Petrologi Batuan Beku Dr.Muhammad Edisar, S.Si MT Phone: 08121405086 Email: edisar_m@yahoo.com

Rocks are made of Minerals (Minerals in Granite)

ROCK AND MINERAL TYPES Minerals are chemical compounds, sometimes specified by crystalline structure as well as by composition, which are found in rocks Rocks consist of one or more Minerals, and fall into three main types depending on their origin and previous processing history: Igneous rocks are ones which have solidified directly from a molten state, such as volcanic lava. Sedimentary rocks are ones which have been re-manufactured from previously existing rocks, usually from the products of chemical weathering or mechanical erosion, without melting. Metamorphic rocks are ones which result from processing, by heat and pressure (but not melting), of previously existing sedimentary or igneous rocks.

Rock Cycle Sediment Sedimentary Rocks Igneous Rocks Metamorphic Rocks Lithification Deposition Transport Sedimentary Rocks Erosion Metamorphism Weathering Igneous Rocks Metamorphic Rocks Crystallization Melting Magma

The Rock Cycle

Proportions of Rock Types on the Earth igneous & metamorphic rocks = crystalline rocks

Rock Identification is based on: Composition What minerals make up the rock? Texture What is the shape, size and orientation of the mineral grains that make up the rock? Major Difference: Crystalline vs. Clastic

Batuan Beku (Igneous Rocks) 1. Batuan beku non-fragmental 2 Batuan Beku (Igneous Rocks) 1. Batuan beku non-fragmental 2. Batuan beku fragmental

Struktur tubuh bumi: - Litosfer - Astenosfer - Mesosfer - Inti bumi

Komposisi Kerak a. Kerak benua Kerak benua bagian atas: Komposisi rata-rata lebih mendekati granodiorit daripada granit; Komposisi kimia rata-rata SiO2 = 66,4 % Kerak benua bagian bawah (kondisi anhydrous) - Batuan metamorf fasies granulit asal batuan beku mafik Kerak benua bagian bawah (kondisi hydrous) - Batuan metamorf fasies amfibolit asal batuan beku basalt. b. Kerak samodra - Batuan sedimen pelagik - Batuan beku basalt, diabas, gabro

Komposisi Mantel a. Mantel atas - Batuan ultramafik (silikat Mg + Fe3O4 + silikat hidrat) b. Mantel bawah (silikat Mg)

Magma Lelehan batuan silikat panas yang terbentuk di alam, bersifat mobil, dapat mengandung material padat dan gas. Zat padat terdiri dari sisa batuan asal yang tidak ikut meleleh atau senolit (xenolith), sisa kristal yang tidak ikut meleleh atau senokris (xenocryst) dan kristal-kristal yang terbentuk oleh pembekuan magma (Jackson, 1982) Magma terbentuk oleh pelelehan sebagian (partial melting) batuan induk (parental rocks) di dalam mantel atau, dalam jumlah yang lebih sedikit, di bagian bawah kerak (lower crust) (Schmincke, 2004)

Bagaimana Magma Terbentuk? Pelelehan batuan dapat terjadi karena perubahan 3 parameter dasar: tekanan (P), temperatur (T) dan komposisi kimia (X), yaitu: Kenaikan temperatur T pada kondisi P dan X yang konstan (Increasing Temperature) Penurunan tekanan P pada T dan X yang konstan (Decompression) Perubahan X pada P dan T yang konstan (terutama penambahan fluida khususnya H2O dan CO2)

3 model pembentukan magma basalt dari pelelehan partial peridotit (Schmincke, 2004)

Magma Source: Partial Melting Hypothetical Solid Rock: Intermediate Composition Melting Temp Mineral A (Mafic) 1200°C B (Int) 1000°C C (Felsic) 800°C Temperature = 500°C

Magma Source : Partial Melting Intermediate Magma (All Minerals Melt) Melting Temp Mineral A (Mafic) 1200°C B (Int) 1000°C C (Felsic) 800°C Temperature = 1400°C

Magma Source : Partial Melting Temp Mineral Magma A (Mafic) 1200°C B (Int) 1000°C C (Felsic) 800°C Temperature = 900°C

Felsic More Mafic Magma Separates Melting Temp Mineral Remaining Rock: A (Mafic) 1200°C B (Int) 1000°C C (Felsic) 800°C More Mafic Remaining Rock: Magma Temperature = 900°C

Bottom Line on Partial Melting Partial Melting produces a magma that is more felsic than the parent rock Rock Ultramafic Mafic Intermediate Felsic Magma from Partial Melting Mafic Intermediate Felsic (more) Felsic

Lokasi-lokasi terbentuknya magma dalam konteks tektonik lempeng (Schmincke, 2004)

Tempat terbentuknya magma 1. Zona subduksi (subduction zone) - Peleburan mantel atas / baji mantel (mantle wedge), mantel tersomatisasi - Pelelehan parsial kerak samudera (fasies amfibolit, eklogit) - Pelelehan parsial kerak benua bagian bawah (anateksis) 2. Zona tumbukan (collision zone) - Pelelehan parsial kerak benua bagian bawah (anateksis) - Pelelehan parsial kerak benua bagian tengah (anateksis)

Tempat terbentuknya magma (2) 3. Rekahan tengah samodra (mid oceanic rift) - Peleburan mantel atas 4. Rekahan tengah benua (intra continental rift) 5. Kepulauan tengah samudera (mid oceanic island) (Best, 1982; Wilson, 1989)

Composition: Magma Source Mafic Intermediate Felsic Ultramafic mantle Source: Partial Melting of ultramafic mantle at Divergent Zones and…

Composition: Magma Source Mafic Intermediate Felsic Source: Partial Melting of ultramafic mantle at Divergent Zones and … Hot Spots

Composition: Magma Source Mafic Intermediate Felsic Source: Partial Melting of mantle, ocean crust and continent at Subduction Zones

Composition: Magma Source Mafic Intermediate Felsic Source: Partial melting felsic continent above Hot Spots & Subduction Zones

Magma Rises and Cools Extrusive (Volcanic) Surface Magma Chamber Intrusive (Plutonic)

Skema sistem magma dan volkano (Schmincke, 2004)

Proses Kristalisasi Magma Magma yang naik mendekati permukaan bumi biasanya mengalami berbagai ubahan kimia dan mineralogi melalui proses- proses yang disebut diferensiasi, yang menghasilkan bermacam- macam batuan beku dengan komposisi kimia yang berbeda-beda Komposisi asal magma disebut sebagai magma induk atau ‘Parental Magma’ atau ‘Primitive Magma’ Diferensiasi (Differentiation): proses-proses yang menghasilkan magma turunan (derivative magmas) yang berbeda komposisi kimia dan mineralogi dari Primitive Parental Magma Secara umum diferensiasi dianggap terjadi dalam reservoir magma di dalam kerak (kedalaman < 10km), di mana magma dalam kondisi stagnan, mendingin secara perlahan dan mengkristal Proses diferensiasi yang paling penting adalah: Kristalisasi Fraksinasi (fractional crystallization). Proses lainnya antara lain asimilasi dan magma mixing.

Kristalisasi Fraksinasi (fractional crystallization)

Bowen’s reaction series

2. Asimilasi Perubahan komposisi magma,sebagai akibat adanya reaksi antara magma dengan batuan dinding yang berkomposisi berbeda. 3. Percampuran magma induk Magma intermediate, misal andesit sebagai hasil percampuran antara magma basalt dengan riolit.

Asimilasi dan percampuran magma induk (magma mixing) Figure 4.25

Igneous Environments Extrusive Igneous Rock. Produced when lava erupts onto the surface. The lava freezes on exposure to air or water. Crystal grains lack time for growth and are mostly invisible. Intrusive Igneous Rock. Produced by the crystallization of magma while still underground. The magma freezes because of the gradual loss of heat to the country rock. Crystal grains have time to grow and are mostly visible.

Intrusive and Extrusive Fine Grained Coarse Grained

Tipe tubuh batuan terobosan - Sill Bentuk tabular atau seperti lempengan, bersifat konkordan Dapat merupakan bagian tubuh intrusi melapis Tubuh intrusi yang tipis, dapat terbentuk di tempat yang dangkal, menerobos batuan sedimen yang relatif tidak terlipat Sebagian sill berkomposisi batuan basalt yang terbentuk dari magma yang encer. Tubuh sill dapat bersifat sederhana, majemuk, atau terdiferensiasi (bagian dasar tersusun oleh mineral-mineral berat, ke arah atas dapat tersusun oleh mineral-mineral yang lebih ringan).

Lakolit (Laccoliths) Seperti jamur tubuh berbentuk lempengan, dasar mendatar, atap seperti kubah, menerobos perlapisan yang melengkung seperti busur, konkordan sebagian besar bersifat asam atau menengah. Diameter 1-8 km, tebal maksimum 1000 m Di tempat yang dangkal, dapat berubah menjadi sill. Komposisi didominasi oleh magma asam

Lakolit di pegunungan Judith, Montana

Lopolit (Lopoliths) Tubuh berbentuk lempengan atau melensa, permukaan bagian bawah dan atas cekung ke arah atas (seperti cawan atau cerutu) Bersifat basa, konkordan, bagian tengah melesak ke bawah, di daerah yang sedikit terlipat Tebal 1/10 – 1/20 lebar, diameter puluhan-ratusan km, tebal ribuan meter Bersifat mafik atau ultramafik Bentuk kerucut dan lempengan dalam bentuk intrusi mafik melapis

Pakolit Pakolit (Pacoliths) Masa berbentuk lensa, melengkung, menginjeksi secara konkordan perlapisan terlipat (antiklin atau sinklin), intrusi relatif dalam Pasif Pakolit

Korok (Dikes) Tabular, memotong struktur utama (perlapisan atau foliasi) Hubungan tegangan dengan injeksi yang membentuk korok (Anderson dan Hubbert) Arah tegangan terkecil

Korok (Dikes) Tabular, memotong struktur utama (perlapisan atau foliasi)

Ring dike (korok berbentuk cincin) Kemiringan tajam Pergerakan magma ke atas, di sepanjang rekahan silindris dan seperti kerucut, bagian tengah / pusatnya runtuh Lebar beberapa km

Ring dike a. Skema b. Foto udara semenanjung Ardnamurchan, Skotlandia c. Peta geologi

Urat Tabular tipis (lebar beberapa cm) (Charmichael et al., 1971, Ehler dan Blat, 1981; Best, 1982)

Tulungagung, Jawa Timur Stock Batuan beku intrusi yang berbentuk relatif circular, elongated, vertically oriented dengan ukuran yang relatif kecil (luas singkapan <100 km2) Tulungagung, Jawa Timur

Sierra Nevada batolit, California Batolit (Batholiths) Batuan beku intrusi yang berukuran sangat besar, tidak mempunyai dasar, berkomposisi batuan asam (granit, granodiorit), singkapan ribuan km2 Sierra Nevada batolit, California

Pluton Terminologi yang mencakup seluruh tubuh batuan beku intrusi Pluton Terminologi yang mencakup seluruh tubuh batuan beku intrusi. Sering dipakai jika sulit untuk mengklasifikasikan satu tubuh intrusi batuan beku ke dalam salah satu terminologi tertentu, misalnya karena bentuk geometrinya tidak diketahui

Types of Igneous Rock Volcanic (or extrusive) rocks cool from lava eruptions and tend to have a fine-grained texture. Plutonic (or intrusive) rocks solidify underground and tend to have a coarse-grained texture. Fine-grained Coarse-grained

Komposisi batuan beku Mode atau Modal Composition: komposisi mineralogi dari suatu batuan beku Norm: normalisasi komposisi kimia batuan (oksida utama) untuk mengetahui komposisi mineral normative

Mineral penyusun batuan beku

Types of Minerals Essential – Minerals which must be present in order for a rock to be classified with a certain name Accessory – Minerals need not be present in a rock, but which may be present in small amounts 53

Tekstur Batuan Beku

TEKSTUR Definisi : Istilah yang dipakai untuk menjelaskan hubungan antar kristal Pembagian tekstur berdasarkan granularitas : Fanerit Cukup besar, dapat ditentukan dengan mata / lensa pembesar (tubuh intrusi, inti tubuh ekstrusi besar) - Kasar : > 5 mm - Sedang : 1-5 mm - Halus : < 1 – 0,05 mm Afanit (kristalin, sangat halus :< 0,05 mm) Ditentukan dengan mikroskop (tubuh intrusi kecil dekat permukaan bumi, ekstrusi) Gelasan Aliran lava, intrusi-intrusi kecil sangat dangkal

Kristal-kristal kasar : - Pendinginan lambat (kesempatan dalam penambahan ion-ion, pertumbuhan kristal : besar) - Kekentalan magma yang rendah - Proses pengintian sukar terjadi serta berlangsung perlahan-lahan - Jumlah inti kristal yang sedikit : memungkinkan sedikit kristal tumbuh menjadi besar sebelum kristal di sampingnya tumbuh Kristal-kristal dalam basalt yang halus : - Pengintian yang cepat (inti kristal banyak) - Kristalisasi cepat (pendinginan cepat pada permukaan bumi), dihalang-halangi oleh kekentalan magma yang rendah (encer)

Tekstur gelasan dalam riolit : - Pendinginan cepat - Polimerisasi (tetrahedra silika), magma silikaan, (kecepatan kristalisasi) - Migrasi ion yang perlahan-lahan : karena kekentalan magma yang tinggi dapat menghalang-halangi kristalisasi

Pembagian tekstur berdasarkan kristalinitas : Holokristalin Semuanya kristal Hipokristalin Sebagian kristal, sebagian gelas gunungapi Holohialin Semuanya gelas gunungapi

Pembagian tekstur berdasarkan fabrik / hubungan antar kristal : Panidiomorfik granular Sebagian besar tersusun oleh kristal-kristal euhedra Hipidiomorfik granular Sebagian besar tersusun oleh kristal-kristal subhedra Senomorfik / alotriomorfik granular Sebagian besar tersusun oleh kristal-kristal anhedra

Kristal euhedra : Hubungan antar kristal yang dibatasi oleh muka kristalnya sendiri Kristal subhedra Hubungan antar kristal, dengan sebagian muka kristal dibatasi oleh muka kristal mineral yang lain Kristal anhedra Hubungan antar kristal yang semuanya dibatasi oleh muka kristal mineral lain

Textural classification of igneous rocks Phaneritic: crystals visible with naked eye Plutonic or intrusive rocks Aphanitic: crystal too small for naked eye Volcanic or extrusive rocks 3. Porphyritic: two different, dominant grain sizes Large crystals = phenocrysts; small crystals = groundmass 4. Fragmental: composed of disagregated igneous material Pyroclastic rocks

Porphyritic Size Distribution Porphyritic - bimodal size distribution, with large grains surrounded by numerous small grains or glass Phenocrysts - Large crystals formed by relatively slow cooling below the earth’s surface Groundmass - Small crystals or glass, formed by more rapid cooling 62

Textural classification of igneous rocks Pegmatitic: very large xtals (cm to 10s of cm); i.e., slowly cooled Forms veins or layers within plutonic body Glassy: non-crystalline; cools very fast (e.g., obsidian) Volcanic rocks Vesicular: vesicles (holes, pores, cavities) form as gases expand

Igneous Textures - Crystalline Fine Grained Coarse Grained

Keluarga batuan faneritik Granit biotit dari Sibolga, Sumatera Utara, berumur Perm (280-230 juta tahun yang lalu).

Keluarga batuan faneritik Granit biotit, dari pulau Natuna, berumur Perm-Yura (141-280) juta tahun yang lalu.

Keluarga batuan faneritik Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten Kepulauan Riau, berumur Trias-Jura (248-131 juta tahun yang lalu) Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten Kepulauan Riau, nerumur Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten k

Keluarga batuan faneritik Mikrogranit dari Sibolga, Sumatera Utara, berumur Perm (280-230 juta tahun yang lalu).

Keluarga batuan faneritik Aplit, dari Bourder County, Colorado, berumur Pra-Kambrium (>500 juta tahun yang lalu)

Keluarga batuan faneritik Pegmatit, dari Portland, Middlesex County, Connecticut, berumur Devon Atas (360-345 juta tahun yang lalu).

Igneous Textures - Crystalline Porphyritic Masa dasar (Groundmass) Fenokris (Phenocrysts)

Glassy Vesicular

Pyroclastic/Fragmental Made of rock fragments rather than crystals

STRUKTUR BATUAN BEKU Definisi : Istilah yang dipakai untuk menjelaskan hubungan antar kumpulan mineral / material penyusun batuan Macam-macam struktur : Perlapisan bersusun (intrusi melapis) Skoriaan Vesikuler Amigdaloidal Trasitik Perlitik Kekar tiang dan lembaran Lava bantal

Struktur Perlapisan dalam batuan beku Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten Kepulauan Riau, berumur Trias-Jura (248-131 juta tahun yang lalu) Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten Kepulauan Riau, nerumur Granit biotit berlapis, dari pantai Trikora, pulau Bintan, kabupaten k

Columnar Joints Aso Caldera Volcanic Rocks Japan

Igneous Rocks Classification

KLASIFIKASI DAN PENAMAAN BATUAN BEKU NON FRAGMENTAL Terutama Berdasarkan: Tekstur: biasanya dipakai pertama kali karena memberikan bukti ttg genesa dan dapat dipakai untuk klasifikasi yang umum Komposisi: utamanya komposisi mineralogi tapi bisa juga kimia

KLASIFIKASI BATUAN BEKU Berdasarkan cara terjadinya : Batuan pluton Batuan hipabisal Batuan gunungapi

BATUAN PLUTON Membeku di tempat yang dalam (abisal), tubuh intrusi besar (batolit, stok dan pluton-pluton besar lain), membeku perlahan-lahan Berbutir sangat kasar, medium-kasar; secara lokal ditemukan tekstur porfiritik; non porfiritik, subhedra atau anhedra

BATUAN HIPABISAL Mengristal di bawah kondisi yang terpengaruh antara batuan pluton dan batuan gunungapi, intrusi dangkal kecil, dekat permukaan bumi (hipabisal), pada kerak benua bagian atas, korok, sill, sumbat gunungapi, leher gunungapi atau tubuh yang lebih besar (lakolit) pada tempat yang dangkal, dapat mendingin cukup cepat Pada umumnya berbutir fanerik halus, porfiritik, porfiritik (masadasar halus, tanpa gelas volkanik Bagian tepi intrusi dalam yang mendingin cepat dan menerobos batuan yang dingin dapat mempunyai sifat batuan hipabisal

BATUAN GUNUNGAPI Membeku cepat, pada atau amat dekat dengan permukaan bumi, afanitik dengan sedikit atau tanpa campuran gelas, sangat halus-gelasan; klastik Kristalisasi fenokris cenderung terjadi pada kisaran suhu yang tinggi, sehingga muncul mineral-mineral yang terbentuk pada suhu tinggi, P rendah (sanidin dan plagioklas suhu tinggi) Fenokris biotit, hornblenda, kuarsa Ada dua fase pendinginan : fase intertelurik di tempat yang dalam (fenokris) dan fase efusif (masadasar afanitik), yaang menghasilkan tekstur porfiritik

Compositional terms for igneous rocks minerals Mineral felsik - Warna putih, abu-abu, merah muda, rapat jenis rendah - Kuarsa, feldspar, feldspatoid Mineral mafik Warna gelap, hijau, coklat, hitam, rapat jenis tinggi ( > 3,80) - Piroksen, amfibol, olivin, biotit

Compositional terms for igneous rocks classification Felsic: feldspar + silica ~55-70% silica, K-feldspar > 1/3 of feldspars present light-colored silicate minerals — Continental crust Intermediate: between felsic and mafic ~55-65% silica, plag > 2/3 of feldspars present Na-rich plag predominates over Ca-rich plag Mafic: magnesium + ferric iron ~45-50% silica; Ca-rich plag dominant feldspar dark silicate minerals — Oceanic crust Ultramafic: >90% mafic minerals, silica < 45%, few or no feldspars Mantle-derived

KLASIFIKASI BATUAN BEKU Berdasarkan komposisi mineralogi : Batuan felsik - Mineral mafik tidak melimpah – sedikit (< 40 %) Batuan mafik - Mineral mafik melimpah ( 40 – 70 %) Batuan ultramafik - Mineral mafik sangat melimpah (> 90 %)

KLASIFIKASI BATUAN BEKU BERDASARKAN KEJENUHAN SILIKA Batuan sangat jenuh silika (silica-oversaturated) - Kuarsa Batuan jenuh silika (silica-saturated) - Mineral jenuh silika Batuan tidak jenuh silika (silica-undersaturated) - Feldspatoid, + olivin, + korundum Olivin (Mg2SiO4) + SiO2 piroksen (2 MgSiO3) Feldspatoid (KAlSiO2O6) + SiO2 feldspar (KAlSi3O8)

Mineral jenuh silika - Semua feldspar, piroksen / miskin Ti, amfibol,mika, olivin / kaya Fe, magnetit, ilmenit Mineral tidak jenuh silika - Leusit, nefelin, olivin / kaya Mg, piroksen / kaya Ti, korundum

KLASIFIKASI KIMIA BATUAN BEKU Berdasarkan kandungan silika (SiO2) : Asam - SiO2 : > 66 % - Granit, sienit, diorit kuarsa, trasit Menengah - SiO2 : 52 – 66 % - Diorit, granodiorit, andesit Basa - SiO2 : 45 – 52 % - Gabro, basalt Ultrabasa - SiO2 : < 45 % - Peridotit, dunit

Classification of common igneous rocks Composition Phaneritic Aphanitic Color index (% dark minerals) Felsic Granite Syenite Monzonite Rhyolite Trachyte Latite 10 15 20 Intermediate Granodiorite Diorite Dacite Andesite 25 Mafic Gabbro Basalt 50 Ultramafic Peridotite 95

The IUGS Igneous Rocks Classification

Classification of Phaneritic Igneous Rocks Q The rock must contain a total of at least 10% of the minerals below. Quartzolite Renormalize to 100% 90 90 Quartz-rich Granitoid Plutonic rocks 60 60 Granite Grano- Tonalite Alkali Feldspar Granite diorite Alkali Fs. 20 20 Qtz. Diorite/ Quartz Syenite Quartz Quartz Quartz Qtz. Gabbro Alkali Fs. Syenite Monzonite Monzodiorite Syenite 5 5 Diorite/Gabbro/ Syenite Monzonite Monzodiorite A 10 35 65 90 Anorthosite (Foid)-bearing (Foid)-bearing (Foid)-bearing P Syenite Monzonite Monzodiorite (Foid)-bearing 10 10 Diorite/Gabbro (Foid)-bearing Alkali Fs. Syenite (Foid) Syenite (Foid) (Foid) Monzosyenite Monzodiorite (Foid) Gabbro A classification of the phaneritic igneous rocks. a. Phaneritic rocks with more than 10% (quartz + feldspar + feldspathoids). After IUGS. 60 60 (Foid)olites F

Classification of Gabbroic Igneous Rocks A classification of the phaneritic igneous rocks. b. Gabbroic rocks. c. Ultramafic rocks. After IUGS. Ultramafic rocks Olivine Dunite 90 Peridotites Wehrlite Harzburgite Lherzolite 40 Olivine Websterite Pyroxenites Orthopyroxenite 10 (c) Websterite 10 Clinopyroxenite Orthopyroxene Clinopyroxene

Classification of Aphanitic Igneous Rocks Volcanic rocks A classification and nomenclature of volcanic rocks. After IUGS.

Chemical Classification of Igneous Rocks A chemical classification of volcanics based on total alkalis vs. silica. After Le Bas et al. (1986) J. Petrol., 27, 745-750. Oxford University Press.

Igneous Rocks Mafic Intermediate Felsic Fine Coarse Gabbro Diorite Granodiorite Granite Fine Coarse Basalt Andesite Dacite Rhyolite

Ultramafic Rock - Dunite