Sedimen terendap di dasar samudera dalam bentuk perlapisan (layer-layer) horisontal, kemudian mengalami diagenesis membentuk layer-layer batuan sedimen.

Gambar kanan memperlihatkan perlapisan batuan sedimen yang merupakan struktur primerstruktur primer –struktur yang terbentuk bersamaan dengan pembentukan batuan sedimen.

Batuan magmatik juga memper-lihatkan perlapisan primer (magmatik layering) – perlapisan yang terbentuk pada saat batuan mengkristal karena adanya proses difrensiasi dalam dapur magma.

Pegunungan pada foto di atas tersusun oleh aliran lava basal yang terbentuk dalam layer-layer horisontal. Ketebalan setiap lapisan hanya beberapa meter, tetapi penyebarannya cukup luas.

Foto di atas menunjukkan perlapisan batuan sedimen yang miring (tilted layering). Sedimen tidak pernah diendapkan dengan posisi awal seperti ini.

Miringnya perlapisan ini terjadi setelah proses pengendapan dan diagenesa. Hal ini menunjukkan bahwa daerah ini telah mengalami gangguan (deformasi).

Foto-foto di atas menunjukkan perselingan layer gelap (kaya piroksin) dan layer terang (kaya plagioklas). Batuan pada foto sebelah kanan tersingkap oleh proses erosi.

Perlapisan terlihat dengan jelas karena sebagian layer mengalami pelapukan lebih cepat dibanding lapisan lainnya. Tipe ini disebut modal layering. Modal layering adalah struktur primer, dimana layering terbentuk selama kristalisasi batuan.

Kadang sulit membedakan antara struktur primer dengan sekunder. Foto di atas memperlihatkan struktur cross-bedding yang terbentuk karena arah arus “media transportasi” berubah-ubah.

Struktur seperti ini bisa salah diinterpretasi sebagai reverse fault. Hal ini tentu saja keliru karena struktur ini termasuk struktur primer.

Sketsa di atas menggambarkan tiga material dengan sifat mekanik berbeda: karet, permen karet, dan selembar kertas. Apa yang terjadi jika ketiga material tersebut ditarik? Karet dan permen karet tertarik, tapi kertas robek menjadi dua potongan. Saat gaya tarikan hilang, karet kembali ke bentuk semula, sedang permen karet tetap melar.

Deformasi terdiri atas tiga bentuk berdasarkan perilaku ketiga material tadi, yaitu:1. Deformasi elastis (karet)2. Deformasi ductile (permen karet)3. Deformasi brittle (kertas)

Tiga tahap deformasiTiga tahap deformasi

Saat gaya eksternal bekerja pada suatu material, maka material tersebut mengalami stress. Deformasi (perubahan bentuk) material yang disebabkan oleh stress disebut strain.

Ilustrasi berikut ini menggambarkan bagaimana material (hijau) awalnya mengalami deformasi elastis, kemudian deformasi plastis (ductile), dan akhirnya deformasi brittle. Batuan umumnya mengalami deformasi melalui ketiga tahap ini.

Tiga tahap deformasiTiga tahap deformasi

Tahap pertama deformasi adalah elasis. Pada tahap ini, jika stress dihilangkan, maka material akan kembali ke bentuk semula.

Tapi jika stress terus ditingkatkan hingga melewati batas elastisitas material, maka deformasi menjadi permanen.

Tiga tahap deformasiTiga tahap deformasi

Tahap pertama deformasi adalah elasis. Pada tahap ini, jika stress dihilangkan, maka material akan kembali ke bentuk semula.

Tapi jika stress terus ditingkatkan hingga melewati batas elastisitas material, maka deformasi menjadi permanen.

Tiga tahap deformasiTiga tahap deformasi

Jika stress terus ditingkatkan, material akan patah atau mengalami deformasi brittle.

Tapi jika stress terus ditingkatkan hingga melewati batas elastisitas material, maka deformasi menjadi permanen.

Material akan mengalami deformasi ductile atau brittle jika dikenai stress tergantung pada berbagai faktor, salah satunya adalah temperatur.

Gambar di atas adalah sebuah lilin. Jika diberikan gaya pada suhu kamar, maka lilin tersebut akan mengalami deformasi brittle.

Temperatur dan deformasiTemperatur dan deformasi

Bagaimana jika eksperimen dilakukan pada T=45o?Jika gaya diberikan pada temperatur ini, maka lilin akan mengalami deformasi ductile. Hal yang sama akan terjadi pada batuan.

Jika batuan mendapat gaya di dekat permukaan dimana temperatur relatif rendah, maka akan mengalami deformasi brittle. Sebaliknya jika terjadi jauh di bawah permukaan dimana temperatur sangat tinggi, maka akan mengalami deformasi ductile.

Temperatur dan deformasiTemperatur dan deformasi

Gaya yang mendeformasi kerak (crust)Gaya yang mendeformasi kerak (crust)

Gaya yang mendeformasi kerak terdiri atas tiga tipe: gaya compressive, gaya tensional, dan gaya shearing. Gaya compressive meyebabkan kerak mengalami pemadatan dan pemendekan.

Gaya tensional menyebabkan ter-jadinya regangan.Gaya shearing mendorong kerak menjadi dua bagian pada arah yang berlawanan.

Deformasi brittle pada kerak (crust)Deformasi brittle pada kerak (crust)

Pada bagian atas kerak dimana temperatur rendah, deformasi brittle berupa sesar (fault) akan terbentuk jika ada gaya deformasi yang bekerja.

Gaya compression menghasilkan sesar naik (reverse fault).Gaya extension menghasilkan sesar turun (normal fault).Gaya shearing menghasilkan sesar geser (strike-slip fault).

Deformasi ductile pada kerak (crust)Deformasi ductile pada kerak (crust)

Pada bagian bawah kerak dimana temperatur tinggi, deformasi ductile akan terbentuk jika ada gaya deformasi yang bekerja.

Gaya compression menyebabkan terjadinya lipatan (fold).Gaya tensional menyebabkan terjadinya penipisan dan reganganpada batuan.Gaya shearing menghasilkan shear zones.

Ilustrasi di atas menggambarkan perilaku deformasi pada batuan yang mendapatkan gaya yang sama pada kedalaman yang berbeda.

Pada kedalaman dangkal, terjadi deformasi brittle – sesar – seperti terlihat pada diagram kecil di sebelah kanan.

sesar brittle sesar brittle dandan shear zones ductileshear zones ductile

Ilustrasi di atas menggambarkan perilaku deformasi pada batuan yang mendapatkan gaya yang sama pada kedalaman yang berbeda.

Seiring dengan bertambahnya kedalaman, berangsur terjadi deformasi ductile – shear zone –dimana batuan mengalami penipisan dan rotasi..

sesar brittle sesar brittle dandan shear zones ductileshear zones ductile

Retakan (fractures) adalah struktur deformasi brittle yang terbentuk dekat permukaan yang relatif dingin

Beberapa contoh struktur deformasiBeberapa contoh struktur deformasi

Lipatan (fold) adalah struktur deformasi ductile yang terbentuk jauh di bawah permukaan yang temperaturnya tinggi. Foto di atas menunjukkan layer-layer terang dan gelap yang telah terlipat.

Orientasi lipatan menunjukkan bahwa batuan terdeformasi oleh gaya compressive yang bekerja pada arah yang ditunjukkan oleh tanda panah kuning.

Beberapa contoh struktur deformasiBeberapa contoh struktur deformasi

Beberapa contoh struktur deformasiBeberapa contoh struktur deformasi

Foto yang memperlihatkan singkapan gabbro yang telah mengalami deformasi brittle dan ductile. Pada saat gabbro berada jauh di bawah permukaan, terbentuk shear zone.

Kemudian gabbro mengalami pengangkatan (up-lift) ke dekat permukaan dan terbentuk retakan (fracture).

Retakan (fracture)Retakan (fracture)

Fracture adalah struktur deformasi yang bisa ditemukan pada hampir semua batuan. Foto kiri menunjukkan retakan pada batuan gabbro.

Foto kanan menunjukkan retakan pada batuan yang telah terisi oleh mineral calcite (CaCO3). Proses pengisian ini terjadi setelah terbentuk retakan pada batuan.

Gambar di atas mengilustrasikan sampel batuan yang diletakkan diantara dua piston. Batuan tersebut homogeneous (sifat mekanik batuan sama pada semua arah). Tekanan diberikan pada batuan melalui piston. Apa yang terjadi jika tekanan ditambah?

Awalnya terjadi deformasi elastis. Jika tekanan diturunkan, batuan kembali ke bentuk semula. Selanjutnya jika tekanan terus ditambah, batuan akan mengalami deformasi permanen. Pada suhu kamarbatuan akan segera mengalami retakan (fracture)

Pembentukan fracturePembentukan fracture

Umumnya fracture terbentuk dalam dua arah. Sudut antara dua arah fracture adalah sekitar 60o.

Dua set fracture yang terbentuk bersamaan disebut conjugate fractures. Jika tekanan terus bertambah, sesar akan terbentuk.

Pembentukan fracturePembentukan fracture

Saat dua blok kerak bergerak berlawanan antara satu dengan lainnya, sesar terbentuk diantara keduanya.

Pembentukan sesar adalah proses yang sangat cepat, yang biasanya berhubungan dengan gempabumi (earthquakes).

sesar (fault)sesar (fault)

Hanging wall & foot wallHanging wall & foot wall

Sesar kadang berasosiasi dengan batuan yang kaya akan mineral bijih. Dua istilah old mining yang masih digunakan dalam geologi adalah hanging wall dan footwall.

Blok yang terletak di atas bidang sesar disebut hanging wall, sedang yang terletak di bawah footwall disebut footwall.

Sesar dapat terbentuk oleh gaya compression, extension, dan shearing. Ilustrasi di atas menunjukkan bagaimana jika yang bekerja adalah gaya tension. Tipe sesar yang terbentuk adalah sesar turun (normal fault).

Disini hanging wall relatif bergerak turun terhadap footwall. Jika batuan yang mengalami sesar adalah batuan sedimen, maka pada per-mukaan sesar, terlihat bahwa batuan muda terpotong oleh batuan tua.

Sesar turun (normal fault)Sesar turun (normal fault)

Foto di atas menunjukkan sesar normal dimana arah pergerakan relatifnya ditunjukkan oleh tanda panah merah.

Sesar turun (normal fault)Sesar turun (normal fault)

Struktur horst & graben terjadi pada daerah yang mengalami beberapa sesar normal.

Ilustrasi di atas menggabarkan bagaimana pembentukan struktur ini.

Horst & GrabenHorst & Graben

Bagaimana jika yang bekerja adalah gaya compressional? sesar yang terbentuk adalah sesar naik (reverse fault). Hanging wall relatif bergerak naik terhadap foot wall.

Jika batuan yang mengalami sesar adalah batuan sedimen, maka pada permukaan sesar akan terlihat bahwa batuan tua ditindis oleh batuan muda.

Sesar naik (reverse fault)Sesar naik (reverse fault)

Foto di atas menunjukkan sesar naik dimana arah pergerakan relatifnya ditunjukkan oleh tanda panah merah.

Sesar naik (reverse fault)Sesar naik (reverse fault)

Thrust fault adalah sesar naik dengan kemiringan bidang sesar relatif kecil (mendekati horisontal).

sesar ini banyak terjadi dengan skala regional dimana pergeseran bisa mencapai puluhan kilometer.

Thrust faultThrust fault

Foto di atas menunjukkan thrust fault dimana arah pergerakan relatifnya ditunjukkan oleh tanda panah merah.

Thrust faultThrust fault

Ilustrasi diatas memperlihatkan sesar geser (strike-slip fault).

sesar geser dengan skala regional disebut transform fault.

Sesar geser (strikeSesar geser (strike--slip fault)slip fault)

San Anreas Fault adalah contoh transform fault antara lempeng Pasifik dengan Amerika Utara.

San Andreas faultSan Andreas fault

Batuan yang terdapat pada zona sesar juga mengalami deformasi. Cermin sesar (slickenside) dan breksi sesar (fault breccia) adalah contoh struktur deformasi disepanjang patahan.

Cermin sesar adalah batuan yang memiliki permukaan halus dan garis gores (striation) hasil dari pergesekan saat patahan ber-langsung. Breksi sesar adalah batuan yang tersusun oleh fragmen angular dari batuan yang tergerus disepanjang patahan.

Deformasi batuan pada zona sesarDeformasi batuan pada zona sesar

Animasi di atas menggambarkan layer sekis garnet-mika (coklat) dan kuarsit (kuning)(kuning) yang mengalami gaya compressive dan terdeformasi.

Hasilnya adalah batuan yang terlipat.

Pembentukan lipatan (fold)Pembentukan lipatan (fold)

Lipatan memiliki dua sisi yang disebut sayap (limbs atau flanks)

BagianBagian--bagian lipatanbagian lipatan

BagianBagian--bagian lipatanbagian lipatan

Hinge line adalah garis dimana dua sayap bertemu (kadang sinonim dengan axis lipatan).

BagianBagian--bagian lipatanbagian lipatan

Gambar di atas memperlihatkan empat layer batuan yang terlipat dimana hinge line masing-masing layer ditunjukkan oleh garis merah.

BagianBagian--bagian lipatanbagian lipatan

Axial surface dari suatu lipatan adalah permukaan yang menghubungkan hinge line dari masing-masing layer.

Pada gambar di atas, axial surface-nya berbentuk planar. Axial surface planar disebut bidang axial (axial plane).

Sinklin dan AntiklinSinklin dan Antiklin

Lipatan dengan lapisan batuan melengkung ke atas, dimana batuan tua terletak di pusat lipatan, dan dip batuan menjauh dari pusat lipatan disebut antiklin (antiform)

Lipatan dengan lapisan batuan melengkung ke bawah, dimana batuan muda terletak di pusat lipatan, dan dip batuan mendekati pusat lipatan disebut sinklin (synform).

Lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan sudut antar sayapnya.

Jika sudut antar sayap >120o

disebut terlipat lemah (weakly folded)

Lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan sudut antar sayapnya.

Jika sudut antar sayap 70o-120o

disebut lipatan terbuka (open fold)

Lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan sudut antar sayapnya.

Jika sudut antar sayap 30o-70o

disebut lipatan tertutup (close fold)

Lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan sudut antar sayapnya.

Jika sudut antar sayap 10o-30o

disebut tight fold.

Lipatan dapat diklasifikasikan berdasarkan sudut antar sayapnya.

Jika sayap lipatan hampir paralel (sudut antar sayap 0o) disebut lipatan isoclinal.

Jika sayap salah satu sisi adalah cerminan dari sayap lainnya disebut lipatan simetris

Lipatan di atas adalah lipatan asimetris

Sayap di sisi kiri axial plane miring ke kiri, sedang sayap lainnya miring ke kanan.

Pada lipatan ini, sayap kedua sisi miring ke arah yang sama. Lipatan seperti ini disebut lipatan overturned.

Sekarang kita lihat daerah dalam kotak hijau lebih dekat.

Diasumsikan bahwa sebelum ter-lipat, urutan perlapisan dari muda ke tua ditunjukkan oleh tanda panah kuning. Pada gambar ini batuan tertua berwarna biru dan termuda berwarna hijau.

Pada bagian atas penampang (garis merah) urutan perlapisan dari bawah ke atas masih normal, lapisan muda berada di atas lapisan tua.

Pada bagian tengah penampang (garis merah) terjadi pembalikan urutan perlapisan karena perlipatan, dimana lapisan muda berada di bawah lapisan tua.

Pada bagian bawah penampang (garis biru) urutan perlapisan dari bawah ke atas kembali normal

Lipatana overturned dicirikan oleh satu sayap yang normal dan satu sayap yang mengalami pembalikan.

Axis line

Hinge line dari lipatan di atas paralel dengan bidang horisontal atau hinge line-nya horisontal.

Hinge line dari lipatan di atas tidak horisontal, tapi menunjam (plunging).

Plunge adalah sudut antara hinge line dengan bidang horisontal.

Batuan di atas memperlihatkan sejarah deformasi yang kompleks. Layer putih memberikan indikasi telah mengalami dua kali perlipatan.

Ilustrasi pada slide selanjutnya menunjukkan bagaimana hal ini kemungkinan terjadi.

Pada tahap awal perlipatan, terbentuk lipatan isoklinal. Panah biru memperlihatkan arah gaya yang bekerja.

Selama beberapa ratus juta tahun, batuan telah terlipat lebih dari sekali.Kondisi geologi berubah dan gaya deformasi bekerja pada berbagai arah.

Lipatan isoklinal terlipat lagi membentuk lipatan terbuka (open fold)

Batuan homogen dicirikan oleh orientasi mineral yang random. Jika mendapat differential stress (kekuatan gaya tidak sama pada semua arah), akan terjadi perataan (flattening) yang menyebabkan mineral-mineral pipih (platy) dan elongate terotasi tegak lurus dengan arah gaya deformasi.

Batuan dengan struktur planar disebut ber-foliasi. Gabbro adalah batuan homogen yang jika mendapat gaya compressive akan membentuk batuan dengan struktur foliasi seperti amphibolite. Transformasi gabbro menjadi amphibolite disebut proses metamorfisme.

Foto di atas adalah phyllite yang terbentuk dari lempung (clay) yang mengalami metamorfisme derajat rendah).

Lempung terdiri atas mineral lempung yang hanya stabil pada T & P rendah. Jika T & P naik, mineral akan mengalami metamorfisme membentuk muskovit.

Muskovit adalah silikat yang berbentuk kristal pipih (platy crystal) yang akan tersusun paralel tegak lurus terhadap gaya deformasi.

Phyllite mengandung banyak butiran muskovit dengan orientasi paralel (foliasi), sehingga mudah pecah melalui lempeng muskovit tersebut jika dipukul palu.

Batuan yang mudah hancur dengan cara seperti ini disebut schistose.

Foto kiri adalah batuan sedimen yang termetamorfisme. Batuan tersebut menunjukkan dua tipe struktur dengan umur berbeda seperti pada gambar kanan.

Struktur tua adalah layer sedimen primer. Truktur yang lebih muda adalah foliasi yang terbentuk selama batuan terdeformasi.

Gambar ini menunjukkan batuan sebelum terbentuk foliasi – satu sekuen layer sedimen dengan kemiringan sekitar 30o. Orientasi mineral pipih terlihat pada jendela close-up.

Selaman deformasi, batuan mendapat gaya compressive dengan sudut 30o (berarah horisontal) terhadap kedudukan batuan.

Mineral pipih yang terbentuk selama deformasi mengalamo rotasi hingga tegak lurus terhadap gaya, menghasilkan foliasi yang memotong layer primer.

Deformasi batuan yang menghasilkan foliasi kadang berasosiasi dengan perlipatan.

Jika foliasi berasosiasi dengan lipatan, maka foliasi yang terbentuk biasanya paralel dengan permukaan axial. Tipe foliasi seperti ini disebut axial plane foliation.

Foto di atas menunjukkan axial plane foliation pada phyllite. Garis putus-putus merah menunjukkan bentuk lipatan.

Garis hijau adalah bidang axial dan foliasi batuan.

Sejarah deformasi kerak bumi dapat dijelaskan melalui pengamatan struktur deformasi pada singkapan, kemudian menentukan hubungan (umur) masing-masing struktur, dan terakhir menentukan bagaimana proses dan gaya yang mengontrol struktur tersebut.

Gambar di atas memperlihatkan sketsa singkapan di pinggir jalan. Bagaimana perubahan kerak bumi hingga terbentuk singkapan seperti ini dijelaskan dalam ilustrasi berikutnya.

Sesuai principle of original horizontality, maka semua sedimen pada awalnya terendapkan dalam posisi horisontal.

Proses tektonik yang terjadi pada kerak bumi kemudian merubah posisi layer sedimen hingga membentuk struktur deformasi.

Batuan yang terlipat menunjukkan bahwa bagian kerak dimana singkapan terbentuk mendapat gaya compressive pada tahap awal.

Setelah terlipat, bagian atas kerak mengalami erosi. Kemudian terjadi penurunan hingga berada di bawah muka air laut.

Sedimen baru terendapkan tidak selaras di atas batuan yang telah terlipat dan tererosi.

Sedimen baru mengalami litifikasi.

Kemudian terjadi perubahan kondisi tektonik - kerak mendapat gaya tensional.

Akibatnya terbentuk sesar dan struktur graben.

Diatasnya terendapkan lagi sedimen baru yang diikuti litifikasi.

Pada batuan beku yang bersifat basa (basaltik) sering ditemukan retakan (fracture) yang paralel dan berbentuk tiang vertikal seperti foto di atas. Struktur seperti ini disebut kekar tiang (columnar jointing).

Retakan seperti ini bukan terjadi karena respon terhadap gaya eksternal, tapi karena adanya proses kontraksi basal selama proses pendinginan setelah kristalisasi.

Sesaat setelah kristalisasi, temperatur basal di atas 1000oC. Proses pendinginan menyebabkan batuan berkontraksi.

Kontraksi tersebut menghasilkan retakan heksagonal dengan pola seperti di atas.

Orientasi struktur deformasi memberikan informasi mengenai arah gaya yang bekerja pada batuan. Orientasi ini dapat diketahui melalui pengukuran sistematik. Secara umum struktur deformasi terdiri atas struktur planar dan struktur linear.

Contoh struktur planar adalah perlapisan (layering), foliasi, retakan, dan bidang axial lipatan. Contoh struktur linear adalah hinge line.

Alat yang paling penting dalam pengukuran struktur adalah kompas.

Pada permukaan planar, perlu dilakukan dua pengukuran, yaitu pengukuran strike dan dip.

Strike adalah arah garis horisontal pada suatu permukaan planar yang miring atau garis perpotongan antara permukaan planar dengan bidang horisontal.

Pada gambar di atas, garis hijau bukan strike karena masih miring 20o

terhadap horisontal.

Juga bukan garis hijau di atas karena masih miring 10o terhadap horisontal.

Garis hijau di atas adalah strike karena merupakan perpotongan antara bidang horisontal dengan bidang yang akan diukur.

Garis merah menunjukkan dip bidang planar. Sudut antara garis strike dengan garis merah adalah 90o.

N156oE

Strike/dip = N156oE/36o50’

36o50’ 75 %

Strike/dip = N156oE/36o50’

U

36o50’