Penelitian Mineral Ikutan Pada Lapangan Panas Bumi Daerah Dieng, Kabupaten Banjarnegara, Provinsi Jawa Tengah

Mangara P. Pohan,  Hutamadi R   
Kelompok Program Penelitian Konservasi, Pusat Sumber Daya Geologi


ABSTRAK

Daerah penelitian terletak di Dataran Tinggi Dieng (Plateau Dieng), Kabupaten Banjarnegara, Provinsi Jawa Tengah. Pengambilan conto dilakukan terhadap batuan, brine, limbah padatan brine berupa slurry, slurry gel,  lumpur kawah dan air  panas untuk mengetahui potensi dan peluang pemanfaatan mineral ikutan pada lapangan dan manisfestasi Panas Bumi.
Hasil analisis umumnya menunjukan kandungan Cu, Pb, Zn, Ag, Cd, As, Sb, Au, Hg pada batuan tidak memperlihatkan nilai yang signifikan kecuali pada 1 conto kandungan Cu mencapai 564 ppm dan Hg > 2350 ppb pada beberapa conto.
Kandungan Au pada conto slurry yang berasal dari sumur 7C mencapai 1273 ppb, kandungan Hg dari 2 buah conto slurry gel (TPA dan Sumur 28) mencapai 5220 ppb dan 8370 ppb,  kandungan niobium (Nb) dari contoh slurry sumur 28 sebesar 99 ppm dan kandungan yttrium (Y) dan scandium (Sc) umumnya sangat rendah kecuali conto slurry dari Sumur 28 kandungan yttrium (Y) mencapai 26 ppm dan scandium (Sc) 117 ppm. Analisis yang dilakukan terhadap air kawah  maupun brine untuk unsur niobium (Nb), cadmium (Cd), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), terbium (Tb), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), yttrium (Y), samarium (Sm) dan scandium (Sc) umumnya menunjukan nilai < 0.1 ppm, kecuali conto air kawah Candradimuka kandungan neodymium (Nd) 2 ppm dan kandungan cadmium (Cd) pada contoh brine Sumur 7C, TPA, Sumur 28 memberikan nilai 0,18 ppm, 0,21 ppm dan 0,29 ppm.

PENDAHULUAN

Panas Bumi adalah merupakan sistem hidrothermal, dan mineral-mineral ubahan yang umumnya terbentuk adalah : mineral lempung, kalsit/karbonat, klorit, pirit, oksida besi, kuarsa sekunder, anhidrit, gypsum, ilit, zeolit dan epidot. Selain mineral ubahan tersebut mineral yang umum ditemukan pada panas bumi adalah : silika, seng, strotium, rubidium, lithium, potasium, magnesium, timah hitam, mangan, tembaga, boron, perak, tungsten, emas, secium, dan barium (J. Michael Canty and Dr. Leland, 2006).Pemanfaatan mineral ikutan yang terkandung dalam panas bumi dapat dilakukan secara komersial oleh pemegang IUP atau pihak lain sesuai dengan ketentuan perundang-undangan yang berlaku.
Kabupaten Banjarnegara merupakan salah satu daerah di Indonesia yang memiliki lapangan panas bumi yang dikenal dengan nama dataran tinggi Dieng (Plateau Dieng), dan beberapa manisfestasi panas bumi seperti : mata air panas, fumarol, dan solfatar. Daerah ini berada 26 km di sebelah utara Kota Wonosobo secara geografis terletak diantara 7°11’00” LS - 7°14’00”  LS dan 109°51’00” BT - 109°54’30” BT, dan secara administratif  sebagian besar masuk  ke  dalam  wilayah Kabupaten  Banjarnegara, dan sebagian masuk wilayah Kabupaten Wonosobo, Provinsi Jawa Tengah.
Panas Bumi di daerah ini telah diusahakan oleh PT Geo Dipa Energi untuk pembangkit tenaga listrik, dengan kapasitas 1 x 60 Mwe (Reva Sasistiya, 2008)  yang dijual ke PLN dan telah terintegrasi/disalurkan ke sistem jaringan interkoneksi Jawa Madura Bali. Sementara sebagian besar potensi lainnya hingga kini belum dimanfaatkan.
Analisis conto yang dilakukan oleh PT Geo Dipa Energi pada brine dan limbah padatan brine berupa slurry, diketahui brine mengandung mineral : besi terlarut (Fe), mangan terlarut (Mn), seng, merkuri, timbal, arsen, sianida, dan slurry mengandung mineral diantaranya : arsen, barium, boron, cadmium, kromium, tembaga, timbal, air raksa, selenium, perak, seng dan silika (PT Geo Dipa Energi, 2004).

 

GEOLOGI DAN BAHAN GALIAN

1.    Geologi Regional

Dataran tinggi Dieng (Dieng Plateau) merupakan sebuah komplek gunung berapi, berbentuk dataran luas dengan panjang kurang lebih 9 mil (14 km) dan lebar 4 mil (6 km) dan memanjang dari arah barat daya - tenggara. Dieng yang berasal dari gunungapi tua mengalami penurunan drastis (dislokasi), oleh patahan arah barat laut dan tenggara. Gunungapi tua itu adalah Gunung Prau. Pada bagian yang amblas muncul gunung-gunung kecil yaitu: Gunung Alang, Gunung Nagasari, Gunung Panglimunan, Gunung Pangonan, Gunung Gajahmungkur dan Gunung Pakuwaja
Secara geologi regional daerah Komplek Gunungapi Dieng ditutupi oleh endapan berumur Kuarter, berupa aliran lava, piroklastik, endapan phreatik, endapan lahar, endapan permukaan, dan hasil erupsi Gunung Sundoro. Endapan tersebut dapat dibagi menjadi 5 endapan  berdasarkan sumber erupsi (R. Sukhyar, dkk, 1986), dengan urutan muda ke tua terdiri dari:

a.    Endapan Permukaan;
b.    Endapan Dieng Muda;
c.    Endapan Dieng Dewasa;
d.    Endapan Dieng Tua;
e.    Hasil Erupsi Gunungapi Sundoro.
2.    Bahan Galian dan Mineral Ikutan

Sumber daya alam yang telah dimanfaatkan  adalah Panas Bumi oleh PT Geo Dipa Energi, dan  belerang oleh penduduk setempat secara kecil-kecilan untuk dijual sebagai souvenir.  Selain kedua sumber daya geologi tersebut, belum ada kegiatan untuk memanfaatkan potensi sumber daya geologi lainnya. 

 

METODOLOGI

1.    Pengumpulan Data Sekunder
Pengumpulan data sekunder dari berbagai sumber, khususnya hasil laporan atau penelitian mengenai geologi daerah penelitian, batuan ubahan, bahan galian lain atau mineral ikutan yang umum terjadi di lapangan panas bumi, dan mineral yang terdapat pada uap atau air panas bumi.

2.    Pengumpulan Data Primer

Pengumpulan data primer dilakukan dengan cara pengamatan geologi dan pengambilan conto yang dilakukan pada air terproduksi dari sumur produksi (sumur 7C, TPA dan sumur 28) berupa brine (Foto 1),   limbah padat hasil pengendapan brine berupa slurry (Foto 2), dan slurry gel pada Sumur 7C, TPA (tempat pembuangan akhir), Sumur 28 (Foto 3). Pengambilan conto juga dilakukan pada manisfestasi panas bumi berupa air dan lumpur kawah dari Kawah Sikidang, Kawah Sileri, Kawah Candradimuka, air panas di Desa Pulosari, batuan dan lempung. 

 3.    Analisis Conto
Analisis conto dilakukan dengan cara :
a.    analisis kimia untuk mengetahui   

• kandungan : Cu, Pb, Zn, Ag, Cd, As, Sb, Au, Hg, dalam batuan;
• kandungan : Au, Hg, Ag, As, Sb, Cu, Pb, Zn, Nb, Cd, La, Ce, Nd, Eu, Tb, Lu, Y, Sm dan Sc pada slurry dan slurry gel;
• kandungan  Cd, La, Ce, Nd, Eu, Tb, Yb, Lu, Y, Sm, dan Sc,  unsur lainnya dalam brine, air kawah dan mengetahui pH ;  
• komposisi mineral dan ukuran lempung dengan Analisis XRD.  

b.    analisis fisika.  

• Analisis petrografi untuk conto terpilih;
• Analisis mineragrafi untuk conto batuan dari Kawah Sileri

ANALISIS CONTO

Analisis dilakukan terhadap 37 conto batuan, slurry, slurry gel, brine dan air kawah.

1.    Batuan
Conto batuan yang diperoleh dari  manifestasi panas bumi : Kawah Sikidang, Kawah Sileri, Sumber Air Panas Pulosari, dan Kawah Candradimuka, umumnya memperlihatkan kandungan unsur Cu < 52 ppm dan 1 conto dari Kawah Candradimuka mencapai 564 ppm,  Pb < 57 ppm, Zn < 91 ppm, Ag < 4 ppm, Cd < 7 ppm, As < 44 ppm, Sb < 2 ppm, Au < 38 ppb. Beberapa conto dari ketiga kawah memperlihatkan tingginya kandungan unsur Hg sekitar 2350 ppb – 7470 ppb, dan pada lokasi air panas Pulosari unsur Hg < 164 ppb. Batuan di daerah ini umumnya merupakan batuan andesit terubah, bertekstur vitrofiritik dan piroklastik dengan butir sangat halus, disusun oleh plagioklas, piroksen, muskovit dan mineral opak pada masa dasar  gelas.

Pengamatan mineragrafi conto batuan dari Kawah Sileri, menunjukan  pirit dan hydrous pirit merupakan mineral yang dominan, mengisi retakan dan tersebar pada batuan.

2.    Slurry dan Slurry Gel.
Pengambilan conto dilakukan pada Sumur 7C (2 conto : slurry dan slurry gel), TPA (tempat pembuangan akhir 2 conto : slurry dan slurry gel), dan Sumur 28 (2 conto slurry dan 1 conto  slurry gel), hasil analisis :

1. Sumur 7C : slurry (kandungan Au 1273 ppb, Hg 47 ppb, Ag 7 ppm, As 32 ppm, Cu 129 ppm, Pb 334 ppm, Zn 456 ppm, Cd 2 ppm); slurry gel (kandungan Au 678 ppb, Hg 67 ppb, As 26 ppm, Cu 52 ppm, Pb 151 ppm, Zn 319 ppm, Cd 2 ppm);
2. TPA : slurry (kandunganAu 251 ppb, Hg 49 ppb, Ag 1 ppm, As 34 ppm, Cu 26 ppm, Pb 57 ppm, Zn 223 ppm, Nb 3 ppm, Cd 1 ppm, Lu 3 ppm, Sm 6 ppm); slurry gel (kandungan Au 278 ppb, Hg 5220 ppb, Ag 2 ppm, As 144 ppm, Cu 14 ppm, Pb 51 ppm, Zn 77 ppm, Cd 1 ppm, Lu 2 ppm, Sm 7 ppm);
3. Sumur 28 : slurry (kandungan Au  99 ppb dan 267 ppb, Hg 30 ppb dan 95 ppb, Ag 1 ppm dan 8 ppm, As 40 ppm dan 24 ppm,  Cu 12 ppm dan 34 ppm; Pb 55 ppm dan 106 ppm; Zn 65 ppm dan 154 ppm, Nb 2 ppm dan 99 ppm, Lu 1 ppm dan 7 ppm, Y < 0,5 ppm dan 26 ppm, Sm 5 ppm dan 4 ppm, Sc < 0,2 ppm dan 117 ppm); slurry gel  (kandungan Au 492 ppb, Hg 8370 ppb, Ag 2 ppm, As 184 ppm, Cu 60 ppm, Pb 54 ppm, dan Zn 99 ppm, Nb 8 ppm, Cd 1 ppm, Lu 3 ppm, Sm 10 ppm).

Dari ke tiga lokasi tersebut, unsur lainnya menunjukan kandungan rendah dan dapat dikatakan hanya sebagai jejak.

 

3.    Brine dan air kawah

1. Kandungan Nd dari Sumur 7C, TPA dan Sumur 28 : 0,18 ppm, 0,21 ppm dan 0,29 ppm dan kandungan Y 2 ppm berasal dari Kawah Candradimuka. Unsur lainnya dari Kawah Sikidang, Kawah Sileri, Kawah Candradimuka, Sumur 7, TPA dan Sumur 28, menunjukan kandungan rendah atau  hanya merupakan jejak;
2. Air dari Kawah Sikidang mempunyai pH 1,1 dan 1,2; Kawah Sileri pH 5,9; Kawah Candradimuka pH 7; Air Panas Pulosari pH 6; Sumur 7 pH 2; TPA pH 2, dan Sumur 28 pH 2. Air ketiga kawah ini disusun oleh anion utama SO4.
3. Komposisi fluida air Sumur 7, TPA, dan Sumur 28 : kandungan SiO2 : 590.28 mg/l, 929.27 mg/l, 242.01 mg/l; B : 363.83 mg/l, 685.31 mg/l, 773.19 mg/l; Ca2+ : 462.10 mg/l, 643.10 mg/l, 1093.00 mg/l; Na+  : 8772.0 mg/l, 10210 mg/l, 13631 mg/l; K+ : 2598 mg/l, 3076 mg/l, 4100 mg/l; Li+ : 53 mg/l, 59 mg/l, 77 mg/l;  Cl- : 20186.35 mg/l, 23984.25 mg/l, 31678.48 mg/l.

Hasil analisis XRD dapat terditeksi : kuarsa, sulfur, albit, hematit, kaolin, natro alunit, anhidrit, tridmit, pirit, gipsum, montmorillonit, jarosit, hallosit, dan kristobalit. Keberadaan kelompok mineral alunit (natro alunit, alunit dan jarosit) pada batuan terubah hidrotermal (argilik lanjut) di sekitar Kawah-kawah Sikidang, Sileri dan Candradimuka, menguatkan indikasi bahwa telah terjadi interaksi batuan dengan air asam sulfat tersebut.

 

 

PEMBAHASAN

Kandungan unsur Cu, Pb, Zn, dan Au pada batuan tidak menunjukan nilai yang signifikan, hanya 1 conto lempung yang berasal dari Kawah Candradimuka menunjukan kandungan Cu 564 ppm, dan Hg dari ketiga kawah dapat mencapai ribuan ppb.  Keberadaan kelompok mineral alunit (natro alunit, alunit dan jarosit) pada batuan terubah hidrotermal (argilik lanjut) di sekitar Kawah-kawah Sikidang, Sileri dan Candradimuka, menguatkan indikasi bahwa telah terjadi interaksi batuan dengan air asam sulfat tersebut.
Alunit adalah salah satu bahan galian yang sudah sangat dikenal digunakan dalam industri perminyakan dan manufaktur, sedangkan anhidrit dan gipsum dimanfaatkan dalam industri konstruksi dan pertanian.

Kandungan Au pada limbah padatan (slurry) dari Sumur 7C, menunjukan kandungan Au 1273 ppb, dan kandungan Au dari conto slurry dan slurry gel dari sumur lainnya bervariasi antara 99 ppb – 678 ppb. Produksi slurry diperkirakan 165 ton/bulan (komunikasi lisan staff PT Go Dipa Energi), dengan perkiraan kandungan rata-rata Au 0,477 ppm dapat dihasilkan Au 78,7 gram/bulan.

Dengan kemajuan teknologi saat ini, penggunaan REE semakin meningkat seperti Y, Nd, Ce dan lainnya. Terditeksinya unsur Y, Lu, Nb, dan Sm menunjukan adanya potensi untuk mengekstrak unsur ini dari brine, slurry atau slurry gel. 

Selain unsur yang disebut di atas, boron merupakan unsur yang juga dapat diperoleh dari air panas bumi. Boron  merupakan bahan industri (pembuatan serat gelas yang dijadikan insulasi, dsb), pencemar lingkungan (PP no. 82 tahun 2001, bahwa konsentrasi boron maksimal adalah 1 mg/l, maka kondensat tidak aman dibuang ke lingkungan), dan untuk kesehatan (meningkatkan kinerja dan efisiensi tubuh dalam penggunaan mineral kalsium dan magnesium).

Campuran neodymium dengan boron dan iron digunakan untuk membuat magnet permanent yang digunakan pada automotif, komputer, telephon, peralatan musik, dan lainnya.

Berubahnya pembuat baterai kendaraan dan alat elektronik dari baterai konvensional (timah hitam) ke baterai lithium yang lebih ringan dan tahan panas, permintaan akan lithium semakin meningkat.  Lihium dapat diperoleh dari brine seperti di lakukan oleh Negara Amerika Serikat, yang merupakan limbah dari PLTU di selatan California dengan kandungan Li sekitar 200 ppm (R. Keith Evans, 2008).

Dengan menggunakan diagram segitiga dapat diketahui bahwa air kawah Sileri, Sikidang dan Candradimuka tersusun oleh anion utama SO4 , sehingga dapat dikatagorikan sebagai tipe air panas sulfat.  Penelitian yang pernah dilakukan bahwa air kawah yang mengandung sulfat dengan menambahkan batu kapur (CaCO3) dapat menghasilkan gipsum sintetis (Budhy Agung S, 2000). Reaksinya adalah :

CaCO3 + air kawah  --  CaSO4.2H2O

Kandungan mineral atau unsur pada brine, slurry atau slurry gel selain berpotensi untuk diusahakan juga dapat mencemarkan lingkungan seperti merkuri dan cadmium. Dari ketentuan standar ASEAN, lumpur dan endapan sedimen disebut terpolusi apabila mengandung 0,4 – 350 ppm merkuri (Denni Widhiyatna, 204) dan cadmium mempunyai Nilai Ambang Batas 1 ppm pada limbah (Kep. Badan Pengendalian Dampak Lingkungan, 1995).

KESIMPULAN

Brine, slurry, dan slurry gel, air panas dan batuan dari lapangan atau manifestasi panas bumi, merupakan sumber mineral yang berpotensi untuk diusahakan;

Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengindentifikasi kuantitas dan kualitas mineral tesebut;

Unsur yang terkandung dalam Brine, slurry, slurry gel, dan air panas selain dapat dimanfaatkan, berpotensi juga sebagai pencemar lingkungan.

 

 

PETROLOGI BATUAN KARBONAT

PETROLOGI BATUAN KARBONAT

Batuan karbonat adalah batuan sedimen yang mengandung mineral karbonat lebih dari 50%. Sedangkan mineral karbonat adalah mineral mengandung CO₃ dan satu atau lebih kation Ca, Mg, Fe, dan Mn. Pada umumnya, mineral karbonat adalah kalsit (CaCO₃) dan dolomit (CaMg (Co₃)₂). Batuan karbonat umumnya terdiri atas batugamping (kalsit sebagai mineral utama) dan batudolomit (dolostone). Umur batuan ini sangat bervareasi mulai dari pra-Kambrium sampai Kuarter. Batuan karbonat pra-Kambrium dan Paleosen umumnya dikuasai oleh batudolomit. Di alam batuan karbonat menempati 1/5 – 1/4 dari seluruh catatan stratigrafi dunia. Sekitar 40 % dari minyak bumi dan gas dunia diambil dari batuan karbonat. Reservoar karbonat di Timur Tengah merupakan salah satu contoh reservoar karbonat dengan produksi migas yang besar.

Sedimen karbonat, yang dijumpai di dunia, kebanyakan terbentuk pada lingkungan laut dangkal dan beberapa di antaranya terbentuk di daerah teresterestrial, tetapi laut dangkal tropis. Indonesia merupakan daerah yang mempunyai sedimen karbonat melimpah.

6.1  PEMBENTUKAN SEDIMEN KARBONAT

Meskipun tidak semua, kebanyakan sedimen karbonat adalah hasil dari proses kimia atau biologi yang hidup pada lingkungan laut bersih, hangat dan dangkal. Secara umum, beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan akumulasi maksimum sedimen karbonat adalah lingkungan yang mempunyai:

(a)  kedalaman cukup, tidak terlalu dalam atau terlalu dangkal,

(b)  hangat, tidak terlalu panas atau terlalu dingin

(c)  kadar garam yang cukup, tidak terlalu tawar dan terlalu asin,

(d)  jernih, tidak terlalu banyak sedimen klastik darat, dan

(e)  makanan cukup, tetapi tidak terlalu banyak.

Berikut ini akan dibicarakan tiga faktor utama yang mengontrol produktivitas sedimen karbonat: letak geografis dan iklim, cahaya dan salinitas.

6.1.A  Letak Geografis dan Iklim

Secara umum tata letak geografis dan iklim dapat mengontrol laju pertumbuhan kehidupan penghasil sedimen karbonat. Daerah yang mempunyai latitud tinggi mempunyai suhu dingin yang tentu saja menghambat pertumbuhan kehidupan yang memerlukan kehangatan untuk hidup. Sedangkan  daerah yang mempunyai latitud rendah (tropis dan subtropis) mempunyai suhu keseharian hangat. Di daerah ini berbagai kehidupan yang memproduksi sedimen karbonat akan tumbuh lebih baik.

6.1.B  Penetrasi Cahaya

Penetrasi cahaya mengontrol distribusi organisme penghasil karbonat yang membutuhkan cahaya untuk fotosintesis. Penetrasi cahaya dipengaruhi oleh kedalaman air, latitud, dan kejernihan air. Radiasi cahaya menembus air, ini diserap dengan cepat pada bagian atas laut. Setiap perubahan kedalaman 30-50 m, intessitas cahaya berkurang 1% dari level cahaya permukaan. Batas kedalaman pertumbuhan koral secara geografis bervariasi, pertumbuhan koral aktif di Carribbean berkisar dari 40 sampai 60 m, sedangkan didaerah Indo-Pasifik hanya 15 sampai 90 m.

Material klastik yang diangkut dari darat dan dikirim ke paparan atau cekungan melalui transportasi sungai dan/atau angin juga akan mempengaruhi penetrasi cahaya. Masuknya sedimen silisiklastik menghasilkan partikel halus, lempung dan lanau tersuspensi, yang dapat menurunkan kejernihan (transparansi) air dan fotosintesa. Hal ini tentu akan mengakibatkan terganggunya pertumbuhan ganggang karbonat, yang merupakan penghasil utama sedimen karbonat.

6.1.C   Salinitas (kadar garam)

Perbedaan dan kelimpahan biota menunjukkan semua faktor yang mempengaruhi pertumbuhan kalkareus. Pada kondisi laut terbuka yang normal, perubahan salinitas dapat mengakibatkan hilangnya  sejumlah jenis fauna yang tidak tahan terhadap perubahan salinitas ini. Peningkatan salinitas menurunkan keanekaragaman biota dan salinitas di atas 40% kebanyakan invertebrata menghilang, meskipun ganggang kalkareous  tetap akan memproduksi sedimen terhadap waktu.

6.2 KOMPOSISI

6.2.A Komposisi Kimia

Unsur kimia utama batugamping dikuasai oleh kalsium, magnesium, karbon dan oksigen. Kalium sebagai kation utama (Ca⁺²) dan magnesium (Mg⁺²); Fe, Mn dan Zn umumnya sebagai kation yang berjumlah sedikit. Anion yang utama adalah CO₃^2-, namun anion seperti SO₄^2- , OH^-, F^- dan Cl^- dapat juga hadir dalam jumlah yang terbatas. Unsur/elemen jejak (trace elemen) yang biasa dijumpai pada batuan karbonat meliputi B, Ba, P, Mg, Ni, Cu, Fe, Zn, Mn, V, Na, U, Sr, Pb, K. Konsentrasi elemen jejak tersebut tidak hanya dikontrol oleh minerologi batuan, tetapi juga dikontrol oleh jenis dan kelimpahan relatif butiran cangkang fosil dalam batuan. Banyak organisme menghimpun dan menggabungkan elemen jejak tersebut ke dalam struktur cangkangnya.

6.2.B Komposisi Mineral

Mineral penyusun batuan karbonat terbagi dalam tiga kelompok utama: kelompok kalsit, kelompok dolomit dan kelompok aragonit (Tabel 6.1).  Di antara mineral karbonat dalam Tabel 6.1, hanya kalsit, dolomit dan aragonit yang merupakan mineral utama dalam batugamping dan dolomit (batudolomit). Aragonit bahkan merupakan penyusun utama batuan karbonat yang berumur Kenozoikum dan karbonat moderen. Siderit dan ankerit sering sebagai semen dan konkresi dalam beberapa batuan sedimen, tetapi jarang sebagai penyusun utama dalam batuan karbonat. Mineral karbonat lain dalam Tabel 6.1 jarang dijumpai dalam batuan karbonat.

Tabel 6.1: Mineral yang umum dijumpai pada batuan karbonat

                             (disederhanakan dari Boggs, 1992)

MINERAL	SISTEM KRISTAL	KOMPOSISI KIMIA	KETERANGAN
KELOMPOK KALSIT
Kalsit	Rombohedral	CaCo3	Menguasai batugamping pada batugamping,khususnya yang lebih tua dari Tersier
Magnesit	-“-	MgCo3	Tidak umum pada batuan sedimen, tetapi terbentuk pada endapan evaporasi
Rodosit	-“-	MnCo3	Tidak umum di batuan sedimen, dapat terjadi di sedimen yang kaya akan Mn berasosiasi dengan Fe-silikat
Siderit	-“-	FeCo3	Terbentuk sebagai semen dan konkresi pada serpih dan batupasir, umum pada endapan batubesi (ironstone) juga pada batuan karbonat teralterasi oleh larutan kaya Fe
Smitsonit	-“-	ZnCo3	Tidak umum pada batuan sedimen, hadir berasosiasi dengan bijih Zn dalam batugamping
KELOMPOK DOLOMIT
Dolomit	-“-	CaMg(Co3)2	Menguasai batudolomit, umumnya juga berasosiasi dengan kalsit dan mineral evavorasi
Ankerit	-“-	Ca(Mg,Fe,Mn) (Co3)2	Jauh lebih jarang dari pada dolomit, terbentuk di sedimen kaya Fe, sebagai sedimen butiran atau konkresi
KELOMPOK ARAGONIT
Aragonit	Ortorombik	CaCo3	Umum dijumpai pada sedimen karbonat Resen, cepat peralterasi menjadi kalsit
Kerusit	-“-	PbCo3	Terbentuk pada supergene lead ores
Strontianit	-“-	SrCo3	Terbentuk pada urat-urat pada batugamping
Witerit	-“-	BaCo3	Terbentuk dalam urat-urat yang berasosiasi dengan galena

Pengenalan tiga mineral utama batuan karbonat (kalsit, aragonit dan dolomit) menjadi hal yang sangat penting dalam mempelajari komposisi batuan karbonat. Akan tetapi, pengenalan itu sering mengalami kesulitan, baik secara kasatmata (mata telanjang) maupun dengan bantuan mikroskop. Pengenalan mineral karbonat akan jauh lebih mudah dilakukan dengan bantuan teknik staining dan etching. Sebagai contoh, dengan teknik staining aragonit akan tampak hitam dengan larutan Fiegl (Ag₂SO₄+MnSO₄), kalsit menunjukkan warna merah bila bereaksi dengan larutan alizarin merah. Untuk lebih rinci tentang teknik staining dan etching ini dapat baca pada Tucker (1988).

6.2.C.  Butiran

Komponen penyusun batuan karbonat moderen umumnya dibagi ke dalam dua bagian dasar (lihat Gambar 6.1): butiran (grain) dan lumpur (mud). Butiran adalah kerangka pada kebanyakan batuan karbonat yang terdiri dari endapan cangkang organisme (skeletal) dan endapan partikel dan agregat anorganik. Sehingga, butiran biasanya dibagi menjadi dua kelompok butiran, yaitu cangkang dan noncangkang. Boggs (1992) menyebut butiran noncangkang ini dengan sebutan litoklas atau klastika batuan. Butiran batuan karbonat dapat berukuran dari ukuran pasir sampai dengan brangkal. Bentuk butiran karbonat juga sangat bervareasi, mulai menyudut sampai membulat.

Lumpur gamping (lime mud) adalah batuan karbonat dengan butiran sangat halus, termasuk butiran dan endapan kristalin yang ke duanya berukuran sangat halus. Karbonat ini setara dengan serpih dan/atau batulempung pada endapan klastika. Lumpur gamping  (lime mud) laut terbentuk dari kehidupan bentonik yang mati dan meluruh, detritusnya berasal dari partiel karbonat yang lebih besar, akumulasi  biota plantonik, dan pengendapan langsung dari air laut. Beberapa proses yang dipercaya dapat menghasilkan lumpur gamping, di antaranya adalah aktivitas angin, ombak dan pasang-surut dapat memecahan cangkang kehidupan menjadi serpihan renik. Aktivitas binatang laut pemakan biota laut penghasil karbonat, dapat merusak cangkang koral menjadi bagian yang sangat halus.

Sedimen karbonat ini kemudian mengalami proses pembatuan sehingga menjadi batuan karbonat. Saat ini di lingkungan laut, beberapa sedimen karbonat membatu menjadi batugamping pada atau hanya sedikit di bawah dasar laut. Sebagai contoh dari proses ini adalah “beachrocks (pembatuan sedimen pantai) yang biasanya tersemen oleh aragonit dan Mg-kalsit berupa serabut atau seperti jarum. Dalam karbonat purba, semen aragonit dan Mg-kalsit jarang dapat terekam dengan baik. Hal ini disebabkan oleh ketidaksatabilan aragonit dan Mg-kalsit, yang dengan mudah berubah menjadi kalsit.

6.2.C.a. Butiran cangkang (skeletal grain)

Butiran cangkang pada batuan karbonat berasal dari sisa-sisa organisme penghasil material karbonat. Organisme membentuk cangkang untuk menopang dan melindungi jaringan (tissue) lunak dan dalam aktivitas hidupnya. Secara organik mereka membentuk mineral karbonat yang mana mineraloginya bervariasi.

 

Gambar 6.1: Foto mikroskupis dari batugamping, Formasi Tampakura, Sulawesi Tenggara; Bo (butir organik atau cangkang berasal dari cangkang foram dan moluska) dan Bi (butir inorganik berupa lumpur karbonat, sering disebut peloid).

Butiran cangkang merupakan butiran yang sangat dominan pada batuan karbonat Panerozoikum. Butiran ini dapat berupa cangkang utuh dan/atau pecahan bagian dari suatu organisme dengan bentuk menyudut sampai membulat.  Sebagian besar cangkang itu dibentuk oleh aragonit, kalsit atau Magnesian-kalsit. Komposisi ini dapat berubah karena proses diagenesa yang dialami, sehingga sebagian mineral berubah menjadi mineral lain. Contohnya, aragonit akan berubah menjadi kalsit pada proses diagenesa.

III.2.C.b.  Butiran karbonat Non-Cangkang

Butiran non-cangkang adalah partikel-partikel yang berasal dari proses fisika, kimia ataupun secara biologi dan butiran ini bukan bagian struktur organik. Berdasarkan ciri-cirinya ada beberapa tipe butiran non-cangkang, sebagai berikut:

Litoklas

Litoklas (lithoclast), adalah fragmen sedimen pada batuan karbonat yang merupakan hasil erosi, kemudian tertransportasi dan diendapkan dalam cekungan karbonat. Disini ada dua jenis lithocklast, yaitu intraklas dan ekstraklas. Ekstraklas, sering juga disebut limeclast , berasal dari luar cekungan karbonat, sedangkan intraklas berasal dari dalam cekungan itu sendiri.

(1)  Intraklast adalah kepingan batugamping atau pengerasan sedimen yang berasal dari dalam cekungan pengendapan itu sendiri. Kepingan ini dapat berupa beachrock, hardgrounds, atau stromatolite yang semi-terkonsolidasi. Intraklasts mengandung partikel-partikel yang seumur dengan batuan induknya (host rock) dan beberapa fabrik diagenetik dijumpai dalam interklast yang berkaitan dengan lingkungan pengendapan sedimen induknya. Interklast sangat sering dijumpai dalam karbonat. Mereka dapat terbentuk akibat erosi dalam laut yang terletak pada alur pasang-surut, pantai, muka terumbu dan dataran pasang-surut (tidal flat). Menurut Boggs (1992), ada dua proses utama penyebab terbentuknya intraklas adalah:

1. erosi terhadap endapan pantai baru saja membatu (lithified beach-rock) di dalam zona intertidal dan supratidal;
2. penghancuran dari telo (desication) pada supratidal, khususnya lumpur gamping yang menghasilkan klastika lumpur gamping.  

(2)  Ekstraklast adalah kepingan batugamping yang berasal dari batugamping yang telah membatu dan terletak diluar cekungan, kemudian tererosi dan diangkut masuk ke dalam cekungan pengendapan. Kalau intraklas dapat memberikan informasi tentang kondisi cekungan dimana batugamping itu diendapkan, ekstraklas tidak dapat. Yang diberikan oleh ekstraklas adalah informasi tentang batuan asalnya, yang mungkin jauh lebih tua.

Coated grain (ooid, oncoid and cortoid)

Butiran terbungkus (coated grain) adalah butiran karbonat terdiri atas inti (nuleus) yang dikelilingi oleh lapisan pembungkus yang disebut korteks (cortex). Butiran terbungkus ini dibagi dalam ooid, onkolit dan kortoid.

Ooids

Ooids adalah butiran terbungkus berukuran pasir, berbentuk bundar sampai oval dan pembungkusnya konsentris disekitar nukleus butiran (Gambar VI-2). Pembungkus (coating) terdiri atas lapisan yang bervareasi ketebalannya (3-15 mikron). Intinya (nucleus). Nukleus mungkin berupa kepingan cangkang, peloid, ooid yang lebih kecil, atau butiran lain seperti kuarsa dan feldspar. Pada umumnya ooid berukuran lanau-pasir atau 0,1-2 mm, yang paling umum adalah 0,5-1 mm (Boggs, 1992). Ooid yang berukuran >2 mm disebut pisoid. Batuan yang dibentuk oleh ooid berukuran <2 mm disebut oolit, sedangkan batuan yang terbentuk oleh pisoid (>2 mm) disebut pisolit.

Gambar 6.2: Komponen bukan cangkang pada sedimen karbonat.

Dari data yang terbatas, pertumbuhan individu ooids menunjukan mungkin sangat perlahan, data yang diperoleh di Bahama menunjukan laju akumulasi hampir 1 m/1000 tahun (Boggs, 1992). Akumulasi ooids berkembang baik pada platform dangkal di tropis-subtropis, dalam air bergerak, biasanya kedalaman berkisar 0 dan 4 meter dan butiran digerakkan oleh arus tidal, arus angin, dan gelombang. Pergerakan air mengeluarkan CO₂ dari larutan dalam air laut dan meningkatkan pengendapan caCO₃. Disini  kebanyakan  ooids yang terbentuk adalah aragonit ooids, dan sedikit terjadi Mg-kalsit ooids. Aragonit ooids cenderung membentuk orentasi kristal tangensial, sedangkan Mg-kalsit ooids membentuk struktur radial. Aragonit ooids menempati daerah energi tinggi, sedangkan Mg-kalsit ooids cenderung lebih terkonsentrasi dalam lingkungan energi rendah. Boleh jadi, energi hidroulik mengontrol mineralogi.

Gambar 6.3: Oolit dari Formasi Tampakura berumur Paleogen, di Sulawesi Tenggara.

Berdasarkan lapisan pembungkus (cortex), ooid primer dapat dibagi menjadi:

1.    Ooid dengan struktur tangensial ,

2.    Ooid dengan struktur radial dan

3.    Ooid mikritik atau mikrosparit.

Onkoid (Oncoid)

Onkoid adalah butiran terbungkus oleh lapisan yang lebih tidak beraturan dari pada ooid. Pada umumnya onkoid berukuran <2 mm->10 mm. Onkoid dapat terbentuk baik di lingkungan pengendapan laut maupun di darat.

Peloid dan pelet

Istilah peloid digunakan untuk menggambarkan semua butiran yang dibentuk pada aggregat karbonat kriptokristalin berukuran 20-60 mm, dengan mengabaikan asal pembentukannya (Gambar 6.2). Hal ini diperlukan karena sering asal aggregat ini tidak jelas, tetapi untuk butiran dengan asalnya dari faecal origin, digunakan istilah pelet. Peloid adalah ciri khusus pada lingkungan lagun, dan beberapa lingkungan inner-shelf dangkal.

III.3.C Lumpur Karbonat

Lumpur karbonat (carbonate mud) adalah batuan karbonat yang berbutir sangat halus (<63 mikron), yang biasanya diidentifikasi mengunakan mikroskop. Di bawah pengamatan mikroskop elektron, lumpur karbonat laut moderen dapat dilihat kandungan kristal aragonit berbentuk jarum, butiran cangkang yang kelihatannya sangat halus atau kepingan cangkang yang sangat kecil, seperti coccoliths. Kebanyakan lumpur aragonit yang berbentuk jarum berasal dari serpihan ganggang kalkareous yang mati, seperti Penicillus. Lumpur lainnya, yang mana berbentuk butiran-nano berbentuk membundar tanggung, adalah tidak jelas dari tanda-tanda organik. Ini mungkin diendapkan dari air laut.

6.4. Clasifikasi batuan karbonat

Klasifikasi batuan karbonat mempunyai banyak ragamnya. Sampai saat ini belum ada satu klasifikasi yang dapat memuaskan semua fihak, seperti halnya pada batuan klastika (seperti batupasir misalnya). Beberapa klasifikasi yang akan disajikan di bawah ini merupakan klasifikasi yang lebih umum dipakai oleh para ahli geologi.

Secara konvensional batuan karbonat juga diklasifikasikan menurut ukuran butiranya, seperti klasifikasi sedimen klastik berdasarkan skala ukuran butir Wentworth. Batuan karbonat dengan ukuran butir >2 mm dinamakan kalsirudit (disebut konglomerat pada sedimen non-karbonat), 63 mikron - 2 mm disebut kalkarenit (disebut batupasir pada sedimen non-karbonat), dan yang ukuran butirnya <63 mikron dinamakan kalsilutit (setara dengan batulempung). Namun klasifikasi yang berdasarkan pemerian (discription) ini sudah lama ditinggalkan. Para ahli geologi lebih senang dengan klasifikasi yang berdasarkan asal (genetic) batuan atau paling tidak mengarahkan ke sana. Hal ini disebabkan, dengan klasifikasi asal itu dapat diinterpretasikan proses pengendapan, termasuk bagaimana dan dimana proses sedimentasi batuan berlangsung.

Pada 1962 ada dua klasifikasi yang terkenal yang diusulkan oleh R.L.Folk (Tabel 6.2) dan R.J.Dunham (Tabel 6.3). Klasifikasi Dunham (1962) belakangan dimodifikasi oleh Embry dan Klovan (1972) seperti Gambar 6.4.

                           

6.5. DIAGENESA

Setelah proses pengendapan berakhir, sedimen karbonat mengalami proses diagenesa yang dapat menyebabkan perubahan kimiawi dan mineralogi untuk selanjutnya mengeras menjadi batuan karbonat. Sedimen karbonat umumnya lebih rentan terhadap pelarutan (dissolution), rekristalisasi dan replacement dibandingkan mineral-mineral silikat. Sebagai contoh, lumpur aragonit dengan mudah teralterasi (terubah) seluruh menjadi kalsit selama proses awal diagenesa dan pembenan. Pada tahap berikutnya, kalsit mungkin digantikan seluruhnya atau sebagian oleh dolomit pada proses dolomitisasi.

6.5.A. Regim Diagenesa Karbonat

Secara umum tahapan diagenesa pada sedimen karbonat seperti pada sedimen klastik, yaitu eodiagenesis pada pembebanan dangkal, mesodiagenesis pada pembebanan dalam, dan telodiagenesis jika terjadi pengangkat dan uproofing. Jadi, diagenesis menempati tiga atau realm utama atau regim (Gambar 6.5), yaitu laut (marine), meteorik (meteoric), dan regim bawah permukaan (subsurface).

6.5.B. Regim Laut

Meliputi dasar laut dan bawah permukaan laut sangat dangkal. Lingkungan diagenetik ini dicirikan oleh temperatur dan salinitas air laut yang normal. Proses diagenetik dasar pada lingkungan seperti ini meliputi bioturbasi sedimen, modifikasi kerang karbonat dan butiran lainnya oleh pemboran organisme, dan sementasi butiran dalam daerah air panas, terutama pada terumbu, beting pasir tepi platform, dan endapan karbonat pantai.

6.5.C. Regim Meteorik

Regim ini terjadi dengan dua cara, yaitu: (1)  oleh turunnya muka laut relatif, dan (2) oleh cepatnya pengisian seimen pada cekungan karbonat dangkal. Batuan karbonat yang lebih tua dapat juga masuk dalam regim ini oleh tahapan akhir pengangkatan atau uproofing kompleks karbonat dengan pembebanan yang lebih dalam (teladiagenesis). Regim meteorik dicirikan oleh hadirnya air tawar ;  yang meliputi zona tidak jenuh (pori-pori sedimen tidak  terisi dengan air) diatas water table, dan zona jenuh air dibawah water table. Air meteorik umumnya sangat tinggi dimuati dengan CO2, sehingga secara kimiawi sangat agresif.  Karenanya aragonit dan kalsit magnesium tinggi lebih muda larut daripada kalsit, mereka larut dengan mudah dalam air korosVIe. Sebaliknya, pelarutan (dissolution) aragonit dan kalsit magnesium tinggi dapat menjenuhi air dalam kalsium karbonat berkenan dengan kalsit, yang menyebabkan aragonit  kalsitdiendapkan. Proses dissolution - reprecipitation menyebabkan aragonit dan kalsit kalsium tinggi kurang stabil sehingga digantikan oleh  kalsit yang lebih stabil.

6.5.D. Regim Bawah Permukaan

Setelah periode awal diatas, sedimen karbonat secara berangsur terbebani kedalam dan dalam regim ini terjadi peningkatan tekanan, temperatur tinggi, dan perubahan fluida dalam pori-pori. Dibawah kondisi ini, sedimen karbonat mengalami kompaksi fisik, kompaksi kimiawi, dan perubahan tambahan kimiawi/mineralogi yang meliputi dissolution, sementasi, neomorphism, dan replcement. Sipat-sipat aksak perubahan yang dialami selama diagenesa bawah permukaan dalam tergantung pada kondisi khusus lingkungan pembebanannya, seperti temperatur, komposisi fluida pori, dan pH.

Gambar 6.5: Proses diagenesis pada batugamping yang sangat berhubungan dengan lingkungannya  menurut Moore (1989)