BATUAN METAMORF

BATUAN METAMORF

1. Pendahuluan

Batuan metamorf adalah batuan yang terbentuk akibat proses perubahan tekanan (P), temperatur (T) atau keduanya di mana batuan memasuki kesetimbangan baru tanpa adanya perubahan komposisi kimia (isokimia) dan tanpa melalui fasa cair (dalam keadaan padat), dengan temperatur berkisar antara 200-800 derajat C.

Proses metamorfosa membentuk batuan yang sama sekali berbeda dengan batuan asalnya, baik tekstur dan struktur maupun asosiasi mineral. Perubahan tekanan (P), temperatur (T) atau keduanya akan mengubah mineral dan hubungan antar butiran/kristalnya bila batas kestabilannya terlampaui. Selain faktor tekanan dan temperatur, pembentukan batuan metamorf juga tergantung pada jenis batuan asalnya.

1.2. Tipe-tipe metamorfosa Tipe-tipe metamorfosa :

• Metamorfosa termal/kontak : terjadi akibat perubahan (kenaikan) temperatur (T), biasanya dijumpai di sekitar intrusi/batuan plutonik, luas daerah kontak bisa beberapa meter sampai beberapa kilometer, tergantung dari komposisi batuan intrusi dan batuan yang diintrusi, dimensi dan kedalaman intrusi.
• Metamorfosa regional/dinamo termal : terjadi akibat perubahan (kenaikan) tekanan (P) dan temperatur (T) secara bersama-sama, biasanya terjadi di jalur orogen (jalur pembentukan pegunungan atau zona subduksi) yang meliputi daerah yang luas, perubahan secara progresif dari P & T rendah ke P & T tinggi..
• Metamorfosa kataklastik/kinematik/dislokasi : terjadi di daerah pergeseran yang dangkal (misal zona sesar) dimana tekanan lebih berperan daripada temperatur, yang menyebabkan terbentuknya zona hancuran, granulasi, breksi sesar (dangkal), milonit, filonit (lebih dalam) kemudian diikuti oleh rekristalisasi.
• Metamorfosa burial : terjadi akibat pembebanan, biasanya terjadi di cekungan sedimentasi, perubahan mineralogi ditandai munculnya zeolit.
• Metamorfosa lantai samudera : terjadi akibat pembukaan lantai samudera (ocean floor spreading) di punggungan tengah samudera, tempat dimana lempeng (litosfer) terbentuk, batuan metamorf yang dihasilkan umumnya berkomposisi basa dan ultra basa.

1.3. Mineralogi Batuan Metamorf

Beberapa bentuk dan sifat fisik mineral karakteristik batuan metamorf dapat dilihat pada tabel 1 dan tabel 2.

Tabel 1. Beberapa sifat fisik mineral karakteristik batuan metamorf

Tabel 2. Beberapa bentuk mineral karakteristik batuan metamorf

Proses pertumbuhan mineral saat terjadinya metamorfosa pada fase padat dapat dibedakan menjadi 3 yaitu (Jackson, 1970) :

• Secretionary growth : pertumbuhan kristal hasil reaksi kimia fluida yang terdapat pada batuan yang terbentuk akibat adanya tekanan pada batuan tersebut.
• Concentionary growth : proses pendesakan kristal oleh kristal lainnya untuk membuat ruang pertumbuhan.
• Replacement : proses penggantian mineral lama oleh mineral baru.

Kemampuan mineral untuk membuat ruang bagi pertumbuhannya tidak sama satu dengan yang lainnya. Percobaan Becke (1904) menghasilkan seri kristaloblastik yang menunjukan bahwa mineral pada seri yang tinggi akan lebih mudah membuat ruang pertumbuhan dengan mendesak mineral pada seri yang lebih rendah. Mineral dengan kekuatan kristaloblastik tinggi umumnya besar dan euhedral (Tabel 3).

Tekanan merupakan faktor yang mempengaruhi stabilitas mineral pada batuan metamorf. Dalam hal ini dikenal dua kelompok mineral yaitu stress mineral dan antistress mineral. Stress mineral merupakan mineral yang kisaran stabilitasnya akan semakin besar bila terkena tekanan atau merupakan mineral yang tahan terhadap tekanan, contoh : kloritoid, staurolit, dan kyanit. Antistress mineral merupakan mineral yang kisaran stabilitasnya akan semakin kecil bila terkena tekanan atau merupakan mineral yang tidak tahan terhadap tekanan, contoh : andalusit, kordierit, augit, hypersten, olivin, potasium felspar dan anortit.

Tabel 3. Seri Kristaloblastik

1.4. Struktur Batuan Metamorf

Struktur batuan metamorf adalah kenampakan batuan yang berdasarkan ukuran, bentuk atau orientasi unit poligranular batuan tersebut (Jackson, 1970). Pembahasan mengenai struktur juga meliputi susunan bagian masa batuan termasuk hubungan geometrik antar bagian serta bentuk dan kenampakan internal bagian-bagian tersebut (Bucher & Frey, 1994). Secara umum struktur batuan metamorf dapat dibedakan menjadi 2 yaitu : struktur foliasi dan struktur non foliasi (Gambar 1).

1.4.1. Struktur Foliasi

Struktur foliasi adalah struktur paralel yang dibentuk oleh mineral pipih/ mineral prismatik, seringkali terjadi pada metamorfosa regional dan metamorfosa kataklastik.
Beberapa struktur foliasi yang umum ditemukan :

• Slaty cleavage : struktur foliasi planar yang dijumpai pada bidang belah batu sabak/slate, mineral mika mulai hadir, batuannya disebut slate (batusabak).
• Phylitic : rekristalisasi lebih kasar daripada slaty cleavage, batuan lebih mengkilap daripada batusabak (mulai banyak mineral mika), mulai terjadi pemisahan mineral pipih dan mineral granular meskipun belum begitu jelas/belum sempurna, batuannya disebut phyllite (filit).
• Schistose : struktur perulangan dari mineral pipih dan mineral granular, mineral pipih orientasinya menerus/tidak terputus, sering disebut dengan close schistosity, batuannya disebut schist (sekis).
• Gneisose : struktur perulangan dari mineral pipih dan mineral granular, mineral pipih orientasinya tidak menerus/terputus, sering disebut dengan open schistosity, batuannya disebut gneis.

1.4.2. Struktur Non Foliasi

Struktur non foliasi adalah struktur yang dibentuk oleh mineral-mineral yang equidimensional dan umumnya terdiri dari butiran-butiran granular, seringkali terjadi pada metamorfosa termal. Beberapa struktur non foliasi yang umum ditemukan :

• Granulose : struktur non foliasi yang terdiri dari mineral-mineral granular
• Hornfelsik : struktur non foliasi yang dibentuk oleh mineral-mineral equidimensional dan equigranular, tidak terorientasi, khusus akibat metamorfosa termal, batuannya disebut hornfels.
• Cataclastic : struktur non foliasi yang dibentuk oleh pecahan/fragmen batuan atau mineral berukuran kasar dan umumnya membentuk kenampakan breksiasi, terjadi akibat metamorfosa kataklastik, batuannya disebut cataclasite (kataklasit).
• Mylonitic : struktur non foliasi yang dibentuk oleh adanya penggerusan mekanik pada metamorfosa kataklastik, menunjukan goresan-goresan akibat penggerusan yang kuat dan belum terjadi rekristalisasi mineral-mineral primer, batuannya disebut mylonite (milonit).
• Phyllonitic : gejala dan kenampakan sama dengan milonitik tetapi butirannya halus, sudah terjadi rekristalisasi, menunjukan kilap silky, batuannya disebut phyllonite (filonit).

1.5. Tekstur Batuan Metamorf

Tekstur batuan metamorf adalah kenampakan batuan yang berdasarkan ukuran, bentuk atau orientasi butir mineral individual penyusun batuan metamorf (Jackson, 1970).

Tekstur batuan metamorf berdasarkan ketahanan terhadap proses metamorfosa (Gambar 1 dan 2) :

• Tekstur relic (sisa) : tekstur batuan metamorf yang masih menunjukan sisa tekstur batuan asalnya atau tekstur batuan asalnya masih tampak pada batuan metamorf tersebut. Penamaannya dengan memberi awalan blasto (kemudian disambung dengan nama tekstur sisa), misalnya : tekstur blastoporfiritik (batuan metamorf yang tekstur porfiritik batuan beku asal nya masih bisa dikenali) atau dengan memberi awalan “meta” untuk memberikan nama batuan metamorf bila masih dikenali sifat dari batuan asalnya, misalnya metasedimen, metagraywacke, metavolkanik, dsb.
• Tekstur kristaloblastik : setiap tekstur yang terbentuk pada saat metamorfosa. Penamaannya dengan memberi akhiran blastik, dipakai untuk memberikan nama tekstur yang terbentuk oleh rekristalisasi proses metamorfosis, misal tekstur porfiroblastik yaitu batuan metamorf yang memperlihatkan tekstur mirip porfiritik pada batuan beku, tapi tekstur ini betul-betul akibat rekristalisasi metamorfosis.

Tekstur batuan metamorf berdasarkan bentuk individu kristal :

• Idioblastik : mineralnya berbentuk euhedral
• Hypidioblastik : mineralnya berbentuk subhedral
• Xenoblastik/alotrioblastik : mineralnya berbentuk anhedral

Tekstur batuan metamorf berdasarkan bentuk mineral (Gambar 2) :

• Tekstur Homeoblastik : bila terdiri dari satu tekstur saja yaitu :
• Lepidoblastik : terdiri dari mineral-mineral tabular/pipih, misalnya mineral mika (muskovit, biotit)
• Nematoblastik : terdiri dari mineral-mineral prismatik, misalnya mineral plagioklas, k-felspar, piroksen
• Granoblastik : terdiri dari mineral-mineral granular (equidimensional), dengan batas mineralnya sutured (tidak teratur), dengan bentuk mineral anhedral, misalnya kuarsa.
• Granuloblastik : terdiri dari mineral-mineral granular (equidimensional), dengan batas mineralnya unsutured (lebih teratur), dengan bentuk mineral anhedral, misalnya kuarsa.

• Tekstur Hetereoblastik : bila terdiri lebih dari satu tekstur homeoblastik, misalnya lepidoblastik dan granoblastik, atau lepidoblastik, nematobalstik dan granoblastik.

Beberapa tekstur khusus lainnya yang umumnya tampak pada pengamatan petrogarafi (pengamatan batuan/mineral dengan menggunakan mikroskop polarisasi) yaitu (Gambar 2) :

• Porfiroblastik : kristal yang lebih besar (porphyroblast) dikelilingi oleh mineral-mineral yang berukuran lebih kecil.
• Poikiloblastik (Sieve Texture) : tekstur porfiroblastik dengan porphyroblast tampak melingkupi beberapa kristal yang lebih kecil.
• Mortar Texture : fragmen mineral yang besar terdapat pada masa dasar material yang berasal dari kristal yang sama yang terkena pemecahan (crushing).
• Decussate Texture : tekstur kristaloblastik batuan polimineralik yang tidak menunjukan keteraturan orientasi.
• Sacaroidal Texture : tekstur yang kenampakannya seperti gula pasir.

Gambar 1. Beberapa tekstur batuan metamorfik, A. Granoblastic dengan tekstur mosaic, B. Granoblastic (butir tak teratur), C. Schistose dengan porfiroblast euhedral, D. Schistose dengan granoblastik lentikuler, E. Metasandstone dengan Semischistose, F. Semischistose dalam batuan blastoporphyritic metabasalt, G. Mylonite granite ke arah bawah menjadi Protomylonite, H. Orthomylonite ke arah bawah menjadi Ultramylonite, I. Granoblastic di dalam blastomylonite.

1.6. Penamaan dan Klasifikasi Batuan Metamorf
1.6.1. Klasifikasi batuan metamorf berdasarkan komposisi kimia batuan asal

•  Batuan metamorf pelitik, berasal dari batuan lempungan (batulempung, serpih, batulumpur); komposisinya banyak mengandung Al2O3, K2O, dan SiO2; batuannya kebanyakan bertekstur skistosa contohnya sekis, batusabak, dll.; mineralogi : muskovit, biotit, kianit, silimanit, kordierit, garnet, stauroeit; secara umum batuan pelitik akan berubah menjadi batuan metamorfosis dengan meningkatnya T, akan terbentuk berturut-turut : batu sabak -  filit – sekis – genes.
• Batuan metamorf kuarsa-felspatik, berasal dari batupasir atau batuan beku felsik (misalnya granit, riolit), dicirikan kandungan SiO2 tinggi dan MgO serta FeO rendah, hasilnya batuannya bertekstur bukan skistosa.
• Batuan metamorf karbonatan, berasal dari batuan yang berkomposisi CaCO3 (batugamping, dolomit), hasil metamorfosa berupa marmer, bila batuan asal (batugamping) mengandung MgO dan SiO2 diharapkan terbentuk mineral tremolit, diopsid, wolastonit dan mineral karbonatan yang lain, bila batuan asal mengandung cukup Al2O3 diharapkan terbentuk mineral plagioklas, epidot, hornblenda yang hampir mirip dengan mineralogi batuan metamorf yang berasal dari batuan beku basa.
• Batuan metamorf basa, berasal dari batuan beku basa (SiO2 sekitar 50%), batuan metamorfnya disebut metabasite, batuan asal banyak mengandung MgO, FeO, CaO dan Al2O3 maka mineral metamorfosanya berupa klorit, aktinolit, epidot (fasies sekis hijau) dan hornblenda (fasies amfibolit), untuk T lebih tinggi akan muncul klino dan ortopiroksen dan plagioklas.
• Batuan metamorf ultra basa, berasal dari batuan beku ultra basa, batuan hasil metamorfosa berupa serpentinit, sering dijumpai pada daerah metamorf yang mengandung glaukofan.

1.6.2. Penamaan batuan metamorf berdasarkan tekstur dan mineraloginya

Tekstur, struktur dan mineralogi memegang peranan penting dalam penamaan batuan metamorf. Secara umum kandungan mineral di dalam batuan metamorf akan mencerminkan tekstur, misalnya melimpahnya mika akan memberikan tekstur sekistosa pada batuannya. Penamaan batuan metamorf bisa berdasarkan struktur, misal sekis, gneiss, dll. Untuk memperjelas dalam penamaan, banyak digunakan kata tambahan yang menunjukan ciri khusus batuan metamorf tersebut, misalnya keberadaan mineral pencirinya (contoh sekis klorit), atau nama batuan beku yang mempunyai komposisi sama (contoh granite gneiss). Bisa juga berdasarkan jenis mineral penyusun utamanya (contoh kuarsit) atau berdasarkan fasies metamorfiknya (contoh granulit). Tabel 4 di bawah ini bisa digunakan untuk membantu dalam determinasi batuan metamorf.

Tabel 4. Tabel untuk determinasi batuan metamorf

Beberapa batuan metamorf yang penting :

Batusabak (Slate)

 Mineral utama : seringkali masih berupa mineral lempung; mineral tambahan : muskovit, biotit, kordierit, andalusit. Warna : abu-abu gelap yang mengkilap. Struktur : foliasi (sekistose) mulai tampak namun belum jelas (slaty cleavage). Tekstur : lepidoblastik dan granoblastik tetapi tanpa selang-seling mineral pipih dan mineral granular dengan butiran yang halus. Metamorfosa : regional.

Filit (Phyllite)

Mineral utama : kuarsa, serisit, klorit; mineral tambahan : plagioklas, mineral bijih. Warna : terang, abu-abu perak, abu-abu kehijauan, lebih mengkilap daripada batu sabak. Struktur : foliasi (sekistose) mulai jelas dibandingkan dengan batu sabak (tekstur filitik). Tekstur : mulai granoblastik sampai lepidoblastik dengan mulai terlihat perselingan antara mineral pipih dan mineral granular, butiran mulai lebih kasar daripada batusabak. Metamorfosa : regional.

Sekis (Schist)

Mineral utama : biotit, muskovit, kuarsa (sekis mika), klorit (sekis klorit), talk (sekis talk) dll. Warna : tergantung dari mineralnya misalnya sekis mika umumnya putih, hitam, mengkilap. Struktur : foliasi (sekistose tertutup). Tekstur : granoblastik dan lepidoblastik, perselingan antara mineral pipih dan mineral granular baik sekali, butiran umumnya sudah kasar. Metamorfosa : regional.

Geneis (Gneis)

Mineral utama : k-felsfar, plagioklas, biotit, muskovit, kuarsa. Warna : sesuai dengan batuan asalnya, misalnya dari granit atau batupasir arkose. Struktur : foliasi (sekistose terbuka/gneisose). Tekstur : granoblastik dan lepidoblastik, mineral pipih dipotong oleh mineral granular. Metamorfosa : regional.

Migmatit (Migmatite)

Beberapa jenis batuan bertekstur gneisik secara megaskopik sering memperlihatkan sifat yang heterogen dan terlihat seperti percampuran antara metasedimen dan batuan granitis, batuan yang demikian ini lazim disebut migmatit, material granitis diperkirakan berasal dari luar, hasil dari insitu partial melting atau dapat juga dari segregasi akibat proses metamorfosis. Struktur : foliasi (sekistose terbuka/gneisose). Tekstur : granoblastik dan lepidoblastik, mineral pipih dipotong oleh mineral granular. Metamorfosa : regional, pada zona T tinggi, dan selalu dijumpai berasosiasi dengan batuan granit.

Milonit (Mylonite)

Mineral dan warna tergantung batuan yang mengalami metamorfosa kataklastik. Struktur dan tekstur : terlihat seperti adanya foliasi dengan lensa-lensa dari batuan yang tidak hancur berbentuk mata, butiran umumnya halus. Tekstur : granoblastik, poikiloblastik, dengan tekstur mosaik. Metamorfosa : kataklastik.

Filonit (Phyllonite)

Gejala dan kenampakan sama dengan milonitik (filonit butirannya halus), sudah terjadi rekristalisasi, derajat metamorfosa lebih tinggi dibanding milonit. Matriks terdiri dari mika berserabut, terorientasi tak sempurna (berupa alur-alur sangat halus), menunjukan kilap silky, butiran halus sekali. Metamorfosa : kataklastik.

Kuarsit (Quartzite)

Mineral utama : kuarsa (>80%), mineral tambahan : muskovit, biotit, k-felsfar, mineral bijih. Warna : putih terang, warna lainnya tergantung warna mineral tambahannya. Struktur : masif, kadang-kadang berfoliasi. Tekstur : granoblastik tipe mosaik, kadang-kadang sacaroidal. Metamorfosa : regional dan termal

Serpentinit (Serpentinite)

Mineral utama : serpentin, mineral tambahan : mineral bijih, mineral sisa : olivin, piroksen. Warna : hijau terang – hijau kekuningan. Struktur : masif, kadang-kadang terdapat struktur sisa dari peridotit. Tekstur : lamelar, selular, tekstur sisa dari piroksen (bastit). Metamorfosa : regional

Amfibolit (Amphybolite)

Mineral utama : amfibol (horblenda), plagioklas, mineral tambahan : kuarsa, epidot, klorit, biotit, garnet, mineral bijih. Warna : hijau/hitam bintik-bintik putih atau kuning. Struktur : masif atau berfoliasi, kadang-kadang ada struktur sisa dari metagabro atau meta lava basal. Tekstur : idioblastik/nematoblastik, kadang-kadang poikiloblastik (plagioklas), lepido-blastik (biotit), porfiroblastik (garnet), berukuran sedang-kasar. Metamorfosa : regional

Granulit (Granulite)

Mineral utama : kuarsa, k-felspar, plagioklas, garnet, piroksen, sedikit mika. Warna : bervariasi dari terang sampai gelap, tergantung mineralnya. Struktur : masif dengan besar butir bervariasi. Tekstur : granoblastik, gneisosa seringkali mineral kuarsa berbentuk pipih, berukuran sedang-kasar. Metamorfosa : regional Eklogit (Eklogite) Batuan metamorf berkomposisi basik, mineral utama : piroksen ompasit (klinopiroksen/diopid yang kaya sodium dan aluminium), garnet kaya pyrope, kuarsa. Warna : hijau-merah dengan bintik-bintik. Struktur : masif dengan besar butir bervariasi. Tekstur : granoblastik seringkali porfiroblastik, berukuran sedang-kasar. Metamorfosa : regional

Marmer (Marble)
Mineral utama : kalsit; kadang-kadang dolomit, piroksen, amfibol, flogopit, ada mineral bijih atau oksida besi. Warna : putih dengan garis-garis hijau, abu-abu, coklat dan merah. Struktur : masif dengan besar butir bervariasi. Tekstur : granoblastik dengan tekstur sacaroidal. Metamorfosa : kontak dan regional

Hornfels (Hornfels)

Mineral utama : andalusit, silimanit, kordierit, biotit, k-felsfar. Warna : terang, merah, coklat, ungu dan hijau. Struktur : masif kadang-kadang dengan sisa foliasi. Tekstur : hornfelsik, granoblastik, poikiloblastik, kadang-kadang porfiroblastik, dengan tekstur mosaik, butiran ekuidimensional, tidak berorientasi, butiran halus. Metamorfosa : kontak.

DIAGRAM ALIR DESKRIPSI BATUAN METAMORF