SEDIMENTOLOGI

=====================================================================

II. Klasifikasi Batuan Sedimen

Batuan yang banyak diketemukan adalah batupasir, batulempung, batugamping, breksi dan konglomerat. Batugamping tergolong pada batuan yang terbentuk secara organik, sedangkan yang lainnya adalah batuan klastik.
Banyak ahli memberikan konsep penamaan batuan yang dikenal dengan klasifikasi. Klasifikasi adalah suatu usaha mengelompokkan obyek dalam kelas atau katagori kemudian suatu nama diberikan. Klasifikasi dibuat dengan tujuan komunikasi dan representasi skematis konsep dan pikiran ( Kusumadinata,1980 ).
Kusumadinata membagi batuan sedimen menjadi 6 golongan. Yaitu Golongan Detritus Kasar, Golongan Detritus Halus, Golongan Karbonat, Golongan Evaporit, Golongan Silika dan Golongan Batubara.

Klasifikasi yang paling sederhana adalah klasifikasi deskriptif yang didasarkan atas ukuran butiran. Ukuran butir yang dipakai ialah skala Wentworth. Jenis batuan dalam klasifikasi ini ialah :
- Breksi atau konglomerat ( ukuran butir >256mm )
- Batupasir ( ukuran butir 1/16-2mm )
- Batu lanau ( ukuran butir 1/16-1/256mm )
- Batulempung ( ukuran butir < 1/256mm )
Klasifikasi yang lebih lengkap ialah klasifikasi yang memasukkan faktor komposisi. Folk membagi-bagi batu pasir menjadi beberapa golongan yitu, Batupasir kuarsa, arkose, lithic dan greywacke, seperti pada contoh dibawah ini. Klasifikasi ini didasarkan pada kandungan kuarsa, felspar dan fragmen batuan.

Batupasir kuarsa adalah batupasir dengan komponen utama kuarsa, sedangkan batupasir arkose adalah batupasir dengan komponen utama felspar dan batupasir lithik adalah batupasir dengan komponen utama fragmen batuan.
Penentuan nama diatas didasarkan pada plotting jumlah masing-masing komponen batuan tersebut pada diagram segitiga. Jumlah masing-masing mineral didapat dari sayatan tipis contoh batuan.

Konsep klasifikasi batugamping diberikan oleh Dunham dan Folk, sedangkan klasifikasi batugamping berukuran lempung oleh Pettyjohn. Dunham mengklaskan batugamping berdasarkan kandungan butran klastik dan lumpur karbonat. Butiran klastik adalah menurut Dunham adalah fosil atau fragmen fosil, sedangkan lumpur karbonat adalah partikel halus atau matrik yang berkomposisi kalsium karbonat

Klasifikasi adalah suatu usaha mengelompokkan obyek dalam kelas atau katagori kemudian suatu nama diberikan. Klasifikasi dibuat dengan tujuan komunikasi dan representasi skematis konsep dan pikiran ( Kusumadinata,1980 ).
Klasifikasi yang paling sederhana adalah klasifikasi deskriptif yang didasarkan atas ukuran butiran. Ukuran butir yang dipakai ialah skala Wentworth. Klasifikasi yang lebih lengkap ialah klasifikasi yang memasukkan faktor komposisi.
Klasifikasi yang didasarkan tekstur umumnya memakai skala Wenthworth sebagai dasar penamaan. Batupasir adalah batuan dengan ukuran butir 2-1/16 mm. Batupasir seringkali mengandung campuran butiran yang berukuran lanau ( 1/16 – 1/256 mm ) dan berukuran lempung ( <1/256 mm ).
Klasifikasi yang lebih akurat adalah klasifikasi yang memasukkan faktor butiran dan komposisi. Sebagai contoh Batupasir arkose adalah Batuan sedimen berukuran butir pasir dengan komposisi mineral utama felspar. Faktor jenis mineral akan menyulitkan klasifikasi, karena jumlah mineral sangat banyak sekali. Oleh karena itu pada umumnya klasifikasi batupasir hanya memasukkan unsur kuarsa, felspar dan fragmen batuan serta butiran yang lebih halus dari pasir yaitu matrik.
Kuarsa adalah mineral yang paling tahan terhadap pelapukan dan merupakan komponen utama dalam klasifikasi. Kuarsa murni jarang terdapat dialam, umumnya bercampur dengan unsur lain. Kuarsa mudah dikenali dari kenampakan fisik dan warna.
Felspar adalah mineral yang cukup banyak dialam. Felspar ada di alam dalam bentuk Ca-plagioklas, Na-plagioklas dan ortoklas. Dari contoh megaskopis, felspar dibedakan dari kuarsa dari warna yang kecoklatan.
Fragmen batuan adalah partikel batuan yang berupa klastik silikat, bukan kuarsa maupun felspar. Litik, atau fragmen batuan, adalah partikel hasil fragmentasi batuan akibat proses pelapukan mekanik. Partikel berukuran pasir ini umumnya berwarna gelap atau abu-abu.
Matrik adalah partikel yang lebih halus dari pasir, jenis mineralnya sulit ditentukan karena ukurannya yang halus. Jumlah partikel atau matrik ini menjadi penentu dalam klasifikasi batupasir.

Ploting pada kurva segitiga

Salah satu cara penamaan batupasir atau klasifikasi adalah dengan plotting atau pemetaan unsur-unsur mineralogi utama batuan pada sebuah diagram segitiga ( ternary diagram ). Felspar, kuarsa dan fragmen batuan menjadi titik sudut segitiga tersebut. Posisi titik sampel yang diplot tergantung pada prosentase masing-masing unsur mineral. Sedangkan nama batuan kemudian ditentukan dari posisi dimana sampel berada dalam diagram segitiga. Diagram segitiga untuk klasifikasi ini banyak dibuat oleh para ahli misalnya Gilbert ( 1957 ), Dott ( 1964 ) dan Folk ( 1974 ).
Pada awalnya plotting ini dilakukan dengan cara manual, yaitu dilakukan pada sebuah kertas yang memuat diagram segitiganya. Namun dengan kemajuan teknologi, maka perhitungan dan plotting untuk klasifikasi batupasir ini bisa dilakukan dengan memanfaatkan komputer dan perangkat lunak yang ada. Salah satu perangkat lunak yang populer dan sangat handal adalah Microsoft Excel.
Langkah klasifikasi batupasir secara umum yaitu menetukan besaran komponen mineral pembentuk batuan, yang umumnya dilakukan secara mikroskopis. Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk klasifikasi batupasir adalah sebagai berikut :
1. Menuliskan data komponen mineral Felspar, Kuarsa dan Fragmen Batuan
2. Menentukan prosentase masing-masing mineral
3. Membuat diagram segitiga ( ternary diagram ) untuk klasifikasi
4. Melakukan plotting titik data ( langkah 3 ) tersebut



======================================================================
III. MEKANISMA PENGENDAPAN

Sedimen dibawa oleh media air dengan cara mekanis, koloid maupun terlarut. Secara mekanis sedimen ditransport dengan cara bedload, suspendedload maupun washload. Media air adalah media yang paling dominan, disamping media lain seperti angin atau es. Sifat media air yang perlu diperhatikan adalah berat jenis, viskositas, kecepatan dan debit. Udara dan air adalah fluida yang mempunyai arti penting dalam geologi. Densitas dan viskositas dinamiknya berbeda sekali. Pada temperatur 20o sifat2nya adalah sbb. :

Viskositas dinamik air = 0.001 kg/m.dtk
Viskositas dinamik udara = 55 x 0.001 km/m.dtk
Viskositas kinematik udara = 15 x viskositas kinematik air

Namun keduanya mengikuti hukum viskositas Newton :


τ = μ dU/dy

τ : shear stress
μ : viskositas dinamik

Dalam kondisi air mengandung suspensi lempung yang besar, viskositas meningkat tajam, demikian juga respon suspensi terhadap stress, yang tidak konstan lagi. Kondisi ini dinamakan fluida non Newtonian.


Media air mengalir bisa secara laminar maupun turbulen. Secara aliran laminer ialah apabila garis khayal alir saling sejajar satu sama lain sedang secara aliran turbulen apabila garis alir tersebut tidak saling sejajar.

Gambar 3.1 Gambaran jenis aliran laminar dan aliran turbulen


Transportasi sedimen dalam air bisa dilakukan dalam tiga cara yaitu traksi, yaitu butiran bergerak di dasar saluran ; saltasi, yaitu butiran bergerak di dasar saluran namun kadang-kadang melayang ; dan suspensi yaitu butiran selalu bergerak dalam media air secara melayang.
Model pergerakan butiran :
Model Bedload
Secara menerus butiran kontak dengan alas, butiran berberak secara
Sliding, rolling
Saltasi
Pergerakan tersebut umum terjadi pada pasir dan gravel.
Model Suspended load
Secara menerus butiran berada dalam kondisi tersuspensi ( melayang ) dalam media air karena pengaruh turbulensi. Ini umum terjadi pada butiran lempung-pasi halus sekali. Gaya apung lebih besar daripada gaya gravitasi
Model washload
Partikel umumnya lempung melayang-layang karena adanya arus keatas, bukan karena adanya erosi.
Gambar 3.3 Transportasi butiran dalam saluran terbuka


Mekanisma pergerakan butiran dalam air
Butiran dalam air bisa begerak karena :
Gaya Impak
Butiran didorong oleh air
Gaya Seredan ( Drag Force )
Butiran digerakan oleh gesekan air
Gaya apung ( Lift Force )
Butiran diangkat oleh gaya apung yang terjadi
Disamping ada gaya yang menggerakkan butiran ada juga gaya yang melawan butiran untuk tidak bergerak. Gaya tersebut adalah :
Gaya gravitasi
Gaya Friksi antar butiran
Gaya kohesi pada butiran yang halus ( lempung )

Muatan atau sedimen dihantam oleh partikel air , sehingga bisa bergerak menggelundung, atau bersaltasi. Pergerakan ini mengikuti hukum impact pangkat enam. Muatan bisa bergerak karena gesekan air, yang mengakibatkan hydaulic lift.
Inman, 1949, membagi cara pergerakan muatan sedimen menjadi :
• Rayapan permukaan ( surface creep ), menggelundung
• Saltasi ( rolling, skipping ), meluncur
• Suspensi
Sedimen dalam media air bisa bergerak dengan cara
1. Impak
Sedimen digerakkan oleh air dengan cara hantaman pada partikel, sehingga partikel bergeser menggelundung atau saltasi.
2. Gaya angkat fluida
Aliran air diatas partikel menimbulkan gaya apung dari bawah yang mengangkat partikel. Keadaan ini tidak saja mengangkat partikel tetapi juga memutar partikel. Pergerakan ini bisa dianalogikan dengan cara pesawat terbang mengudara atau angin meniup daun2 di jalanan.
3. Perubahan tekanan fluida dan efek gelombang
Pada aliran turbulen sering terjadi fluktuasi tekanan secara singkat. Fluktuasi bisa saja terjadi di dalam sedimen. Keadaan ini mengakibatkan terjadinya penurunan tekanan pada antar muka sedimen-air. Inilah yang mengakibatkan pergerakan sedimen.
4. Efek aliran eddy turbulen
Gerakan keatas dari aliran turbulen bisa mengangkat partikel sedimen untuk bergerak.

Satu aplikasi penting pada persamaan dasar adalah menurunkan kriteria untuk membuat aliran fluida pada model berskala, yang merepresentasikan fenomena pada skala yang lebih besar. Dalam persamaan jika semua parameter dinyatakan dalam perbandingan maka akan muncul dua koefisien non dimensi akan muncul, yaitu Angka Reynold dan Froude.

Angka Reynold = U L μ/ρ

ρ : densitas

Angka Froude = U / √gl

Artinya adalah jika ada dua situasi yang mempunyai batas2 bentuk yang sama dan jika angka Reynold dan angka Froude keduanya sama maka kedua situasi akan sama.

Dua sifat fluida yang menentukan apakah aliran menjadi turbulen atau laminer adalah viskositas dan kecepatan aliran.
Apabila aliran mempunyai kecepatan tinggi sedangkan viskositas kecil maka aliran cenderung turbulen sebaliknya kalau kecepatan aliran kecil sedangkan viskositas besar maka aliran cenderung laminer. Angka Reynold dipakai untuk memperlihatkan perbedaan dasar dalam aliran pada kecepatan yang berbeda. Ada satu nilai ambang yang memisahkan antara dua jenis aliran, yaitu aliran laminer dan aliran turbulen. Angka tersebut adalah angka Re = 2000.
Pada diagram dibawah ini diperlihatkan bagaimana bentuk aliran berubah sesuai dengan perubahan nilai Re. Ketika angka tersebut masih kecil maka aliran yang terjadi adalah aliran laminer. Ketika angkanya mencapai kisaran 24-100, maka terjadi perubahan, yaitu munculnya pemisahan aliran pada batas fluida dan partikel dan riak atau aliran eddy didepan partikel. Dan ketikan angka Re mendekati 1000 riak atau eddy current makin meluas membentuk zona turbulensi. Pada angka 2000 maka yang terjadi adalah aliran turbulen.

Pada aliran searah (unidirectional flow) dikenal pengertian atau istilah aliran supercritical atau aliran rapid dan aliran subcritical atau aliran tranquil. Kedua aliran tersebut dibedakan dari nilai atau angka Froude yang dimiliki. Aliran supercritical mempunyai nilai Fr > 1 sedang aliran tranquil memmpunyai nilai Fr < 1. Aliran supercritical dikenal juga dengan aliran pada rezim atas, sedangkan sebaliknya aliran tranquil dikenal dengan aliran rezim bawah.
Aliran supercritical muncul pada aliran turbidit, semburan air bendungan, lelehan glacial, sungai yang mengalir cepat dan hempasan di belakang pantai.
Hydrolic jump muncul ketika terjadi perubahan dari aliran supercritical yang relatif dangkal menjadi subcritical yang relatif dalam ( gambar diatas ).



dimana U = kecepatan rata2, g = percepatan gravitasi
d = ketebalan aliran



Butiran akan bergerak ketika gaya yang menggerakkan melebihi gaya berat butiran. Sebaliknya butiran akan mengendap ketika gaya yang menggerakkan butiran lebih kecil dari gaya berat butiran. Stoke merumuskan hubungan antara pergerakan butiran dengan kecepatan butiran. Pada kurva di bawah ini digambarkan hubungan antara kecepatan butiran dan ukuran butiran, dimana butiran mulai mengendap atau mulai bergerak.

Sedangkan Hyulstrom membuat kurva yang menggambarkan hubungan antara kecepatan pergerakan butiran dan diameter butiran, yang dikaitkan dengan batas sedimentasi, tranportasi dan erosi.

Pergerakan sedimen dalam saluran
Sedimen dalam saluran akan bergerak ketika aliran mencapai intensitas aliran tertentu. Butiran halus akan cepat tertransport, sedangkan butiran yang besar membutuhkan kecepatan lebih tinggi. Hyulstrom memperlihatkan hubungan antara kecepatan arus dan besar butiran yang dikaitkan dengan kondisi butiran dalam media air.

Gambar 3.10 Gambar kurva Hyulstrim yang menerangkan hubungan diameter butiran dan kecepatan arus


Pada kurva diatas terlihat bahwa pada kecepatan antara 1-10 cm/dt butiran pasir sudah dalam posisi tertransport air, sedangkan butiran yang lebih besar dari kerikil masih dalam posisi mengendap. Pada kecepatan yang lebih tinggi lagi butiran pasir tidak lagi dalam posisi tertransport tetapi mengalami erosi.
Pada butiran yang halus ( diameter 0.01 mm ) posisi butiran akan selalu tertransport atau dalam keadaan tersuspensi. Namun untuk mengerosi membutuhkan kecepatan yang jauh lebih besar. Pada butiran yang halus efek shear stress untuk menggerakkan butiran sangat kecil dibanding dengan butiran yang lebih kasar. Alasannya adalah bahwa butiran yang halus ini ada dalam sublayer yang viskus. Dalam penelitian yang lebih lanjut, butiran lempung adalah kohesif dan tingkat kohesifitasnya meningkat dengan meningkatnya konsolidasi. Penguburan yang dalam bukan faktor utama terhadap konsolidasi, tetapi waktu yang cukup untuk konsolidasi lempung akan lebih penting. Sekali lempung mengalami konsolidasi akan resisten terhadap erosi, dibandingkan pasir yang tidak tersemenkan. Lempung akan tererosi tidak dalam bentuk butiran lempung.