Pettijohn75-08

7/22/2019 Pettijohn75-08

1/33

Batuan Sedimen (Pettijohn, 1975)

BAB 8

SERPIH, ARGILIT, DAN BATULANAU

8.1 TINJAUAN UMUM

Diantara berbagai jenis batuan sedimen yang paling sering ditemukan, serpih (shale)

merupakan batuan yang memiliki kelimpahan paling tinggi Serpih membentuk sekitar 1!"

kolom geologi#$$% menurut S&hu&hert (19'1), $% menurut eith * +ead (1915), dan

5% menurut uenen (19$1) Serpih membentuk sekitar '"% batuan sedimen Paleo-oikum

dan eno-oikum yang ada di kraton .merika /tara (angka itu merupakan nilai taksiran

yang didasarkan pada data yang dikemukakan oleh Sloss, 190) dan membentuk $$%

paket endapan geosinklin di a&kson, 2yoming (S&h3ab, 199) Blatt (1974)

memperkirakan bah3a 9% sedimen benua yang ada di seluruh permukaan bumi berupa

serpih Berdasarkan pertimbanganpertimbangan geokimia tertentu, serpih membentuk

04% semua sedimen yang dihasilkan selama sejarah geologi (6larke, 19"$)

+eskipun memiliki kelimpahan yang tinggi, namun serpih tidak tersingkap baik

sebagaimana batugamping dan batupasir yang lebih resisten daripadanya Selain itu,

karena teksturnya yang halus dan komposisinya yang kompleks, serpih tidak begitu

dipahami sebagaimana material sedimenter yang lain alusnya butiran penyusun serpih

menyebabkan pengamatan sayatan tipis serpih menjadi sukar untuk dilaksanakan Banyak

material penyusun serpih tidak dapat dikenal di ba3ah mikroskop sedemikian rupa

sehingga tidak dapat dinekal dengan metodametoda optik Pengenalan material penyusun

serpih harus didasarkan pada hasilhasil analisis komposisi kimia atau pada teknikteknik

penelitian khusus, misalnya di8raksi sinar dan di88erential thermal analysis +etoda

metoda itupun sebenarnya gagal untuk memberikan semua data yang rele:an dan

diperlukan untuk analisis petrogra8i arena itu, pemerian, penggolongan, dan pena8siran

serpih dan argilit de3asa ini belum memadai dan belum lengkap

1$9

7/22/2019 Pettijohn75-08

2/33


2alau demikian, endapan argilit memiliki nilai ekonomis yang &ukup tinggi Banyak

lempung dan sebagian serpih merupakan bahan dasar untuk membuat batubata, tegel,

genteng, gerabah, dan alatalat yang dibuat dari keramik Serpih lempung (&lay shale),

apabila di&ampur dengan batugamping dalam proporsi tertentu, dibakar, dan diolah untuk

menghasilkan semen portland Sebagian lempung yang memiliki nilai kemurnian tinggi

dapat berperan sebagai 8iller untuk kertas Sabak, yang merupakan turunan metamor8is dari

serpih, dapat dipe&ahpe&ah untuk dijadikan genteng, panel listrik, dan papan tulis

Sebagian serpih dapat didestilasi di ba3ah temperatur tinggi untuk menghasilkan suatu

material yang, jika dikilang, menjadi bahan bakar dan bahan lailn

Peningkatan rasa tertarik para ahli terhadap sedimen argilit terutama dipi&u oleh

pemahaman yang lebih baik terhadap mineral lempung +ineral lempung (&lay minerals)

dapat dipahami dengan lebih baik sejalan dengan ditemukannya teknik di8raktometri sinar

dan teknikteknik lain Sumbangansumbangan pemikiran mengenai mineral lempung

disajikan dalam beberapa pro&eedings kon8erensi mineral lempung (&laymineral

&on8eren&e), yang dimulai sekitar 1951, dan dalam beberapa monogra8 seperti yang

disusun oleh ;rim (190), +illot (19$9, 19$), dan 6arroll (1974) Se&ara umum, literatur

lama kurang banyak membahas tentang mineral lempung dan kurang memberikan

perhatian yagn memadai terhadap berbagai masalah sedimen argilit .spekaspek

ekonomis dari mineral lempung telah dibahas oleh

7/22/2019 Pettijohn75-08

3/33


empung (&lay) dide8inisikan sebagai suatu tanah plastis alami (meskipun sebagian

lempung tidak plastis) yang disusun oleh hydrous aluminium sili&ate (yakni >mineral

lempung>) dan material berbutir halus (lempung adalah sedimen dengan butiranbutiran

yang berukuran kurang dari 4,44" atau 1!"5 mm) De8inisi yang didasarkan pada besar

butir paling tidak memuaskan karena sebagian besar lempung komersil bukan merupakan

lempung menurut de8inisi tersebut De8inisi yang didasarkan pada komposisi mineral juga

keliru karena mineral lempung mungkin hanya menyusun 1!' total batuan, bahkan mungkin

kurang dari itu =3enho8el (19'7) menyatakan bah3a partikelpartikel ke&il hendaknya

didominasi oleh mineral lempung dan bah3a lempung hendaknya mengandung partikel

berukuran lempung dalam jumlah yang banyak (? 54%) +enurut de8inisi ini, mineral

lempung mungkin dapat membentuk 1!$ dari apa yang disebut sebagai lempung

6lark (195$) mende8inisikan serpih (shale) sebagai batuan detritus yang partikelpartikel

penyusunnya memiliki diameter kurang dari 1!1 mm Dengan demikian, menurut de8inisi

tersebut, istilah serpih men&akup baik batulanau maupun batuan yang biasa dinamakan

serpih 2alau demikian, kebanyakan peneliti membagi material halus ke dalam dua

kategori@ lanau dan lempung yang berturutturut menyusun batulanau dan batulempung

/dden (191$) menempatkan batas pemisah antara lanau dengan lempung pada angka

1!"5 mm 2alau demikian, rumbein * Sloss (1951) menganggap 1!144 mm lebih sesuai

karena sedimen yang lebih kasar dari itu memiliki karakter lapangan yang mirip dengan

batupasir (kekompakan, semen, laminasi silangsiur gelembur), sedangkan sedimen yang

lebih halus dari itu memiliki karakter yang biasa dimiliki oleh serpih (slaking, plastis jika

basah, dsb)

.hli lain menggunakan parameter lain dalam penggolongan dan tatanama sedimen

berbutir halus Batulempung (&laystone) adlaah lempung yang telah terkompaksi ika

batulempung memiliki penyubanan, maka dapat disebut serpih 2alau demikian, sebagian

ahli (mis Shro&k, 19$0A la3n, 195') menggunakan istilah batulempung untuk menamakan

batuan yang kurang kompak dibanding serpih

151

7/22/2019 Pettijohn75-08

4/33


Serpih adalah batuan yang berlaminasi atau batuan yang memperlihatkan gejala

penyubanan Cstilah serpih digunakan se&ara terbatas pada endapan yang telah terkubur

atau endapan purba /ntuk batulempung yang tidak memiliki penyubanan dan tidak

berlaminasi, namun blo&ky dan masi8, digunakan istilah batulumpur (mudstone)

Dalam pengertian yang lebih terbatas, Cngram (195') mende8inisikan batulempung

sebagai batuan masi8 yang mengandung lempung dalam jumlah yang lebih banyak

dibanding lanauA istilah batulanau (siltstone) digunakannya untuk menamakan batuan masi8

yang mengandung lanau dalam jumlah yang lebih banyak dibanding lempung /ntuk

menamakan batuan yang proporsi lanau dan lempungnya tidak diketahui atau tidak dapat

dinyatakan se&ara pasti, Cngram menggunakan istilah batulumpur (mudstone) Cstilah serpih

lempung (&lay shale), serpih lanau (silt shale), dan serpih lumpur (mud shale) diusulkan

untuk menamakan berturutturut batulempung, batulanau, dan batulumpur yang

memperlihatkan gejala penyubanan

=3enho8el (19'7) memperluas pengertian batulumpur (mudstone) hingga men&akup

semua kerabat batuan argilit Sebagian ahli, termasuk Pettijohn, &enderung membatasi

pengertian istilah tersebut hingga hanya men&akup batuanbatuan yang memiliki besar butir

dan komposisi seperti serpih, namun tidak memperlihatkan laminasi dan!atau penyubanan

(Pi&ard, 195')

anau adalah material yang diameternya antara 1!1 dan 1!"5 mm atau sedimen yang

mengandung partikel lanau dalam jumlah 54% atau lebih Batulanau adalah lanau yang

telah mengalami pemadatan Sebagaimana dikemukakan oleh rumbein * Sloss (1951),

sebagian besar batuan yang diberi nama lanau di lapangan adalah lanau kasar (dengan

diameter lebih dari 1!144 mm) dan, berbeda dengan serpih, umumnya diikat oleh semen

kimia anau dapat memiliki lapisan silangsiur skala ke&il serta dapat memperlihatkan

perlapisan kon:olut, injeksi, dsb

Cstilah argilit digunakan dengan &ara yang beragam =3enho8el (19'7) menerapkan

istilah itu untuk menamakan suAatu batuan yagn berasal dari batulanau atau serpih yang

telah mengalami pengompakan sehingga kekompakan argilit lebih tinggi dibanding

15"

7/22/2019 Pettijohn75-08

5/33


kekompakan yang biasa dimiliki oleh batulanau atau serpih Dengan demikian, menurut

=3enho8el (19'7), argilit memiliki karakter yang merupakan pertengahan antara serpih dan

sabak ;rout (19'") menggunakan istilah argilit untuk menamakan lempung atau serpih

yang mengeras akibat rekristalisasi dan menggunakan istilah sabak (slate) untuk batuan

yang mirip dengan itu, namun memiliki gejala belahan sekunder la3n (195')

menggunakan istilah argilit dengan &ara yang sama sebagaimana yang dilakukan oleh

=3enho8el (19'7) serta menggunakan istilah metaargilit (metaargilite) untuk menamakan

batuan yang mirip dengan argilit, namun telah mengalami rekristalisasi lengkap 2alau

demikian, kedua istilah tersebut hanya digunakan untuk batuan yang tidak memperlihatkan

belahan atau penyubanan

=ata peristilahan yang digunakan dalam buku ini untuk batuanbatuan berbutir halus

diperlihatkan pada gambar 01

8.3 TEKSTUR DAN STRUKTUR

8.3.1 Besar Bu!r "a# Ke$as

Distribusi besar butir atau >komposisi mekanis> lempung dan serpih telah diteliti se&ara

mendetil 2alau demikian, analisis besar butir material seperti itu memiliki keterbatasan

arena berbutir halus, besar butir partikel lempung biasanya ditentukan berdasarkan

metodametoda yang didasarkan pada ke&epatan penenggelaman di8erensial (di88erential

settling :elo&ity) e&epatan itu sangat dipengaruhi oleh bentuk dan berat jenis partikel,

selain oleh besar butirnya arena itu, hasil analisis seperti itu dapat menyesatkan karena

besar butir yang dihitung berdasarkan ke&epatan penenggelaman didasarkan pada premis

bah3a partikelpartikel itu merupakan kuarsa berbentuk bola (rumbein * Pettijohn, 19'0)

Selain itu, sampel yang dianalisis didispersi seluruhnya sebelum mulai dianalisis Dispersi

seperti itu, yang dilaksanakan dengan bantuan agenagen 8isika dan kimia, mungkin

menyebabkan terhan&urkannya atau paling tidak menyebabkan terubahnya distribusi besar

butir sampel yang dianalisis Banyak lempung, terutama lempung yang terakumulasi di laut,

15'

7/22/2019 Pettijohn75-08

6/33


berada pada 8lokulasi parsial atau 8lokulasi total pada saat diendapkan arena itu, kur:a

distribusi besar butir yang diperoleh dari hasil analisis besar butir itu mungkin jauh berbeda

dengan distribusi besar butir sedimen tersebut pada saat diendapkan Batuan yang

sekarang tampak sebagai lumpur homogen mungkin dahulu diendapkan sebagai agregat

agregat pelet serta mungkin terangkut dan terendapkan dalam bentuk pelet .nalisis besar

butir yang biasa digunakan pada lumpur seperti itu tidak banyak memberikan in8ormasi

mengenai sejarah pengendapannya (arrison, 1971)

imitasi yang lebih serius ditemukan dalam serpih tua karena adanya e8ek diagenesis

terhadap distribusi besar butir arena material itu berbutir halus dan karena luasnya

permukaan total dari partikelpartikel penyusun batuan tersebut, serta karena

ketidakstabilan sebagian mineral lempung, maka material itu rentan terhadap perubahan

perubahan diagenesis

7/22/2019 Pettijohn75-08

7/33


Salah satu &iri dari sebagian lempung adalah memiliki struktur pelet (;rim * .llen, 19'0A

.llen * i&hols, 19$'A arrison, 1971) Pelet adalah agregat mikneral lempung dan kuarsa

yang membundar dan berukuran ke&il serta tersebar se&ara tidak merata dalam matriks

yang juga disusun oleh mineral lempung dan kuarsa Pelet mungkin dapat dipisahkan

dipisahkan dari matriksnya dengan menggunakan material organik Dilihat dari ukurannya,

pelet memiliki diameter 4,14,' mm, meskipun dalam beberapa kasus ada juga pelet yang

panjangnya beberapa milimeter Pelet dinisbahkan pada aksi arus airA pada kasus lain,

pelet itu mungkin berupa pelet kotoran (8e&al pellet) (+oore, 19'9A arrison, 1971)

Sebagian batuan argilitan yang asalusulnya berupa material residu memperlihatkan

tekstur sisa yang di3arisi dari material asalnya 6ontohnya adalah saprolit yang berasal

dari berbagai batuan beku dan batuan metamor8 yagn berbutir kasar Dalam batuan

tersebut, >hantu> mineral asal tera3etkan &ukup baik sedemikian rupa sehingga 8oliasi

gneis, por8iroblas, dan gejalagejala lain dapat terlihat 6ontoh lain dari tekstur sisa (reli&t

teEture) ditemukan dalam bentonit dan material lain yang terbentuk akibat alterasi in situ

pada debu :ulkanik =ekstur lain, yang bukan tekstur sisa, adalah bentukbentuk oolitik dan

pisolitik yang berkembang dalam sebagian bauksit dan lempung diaspore Selain itu ada

juga penggantian pseudomor8is pada rangka 8osil oleh monmorilonit dan tekstur

rekristalisasi diagenetik, misalnya >meta&ryst> mika ilit dalam massa dasar ilitik yang

berbutir halus 2alau demikian, sebagian besar serpih tidak memperlihatkan gejalagejala

tersebut Sebagian besar serpih tidak berstuktur atau berlaminasi

Serpih yang berlaminasi se&ara khas memperlihatkan suatu kemas yang dihasilkan oleh

orientasi material mikaan yang pipih pada arah yang sejajar dengan bidnag perlapisan Di

ba3ah mikroskop, ke&enderungan untuk terletak sejajar seperti itu dapat dengan mudah

terlihat +eskipun banyak indi:idu kristal tidak benarbenar terletak sejajar dengan bidang

perlapisan, namun sayatan pada arah yang tegak lurus terhadap bidang perlapisan

memperlihatkan suatu e8ek pemadaman massa seolaholah sayatan itu memotong satu

kristal tunggal +ineralmineral pipih memiliki berkasberkas sinar lambat yang bergetar

pada arah yang sejajar dengan bidang belahannya dan, oleh karena itu, memperlihatkan

155

7/22/2019 Pettijohn75-08

8/33


pemadaman sejajar Ctulah sebabnya mengapa materialmaterial tersebut memperlihatkan

pemadaman yang lebih kurang bersamaan

2alau demikian, dalam sebagian lempung dan serpih, mineral lempung memperlihatkan

orientasi random (eller, 19$) al itu mungkin terjadi karena tumbuhnya kristal autigen di

beberapa tempat Pada kasus lain, hali tu mungkin terjadi karena tidak

berkesinambungannya kemas asal akibat penggalian organisme

umpur yang baru diendapkan memiliki kadar air yang sangat tinggi serta memiliki

porositas yang sangat tinggi Porositas asal mungkin hingga 7404% (=rask, 19'1) arena

serpih ratarata hanya memiliki porositas sekitar 1'%, maka endapan asal telah mengalami

kompaksi yang sangat hebat, pada saat mana air yang ada didalamnya terperas keluar

Bah3a penurunan :olume ruang pori terjadi akibat kompaksi, bukan akibat pengisian ruang

pori (sebagaimana pada kasus batupasir), diperlihatkan oleh perubahan kemas se&ara

progresi8 yang &enderung menyebabkan lempenglempeng ke&il lempung untuk makin

sejajar dengan bidang perlapisan (Fertel * 6urtis, 197")

8.3.2 Pe#%u&a#a#

Banyak serpih memperlihatkan penyubanan primer (primary 8issility), yakni

ke&enderungan batuan untuk membelah atau terpisahpisah di sepanjang bidang li&in yang

sejajar dengan bidang perlapisan Si8at itu berkaitan dengan orientasi mineral mikaan yang

ada dalam serpih Sebagian serpih memiliki penyubanan yang kuatA sebagian yang lain

tidak

.lling (19$5) dan Cngram (195') men&oba untuk menetapkan suatu skala penyubanan

(tabel 0") serta mengaitkan penyubanan dengan komposisi serpih Sebagaimana

dikemukakan oleh kedua ahli itu, peningkatan kadar material silikaan dan gampingan

menyebabkan menurunnya derajat penyubanan serpih (gambar 0")

7/22/2019 Pettijohn75-08

9/33


shale) 2alau demikian, serpih yang terbioturbasi dan batulumpur lanauan tidak

memperlihatkan penyubanan

7/22/2019 Pettijohn75-08

10/33


(Bradley, 19"9, 19'1A

7/22/2019 Pettijohn75-08

11/33


8.' KOMPOSISI MINERAL DARI SERPIH DAN ARGILIT

omposisi lempung dan serpih yang telah terangkut sangat kompleks dan beragam

karena material itu disusun oleh produk abrasi (terutama lanau), produkakhir pelapukan

(lempung residu), serta tambahan material kimia atau biokimia (lihat gambar 0') +aterial

kimia tambahan itu dapat berupa material yang dipresipitasikan dari larutan dan diendapkan

dalam 3aktu yang bersamaan dengan lempung yang terakumulasi, misalnya kalsium

karbonat, atau merupakan material yang terbentuk kemudian akibat adanya reaksi atau

pertukaran antara material penyusun lempung dan serpih dengan medium yang ada

disekelilingnya (biasanya air laut), misalnya kalium dan magnesium Beberapa :arietas atau

subkelas serpih pada dasarnya tergantung pada kebenaan relati8 beberapa sumber yang

turut menyumbangkan materialnya sebagai bahan pembentuk dasar serpiht ersebut

arena itu, baik komposisi mineral maupun komposisi kimia lempung dan serpih sangat

ber:ariasi enis dan proporsi lanau yang merupakan material mekanis tergantung pada

relie8 dan iklim daerah sumber ika material sepertii tu tidak hadir atau jarang, batulumpur

akan kaya akan material residu dan, di ba3ah kondisikondisi yang sesuai, dapat kaya akan

presipitat seperti kalsit, aragonit, siderit, &hamosit, silika, dan material organik

ehalusan partikel menyebabkan proses penentuan jenis mineral penyusun serpih

menjadi sukar untuk dilaksanakan Di ba3ah mikroskop, hanya partikelpartikel yagn relati8

besar saja (partikelpartikel yang berukuran ? 4,41 mm) yang dapat dikenal dengan &ukup

pasti Partikelpartikel itu praktis sama dengan partikelpartikel yang ditemukan dalam lanau

atau batupasir halus

7/22/2019 Pettijohn75-08

12/33


besar berupa kuarsa dan 8elspar, sedangkan 8raksi halus kaya akan mineral lempung, mika

lempung, klorit, dan berbagai jenis hidroksida besi

8.'.1 M!#era* Le$+u#

0$11 omposisi dan Struktur

etika silikat dari batuan kristalin primer terdekomposisi akibat pelapukan, mereka antara

lain akan menghasilkan sekelompok mineral yang dinamakan mineral lempung (&lay

minerals) +ineral lempung adalah silikat aluminium yang terhidrasi dengan repla&ement

umumnya berupa besi dan magnesium +ineral lempung berbutir halus, umumnya memiliki

ukuran G 5 mikron (dalam beberapa kasus berukuran 1 mikron) +ineral itu tidak hanya

mun&ul dalam lempung residu yang terbentuk akibat dekomposisi in situp pada material

asal, namun juga dapat terangkut dan terendapkan sebagai sedimen +ineral lempung

menjadi material penyusun penting dari lempung dan serpih serta menyebabkan mun&ulnya

si8atsi8at yang khas pada lempung dan serpih Dalam batugamping argilitan, mineral

lempung juga dapat ber&ampur dengan karbonat Dalam beberapa batupasir, mineral

lempung dapat ber&ampur dengan material rombakan berukuran pasir

arena butirannya sangat halus, mineral lempung sukar untuk dikenal Cdenti8ikasi positi8

jarang dapat dilakukan hanya dari sayatan tipis saja =eknikteknik khusus untuk

mengisolasikan mineral lempung dan pemelajarannya dengan &ara&ara kimia, optik, sinar

, dan teknikteknik lain diperlukan untuk memastikan jenisnya (6arroll, 1974)

+ineral lempung yang umum ditemukan dalam serpih adalah 8ilosilikat +aksudnya,

mineral lempung itu memiliki struktur lembaran yang agak mirip dengan mika +ineral

8ilosilikat itu terdiri dari dua tipe lapisan (gambar 0$) Satu lapisan adalah lapisan

tetrahedra silika yang terdiri dari kelompokkelompok SiF$ yang satu sama lain

dihubungkan untuk membentuk suatu kerangka heksagonal, dimana komposisi Si$F14

berulangulang se&ara tidak terhingga apisan kedua adalah lapisan alumina atau

aluminium hidroksida yang terdiri dari lapisanlapisan oksigen atau hidroksil yang

terbandelakan se&ara ketat, diantara lapisanlapisan mana atomatom aluminium yang

14

7/22/2019 Pettijohn75-08

13/33


tersusun se&ara oktahedral tersisip dalam posisi tertentu sedemikian rupa sehingga atom

atom aluminium itu terletak pada jarak yang sama dari enam atom oksigen atau enam

hidroksil yang mengelilingnya Sebenarnya, hanya "!' posisi aluminium saja yang terisi

dalam lapisan itu Struktur seperti itu dinamakan struktur gibbsit (gibbsite stru&ture)

+ineral lempung dapat dibedakan menjadi dua kategori utama Dalam elompok kaolinit

(kaolinte group), mineral di&irikan oleh kisikisi dua lapisan (lapisan 1 @ 1) yang terdiri dari

satu oktahedral atau satu lapisan gibbsit yang dihubungkan dengan satu lapisan tetrahedra

silika isikisi ini tidak memuai sejalan dengan kadar air yang ada didalamnya serta hingga

de3asa ini tidak pernah ditemukan kasus yang memperlihatkan terjadinyap enggantian

aluminium oleh besi atau magnesium dalam struktur gibbsit ategori kedua dari mineral

lempung adalah kelompok yang di&irikan oleh kisikisi tiga lapisan (" @ 1) Dalam kisikisi

tersebut, suatu lapisan alumina oktahedral diapit oleh dua lapisan silika tetrahedral

Beberapa mineral lempung yang penting termasuk ke dalam kategori ini Dalam

monmorilonit, satuansatuan tiga lapisan itu saling berikatan dengan relati8 lemah pada

arah&, dimana diantara satuansatuan itu terdapat air dan kation umlah air dalam mineral

lempung tersebut dapat ber:ariasi sedemikian rupa sehingga dimensi& ber:ariasi, mulai

dari 9, hingga "1,$ angstrom +ineral ini dikatakan memiliki kisikisi yang mampu memuai

apisan tigasatuan juga dapat diikatkan oleh kalium yang, karena memiliki diameter atom

dan kapasitas koordinasi yang sesuai, dapat mengikat struktur sedemikian ketat sehingga

tidak mungkin terjadi pemuaian +ika lempung yang terbentuk adalah ilit elompok klorit

juga memiliki struktur tiga lapisan yang di&irikan oleh lapisan bru&it, +g(F)", diantara

satuan tigalapisan Banyak :arietas komposisi yang mungkin mun&ul dalam setiap

kelompok struktur +eskipun banyak kelompok struktur itu yang mendapatkan nama

tersendiri, sebagai :arietas:arietas yang didasarkan pada komposisi, namun kita dapat

se&ara umum menganggap bah3a setiap kelompok itu memperlihatkan kisaran komposisi

yang lebar dan tidak tertentu +ineral lempung digolongkan terutama berdasrkan

strukturnya (gambar 0$)

11

7/22/2019 Pettijohn75-08

14/33


Dengan demikian, kelompok mineral lempung utama adalah kelompok kaolinit, kelompok

monmorilonit, kelompok ilit atau kelompok musko:it, dan kelompok klorit .nggota utama

dari kelompok kaolinit adalah kaolinit yang memiliki komposisi (F)0.l$Si$F14 .nauEite,

yang mirip dengan kaolonit dengan penge&ualian nisbah molekuler SiF" @ .l"F' sekitar '

(bukan "), jauh lebih jarang ditemukan dibanding kaolinit Di&kite dan na&rite, yang

komposisinya mirip dengan kaolinit namun memiliki bentuk kristal yang sedikit berbeda,

juga merupakan anggota dari kelompok kaolinit 2alau demikian, di&kite dan na&rite jarang

ditemukan dalam sedimen

elompok monmorilonit, yang dinamakan berdasarkan anggota utama dari kelompok

tersebut (yakni monmorilonit), memiliki komposisi (F)$.l$Si0F14Hn"F +agnesium

umumnya menggantikan aluminium dalam kisikisi mineral tersebut Beidellite, yang

memiliki nisbah molekuler SiF" @ .l"F' yang berharga ', serta nontronite, di dalam mineral

mana 8erri& iron menggantikan aluminium, juga dimasukkan ke dalam kelompok

monmorinolit

elompok ilit, atau kelompok mika lempung, men&akup ilit yang memiliki rumus umum

(F)$y(.l$He$H+g$H+g)(Si0yH.ly)F"4 dengan y ber:ariasi mulai dari 1 hingga 1,5 Clit

berkaitan dengan mika putih, namun mungkin berbeda karena mengandung lebih sedikit

kalium dan lebih banyak mengandung air dibanding mika Selain berbagai tipe ilit, kelompok

ilit juga men&akup glaukonit (Burst, 1950)

elompok klorit terdiri dari mineralmineral yang kaya akan magnesium serta banyak

ditemukan dalam serpih elompok kloirt juga banyak mengandung ionion besi

Para ahli banyak mengenal mineral lempung >lapisan&ampuran> Struktur kelompok ini

merupakan hasil penumpukan satuansatuan mineral lempung dasar, baik tumpukan yang

teratur maupun tumpukan random =umpukan itu terjadi pada arah yang sejajar dengan

sumbu& Sebagian mineral merupakan perselingan antara mineral lempung dua lapisan

dengan mineral lempung tiga lapisan =ipetipe mineral lapisan&ampuran seperti itu

biasanya tidak diberi nama tersendiri, namun penamaannya didasarkan pada satuan

satuan mineral lempung pembentuknya, misalnya mineral kaolinitilit, kloritilit, dsb

1"

7/22/2019 Pettijohn75-08

15/33


Selain kelompokkelompok mineral lempung utama sebagaimana yang telah dijelaskan

di atas, ada juga sejumlah mineral lempung yang relati8 jarang ditemukan dan memiliki

struktur kristal yang agak berbeda +ineralmineral itu antara lain halloysit yang memiliki

rumus kimia (F)1.l$Si$F, metahalloysit yang memiliki rumus kimia (F)0.l$Si$F14,

allo8an (allophane) yang merupakan suatu mutual solution dari silika, alumina, dan air

dalam proporsi yang beragam .llo8an tidak memiliki struktur kristalin Selain itu ada juga

sejumlah mineral yang ditemukan dalam lempung, misalnya :ermi&ulite dan palygorskite

(sepiolit dan attapulgite) =idak satupun diantara mineral lempung minor tersebut di atas

ditemukan dalam serpih

0$1" Pertukaran Basa

Pertukaran basa adalah masuknya ionion dari larutan ke dalam -at padat untuk

menggantikan posisi ionion yang semula menyusun -at padat tersebut Dengan demikian,

se3aktu bersentuhan dengan suatu -at padat, larutan akan mengalami perubahan

sebagaimana yang dialami oleh -at padat, namun perubahan yang dialami oleh larutan itu

terbalik dengan perubahan yang dialami -at padat tersebut +ineral lempung

memperlihatkan si8at tersebut dengan tingkat yang beragam Se&ara umum, monmorilonit

memperlihatkan kapasitas pertukaran basa yang besar, sedangkan kaolinit hanya memiliki

kapasitas pertukaran basa yang ke&il Clit memiliki kapasitas pertukaran basa pertengahan

Con yang dapat dipertukarkan hanya dapat digantikan oleh ion lain Con tersebut tidak

dapat lepas begitu saja se&ara bebas menuju larutan +ekanisme eksak dari pertukaran itu

belum dapat dipahami sepenuhnya .da sejumlah konsep lain yang dapat dipandang

sebagai tandingan dari konsep pertukaran basa /ntuk mengetahui konsepkonsep yang

disebutkan terakhir ini, para pemba&a dipersilahkan untuk menelaah makalah yang disusun

oleh elley (19'9, 19$") dan ;rim (195', 190)

1'

7/22/2019 Pettijohn75-08

16/33


0$1' eberadaan dan .sal/sul +ineral empung

+eskipun mineralogi lempung de3asa ini telah mulai dapat dipahami, namun geologi

material ini masih jauh dari jelas eberadaan, asalusul, dan trans8ormasi mineral lempung

belum dapat dipahami sepenuhnya +ineral lempung sebagian besar terbentuk akibat

pelapukan silikat aluminium, namun masih mungkin dapat terbentuk dalam lingkungan

sedimentasi (pada tahap a3al diagenesis) atau pada lingkungan pas&apenguburan (pada

tahap diagenesis lanjut) Sebagian mineral lempung merupakan produk prosesproses

hidrotermal Sebagian lagi dapat terbentuk akibat presipitasi dari larutan ion dan akibat

kristalisasi suatu gel eller (1974) telah menyusun sebuah kajian mengenai prosesproses

yang menyebabkan terbentuknya mineral lempung

Se&ara umum, mineral lempung tampaknya terbentuk akibat alterasi mineral yang telah

ada sebelumnya al itu terutama terjadi untuk mineral lempung yang terbentuk dalam pro8il

tanah aolinit, monmorilonit, dan ilit tampaknya terbentuk akibat pelapukan berbagai jenis

batuan di ba3ah kondisi iklim yang beragam Setiap silikat aluminium dapat menghasilkan

kaolin akibat pelapukan yang menyebabkan terlepasnya , a, 6a, +g, dan 8errous iron

serta penambahan hidrogen (eller, 1974, h 797) aolin dapat terbentuk dari granit,

sedangkan gabro &enderung menghasilkan mineralmineral yang termasuk ke dalam

kelompok monmorilonit Silikat dan silikata yang terbentuk akibat hidrolisis alkali 8elspar

sangat mudah larut dan terlindi, sedangkan 6a, +g, dan e &enderung berkombinasi

dengan silika untuk membentuk monmorilonit aolinitasisi dipi&u terjadi pada lingkungan

>asam>, misalnya pada lingkungan air ta3ar +onmorilonit umumnya berasal dari batuan

kalsikma8ik, termasuk debu :ulkanik, pada lingkungan yang menunjang penyimpanan

logam bi:alen dan asam silikat ondisikondisi seperti itu dipi&u oleh kondisi basa ondisi

kondisi pembentukan ilit dalam pro8il tanah kurang begitu dapat dipahami umlah kalium

yang memadai diperlukan untuk pembentukan ilit .lterasi in situ terhadap 8elspar untuk

menjadi ilit telah dapat dipahami

Berbagai mineral lempung, apapun material sumbernya dan bagaimanapun geokimia

lingkungan pembentukannya, dapat diangkut dan diendapkan pada lingkungan yang &iri

1$

7/22/2019 Pettijohn75-08

17/33


&irinya jauh berbeda dengan &iri&iri lingkungan pembentukannya Sebagian ahli petrologi

berkeyakinan bah3a mineral lempung sangat rentan terhadap perubahan dan akan

melakukan peneraandiri terhaap lingkungan yang baru Perubahanperubahan tahap lanjut

dapat terjadi selama terkubur sejalan dengan meningkatnya tekanan dan temperatur

Perubahan yang lain lagi akan terjadi apabila batuan tersebut memasuki 3ilayah

metamor8isme .kibat erosi dan penyingkapan, batuan itu juga mengalami perubahan lagi

Perubahanperubahan tersebut, dan e8eknya terhadap mineralogi, akan dibahas dalam

bagian 07

8.'.2 M!#era* La!# Pe#%usu# Ser+!-

Sebagaimana telah dikemukan sebelumnya, sebagian besar serpih mengandung

sejumlah besar 8raksi lanau Sebagian besar partikel yang berukuran lanau itu berupa

kuarsa elspar dapat hadir sebagai partikel berukuran lanau dalam jumlah yang lebih

rendah dibanding kuarsa +ineralmineral tersebut telah dibahas dalam Bab 7 Salah satu

material penyusun serpih yang bukan merupakan material detritus adalah karbonat

biokimia +aterial ini akan dijelaskan pada Bab 14 Berbagai mineral pengandung besi,

termasuk didalamnya glaukonit, gelas :ulkanik, silika biogenik, dan material 8os8atik, yang

dapat ber&ampur dengan material lain yang biasanya menyusun serpih, akan dijelaskan

pada bagianbagian lain dari buku ini

Salah satu hasil penelitian yang menarik untuk dikaji adalah mengenai medan stabilitas

mineral pengandung besi, dalam arti kata potensi redoks (Ih) lingkungan pengendapan

(rumbein * ;arrels, 195"A ames, 195$) Sul8ida besi (terutama yang berupa pirit),

karbonat besi (siderit), silikat besi (klorit, &hamosit, dan glaukonit yang kaya akan besi),

serta oksida besi (hematit) membentuk suatu deretan mineral yang berkorelasi dengan

pneningkatan potensi oksidasi ehadiran mineralmineral tersebut, sekalipun dalam jumlah

yang ke&il, jika benarbenar merupakan material yang terbentuk pada saat terjadinya

sedimentasi, merupakan indikator dari kondisi oksidasi dari lingkungan pengendapan

2alau demikian, mineralmineral tersebut dapat terbentuk pada lingkungan diagenetik,

15

7/22/2019 Pettijohn75-08

18/33


mungkin setelah sedimennya terkubur oleh sedimen yang lebih muda arena itu, sebelum

meman8aatkan kehadiran mineralmineral tersebut sebagai indikator kondisi oksidasi, kita

perlu memastikan terlebih dahulu saatsaat pembentukannya

easaman (p) serpih diyakini sama dengan keasaman air yang ada dalam lingkungan

pengendapan (Shukri, 19$"A +illot, 19$) Serpih air ta3ar dikatakan memiliki p ratarata

$,7, sedangkan p ratarata dari serpih yang diendapkan pada lingkungan laut, laguna, dan

danau penghasil gamping adalah sekitar 7,0

8.'.3 Ser+!- RaaRaa

omposisi mineral ratarata dari serpih, sebagaimana yang ditentukan dengan berbagai

metoda penelitian, diperlihatkan pada tabel 0' Perbedaanperbedaan yang mun&ul antara

hasil taksiran di masa lalu dengan hasilhasil perhitungan yang dikemukakan oleh para ahli

akhirakhir ini mun&ul sejalan dengan makin dipahaminya mineral lempung Banyak unsur

kimia yagn semula dinisbahkan pada 8elspar, oksida besi, dan mineral penyusun lain

sekarang ini diketahui ternyata seharusnya dinisbahkan pada minera lempung Persentase

kadar mineral lempung terutama sangat tinggi dalam hasilhasil analisis terbaru karena

peningkatan pemahaman para ahli terhadap mineral lempung dan sebagian lainnya karena

serpih lanauan dikeluarkan dari sampel 2alau demikian, tingginya kadar kuarsa

menyokong pendapat lama yang menyatakan bah3a serpih pada umumnya banyak

mengandung lanau (sekitar $4% atau lebih)

arena modal analyses serpih sangat sukar untuk dilakukan, maka tidak banyak hasil

analisis seperti itu yang dipublikasikan /saha yang paling kuat untuk mendapatkan nilai

taksiran kuantitati8 mengenai komposisi serpih dilakukan oleh Sha3 * 2ea:er (195) yang

menggunakan teknik penyerapandi8rasi sinar asil analisis terhadap sekitar '44 sampel

serpih Paleo-oikum dan serpih lain yang lebih muda daripadanya menunjukkan bah3a

kadar kuarsa berkisar mulai kurang dari 14% hingga mendekati 04% dengan nilai ratarata

sekitar '$%A kadar 8elspar ber:ariasi mulai dari sekitar 4% hingga sekitar '4%, dengan

ratarata sekitar ',% Dalam semua serpih yang dianalisis, karbonat umumnya tidak ada,

1

7/22/2019 Pettijohn75-08

19/33


dengan nilai ratarata ",7%, meskipun ada juga serpih yang mengandung lebih dari 54%

adar mineral lempung (yang diperoleh dari hasil pengurangan) ratarata sekitar $%,

meskipun kisarannya mulai dari 54% hingga sekitar 94% /ntuk membandingkan komposisi

mineral dengan komposisi kimia ruah dari serpih, perhatikan tabel 05 Serpih Paleo-oikum

di Cllinois (;rim dkk, 1957) umumnya memiliki karakter yang mirip dengan apa yang

ter&antum dalam tabel tersebut

arena komposisi mineral dari 8raksi lanau berbeda dengan komposisi mineral dari 8raksi

lempung, maka jelas sudah bah3a komposisi kimia dari serpih sangat tergantung pada

teksturnya ubungan antara besar butir dengan komposisi terlukis dengan jelas dalam

hasil analisis kimia terhadap 8raksi lanau dan 8raksi lempung yang dipisahkan se&ara

arti8isial oleh ;rout (19"5) Perhatikan pula tabel 0$ ika 8raksi halus disusun oleh mineral

mineral yang sama sebagaimana yang ditemukan dalam 8raksi yang relati8 kasar (meskipun

proporsinya berbeda), maka kita masih mungkin untuk menghitung komposisi mineral dari

setiap 8raksi asilhasil perhitungan seperti itu disajikan pada tabel 05 Sebagaimana yang

terlihat dari tabel tersebut, 8raksi halus lebih miskin akan kuarsa dan lebih kaya akan

mineral lempung (kaolinit, serisit, paragonit, dan oksida besi) Perbedaan mineralogi

tersebut berkorelasi baik dengan perbedaan komposisi kimia dari material tersebut

8./ KOMPOSISI KIMIA

.nalisis kimia masih tetap merupakan sumber in8ormasi utama untuk komposisi serpih

Silika merupakan material penyusun utama dari semua lempung dan serpih Silika dapat

hadir sebagai bagian dari kompleks mineral lempung, sebagai silikat detritus yang tidak

terdekomposisi, dan sebagai silika bebas (baik dalam bentuk kuarsa detritus maupun silika

hasil presipitasi biokimia seperti opal yang pembentukannya dipengaruhi oleh radiolaria,

diatom, dan spikula .lumina merupakan material penting yang menyusun kompleks

mineral lempung dan sebagai suatu komponen dari silikat detritus yang tidak terlapukkan

(terutama berupa 8elspar) =ingginya kadar alumina dalam serpih mengindikasikan bah3a

17

7/22/2019 Pettijohn75-08

20/33


kehadiran aluminium hidrat bebas (diaspore) atau bauksit Besi dalam serpih mun&ul

sebagai pigmen oksida, sebagai bagian dari -at kloritik, serta sebagai pirit, markasit, siderit,

atau silikat besi ondisi oksidasi dari besi sangat mempengaruhi 3arna serpih (gambar 0

9) +agnesium mun&ul dalam kompleks klorit atau sebagai komponen dari dolomit apur

mun&ul dalam bentuk senya3a karbonat dan, oleh karena itu, akan terdapat dalam silikat

yang tidak terlapukkan atau dalam bentuk gipsum Sebagian alkali mun&ul dalam silikat

detritus yang tidak terlapukkan (terutama 8elspar) alium diserap oleh mineral lempung

yang ada dalam serpih dan merupakan material penyusun ilit atau mika lempung alium

juga dapat hadir dalam glaukonit /nsur minor yang mungkin ada dalam serpih adalah

titanium (misalnya dalam rutil), mangan, 8os8or, dan material organik

Pena8siran hasilhasil analisis kimia serpih sukar untuk dilakukan karena, sebagaimana

telah dikemukakan sebelumnya, komposisi kimia tergantung pada besar butir, kematangan

sedimen, dan restorasi oleh prosesproses kimia atau biokimia yang dialami oleh berbagai

unsur yang hilang akibat pelapukan selama berlangsungnya pembentukan tanah residu

yang menjadi sumber dari serpih

I8ek besar butir terhadap komposisi kimia terlukis dengan jelas dari hasil pembandingan

hasil analisis 8raksi lanau dalam endapan musim panas dengan 8raksi lempung dalam

endapan musim dingin yang ada dalam 3ar3a (lihat tabel 0. dan 0B) Pada kasus itu,

kematangan dan sejarah pas&apengendapan dari material tersbut identik sedemikian rupa

sehingga perbedaan komposisi seluruhnya berkaitan dengan perbedaan besar butir

Sebagaimana yang dapat dilihat dari tabeltabel tersebut, 8raksi kasar lebih kaya akan

silika, sedangkan 8raksi halus lebih kaya akan alumina, besi, kalium, dan air Perbedaan

tersebut tidak diragukan lagi men&erminkan pengayaan kuarsa detritus dalam 8raksi lanau

dan pengayaan mineral lempung dalam 8raksi halus

omposisi ratarata dari serpih (tabel 07.) memiliki karakter yang berbeda dari

komposisi lempung residu Perbedaan itu sebagian dinisbahkan pada besar butir

Penelaahan terhadap hasilhasil analisis yang dilakukan oleh ;rout (tabel 0$) pada

sejumlah 8raksi besar butir yang ada dalam lempung mengindikasikan bah3a serpih rata

10

7/22/2019 Pettijohn75-08

21/33


rata mengandung dua bagian lanau dan satu bagian lempung 6ampuran seperti itu akan

memiliki komposisi yang mendekati komposisi ratarata dari serpih +iripnya komposisi

kimia serpih ratarata dengan komposisi lempung residu (tabel 00)

RUJUKAN

.llen, J= 19"9 =he Cone 8ormation o8 6ali8ornia Univ. Calif. Publ. Dept. Geol. Sci 1@'$7

$$0

.llen, J= 19'5 +ineral &omposition and origin o8 +issouri 8lint and diaspore &lays

Missouri Geol. Surv. and Water Resources 58th Biennial Rept, .ppendiE CJ "$ h

.llen, J= dan

7/22/2019 Pettijohn75-08

22/33


Berg,

7/22/2019 Pettijohn75-08

23/33


6lark, = 195$ Shale@ . study in nomen&lature /rans. Ro-. Soc. CanadaSer ', Se&t $,

$0@17

6larke, 2 19"$ Data o8 geo&hemistry USGS Prof. Paper774 0$1 h

6ody,

7/22/2019 Pettijohn75-08

24/33


erguson, 19$ . &omparison o8 t3o te&hniLues 8or measuring shale &ompation our.

Sed. Petr '$@9$95

la3n, P= 195' Petrographi& &lassi8i&ation o8 argilla&eous sedimentary and lo3grade

metamorphi& ro&ks in subsur8a&e Bull. !!PG'7@5455

rarey, + dan S+

7/22/2019 Pettijohn75-08

25/33


;rim,

7/22/2019 Pettijohn75-08

26/33


ough, 19'$

7/22/2019 Pettijohn75-08

27/33


rumbein, 26 19'0 Si-e 8reLuen&y distributions o8 sediments and the normal phi &ur:e

our. Sed. Petr 0@0$94

rumbein, 26 dan

7/22/2019 Pettijohn75-08

28/33


+&amara, + 19 =he paragenesis o8 S3edish gla&ial &lays Geol. 07ren. Stoc$hol,

07rh 07@$$1$5$

+ies&h, .= 19" 6omputing mineral &omposition o8 sedimentary ro&ks 8rom &hemi&al

analysesour. Sed. Petr '"@"17""5

+iller, 2; 1945 =he &obaltni&kel arsenides and sil:er deposits o8 =emiskaming 6ntario

Bur. Mines !nn. Rept, : 1$, Pt " h

+illot, ; 19$9

7/22/2019 Pettijohn75-08

29/33


Payton, 6I dan . =homas 1959 =he petrology o8 some Pennsyl:anian bla&k >shales>

our. Sed. Petr "9@17"177

Peterson, +. 19" =he mineralogy and petrology o8 /pper +ississippian &arbonate

ro&ks o8 the 6umberland Plateau in =ennesseeour. Geol 74@1'1

Pettjohn, dan Bastron 1959 6hemi&al &omposition o8 argillites o8 the 6obalt Series

(Pre&ambrian) and the problems o8 sodari&h sediments Bull. GS!74@59'599

Pettijohn, , PI Potter, dan < Sie:er 195 Geolo*- of Sand and Sandstone

Bloomington@ Cndiana /ni: "45 h

Pi&ard, +D 195' +arlstone#. misnomer as used in /inta Basin, /tah Bull. !!PG

'7@14751477

Potter, PI dan D ;lass 1950 Petrology and sedimentation o8 the Pennsyl:anian

sediments in southern Cllinois@ . :erti&al pro8ile )llinois Geol. Surv. Rept. )nv "4$ 4 h

Potter, PI, Shimp, dan 2itters 19' =ra&e elements in marine and 8resh3ater

argilla&eous sediments Geochi,. Cos,ochi,. !cta"7@99$

Pryor, 2. dan D ;lass 191 6reta&eous=ertiary &lay mineralogy o8 the /pper

+ississippia Imbaymentour. Sed. Petr '1@'051

7/22/2019 Pettijohn75-08

30/33


7/22/2019 Pettijohn75-08

31/33


Shelton, 2 19" Shale &ompa&tion in a se&tion o8 6reta&eous Dakota Sandstone,

north3estern orth Dakotaour. Sed. Petr '"@07'077

Shro&k, desert> loessour. Sed. Petr '0@777$

Smith, ;D 19$" Cllinois loess:ariations in its properties and distribution Bull. )llinois !*ric.

'+p. Sta $94 lm 1'910$

StrRm, + 19' andlo&ked 3aters@ ydrography and bottom deposits in badly:entilated

or3egian 8jords 3ith remarks upon sedimentation under anaerobi& &onditions S$rifte

%ors$e "idens$aps. !$ad. 6slo& Mat. %atur, l, 1(7)@105

Sundelius, 2 1974 =he 6arolina Slate Belt Dala,@ ;2 isher, Pettijohn, 6

7/22/2019 Pettijohn75-08

32/33


=aylor, 19$9 Petrology o8 the orthampton sand ironstone 8ormation Me,. Geol. Surv.

Great Britain 111 h

=h3aites, = 19$$

7/22/2019 Pettijohn75-08

33/33


2hite, 2S dan 6 2right 195$ =he 2hite Pine &opper deposit, Fntonagan 6ounty,

+i&higan 'con. Geol $9@7571

2illiams, ;I 190 =orridonian 3eathering and its bearing on =orridonian paleo&limate and

sour&e Scottish our. Geol $@1$10$

2oolnough, 2; 19"0 Frigin o8 3hite &lays and bauEite, and &hemi&al &riteria o8

peneplanation 'con. Geol "'@00709$

Kaalon, D 19"a +ineral &omposition o8 the a:erage shale Cla- Min. Bull 5@'1'

Kaalon, D 19"b 2eathering and soil de:elopment through geologi& time Bull. Res.

Council )srael, Se&t ;, :ol 11;

Kaalon, D (ed) 1971 Paleopedolo*-@6ri*in& %ature and Datin* of Paleosols Cnternat

So& Soil S&i and Csrael /ni: Press '54 h

en, Ian 1959 6lay mineral&arbonate relations in sedimentary ro&ks !,er. our. Sci

"57@"9$'

Pettijohn75-08

Documents

Transcript of Pettijohn75-08