PRINSIP GAYA & DEFORMASI GEOLOGI STRUKTUR PRINSIP GAYA & DEFORMASI

Definitions Stress – adalah gaya yang mengenai batuan (atau sesuatu yang lain) Strain – adalah perubahan dalam ukuran dan/atau bentuk dari suatu objek padat (solid object) sebagai reaksi terhadap stress. http://tesla.jcu.edu.au/schools/earth/EA1001/Metamorphics/4.%20Deformation.html http://tesla.jcu.edu.au/schools/earth/EA1001/Metamorphics/Deformation.html

Deformasi Batuan Dipengaruhi oleh differential stress (tegasan yang berbeda); stress tidak sama besarannya dalam semua arahnya; Tiga macam differential stress : compressive stress – tubuh batuan menjadi tertekan dan memendek tensional stress – tubuh batuan menjadi meregang dan terpisah shear stress – menyebabkan selip dan translasi

Tiga Ilustrasi untuk Stress

Tiga Tipe Stress (Tekanan), Dua Tipe Permanent Strain (Tegangan), Enam Struktur Dasar Deformation Stress Compressive Tensional Shearing Ductile Folding Crustal thinning and stretching Shear zones, Mylonite zones Brittle Reverse Faults Normal Fault Lateral Faults

Stages of Deformation (Strain) Elastic Deformation merupakan suatu reversible strain, dimana strain akan hilang ketika stress dilepaskan. Elastic strain adalah linear. Suatu plot antara stress versus strain akan membentuk garis lurus. Pada suatu benda, ada titik yang disebut sebagai yield point or elastic limit, dimana permanent deformation berpeluang terjadi kalau sampai pada titik ini. (Jika deformasi belum mencapai titik ini ketika stress hilang, maka akan bentuk benda akan kembali seperti semula, namun sebaliknya ketika deformasi melampau titik ini, yang terjadi adalah perubahan yang permanen)

Stages of Deformation (Strain) Ductile Deformation Merupakan suatu irreversible change pada bentuk dan/atau volume batuan yang terkena stress melebihi batas elastic limit. Brittle Deformation (Fracture) Ketika batas dari ductile deformation terlampaui, batuan akan retak dan stress akan hilang. Jelasnya, brittle deformation menyebabkan permanent change.

Ketika terkena stress, material mulanya mengalami elastic deformation Ketika terkena stress, material mulanya mengalami elastic deformation. Jika stress dihentikan/dilepaskan pada tahapan ini, batuan akan kembali kepada kondisi semula. Pada point A, elastic limit tercapai, dan batuan mengalami ductile deformation. Batuan kemudian mengalami stress lebih, sehingga terbentuk permanent strain. Jika stress melampaui point B, sejumlah permanent strain terbentuk pada rentang OB'. Jika stress meningkat lagi, maka batuan akan menjadi retak-retak (rupture), sehingga brittle failure terjadi(point F). Kurva Stress-Strain

GEOLOGI STRUKTUR PRINSIP KEKAR

Kekar Fractures or Joints fractus = broken >>> KEKAR (istilah geologi Indonesia) Bidang pada mineral dan batuan yang mengalami retakan alami kekar dibedakan berdasarkan pergerakan relatif (relative motion) yang terjadi pada bidang kekar selama pembentukan Bukaan kekar meretak tegak lurus terhadap bidang kekar

Klasifikasi rekahan menurut “Fracture Mechanics” Strike-slip faulting Tensile fractures Dip-slip crack tip Berdasarkan pergerakan relatif dari material yang saling berhadapan pada bidang kekar : Extension, atau Mode I – Pergerakan tegak lurus bidang kekar (tensil mode) Shear Fractures, atau Mode II – Gerak geser paralel (sliding) terhadap bidang kekar dan tegak lurus terhadap ujung kekar (the edge of fractures). Shear Fractures, atau Mode III – Gerak geser paralel terhadap bidang dan ujung kekar (tearing mode)

Contoh : Kekar pada batuan

Contoh : Kekar pada batuan

Veins Veins : kekar terbuka (extension fractures) yang terisi oleh mineral deposits (mineral sekunder) Endapan dapat masif atau terdiri dari fibrous crystal grains seperti quartz atau calcite fibrous fillings berguna untuk interpretasi deformasi terkait dengan bukaan vein

Veins

Veins

Veins

Veins

Systematic and non-systematic joints

Karakter Kekar Cross-cutting relations between joints Jika joint A berhenti pada perpotongan dengan joint B; maka joint A berumur relatif lebih muda Perambatan rekahan tidak dapat melewati/memotong free surface Joint spacing rata-rata jarak antar joints Diukur tegak lurus joint “widely spaced” “closely spaced”

Jarak antar Kekar Joint Spacing

Contoh : Kekar pada Inti Bor

Contoh: Kontrol Kekar pada Lereng Photo: V.M. Choubey Landslide, Pindar River, India

Contoh : Geometry of Blast Ftactures

PENGUKURAN KEKAR Prinsip perolehan data kekar adalah sama dengan data struktur bidang lainnya, seperti bidang sesar, bidang perlapisan, dll. Komponen Data : Strike Dip Dip direction (pelengkap)

Measuring strike by touching

Measuring dip by touching

Orientasi. Gunakan Strike & Dip (ukur dengan kompas) Orientasi? Gunakan Strike & Dip (ukur dengan kompas) 2 garis tegak lurus menentukan bidang (plane)

Pengukuran Struktur Planar

Kelurusan struktur

Presentasi data kekar : Map of trajectories, Frequency diagrams, & Rose diagram

GEOLOGI STRUKTUR ANALISIS KEKAR - I

Fracture & stress states

Fracture orientations relative to the principal stress orientations

Stress = Gaya per satuan area yang mengenai suatu bidang Kondisi stress yang mengenai suatu objek misal batuan, memperlihatkan orientasi dan besaran dari tiga stress, merupakan TEGASAN UTAMA (principal stresses). Tegasan utama terorientasi tegak lurus satu terhadap lainnya, Suatu blok batuan dengan stress yang mengenainya dimaknai dengan simbol sigma menunjukkan “compressive or tensile stress” Besaran Tegasan Utama menunjukkan bahwa σ1 > σ2 > σ3.

Compressive stress dan shortening strain adalah sesuatu yang penting di dalam “rock mechanics and structural geology” karena di bumi, ketiga tegasan utama tersebut selalu bersifat “compressive”. Joints (extensional fractures) memperlihatkan pertentangan arah yang membutuhkan “effectively tensile driving stress” (tensile stress = tegasan tarik). Tekanan fluida pori (pore-fluid pressure) mendorong terbentuknya “tensile effective stress” melalui “poroelastic loading of flows” .

Joints (GREEN) : Ujung dari kekar selalu tegak lurus terhadap Sigma 3 selama perambatan Faults (RED): Sesar terbentuk pada litologi dengan sudut lancip dan membentuk orientasi dari sesar berpasangan (two conjugate fault orientations). Sudut berkisar 25° s.d 40°, tetapi umumnya 30°. Ketidak menerusan (kekar) dapat mengalami aktivasi sebagai sesar, dimana keberadaannya tidak tegak lurus terhadap tegasan utama. Selain itu, deformasi dapat terjadi membentuk sudut ~90° (tegak lurus) terhadap sigma 1 membentuk Stylolites (BLUE) and compaction bands.

Regional Fracture Orientations Tiga Gambar berikut menunjukkan tiga kondisi “regional earth stress regimes” (Andersonian stress regimes) Berdasarkan “Andersonian regimes”, satu “principal stress” menunjukkan vertikal, sedang dua lainnya adalah horizontal. http://www.naturalfractures.com/1.1.3.htm

Regional Fracture Orientations http://www.naturalfractures.com/1.1.3.htm

Regional Fracture Orientations http://www.naturalfractures.com/1.1.3.htm

Regional Fracture Orientations http://www.naturalfractures.com/1.1.3.htm

Stress & Histogram

GEOLOGI STRUKTUR Lebih luas lagi bahwa geologi struktur diartikan sebagai ilmu yang mempelajari bentuk bangunan dari kulit atau kerak bumi, yang dapat dipelajari secara mikroskopik, mesoskopik, makroskopik, dan megaskopik (Spencer, 1988) Pengambilan dan pengukuran data yang baik dan seteliti adalah penting, karena hal itu akan sangat diperlukan untuk analisis dan mempelajari asal geometri dan kinematik dari batuan yang disebabkan oleh gaya (Hatcher, 1990). Dengan demikian geologi struktur harus merupakan suatu analisis geometri, kinematik dan analisa dinamik. Struktur geologi regional akan menghasilkan tegasan utama pada suatu daerah yang lebih luas dan selanjutnya didalamnya terdapat juga pola-pola tegasan setempat atau lokal. Pola tegasan baik regional maupun lokal akan menghasilkan retakan- retakan shear zone, sesar, lipatan, “cleavage”, foliasi dan lineasi (Davis, 1996).

Lanjutan Pola tegasan lokal dapat terdiri dari bermacam-macam arah tegasan, hal ini dapat dilihat atau dapat diukur melalui retakan batuan yang terjadi. Pola tegasan lokal ini tidak semuanya berhubungan dengan pola tegasan regional, hal ini disebabkan adanya retakan-retakan yang sudah ada sebelumnya atau pre- existing fractures (Angelier, 1979 & Price, 1990) Pengukuran dan analisis elemen-elemen struktur geologi pada daerah-daerah kecil akan dapat memberikan hasil perkiraan umur relatif sesar yang terbentuk, pola dan kronologi tegasan yang bekerja serta mengetahui sejarah dan fasa tektonik regional. Pengambilan data elemen struktur meliputi kedudukan kekar- kekar baik kekar tarikan atau tension dan kekar gerus atau kekar shear zone, kedudukan urat kuarsa baik karena tegasan ataupun tension dan kedudukan bidang sesar, sudut pergeseran (“pitch”) serta jenis dan arah pergerakan sesar

Lanjutan Analisis geometri berdasarkan pengukuran dari kedudukan kekar shear zone dan kekar tension, bertujuan untuk mengetahui pola umum tegasan utama maksimum dan memperkirakan pola urat kuarsa yang terbentuk. Demikian pula sebaliknya, pengukuran dari kedudukan urat kuarsa yang disebabkan karena tension ataupun tekanan adalah dapat digunakan untuk mengetahui pola tegasan utama maksimum yang dominan terjadi serta untuk membantu dalam proses memperkirakan sejarah tegasan purba yang telah berlaku. Untuk analisis data kekar, dan urat kuarsa adalah dengan diagram kontur dengan menggunakan stereograf hemisphere bawah dan program DIPS 2.0 dan analisasis jenis strukturnya digunakan stereonet, sedangkan analisis kinematiknya menggunakan program FAULTKINWIN.1.2

Teori terjadinya kekar berdasarkan genesanya, release joint, tension join extention joint

Kekar dan urat kuarsa yang terdapat di suatu daerah 1a) kekar tarik, 1b) kekar gerus, 2a) kekar tarik yang terisi urat kuarsa, 2b) urat kuarsa yang tersesarkan, 2c) urat kuarsa yang tergeruskan

Di lapangan untuk membedakan antara urat hasil tegasan dan urat tension adalah melihat bahwa urat tegasan dicirikan dengan adanya pecah-pecah, kristal tidak baik, biasanya terbentuk mineral di bagian tengah atau tepinya. Sedangkan urat tension cirinya adalah masif, kristal baik, membentuk struktur sisir, mineral kadang pada struktur sisir

Singkapan dari batuan andesit yang memperlihatkan kekar kolom dan kekar gerus

Kekar gerus

Kekar tarik adalah kekar yang terjadi karena regangan berarti kekar ini terbentuk setelah gaya tegasan utama berkurang atau berhenti, tetapi dapat juga bersamaan pada saat tegasan utama masif aktif. Kekar-kekar tarik yang terjadi sejajar dengan arah tegasan utama maksimum disebut kekar tension, sedangkan yang terbentuk tegak lurus dengan arah tegasan utama maksimum disebut kekar pelepasan (releas joint).

Kekar tarik terisi urat kuarsa yang terbreksikan dan mengandung emas pada breksi yang terubah menjadi argilik Urat kuarsa

Tension gash fracture terisi urat kuarsa yang terbreksikan dan mengandung emas, pada batuan andesitik Formasi Mandalika

Bidang sesar yang berupa fault gouge, memotong breksi dari Formasi Arjosari, lokasi K. Gamping.

bidang sesar pada breksi

breksi sesar

Bidang sesar yang berupa goras-garis pada batuan andesit hornblende Formasi Mandalika yang dipotong oleh urat kuarsa

GEOLOGI STRUKTUR ANALISIS KEKAR - II

Kekar berasosiasi dengan Lipatan (Fractures associated with Folds)

Fracture Patterns on Folds

Schematic of Fractures on Folds

Pola kekar yang berkembang pada batuan sedimen (Stearns, 1968)

Satu kelompok : Tiga jenis Rekahan extension fracture dan conjugate shear fractures Conjugate shears membentuk sudut lancip (acute angle) antara shears faces σ1 Pola extension fractures dapat : cross joint (i.e. Kelompok joints tegak lurus terhadap sumbu lipatan (fold axis) strike joint (i.e. Kelompok joints parallel terhadap sumbu lipatan)

Pola kekar…

Pola kekar …

Pola kekar …

Pola kekar …

Observasi Kekar di Lapangan

Observasi Kekar …

Observasi Kekar …

Shear fractures in and around anticlines and synclines may vary in orientation. For some limestones in Morocco, de Sitter showed that the acute angle of the conjugate shears faced parallel to the fold axes over anticlines yet faced perpendicular to the fold axes over the synclines

Cross joints in the Appalachians

Kekar berasosiasi dengan Sesar (Fractures associated with Faults)

Faults and the Principal stress directions Anderson, 1905

Faults and the Principal stress directions

Faults and the Principal stress directions

Fractures and Normal Faults

Fault Damage Zones

Tip Damage Zones

Tip Damage Zones

Linking Damage Zones

Linking Damage Zones

Wall Damage Zones

Wall Damage Zones

Fractures Associated with Faults

Faults and joints

Dikes Pikirkan bahwa volcanic dikes sama dengan extension fractures Volcanic dikes di Aleutian Peninsula of Alaska, parallel dengan arah subduksi dari Pacific Plate yang menyusup dibawah North America Catatan bahwa arah dari orientasi maximum principal stress pada lithosphere adalah paralel terhadap arah subduksi

Dikes in Alaska

Selesai Kuliah KEKAR Semoga Bermanfaat!