Laboratorium Geologi Komputasi 2015

Laboratorium Geologi Komputasi 2015

Deformasi adalah perubahan bentuk, dimensi dan posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari alam ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan ruang. Deformasi disebabkan oleh gaya atau tekanan yang bekerja pada materi tersebut. Adapun faktor-faktor yang mengontrol terjadinya deformasi suatu materi adalah :

1. Temperatur dan tekanan ke semua arah; pada temperatur dan tekanan yang rendah akan lebih cepat terjadi patahan, pada temperatur dan tekanan yang tinggi akan terjadi lenturan atau bahkan lelehan.

2. Kecepatan gerakan yang disebabkan oleh gaya yang diberikan; gerakan yang cepat dapat menyebabkan patahan, sedangkan gerakan yang lambat dapat menimbulkan lenturan, tergantung dari bahan yang bersangkutan dan dari keadaan-keadaan lain.

3. Sifat material, yang bisa lebih rapuh atau lebih lentur.Tekanan merupakan gaya yang diberikan atau dikenakan pada suatu medan atau area. Tekanan terbagi menjadi tekanan seragam (uniform stress) yaitu gaya yang bekerja pada suatu materi sama atau seragam di semua arah, dan tekanan diferensial atau tekanan dengan gaya yang bekerja tidak sama di setiap arah. Tekanan diferensial terbagi menjadi tensional stress, compressional stress, dan shear stress.

Tahapan DeformasiKetika suatu batuan dikenakan tekanan dengan besar tertentu, maka batuan itu akan mengalami tiga tahap deformasi, yaitu :

1. Elastic deformationElastic deformation adalah deformasi batuan yang bersifat sementara atau tidak permanen. jadi ketika tekanan yang diberikan pada batuan tersebut dihilangkan, maka bentuk batuan tersebut akan kembali seperti semula. Elastisitas ini memiliki batas yang disebut elastic limit. Apabila batas elastisitas ini dilampaui, maka bentuk batuan tidak akan kembali seperti semula.

2. Ductile deformationDuctile deformation merupakan tahapan deformasi setelah elastic limit dilampaui dan perubahan bentuk dan volume batuan tidak kembali.

3. Fracture deformationFracture deformation merupakan tahapan deformasi yang tejadi setelah batas atau limit elastic deformationdan ductile deformation dilampaui.

Pengontrol Deformasi

Nama : Heriober Taruk ANim : 111.130.187Plug : 1


Percobaan-percobaan di laboratorium menunjukkan bahwa deformasi batuan, selain tergantung

pada besarnya gaya yang bekerja, juga kepada sifat fisika dan kompisis batuan serta lingkungan

tektonik dan waktu.

Faktor-faktor yang mengontrol terjadinya deformasi adalah :

1. Suhu

Makin tinggi suhu suatu benda padat semakin ductile sifatnya dan keregasannya makin berkurang.

Misalnya pipa kaca tidak dapat dibengkokan pada suhu udara normal, bila dipaksa akan patah,

karena regas (brittle). Setelah dipanaskan akan mudah dibengkokan. Demikian pula halnya dengan

batuan. Di permukaan, sifatnya padat dan regas, tetapi jauh di bawah permukaan dimana suhunya

tinggi, bersifat ductile.

2. Waktu dan strain rate

Pengaruh waktu dalam deformasi batuan sangat penting. Kecepatan strain sangat dipengaruhi oleh

waktu. Strainyang terjadi bergantung kepada berapa lama batuan dikenai stress. Kecepatan batuan

untuk berubah bentuk dan volume disebut strain rate, yang dinyatakan dalam volume per unit

volume per detik, di bumi berkisar antara 10-14/ detik sampai 10-15/ detik. Makin rendah strain

rate batuan, makin besar kecenderungan terjadinya deformasi ductile.

Pengaruh suhu, confining pressure dan strain rate pada batuan, seperti ciri pada kerak, terutama di

bagian atas dimana suhu dan confining pressure rendah tetapi strain rate tinggi, batuan cenderung

rapuh (brittle) dan patah. Sedangkan bila pada suhu tinggi, confining pressure tinggi dan strain

rate rendah sifat batuan akan menjadi kurang regas dan lebih bersifat ductile. Sekitar kedalaman 15

km, batuan akan bersifat regas dan mudah patah. Di bawah kedalaman 15 km batuan tidak mudah

patah karena bersifat ductile. Kedalaman dimana sifat kerak berubah dari regas mulai

menjadi ductile, disebut brittle-ductile transition.

3. Komposisi

Komposisi batuan berpengaruh pada cara deformasinya. Komposisi mempunyai dua aspek.

Pertama, jenis dan kandungan mineral dalam batuan, beberapa mineral (seperti kuarsa, garnet dan

olivin) sangat brittle, sedangkan yang lainnya (seperti mika, lempung, kalsit dan gypsum)

bersifat ductile. Kedua, kandungan air dalam batuan akan mengurangi keregasannya dan

memperbesar keduktilannya. Pengaruh air, memperlemah ikatan kimia mineral-mineral dan melapisi

butiran-butiran mineral yang memperlemah friksi antar butir. Jadi batuan yang ‘basah’ cenderung

lebih ductile daripada batuan ‘kering’. Batuan yang cenderung terdeformasi ductile diantaranya

adalah batu gamping, marmer, lanau, serpih, filit dan sekis. Sedangkan yang

cenderung brittle adalah batupasir, kuarsit, granit, granodiorit, dan gneiss.



DEFORMASI

Deformasi adalah perubahan bentuk, posisi, dan dimensi dari suatu benda [Kuang,1996]. Berdasarkan definisi tersebut deformasi dapat diartikan sebagai perubahan kedudukan atau pergerakan suatu titik pada suatu benda secara absolut maupun relatif. Dikatakan titik bergerak absolut apabila dikaji dari perilaku gerakan titik itu sendiri dan dikatakan relatif apabila gerakan itu dikaji dari titik yang lain. Perubahan kedudukan atau pergerakan suatu titik pada umumnya mengacu kepada suatu sitem kerangka referensi (absolut atau relatif).

Untuk mengetahui terjadinya deformasi pada suatu tempat diperlukan suatu survei, yaitu survei deformasi dan geodinamika. Survei deformasi dan geodinamika sendiri adalah survei geodetik yang dilakukan untuk mempelajari fenomena-fenomena deformasi dan geodinamika. Fenomena-fenomena tersebut terbagi atas 2, yaitu fenomena alam seperti pergerakan lempengtektonik,aktivitas gunung api, dan lain-lain. Fenomena yang lain adalah fenomena manusia seperti bangunan, jembatan, bendungan, permukaan tanah, dan sebagainya.

Survei deformasi dan geodinamika itu sendiri bisa bermacam-macam metodenya. Dengan metode konvensional bisa dilakukan juga, contohnya dengan menggunakan theodollit ataupun sipat datar. Dengan kemajuan teknologi muncul metode baru dalam survei deformasi dan geodinamika, yaitu metode satelit. Dengan metode satelit dapat dilakukan dengan menggunakan Global Positioning System (GPS) ataupun dengan menggunakan penginderaan jauh.

Salah satu contoh dalam survey deformasi dan geodinamika adalah pengamatan pergerakan lempeng. Interior bumi kita terdiri dari lapisan-lapisan yang mempunyai karakteristik tersendiri. Lithosphere yang merupakan tempat berpijaknya benua dan samudra, berada di atas lapisan yang berifat fluida yaitu lapisan Astenosphere dan Mesosphere. Sehingga Lithosphere seolah-olah mengapung, dan selalu dalam keadaan tidak stabil, sangat mudah bergerak jika ada beban atau gaya yang bekerja padanya. Salah satu gaya yang menyebabkan terjadinya pergerakan lempeng adalah arus Konveksi.

Dengan melakukan pengamatan menggunakan GPS model pergerakan lempeng dapat ditentukan dengan membandingkan posisi titik-titik di atas permukaan lempeng dalam suatu kurun waktu tertentu.

DEFORMASI BATUAN

Untuk mengetahui bagaimana dan faktor-faktor yang mempengaruhi batuan terdeformasi, terpuntir, terlipat dan atau terpatahkan, yang berlangsung jauh dibawah kerak, dipelajari dalam laboratorium. Percobaan dilakukan terhadap contoh batuan yang dibentuk sebagai silinder atau kubus. Tegasan (Stress) dan Regangan (strain) . Pengaruh tegasan terhadap batuan tergantung pada cara bekerja atau sifat tegasannya dan sifat fisik batuan yang terkena tegasan. Dalam membahas batuan metamorf telah dibicarakan adanya dua bentuk stress. Stress uniform menekan dengan besaran yang sama dari segala



arah. Dalam batuan dinamakan confining stress karena setiap tubuh batuan dalam litosfir dibatasi oleh batuan disekitarnya dan ditekan secara merata (uniform) oleh berat batuan diatasnya.

Stress differensial menekan tidak dari semua jurusan dengan besaran yang sama. Dalam sistem ortogonal dapat diuraikan menjadi stress utama, yang maksimum, yang menengah dan yang paling kecil besarannya.Biasanya differential stress ini yang mendeformasi batuan dan dikenal 3 jenis differential stress, tensional stress, compression stress dan shear stress.Tensional stress, arahnya berlawanan pada satu bidang, dan sifatnya menarik (stretch) batuan.

Compressional stress arahnya berhadapan, memampat-kan atau menekan batuan. Shear stress bekerja berlawanan arah, tidak dalam satu bidang, yang menyebabkan pergeseran dan translasi. Uniform atau differensial stress yang menyebabkan terdeformasinya litosfir diakibatkan oleh gaya-gaya tektonik yang bekerja sepanjang waktu. Batuan yang terkena stress mengalami regangan atau perubahan bentuk dan atau volume dalam keadaan padat yang disebut strain atau regangan.

Tahap deformasi:

1. Elastic deformation adalah deformasi sementara tidak permanen atau dapat kembali kebentuk awal (reversible). Begitu stress hilang, batuan kembali kebentuk dan volume semula. Seperti karet yang ditarik akan melar tetapi jika dilepas akan kembali ke panjang semula. Elastisitas ini ada batasnya yang disebut elastic limit, yang apabila dilampaui batuan tidak akan kembali pada kondisi awal. Di alam tidak pernah dijumpai batuan yang pernah mengalami deformasi elastis ini, karena tidak meninggalkan jejak atau bekas, karena kembali ke keadaan semula, baik bentuk maupun volumenya. Sir Robert Hooke (1635-1703) adalah orang pertama yang memperlihatkan hubungan antara stress dan strain yang sesuai dengan batuan Hukum Hooke mengatakan sebelum melampaui batas elastisitasnya hubungan stress dan strain suatu material adalah linier.

2. Ductile deformation merupakan deformasi dimana elastic limit dilampaui dan perubahan bentuk dan volume batuan tidak kembali.

3. Fracture tejadi apabila batas atau limit elastik dan ducktile deformasi dilampaui.Deformasi rekah (fracture deformation) dan lentur (ductile deformation) adalah sama, menghasilkan regangan (strain) yang tidak kembali ke kondisi semula.

Pengontrol Deformasi



Percobaan-percobaan di laboratorium menun-jukkan bahwa deformasi batuan, selain tergantung pada besarnya gaya yang bekerja, juga sifat fisika dan komposisi batuan serta lingkungan tektonik dan waktu

Suhu

Makin tinggi suhu suatu benda padat semakin ductile sifatnya dan keregasannya makin berkurang. Misalnya pipa kaca tidak dapat dibengkokkan pada suhu udara, bila dipaksa akan patah, karena regas (brittle). Setelah dipanaskan akan mudah dibengkokkan. Demikian pula halnya dengan batuan. Di permukaan, sifatnya padat dan regas, tetapi jauh dibawah permukaan dimana suhunya tinggi, bersifat ducktile.

Waktu dan strain rate

Pengaruh waktu dalam deformasi batuan sangat penting. Kecepatan strain sangat dipengaruhi waktu. Strain yang terjadi bergantung pada berapa lama batuan dikenai stress. Kecepatan batuan untuk berubah bentuk dan volume disebut strain rate, yang dinyatakan dalam volume per unit volume per detik, di bumi berkisar antara 10-14/detik sampai 10-15/detik. Makin rendah strain rate batuan, makin besar kecenderungan terjadinya deformasi ducktile. Pengaruh suhu, confining pressure dan strain rate pada batuan, seperti ciri pada kerak, terutama bagian atas dimana suhu dan confining pressure rendah tetapi strain rate tinggi, batuan cenderung regas (brittle) dan patah. Sedangkan bila suhu tinggi, confining pressure tinggi dan strain rate rendah batuan menjadi kurang regas dan lebih bersifat ducktile. Sekitar 15 km kebawah, batuan bersifat regas dan mudah patah. Dibawah 15 km batuan tidak mudah patah karena bersifat lebih ducktile. Kedalaman dimana sifat kerak berubah dari regas mulai menjadi ducktile disebut brittle-ductile transition.

Komposisi

Komposisi batuan berpengaruh pada cara deformasinya. Komposisi mempunyai dua aspek. Pertama, jenis kandungan mineral dalam batuan, beberapa mineral (seperti kwarsa, garnet dan olivin) sangat brittle, sedangkan lainnya (seperti mika, lempung, kalsit dan gypsum) bersifat ducktile. Kedua, kandungan air dalam batuan mengurangi keregasannya dan memperbesar keducktilannya. Pengaruh air, memperlemah ikatan kimia mineral-mineral dan melapisi butiran-butiran mineral yang memperlemah friksi antar butir. Jadi batuan’basah’ cenderung lebih ducktile daripada batuan ‘kering’. Batuan yang cenderung terdeformasi ducktile diantaranya batugamping, marmer, lanau, serpih, filit dan sekis. Sedangkan yang cenderung brittle daripada ductile, batupasir, kwarsit, granit, granodiorit dan gneiss.



STRUKTUR GEOLOGI

Deformasi pada kerak, yang kita amati saat ini adalah jejak deformasi yang telah terjadi beberapa ratus atau juta tahun yang lalu, dan dikenal sebagai struktur geologi. Dalam struktur geologi, deformasi akibat gaya tektonik dikelompokkan sebagai struktur sekunder dan dibedakan dari struktur yang terbentuk pada saat atau sebelum batuan terbentuk yang dinamakan struktur primer. Yang termasuk dalam struktur primer adalah struktur-struktur pada batuan sedimen, seperti bidang perlapisan, lapisan bersusun (graded beding), lapisan silang siur (cross beding) dan jejak binatang. Sedangkan pada batuan beku adalah rekahan-rekahan yang terbentuk akibat dinginan, dinamakan kekar kolom (columnar joints). Arah rekahan-rekahan yang tegak lurus bidang pendinginan, permukaannya segi enam, struktur aliran pada lava dsb. Struktur sekunder yang terbentuk setelah batuan terbentuk, adalah lipatan (fold), kekar (joint) dan sesar (fault).Jurus dan Kemiringan Bidang

Untuk mendiskripsi deformasi lapisan batuan, misalnya pada batuan sedimen, diperlukan posisi atau kedudukan garis atau bidang setelah mengalami deformasi. Telah kita ketahui bahwa sedimen semula diendapkan dalam posisi horizontal. Setelah mengalami deformasi posisinya berubah, misalnya terlipat, maka posisi limb antiklin atau sinklin tidak horizontal lagi. Posisi atau kedudukan bidang-bidang yang membentuk limb ini dinyatakan dalam jurus atau strike dan kemiringan atau dip, yang dipergunakan untuk menyatakan kedudukan semua bidang di alam.

Kemiringan adalah sudut terbesar antara bidang (miring) di alam dengan bidang horizontal dinyatakan dalam derajat. Bidang horizontal tidak mempunyai kemiringan, atau 00 dan bidang tegak 900. Jurus dan kemiringan dapat diukur ditempat dengan mempergunakan kompas geologi. Kompas geologi dilengkapi dengan water pas, untuk membuat bidang horizontal dan klinometer untuk mengukur kemiringan bidang.Lipatan (fold). Lipatan dapat merupakan pelengkungan lemah yang luas, bisa lebih dari ratusan kilometer sampai yang sangat ketat berskala mikroskopis. Lipatan sangat mudah dilihat pada batuan berlapis dan merupakan hasil deformasi ducktile akibat kompresi dan shear stress. Pada strain rate sangat rendah dan diatas brittle-ducktile transition, batuan dapat terlipat meskipun dekat permukaan.

Geometri lipatan

Lipatan keatas, melengkung keatas atau cekung kearah bawah disebut antiklin. Kedua belah lereng antiklin saling menjauhi. Dan sebaliknya yang melengkung kebawah, bagian bawahnya cembung dan lereng-lerengnya saling mendekati, disebut sinklin. Umumnya kedua bentuk ini berpasangan. Lereng sebelah menyebelah antiklin atau sinklin disebut sayap (limb). Puncaknya dinamakan crest dan titik terendah trough. Bidang simetri antara sayap disebut bidang sumbu (axial plane), dan garis potongnya dengan permukaan, yang melalui crest maupun trough disebut sumbu lipatan (fold axis). Apabila sumbu lipatan tidak horizontal berarti lipatannya menunjam (plunging). Bentuk lipatan tidak selalu, tetapi apabila perlipatannya lebih intensif bentuknya lebih kompleks. Bila stress yang bekerja lebih kuat maka lipatan menjadi miring. Sayap yang satu lebih landai dari pasangannya, atau dip nya tidak sama. Apabila stress berlanjut, kemiringan bidang sumbunya mengecil hingga hampir horizontal.

Klasifikasi lipatan



Gaya tektonik yang sudah bekerja sejak ratusan juta tahun membuat kerak terlipat-lipat. Kadang-kadang sampai beberapa kali, tidak hanya sekali saja. Oleh karena itu struktur lipatan yang dihasilkannya sangat bervariasi dari yang sederhana sampai yang kompleks, baik bentuk maupun dimensinya. Dasar klasifikasinya ada beberapa, dan yang paling sederhana adalah kedudukan kedua belah sayapnya, kedudukan bidang sumbu dan keketatan lipatannya.

Sesar (fault)

Kadang-kadang deformasi berlangsung cukup cepat untuk diamati dan diukur. Untuk memudahkan deformasi kerak bumi yang teramati digolongkan dalam dua kelompok besar : gerakan mendadak yang melibatkan terjadinya rekahan, dimana blok-blok kerak tiba-tiba bergerak beberapa centimeter atau beberapa meter dalam hitungan menit atau jam. Dan gerak lamban serta bertahap termasuk deformasi ductile. Geraknya tetap, menerus tidak disertai hentakan. Gerakan mendadak melibatkan rekahan pada batuan regan (britle). Rekahan pada batuan dimana terjadi pergeseran sepanjang rekahan dinamakan sesar, patahan atau fault. Sekali rekahan mulai, timbul gesekan mengikuti pergeseran. Selanjutnya perlahan-lahan stress terkumpul atau tertahan selama gesekan antara kedua sisi sesar dapat mengatasinya. Kemudian mendadak terjadi lagi pergeseran. Jika stress tetap ada, perulangan penumpukan stress yang diakhiri dengan pergeseran mendadak terjadi berulang kali. Meskipun gerakan sesar besar sampai beberapa kilometer, tetapi jarak tersebut merupakan jumlah dari gerakan mendadak. yang kecil-kecil. Setiap gerak mendadak dapat menimbulkan gempa. Pergerakan mendadak pada litosfir biasanya disertai gempa bumi.

Gerak relative

Perdefinisi sesar adalah rekahan pada batuan yang mengalami pergerakan sejajar bidangnya.Umumnya tidak mungkin untuk mengetahui berapa besar gerak sebenarnya sepanjang sesar dan blok bagian mana yang bergerak dan blok yang diam, karena bergeraknya sudah berlangsung pada waktu lampau. Dalam klasifikasi pergeseran sesar dipergunakan pergeseran relatif, karena tidak tahu blok mana yang bergerak; dikatakan satu sisi sesar bergerak relatif terhadap sisi lainnya. Pergeseran salah satu sisi melalui bidang sesar membuat salah satu blok relatif naik, turun atau mendatar terhadap lainnya. Blok diatas bidang sesar disebut blok hanging wall sedangkan yang dibawah disebut blok foot wall.


Laboratorium Geologi Komputasi 2015

Documents

Transcript of Laboratorium Geologi Komputasi 2015