STRUKTUR GEOLOGI

STRUKTUR GEOLOGI

        Geologi struktur adalah bagian dari ilmu geologi yang mempelajari tentang bentuk (arsitektur) batuan sebagai hasil dari proses deformasi. Adapun deformasi batuan adalah perubahan bentuk dan ukuran pada batuan sebagai akibat dari gaya yang bekerja di dalam bumi. 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.

        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 pada batuan dapat berbentuk lipatan maupun patahan/sesar. Dalam ilmu geologi struktur dikenal berbagai bentuk perlipatan batuan, seperti sinklin dan antiklin. Jenis perlipatan dapat berupa lipatan simetri, asimetri, serta lipatan rebah (recumbent/overtune), sedangkan jenis-jenis patahan adalah patahan normal (normal fault), patahan mendatar (strike slip fault), dan patahan naik (trustfault). 

        Proses yang menyebabkan batuan-batuan mengalami deformasi adalah gaya yang bekerja pada batuan batuan tersebut. Pertanyaannya adalah dari mana gaya tersebut berasal ? Sebagaimana kita ketahui bahwa 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). Pergerakan lempeng-lempeng inilah yang merupakan sumber asal dari gaya yang bekerja pada batuan kerak bumi. Berbicara mengenai gaya yang bekerja pada batuan, maka mau tidak mau akan berhubungan dengan ilmu mekanika batuan, yaitu suatu ilmu yang mempelajari sifat-sifat fisik batuan yang terkena oleh suatu gaya.

A.   Tujuan dari mempelajari geologi struktur adalah antara lain:

1. Memberi pemahaman mengenai prinsip-prinsip dasar deformasi batuan.

2.Memberi pemahaman mengenai jenis-jenis dan mekanisme pembentukan struktur geologi dan tektonik yang terlibat dalam deformasi batuan.

3.Memperkenalkan konsep tektonik lempeng sebagai mekanisme utama asal dari sumber gaya deformasi pada batuan.

4. Mampu menafsirkan arah gaya dari deformasi batuan pada peta topografi dan singkapan batuan.

B.  Apa pentingnya kita mempelajari geologi struktur ?

a) Memahami bagaimana struktur geologi dalam suatu batuan terbentuk dan hal ini dapat membantu untuk mengetahui sejarah yang pernah terjadi pada batuan tersebut. Selain dari pada itu, dengan mempelajari geologi struktur, kita dapat  mengetahui proses kejadian jebakan sumberdaya geologi  seperti air, minyakbumi, gas dan mineral lainnya. 

b) Dengan mengetahui jenis struktur yang ada pada batuan maka kita dapat mengetahui kondisi batuan tersebut, apakah batuan tersebut telah terkena gaya yang sangat kuat atau tidak? dan apakah gaya yang bekerja pada batuan masih aktif atau tidak ?. 

c) Dengan mengetahui kekuatan gaya yang telah terjadi pada batuan maka kita dapat meramal kekuatan atau ketahanan batuan itu apabila batuan tersebut terkena getaran yang berasal dari gempa bumi. 

d) Dengan mengetahui jenis struktur yang ada, seperti lipatan atau sesar, kita dapat mengetahui keadaan bentuk muka bumi dengan lebih baik. Dan hal ini akan membantu kita untuk mengetahui kesesuaian atau kestabilan sesuatu kawasan terhadap daya dukung lahan untuk konstruksi bangunan atau kestabilan wilayah terhadap bencana longsoran, dsb.

C.   Prinsip Dasar Mekanika Batuan

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 gayagaya 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.

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. 

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.

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). 

Gambar Tegasan Seragam / Uniform Stress (atas); tegasan tensional (tengah kiri); tegasan kompresional (tengah kanan); dan tegasan geser /shear stress (gambar bawah)

  

D.    Jenis Jenis Struktur Geologi

1)    Kekar (Fractures)

           Kekar adalah struktur retakan/rekahan terbentuk pada batuan akibat suatu gaya yang bekerja pada batuan tersebut dan belum mengalami pergeseran. Secara umum dicirikan oleh:

a). Pemotongan bidang perlapisan batuan;

b). Biasanya terisi mineral lain (mineralisasi) seperti kalsit, kuarsa dsb;

c) kenampakan breksiasi.

       Struktur kekar dapat dikelompokkan berdasarkan sifat dan karakter retakan/rekahan serta arah gaya yang bekerja pada batuan tersebut. Kekar yang umumnya dijumpai pada batuan adalah sebagai berikut:

1.      Shear Joint (Kekar Gerus) adalah retakan / rekahan yang membentuk pola saling berpotongan membentuk sudut lancip dengan arah gaya utama. Kekar jenis shear joint umumnya bersifat tertutup.

2.      Tension Joint adalah retakan/rekahan yang berpola sejajar dengan arah gaya utama, Umumnya bentuk rekahan bersifat terbuka. 

3.       Extension Joint (Release Joint) adalah retakan/rekahan yang berpola tegak lurus dengan arah gaya utama dan bentuk rekahan umumnya terbuka.

Kekar Tensional  (Tensional Joint)                                     Kekar Gerus (Shear Joint)

2)    Lipatan (Folds)

        Lipatan adalah deformasi lapisan batuan yang terjadi akibat dari gaya tegasan sehingga batuan bergerak dari kedudukan semula membentuk lengkungan. Berdasarkan bentuk lengkungannya lipatan dapat dibagi dua, yaitu Lipatan Sinklin adalah bentuk lipatan yang cekung ke arah atas, sedangkan lipatan antiklin adalah lipatan yang cembung ke arah atas. 

       Berdasarkan kedudukan garis sumbu dan bentuknya, lipatan dapat dikelompokkan menjadi : 

1).Lipatan Paralel adalah lipatan dengan ketebalan lapisan yang tetap. 

2).Lipatan Similar adalah lipatan dengan jarak lapisan sejajar dengan sumbu utama.

3).Lipatan harmonik atau disharmonik adalah lipatan berdasarkan menerus atau tidaknya sumbu utama.

4).Lipatan Ptigmatik adalah lipatan terbalik terhadap sumbunya

5).Lipatan chevron adalah lipatan bersudut dengan bidang planar

6).Lipatan isoklin adalah lipatan dengan sayap sejajar

7).Lipatan Klin Bands adalah lipatan bersudut tajam yang dibatasi oleh  permukaan planar.

Disamping lipatan tersebut diatas, dijumpai juga berbagai jenis lipatan, seperti Lipatan Seretan (Drag folds) adalah lipatan yang terbentuk sebagai akibat seretan suatu sesar. 

Gambar Pegunungan Lipatan (Folded Mountain) sebagai hasil orogenesa.

Tabel penamaan untuk kedudukan lipatan ( fleuty, 1964)

Sudut	Istilah	Kemiringan dan bidang sumbu	Penunjaman garis sumbu
0	Horizontal	Recumbentfold	Horizontalfold
1-10	Subhorizontal	Recumbentfold	Horizontalfold
10-30	Gentle	Gentlyinclinefold	Gentlyplungingfold
30-60	Moderate	Moderatelyinclinedfold	Moderateelyplugingfold
60-80	Steep	Steepplyinclinedfold	Steeplyinclinefold
80-89	Subvertikal	Uprightfold	Verticalfold
90	vertikal	Uprightfold	Verticalfold

Hubungan Antara Lipatan dan Patahan

       Batuan yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda terhadap gaya tegasan yang bekerja pada batuan batuan tersebut, dengan demikian kita juga dapat memperkirakan bahwa beberapa batuan ketika terkena gaya tegasan yang sama akan terjadi retakan atau terpatahkan, sedangkan yang lainnya akam terlipat. Geometri dari perlipatan lapisan batuan yang terkena tegasan diperlihatkan pada gambar 7-6, dimana pada tahap awal perlapisan batuan akan terlipat membentuk lipatan sinklin - antiklin dimana secara geometri bentuk lengkungan bagian luar (outer arc) akan mengalami peregangan sedangkan lengkungan bagian dalam akan mengalami pembelahan (cleavage). Apabila tegasan ini berlanjut dan melampaui batas elastisitas batuan, perlipatan akan mulai terpatahkan (tersesarkan) melalui bidang yang terbentuk pada sumbu lipatannya. Pada bidang patahan, gaya tegasan akan berubah arah seperti diperlihatkan pada gambar berikut

Gambar .Geometri perlipatan dan pensesaran

      Ketika batuan batuan yang berbeda tersebut berada di area yang sama, seperti batuan yang bersifat lentur menutupi batuan yang bersifat retas, maka batuan yang retas kemungkinan akan terpatahkan dan batuan yang lentur mungkin hanya melengkung atau terlipat diatas bidang patahan (Gambar 7-7 kiri). Demikian juga ketika batuan batuan yang bersifat lentur mengalami retakan dibawah kondisi tekanan yang tinggi, maka batuan tersebut kemungkinan terlipat sampai pada titik tertentu kemudian akan mengalami pensesaran, membentuk suatu patahan gambar berikut:

Gambar Batuan yang bersifat lentur diatas batuan yang retas yang tidak ikut terpatahkan (kiri) dan Batuan yang bersifat lentur yang tersesarkan (dragfold).

3)   Patahan/Sesar (Faults) 

      Patahan / sesar adalah struktur rekahan yang telah mengalami pergeseran. Umumnya disertai oleh struktur yang lain seperti lipatan, rekahan dsb. Adapun di lapangan indikasi suatu sesar / patahan dapat dikenal melalui :

a) Gawir sesar atau bidang sesar;

b). Breksiasi, gouge, milonit, ;

c). Deretan mata air;

d). Sumber air panas;

e). Penyimpangan / pergeseran kedudukan lapisan;

f) Gejala-gejala struktur minor seperti: cermin sesar, gores garis, lipatan dsb.

       Sesar dapat dibagi kedalam beberapa jenis/tipe tergantung pada arah relatif pergeserannya. Selama patahan/sesar dianggap sebagai suatu bidang datar, maka konsep jurus dan kemiringan juga dapat dipakai, dengan demikian jurus dan kemiringan dari suatu bidang sesar dapat diukur dan ditentukan.

1.      Dip Slip Faults

2.      Normal Faults

3.      Horsts & Gabens

4.      Half-Grabens

5.      Reverse Faults

6.      A Thrust Faul

7.      Strike Slip Faults

8.      Transform-Faults