MAKALAH

SIFAT FISIK BATUANDisusun Guna Memenuhi Tugas Akhir Mata Kuliah Fisika Batuan pada Universitas Negeri Semarang

Oleh : Tulus Prihadi M. Lukman Hakim Sri Rahayu Dilah Septian Yuda Utama Delvita Pusita Sari 4211409019 4211409015 4211409020 4211409001 4211409018

Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Pengetahuan alam Universitas Negeri Semarang 2010

Sifat Fisik Batuan berbeda dengan Sifat Mekanik Batuan,

Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Batuan Sifat Fisik batuan , misalnya : Berat isi ; Specific Gravity , Porositas , Absorbsi , Void ratio. Sifat Mekanik Batuan misalnya : Kuat tekan , Kuat tarik , Modulus elastisitas, Poisons ratio. Kedua sifat tersebut dapat ditentukan di laboratorium , maupun dilapangan ( insitu-test ) Berikut adalah sifat Fisik Batuan : 1.Bobot isi asli ( Natural Density ) = Wn / ( Ww Ws ) 2.Bobot isi kering ( dry density ) = Wo / ( Ww Ws ) 3.Bobot isi jenuh ( saturated density ) = Ws / ( Ww Ws ) 4.Apparent Specific gravity = (Bobot isi kering / bobot isi air ) 5.True Specific gravity = [ Wo / (Wo-Ws) ] / bobot isi air 6.Kadar air asli = [ (Wn-Wo) / Wo ] x 100 % 7.Derajat Kejenuhan = {(Wn-Wo) / (Ww-Wo)} x 100 % 8.Porositas n = { (Ww-Wo) / (Ww-Ws) } x 100 % 9.Void Ratio : e = n / ( 1 n ) Porositas Porositas didefinisikan sebagai perbandingan volume pori-pori (yaitu volume yang ditempati oleh fluida) terhadap volume total batuan. Ada dua jenis porositas yaitu porositas antar butir dan porositas rekahan. Secara matematis porositas dapat dituliskan sebagai berikut: Sebagai contoh, apabila batuan mempunyai media berpori dengan volume 0,001 m3, dan media berpori tersebut dapat terisi air sebanyak 0,00023 m3, maka porositasnya adalah: Pada kenyataannya, porositas di dalam suatu sistem panas bumi sangat bervariasi. Contohnya didalam sistem reservoir rekah alami, porositas berkisar sedikit lebih besar dari nol, akan tetapi dapat berharga sama dengan satu (1) pada rekahannya. Pada umumnya porositas rata-rata dari suatu sistem media berpori berharga antara 5 30%.

Kecepatan Aliran Fluida Kecepatan aliran darcy atau flux velocity (v) adalah laju alir rata-rata volume flux per satuan luas penampang di media berpori. Sedangkan kecepatan rata-rata fluida yang melalui media berpori dikenal sebagai interstitial velocity (u). Hubungan antara kedua parameter kecepatan tersebut adalah sebagai berikut: Harga flux velocity pada umumnya sekitar 10-6 m/s. Besarnya interstitial velocity digunakan untuk kecepatan suatu partikel (partikel kimia penjejak atau tracer) yang mengalir pada media berpori.

Permeabilitas Permeabilitas adalah parameter yang memvisualisasikan kemudahan suatu fluida untuk mengalir pada media berpori. Parameter ini dihubungkan dengan kecepatan alir fluida oleh hukum Darcy seperti di bawah ini

Tanda negatif dalam persamaan di atas menunjukkan bahwa apabila tekanan bertambah dalam satu arah, maka arah alirannya berlawanan arah dengan pertambahan tekanan tersebut. Dari persamaan (2.3) dapat dinyatakan bahwa kecepatan alir fluida (kecepatan flux) berbanding lurus dengan k/m, dimana didalam teknik perminyakan, k/m dikenal sebagai mobility ratio. Permeabilitas mempunyai arah, dimana ke arah x dan y biasanya mempunyai permeabilitas lebih besar dari pada ke arah z. Sistem ini disebut anisotropic. Apabila permeabilitas tersebut seragam ke arah horizontal maupun vertikal disebut sistem isotropik. Satuan permeabilitas adalah m2. Pada umumnya pada reservoir panasbumi, permeabilitas vertikal berkisar antara 10-14 m2, dengan permeabilitas horizontal dapat mencapai 10 kali lebih besar dari permeabilitas vertikalnya (sekitar 10-13 m2). Satuan permeabilitas yang umum digunakan didunia perminyakan adalah Darcy (1 Darcy = 10-12 m2). Densitas Batuan Densitas batuan dari batuan berpori adalah perbandingan antara berat terhadap volume (rata-rata dari material tersebut). Densitas spesifik adalah perbandingan antara densitas material tersebut terhadap densitas air pada tekanan dan temperatur yang normal, yaitu kurang lebih 103 kg/m3. Batuan mempunyai sifat-sifat tertentu yang perlu diketahui, dalam mekanika batuan dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu ; a. Sifat fisik batuan seperti bobot isi Spesific Gravity porositas dan absorbsi Void Ratio. b. Sifat mekanika batuan seperti kuat tekan, kuat tarik, modulus elastisitas, Poisson `s Ratio.

Kedua sifat tersebut dapat ditentukan, pada umumnya ditentukan terhadap sampel yang diambil dari lapangan. Satu persatu dapat digunakan untuk menentukan kedua sifat batuan. Pertama-tama adalah penetuan sifak fisik batuan yang merupakan pengujian tanpa merusak (Non Destructive Test), kemudian dilanjutkan dengan penentuan sifat mekanik batuan yang merupakan pengujian merusak (Destructive Test) sehingga contoh fasture (hancur). Pembutan contoh batuan dapat dilakukan dilaboratorium maupun dilapangan (insitu). Pembuatan percontohan dilaboratorium dilakukan dari blok batuan yang diambil dilapangan hasil pemboran Core (inti). Sampel yang didapat berbentuk selinder dengan diameter pada umumnnya antara 5070 mm dan tingginya dua kali diameter tersebut. Ukuran percontohan dapat lebih kecil dari ukuran yang disebut diatas tergantung maksud pengujian.

Pengujian ini dilakukan pada inti bor (core) dengan contoh berbentuk silinder dengan dimeter 50-70 mm kemudian dipotong dengan mesin untuk mendapatkan ukuran tinggi dua kali diameternya.

Kemudian conto yang diambil dimasukkan eksikator dan udara yang ada dalam eksikator dihisap sehingga conto dalam keadaan vacum.

Dari conto yang didalam eksikator didapatkan nilai berat jenis,berat jenuh tergantung dalam air dan berat kering conto. Batuan beku atau batuan igneus (dari Bahasa Latin: ignis, "api") adalah jenis batuan yang terbentuk dari magma yang mendingin dan mengeras, dengan atau tanpa proses kristalisasi, baik di bawah permukaan sebagai batuan intrusif (plutonik) maupun di atas permukaan sebagai batuan ekstrusif (vulkanik). Magma ini dapat berasal dari batuan setengah cair ataupun batuan yang sudah ada, baik di mantel ataupun kerak bumi. Umumnya, proses pelelehan terjadi oleh salah satu dari proses-proses berikut: kenaikan temperatur, penurunan tekanan, atau perubahan komposisi. Lebih dari 700 tipe batuan beku telah berhasil dideskripsikan, sebagian besar terbentuk di bawah permukaan kerak bumi. Menurut para ahli seperti Turner dan Verhoogen (1960), F. F Groun (1947), Takeda (1970), magma didefinisikan sebagai cairan silikat kental yang pijar terbentuk secara alamiah, bertemperatur tinggi antara 1.500-2.5000C dan bersifat mobile (dapat bergerak) serta terdapat pada kerak bumi bagian bawah. Dalam magma tersebut terdapat beberapa bahan yang larut, bersifat volatile (air, CO2, chlorine, fluorine, iron, sulphur, dan lain-lain) yang merupakan penyebab mobilitas magma, dan non-volatile (non-gas) yang merupakan pembentuk mineral yang lazim dijumpai dalam batuan beku. Pada saat magma mengalami penurunan suhu akibat perjalanan ke permukaan bumi, maka mineral-mineral akan terbentuk. Peristiwa tersebut dikenal dengan peristiwa penghabluran. Berdasarkan penghabluran mineral-mineral silikat (magma), oleh NL. Bowen disusun suatu seri yang dikenal dengan Bowens Reaction Series. Dalam mengidentifikasi batuan beku, sangat perlu sekali mengetahui karakteristik batuan beku yang meliputi sifat fisik dan komposisi mineral batuan beku. Dalam membicarakan masalah sifat fisik batuan beku tidak akan lepas dari

1. TeksturTekstur didefinisikan sebagai keadaan atau hubungan yang erat antar mineral-mineral sebagai bagian dari batuan dan antara mineral-mineral dengan massa gelas yang membentuk massa dasar dari batuan. Tekstur pada batuan beku umumnya ditentukan oleh tiga hal yang penting, yaitu:A. Kristalinitas Kristalinitas adalah derajat kristalisasi dari suatu batuan beku pada waktu terbentuknya batuan tersebut. Kristalinitas dalam fungsinya digunakan untuk menunjukkan berapa banyak yang berbentuk kristal dan yang tidak berbentuk kristal, selain itu juga dapat mencerminkan kecepatan pembekuan magma. Apabila magma dalam pembekuannya berlangsung lambat maka kristalnya kasar. Sedangkan jika pembekuannya berlangsung cepat maka kristalnya akan halus, akan tetapi jika pendinginannya berlangsung dengan cepat sekali maka kristalnya berbentuk amorf.

Dalam pembentukannnya dikenal tiga kelas derajat kristalisasi, yaitu: Holokristalin, yaitu batuan beku dimana semuanya tersusun oleh kristal. Tekstur holokristalin adalah karakteristik batuan plutonik, yaitu mikrokristalin yang telah membeku di dekat permukaan. Hipokristalin, yaitu apabila sebagian batuan terdiri dari massa gelas dan sebagian lagi terdiri dari massa kristal.

Holohialin, yaitu batuan beku yang semuanya tersusun dari massa gelas. Tekstur holohialin banyak terbentuk sebagai lava (obsidian), dike dan sill, atau sebagai fasies yang lebih kecil dari tubuh batuan. B. Granularitas Granularitas didefinisikan sebagai besar butir (ukuran) pada batuan beku. Pada umumnya dikenal dua kelompok tekstur ukuran butir, yaitu:

1. Fanerik/fanerokristalin, Besar kristal-kristal dari golongan ini dapat dibedakan satu sama lain secara megaskopis dengan mata biasa. Kristal-kristal jenis fanerik ini dapat dibedakan menjadi:- Halus (fine), apabila ukuran diameter butir kurang dari 1 mm. - Sedang (medium), apabila ukuran diameter butir antara 1 - 5 mm. - Kasar (coarse), apabila ukuran diameter butir antara 5 - 30 mm. - Sangat kasar (very coarse), apabila ukuran diameter butir lebih dari 30 mm.

2. Afanitik, Besar kristal-kristal dari golongan ini tidak dapat dibedakan dengan mata biasa sehingga diperlukan bantuan mikroskop. Batuan dengan tekstur afanitik dapat tersusun oleh kristal, gelas atau keduanya. Dalam analisa mikroskopis dapat dibedakan:- Mikrokristalin, apabila mineral-mineral pada batuan beku bisa diamati dengan bantuan mikroskop dengan ukuran butiran sekitar 0,1 - 0,01 mm. - Kriptokristalin, apabila mineral-mineral dalam batuan beku terlalu kecil untuk diamati meskipun dengan bantuan mikroskop. Ukuran butiran berkisar antara 0,01 - 0,002 mm. - Amorf/glassy/hyaline, apabila batuan beku tersusun oleh gelas. C. Bentuk Kristal Bentuk kristal adalah sifat dari suatu kristal dalam batuan, jadi bukan sifat batuan secara keseluruhan. Ditinjau dari pandangan dua dimensi dikenal tiga bentuk kristal, yaitu: - Euhedral, apabila batas dari mineral adalah bentuk asli dari bidang kristal. - Subhedral, apabila sebagian dari batas kristalnya sudah tidak terlihat lagi. - Anhedral, apabila mineral sudah tidak mempunyai bidang kristal asli. - Ditinjau dari pandangan tiga dimensi, dikenal empat bentuk kristal, yaitu: - Equidimensional, apabila bentuk kristal ketiga dimensinya sama panjang. - Tabular, apabila bentuk kristal dua dimensi lebih panjang dari satu dimensi yang lain. - Prismitik, apabila bentuk kristal satu dimensi lebih panjang dari dua dimensi yang lain. - Irregular, apabila bentuk kristal tidak teratur. D. Hubungan Antar Kristal Hubungan antar kristal atau disebut juga relasi didefinisikan sebagai hubungan antara kristal/mineral yang satu dengan yang lain dalam suatu batuan. Secara garis besar, relasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu: - Equigranular, yaitu apabila secara relatif ukuran kristalnya yang membentuk batuan berukuran sama besar. Berdasarkan keidealan kristal-kristalnya, maka equigranular dibagi menjadi tiga, yaitu: - Panidiomorfik granular, yaitu apabila sebagian besar mineral-mineralnya terdiri dari mineralmineral yang euhedral.

- Hipidiomorfik granular, yaitu apabila sebagian besar mineral-mineralnya terdiri dari mineralmineral yang subhedral. - Allotriomorfik granular, yaitu apabila sebagian besar mineral-mineralnya terdiri dari mineralmineral yang anhedral. - Inequigranular, yaitu apabila ukuran butir kristalnya sebagai pembentuk batuan tidak sama besar. Mineral yang besar disebut fenokris dan yang lain disebut massa dasar atau matrik yang bisa berupa mineral atau gelas.

2. StrukturStruktur adalah kenampakan batuan secara makro yang meliputi kedudukan lapisan yang jelas/umum dari lapisan batuan. Struktur batuan beku sebagian besar hanya dapat dilihat dilapangan saja, misalnya: Pillow lava atau lava bantal, yaitu struktur paling khas dari batuan vulkanik bawah laut, membentuk struktur seperti bantal. Joint struktur, merupakan struktur yang ditandai adanya kekar-kekar yang tersusun secara teratur tegak lurus arah aliran. Sedangkan struktur yang dapat dilihat pada contoh-contoh batuan (hand speciment sample), yaitu: Masif, yaitu apabila tidak menunjukkan adanya sifat aliran, jejak gas (tidak menunjukkan adanya lubang-lubang) dan tidak menunjukkan adanya fragmen lain yang tertanam dalam tubuh batuan beku. Vesikuler, yaitu struktur yang berlubang-lubang yang disebabkan oleh keluarnya gas pada waktu pembekuan magma. Lubang-lubang tersebut menunjukkan arah yang teratur. Skoria, yaitu struktur yang sama dengan struktur vesikuler tetapi lubang-lubangnya besar dan menunjukkan arah yang tidak teratur. Amigdaloidal, yaitu struktur dimana lubang-lubang gas telah terisi oleh mineral-mineral sekunder, biasanya mineral silikat atau karbonat. Xenolitis, yaitu struktur yang memperlihatkan adanya fragmen/pecahan batuan lain yang masuk dalam batuan yang mengintrusi. Pada umumnya batuan beku tanpa struktur (masif), sedangkan struktur-struktur yang ada pada batuan beku dibentuk oleh kekar (joint) atau rekahan (fracture) dan pembekuan magma, misalnya: columnar joint (kekar tiang), dan sheeting joint (kekar berlembar).

3. Komposisi MineralUntuk menentukan komposisi mineral pada batuan beku, cukup dengan mempergunakan indeks warna dari batuan kristal. Atas dasar warna mineral sebagai penyusun batuan beku dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu: Mineral felsik, yaitu mineral yang berwarna terang, terutama terdiri dari mineral kwarsa, feldspar, feldspatoid dan muskovit. Mineral mafik, yaitu mineral yang berwarna gelap, terutama biotit, piroksen, amphibol dan olivin.

Batuan beku dapat diklasifikasikan berdasarkan cara terjadinya, kandungan SiO2, dan indeks warna. Dengan demikian dapat ditentukan nama batuan yang berbeda-beda meskipun dalam jenis batuan yang sama, menurut dasar klasifikasinya. Klasifikasi berdasarkan cara terjadinya, menurut Rosenbusch (1877-1976) batuan beku dibagi menjadi: Effusive rock, untuk batuan beku yang terbentuk di permukaan.

Dike rock, untuk batuan beku yang terbentuk dekat permukaan. Deep seated rock, untuk batuan beku yang jauh di dalam bumi. Oleh W.T. Huang (1962), jenis batuan ini disebut plutonik, sedang batuan effusive disebut batuan vulkanik.

Klasifikasi berdasarkan kandungan SiO2 (C.L. Hugnes, 1962), yaitu: Batuan beku asam, apabila kandungan SiO2 lebih dari 66%. Contohnya adalah riolit. Batuan beku intermediate, apabila kandungan SiO2 antara 52% - 66%. Contohnya adalah dasit. Batuan beku basa, apabila kandungan SiO2 antara 45% - 52%. Contohnya adalah andesit. Batuan beku ultra basa, apabila kandungan SiO2 kurang dari 45%. Contohnya adalah basalt.

Klasifikasi berdasarkan indeks warna ( S.J. Shand, 1943), yaitu: Leucoctaris rock, apabila mengandung kurang dari 30% mineral mafik. Mesococtik rock, apabila mengandung 30% - 60% mineral mafik. Melanocractik rock, apabila mengandung lebih dari 60% mineral mafik.

Sedangkan menurut S.J. Ellis (1948) juga membagi batuan beku berdasarkan indeks warnanya sebagai berikut: Holofelsic, untuk batuan beku dengan indeks warna kurang dari 10%. Felsic, untuk batuan beku dengan indeks warna 10% sampai 40%. Mafelsic, untuk batuan beku dengan indeks warna 40% sampai 70%. Mafik, untuk batuan beku dengan indeks warna lebih dari 70%.

II.B. Faktor-Faktor Yang Harus Diperhatikan Dalam Deskripsi Batuan Sedimen II.B.1 Warna

Secara umum warna pada batuan sedimen akan dipengaruhi oleh beberapa factor, yaitu : a) Warna mineral pembentukkan batuan sedimen Contoh jika mineral pembentukkan batuan sedimen didominasi oleh kwarsa maka batuan akan berwarna putih. b) Warna massa dasar/matrik atau warna semen. c) Warna material yang menyelubungi (coating material). Contoh batupasir kwarsa yang diselubungi oleh glaukonit akan berwarna hijau. d) Derajat kehalusan butir penyusunnya. Pada batuan dengan komposisi yang sama jika makin halus ukuran butir maka warnanya cenderung akan lebih gelap. Warna batuan juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan pengendapan, jika kondisi lingkungannya reduksi maka warna batuan menjadi lebih gelap dibandingkan pada lingkungan oksidasi. Batuan sedimen yang banyak kandungan material organic (organic matter) mempunyai warna yang lebih gelap.

II.B.2

Tekstur

Tekstur batuan sediment adalah segala kenampakan yang menyangkut butir sedimen seperti ukuran butir, bentuk butir dan orientasi. Tewkstur batuan sedimen mempunyai arti penting karena mencerminkan proses yang telah dialamin batuan tersebut terutama proses transportasi dan pengendapannya, tekstur juga dapat digunakan untuk menginterpetasi lingkungan pengendapan batuan sediment. Secara umum batuan sedimen dibedakan menjadi dua, yaitu tekstur klastik dan non klastik. a) Tekstur klastik Unsur dari tekstur klastik fragmen, massa dasar (matrik) dan semen.

Fragmen : Batuan yang ukurannya lebih besar daripada pasir. Matrik : Butiran yang berukuran lebih kecil daripada fragmen dan diendapkan bersama-sama dengan fragmen. Semen : Material halus yang menjadi pengikat, semen diendapkan setelah fragmen dan matrik. Semen umumnya berupa silica, kalsit, sulfat atau oksida besi. >5 mm = kasar

Besar butir kristal dibedakan menjadi : 1-5 mm = sedang 256 64-256 4-64 2-4 1-2 1/2-1 1/4-1/2 1/8-1/4 1/16-1/8 1/256-1/16 100 30-100 10-30 3,0-10 1,0-3,0 0,3-1,0