan semua yang minimal 5 hari dalam seminggu selalu hadir menemani hari-hari di rumah kontrakan yang hangat. 13. Kepada teman seperjuangan Enrico Putra Nurdin yang selalu bersedia menyisihkan waktunya untuk menghabiskan malam dengan secangkir kopi dan obrolan hangat. 14. Kepada Arief Afrisyal, Arfandi Reynaldo, dan Dirgha Gusti dengan semua obrolan tidak berbobotnya yang selalu menjadi dorongan untuk berlari dalam mengejar mimpi. 15. Ibu Helen Smyth dan Bapak Salahudin Hussein yang telah membantu dalam diskusi singkat untuk penulisan karya ini. 16. Kepada mereka yang selalu bersedia memberikan pundaknya kepada penulis di kala letih dan harus bersandar. 17. Terimakasih untuk semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, semoga senantiasa dalam kasih karunia-nya. Semarang, 2017 Penulis vii
HALAMAN PERSEMBAHAN Laporan Tugas Akhir ini Penulis persembahkan kepada: Papa Rudi Hartono dan Mama Enny Nurtjahjaningrum Selaku Orangtua yang Selalu Meletakkan Harapannya di Pundak ini dan Mengajarkan Saya Untuk Berlari. Teknik Geologi Universitas Diponegoro HMTG MAGMADIPA GEOLOGI INDONESIA, INI KARYA TERAKHIRKU UNTUKMU Age is No Guarantee of Efficiency and Youth is No Guarantee of Innovation James Bond viii
SARI Lutut Beds merupakan satuan batuan sedimen yang memiliki fragmen aneka bahan dengan ukuran kerikil-kerakal mirip dengan batuan berumur EosenOligosen di Cekungan Serayu dan Pegunungan Selatan seperti Formasi Karangsambung, Totogan, Worawari, Nanggulan, dan Wungkal-Gamping. Lutut Beds terletak pada Kali Lutut, Kendal dan termasuk ke dalam zona Fisiografi Pegunungan Serayu Utara Bagian Timur. Lutut Beds dikenal sebagai bagian dari Formasi Kerek dalam sistem cekungan pengendapan Kendeng, tetapi umur dan posisi stratigrafi-nya belum dapat dipastikan. Kondisi tersebut menjadi suatu indikasi bahwa terdapat proses geologi yang berbeda pada Lutut Beds dengan batuan yang lain yang ada pada zona fisiografi tersebut. Penelitian ini dimaksudkan untuk menentukan lingkungan pengendapan, sumber material, dan proses geologi yang menginisiasi pembentukan batuan Lutut Beds tersebut. Dilakukan pengukuran stratigrafi pada lintasan Kali Lutut yang dianggap mewakili karakter litologi pada daerah penelitian. Dari lintasan pengukuran tersebut dipilih 5 sampel petrografi dan 3 sampel paleontologi. Hasil pengukuran stratigrafi kemudian dilakukan analisis fasies dan asosiasi fasies untuk menentukan lingkungan dan proses pengendapannya. Sampel paleontologi dianalisis dengan metode ayak yang kemudian fosil hasil ayakan diamati pada mikroskop binokuler untuk menentukan bathimetri. Sampel petrografi diamati di bawah mikroskop polarisasi untuk menentukan karakteristik dari masing-masing batuan. Sampel batuan Lutut Beds kemudian dilakukan analisis provenans dengan metode perhitungan butir sejumlah 5 buah sampel. Hasil perhitungan butir material penyusun fragmen Lutut Beds kemudian dilakukan komparasi dengan fragmen Formasi Karangsambung, Formasi Totogan, Formasi Worawari, Formasi Nanggulan, dan Formasi Wungkal-Gamping untuk menentukan kemungkinan provenans-nya. Kali Lutut tersusun oleh litologi batugamping kalkarenit dan kalsirudit berselingan dengan batulempung karbonatan. Lutut Beds terendapkan pada kedalaman bathyal dengan lingkungan kipas bawah laut. Fasies yang dominan berkembang adalah fasies channel dengan jenis meandering dan debrite channel fill. Batugamping kalkarenit dan kalsirudit Lutut Beds dominan tersusun oleh kuarsa yang berasal dari zona transitional recycled orogen yang memiliki batuan metamorf derajat rendah dan material hasil mélange akibat pembentukan foreland uplift di belakang busur magmatik. Fragmen Lutut Beds diperkirakan berasal dari longsoran Formasi Totogan, Worawari, dan Karangsambung akibat peningkatan kelerengan dan aktivitas vulkanisme. Kata Kunci : Provenance, Lutut Beds, Serayu Utara ix
ABSTRACT Lutut Beds is a series of sedimentary rock that contained polymict fragments in gravelly size and did not found near the exposed. Lutut Beds located along Lutut s river flow at Kendal District and as a part of North-East Serayu Mountain physiography. Lutut Beds known as a part of Kerek Series that sedimented on Kendeng Basin System, but the age and its stratigraphical position was unknown and still being discussed. Lutut Beds fragments character is similar to EoceneOligocene North Serayu and Southern Mountain sediment such as Karangsambung, Totogan, Worawari, Nanggulan, and Wungkal-Gamping Formation. Those conditions indicate that there is a different geological process that initiate Lutut Beds forming than another sediments on the area. This research aim to determine lithological series, depositional facies, provenance type, and geological process that initiate Lutut Beds forming. Measuring stratigraphy was done along the exposed layer that represented vertical shift of lithological series in Lutut River. From those measured line, 5 petrography and 3 paleontology sample was choosen. Measured rock layers was constructed to facies and facies association to determine the depositional environment and the sedimentation. Paleontological sample was analyzed with sieve method, the fossil that resulted from sieving was observed under binocular microscope to determine its bathimetry. Petrographical sample was observed under polarization microscope to determine the characteristic of each lithology. Lutut Beds sample was analyzed with point counting method. Point counted result of Lutut Beds fragments was compared with the fragments of Karangsambung, Totogan, Worawari, Nanggulan, and Wungkal-Gamping Formation to identify the Lutut Beds provenance possibility was from those formation. Kali Lutut has calcarenite and calirudite lithology intercalated with carbonaceous mudstone. Lutut Beds was deposited in bathyal depth zone especially in submarine-fan system. The dominant facies that had been developed in Lutut Beds is channelized system, which is meandering and debrite channel fill type. Calcarenite dan calcirudite series is dominated by quartz fragment that had came from transitional recycled orogen complex composed of low rank metamorphic rock and mélange material, the erosion process was caused by the forming of foreland uplift in the back of magmatic arc. Lutut beds fragment is estimated came from the mass flow over Totogan, Worawari, and Karangsambung, the mass flow caused by the increase of slope degree and volcanism activities. Keywords: Provenance, Stratigraphy, Lutut Beds, North Serayu x
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... v KATA PENGANTAR... vi UCAPAN TERIMA KASIH... vii HALAMAN PERSEMBAHAN... ix SARI... x ABSTRACT... xi DAFTAR ISI... xii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xxiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Maksud... 3 1.3 Tujuan... 3 1.4 Batasan Masalah... 4 1.5 Lokasi Wilayah Penelitian... 4 1.6 Kesampaian daerah... 4 1.7 Penelitian Terdahulu... 5 1.8 Waktu Pelaksanaan Penelitian... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Provenans... 8 2.2 Metode Analisis Provenans... 10 2.3 Tipe Provenans dan Tatanan Tektonik... 14 2.4 Stratigrafi Regional... 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 22 3.1 Hipotesis Penelitian... 22 3.2 Metodologi Penelitian... 22 3.2.1 Tahap Pendahuluan... 22 3.2.2 Tahap Pengambilan Data... 23 3.2.3 Tahap Pengolahan Data... 24 3.2.4 Tahap Penyajian Hasil / Penyusunan Laporan... 24 3.5 Alat dan Bahan... 25 3.5.1 Alat... 25 3.5.2 Bahan... 25 3.6 Diagram Alir Penelitian... 25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 27 4.1 Stratigrafi... 27 4.2 Analisis Petrogafi... 30 xi
4.2.1 Sampel KL-S1-01... 31 4.2.2 Sampel KL-S1-02... 32 4.2.3 Sampel KL-S1-03... 32 4.2.4 Sampel KL-S1-04... 33 4.2.5 Sampel KL-S1-05... 34 4.3 Analisis Mikrofosil... 35 4.4 Lingkungan Pengendapan... 38 4.5 Analisis Provenans... 42 4.5.1 Provenans Berdasarkan Plot Diagram... 42 4.5.2 Komparasi Provenans... 50 4.6 Sejarah Geologi... 60 BAB V PENUTUP... 69 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA... 70 LAMPIRAN... 74 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Lokasi daerah penelitian berada pada peta RBI Lembar 1408-532 Ditandai dengan kotak merah...5 Gambar 2.1 Diagram analisis provenans (modifikasi Boggs, 2008)...8 Gambar 2.2 Metode perhitungan butir sedimen dalam petrografi menggunakan metode perhitungan butir (modifikasi Dickinson dan Gazzi, 1980)...13 Gambar 2.3 Diagram Q-F-L dan diagram Qm-F-Lt (Dickinson dan Suczek, 1979...14 Gambar 2.4 Diagram Qp-Lv-Ls dan diagram Qm-P-K (Dickinson dan Suczek, 1979)...14 Gambar 2.5 Tatanan tektonik batuan sumber material (A) craton interior (B) uplifted basement (Dickinson dan Suczek, 1979)...16 Gambar 2.6 Kompleks subduksi yang dapat menyebabkan transportasi material yang jauh berupa batuan vulkanik ke tepi lingkungan subduksi merupakan batuan metamorfik (Dickinson dan Suczek, 1979)...17 Gambar 2.7 Tatanan tektonik provenans zona recycled orogen (Dickinson, 1979)...18 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...26 Gambar 4.1 (A) pengukuran stratigrafi lintasan Kali Lutut Section 1 dengan metode rentang tali berada pada tepian Kali Lutut (B) Fragmen pecahan karbon terorientasi (C) Fragmen basalt berukuran pada bagian dasar lapisan (D) kenampakan umum litologi batugamping kalkarenit dan kalsirudit fragmen aneka bahan...29 Gambar 4.2 (A) Litologi batulempung karbonatan yang menjadi perselingan dengan litologi batugamping (B) Struktur sedimen laminasi bergelombang pada litologi sisipan batupasir karbonatan yang mengindikasikan arus tidal...30 Gambar 4.3 Sayatan petrografi sampel KL-S1-01 komposisi yang beragam dengan penamaan Kalkarenit...32 Gambar 4.4 Sayatan petrografi sampel KL-S1-02 komposisi yang beragam dengan penamaan Kalkarenit...33 Gambar 4.5 Sayatan petrografi sampel KL-S1-03 komposisi yang beragam dengan penamaan Kalsirudit...33 Gambar 4.6 Sayatan petrografi sampel KL-S1-04 komposisi yang beragam dengan penamaan Kalkarenit...34 Gambar 4.7 Sayatan petrografi sampel KL-S1-05 komposisi yang beragam dengan penamaan Kalkarenit...35 Gambar 4.8 Morfologi bawah laut dan zona bathimetri sesuai kedalamannya (Modifikasi Allen, 1970 dalam Okosun dan Osterloff, 2014)...37 Gambar 4.9 Model channel yang berada dalam satu sitem channel besar dan tersusun oleh banyak channel kecil (Haughton dkk, 2006)...39 Gambar 4.10 Kemungkinan sistem pertumbuhan kipas bawah laut yang xiii
mengalami pertumbuhan secara lateral (Haughton dkk, 2006)...40 Gambar 4.11 Model tentatif lingkungan pengendapan pada lintasan Kali Lutut Section 1... 41 Gambar 4.12 Plot komposisi batuan Lutut Beds lintasan Kali Lutut Section 1 (A) plot diagram Tortosa dkk (1991) menghasilkan kelompok batuan asal jenis sekis dan sabak (B) plot diagram Basu dkk (1975) menghasilkan batuan asal jenis batuan metamorf derajat rendah...43 Gambar 4.13 Persentase kelimpahan jenis kuarsa pada batuan sedimen dan kemungkinan provenansnya (Tortosa dkk, 1991)...44 Gambar 4.14 Plot diagram Q-F-L menunjukkan hasil batuan Lutut Beds berasal dari zona recycled orogen (Dickinson dan Suczek, 1979)...45 Gambar 4.15 Plot diagram Qm-F-Lt menunjukkan hasil batuan Lutut Beds berasal dari zona transitional-lithic recycled (Dickinson dkk, 1983)...46 Gambar 4.16 Plot diagram Qm-P-K menunjukkan hasil batuan Lutut Beds berasal dari zona plutonic arc provenace (Dickinson dan Suczek, 1979)...47 Gambar 4.17 Plot diagram Qp-Lv-Ls menunjukkan hasil batuan Lutut Beds berasal dari zona recycled orogen (Dickinson dan Suczek, 1979)...48 Gambar 4.18 Kompleks subduksi yang berasosiasi dengan kolisi, bagian depan busur akan menghasilkan fore arc basin yang terisi oleh batuan jenis subduction complex, dan bagian belakang (kotak merah) ada bagian yang terangkat menjadi fold-thrust belt menghasilkan material mirip hasil kolisi benua seperti pada daerah penelitian (Dickinson dan Suczek, 1979)...49 Gambar 4.19 Plot diagram Lm-Lv-Ls menunjukkan hasil batuan Lutut Beds berasal dari zona recycled orogen (Ingersoll dan Suczek, 1979)...49 Gambar 4.20 Plot komposisi batuan Lutut Beds dan komparasi provenans dari formasi terduga (A) plot diagram Basu dkk (1975) formasi terduga menghasilkan batuan asal jenis batuan metamorf derajat rendah-plutonik (B) plot diagram Tortosa (1991) formasi terduga menghasilkan kelompok batuan asal jenis sekis, sabak, genes, dan granit....52 Gambar 4.21 Provenans sampel batuan Lutut Beds dan komparasi formasi terduga (A) Plot diagram Q-F-L (B) Plot diaram Qm-F-Lt (C) plot diagram Qp-Lv-Ls (diagram A, dan C, diambil dari Dickinson dan Suczek, 1979; diagram B dari Dickinson dkk, 1983)...53 Gambar 4.22 A) Kenampakan singkapan konglomerat alas Formasi Karangsambung (Smyth, 2008a) (B) Fragmen sekis mika dalam Formasi Karangsambung (C) fragmen kuarsa polikristalin (D) fragmen Nummulithes Sp (Prasetyadi, 2007)...54 Gambar 4.23 Sayatan petrografi Formasi Wungkal-Gamping (A) fragmen xiv
Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Gambar 4.28 Gambar 4.29 Gambar 4.30 Gambar 4.31 Gambar 4.32 Gambar 4.33 Gambar 4.34 Gambar 4.35 Gambar 4.35 kuarsa monokristalin dan litik batupasir (B) fragmen rijang dan kuarsa polikristalin (Prasetyadi, 2007)...54 Sayatan petrografi Formasi Nanggulan (A) dan (B) fragmen dominan berupa kuarsa monokristalin (Prasetyadi, 2007) (C) fragmen kuarsa polikristalin (Smyth, 2008a) (D) fragmen material vulkanik berupa andesit (Smyth, 2008a)...55 (A) Kenampakan singkapan konglomerat alas Formasi Worawari (B) Fragmen kuarsa polikristalin sampel Worawari1 (C) fragmen kuarsa polikristalin dan rijang Worawari-1 (D) Nummulithes Sp dan feldspar dalam sayatan Worawari-2 berupa fragmen bongkah batugamping dalam formasi Worawari...55 (A) kenampakan singkapan konglomerat alas Formasi Totogan (B) Fragmen kuarsa polikristalin berukuran kerakal (C) fragmen kuarsa polikristalin dan rijang (D) fragmen rijang berukuran kerakal...56 Plot diagram kontrol iklim terhadap kelimpahan mineral pada batuan Lutut Beds dan formasi terduga (Suttner dkk, 1981)...57 Plot diagram kontrol tingkat pelapukan dan jenis morfologi batuan asal berdasarkan nilai perbandingan kuarsa dengan feldspar dan litik (Weltje dkk, 1998)...58 Proses penunjaman Mikrokontinen Jawa Timur dan Lempeng Indo-Australia pada Kapur Awal-Paleosen (Prasetiyadi, 2008)...61 Proses pembentukan batas cekungan akibat berhentinya proses penunjaman mikrokontinen Jawa Timur dan Daratan Sunda...62 Proses pembentukan endapan sedimenter pertama kala Eosen Awal dengan arah cekungan barat daya-timur laut membentuk Formasi Karangsambung, Formasi Nanggulan, dan Formasi Wungkal-Gamping...63 (A) model batas cekungan Bogor-Serayu-Kendeng akibat sesar Pamanukan-Cilacap dan Progo-Muria. (B) Sesar Progo-Muria diperkirakan merupakan batas kolisi Mikrokontinen Jawa Timur dengan Daratan Sunda (modifikasi Satyana dan Purwaningsih, 2002)....65 Proses pembentukan Cekungan Serayu kala Oligosen diinisiasi oleh penunjaman lempeng Australia membentuk rombakan Formasi Karangsambung menjadi Formasi Totogan dan Formasi Worawari....66 Stratigrafi endapan Eosen-Oligosen Awal Formasi Karangsambung dan Totogan (Smyth dkk, 2008b)...67 Proses peningkatan aktivitas vulkanisme yang diikuti dengan pendalaman pada cekungan menghasilkan rombakan material membentuk kipas-kipas bawah laut Lutut Beds dan turbidit kecil membentuk Formasi Merawu....67 Analogi proses tersingkapnya batuan Lutut Beds setelah pengendapan akibat pembentukan toe thrust...68 xv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengelompokkan jenis komposisi dalam analisis provenance metode petrografi (Dorsey, 1988)... 12 Tabel 2.2 Kolom stratigrafi regional daerah penelitian menurut van Bemmelen (1949)... 20 Tabel 4.1 Komposisi fragmen yang ditemukan dalam sampel batuan Lutut Beds... 31 Tabel 4.2 Kelimpahan komposisi dari masing-masing sampel analisis petrografi... 35 Tabel 4.3 Kelimpahan fosil berdasarkan zonasi bathimetri pada seluruh lintasan pengukuran stratigrafi... 37 Tabel 4.4 Persentase kelimpahan berbagai jenis fragmen penyusun batuan pada sampel petrografi yang dianalisis... 42 Tabel 4.5 Hasil analisis dengan metode plot diagram mengenai provenans dan tatanan tektonik pada daerah penelitian... 50 Tabel 4.6 Persentase komposisi fragmen dalam batuan formasi yang diduga dapat menjadi provenans untuk batuan Lutut Beds... 51 xvi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Analisis Petrografi... 74 Lampiran 2 Analisis Paleontologi... 88 Lampiran lepas Kolom Stratigrafi Terukur xvii