DIAGENESIS
DIAGENESIS
1. PENDAHULUAN
Material sedimen yang baru terendapkan dicirikan oleh material
lepas, tidak kompak, porositas tinggi, dan kandungan air yang
tinggi pula. Pengendapan yang terus berlangsung, terutama bersamaan
dengan penurunan cekungan sedimentasi, menyebabkan sedimen yang
lebih muda akan memberikan tekanan pada sedimen dibawahnya. Proses
ini akan diiringi oleh perubahan sifat fisik dan kimia sedimen
akibat tekanan dan perubahan temperatur pada lingkungan yang
semakin dalam. Perubahan tersebut akan menyebabkan terjadinya
proses kompaksi dan litifikasi pada material sedimen sehingga
terjadilah perubahan, dari material sedimen lepas menjadi batuan
sedimen. Semua proses yang mengakibatkan perubahan sedimen menjadi
batuan sediment, disebut proses diagenesis. Proses diagenesis
terjadi pada temperatur dan tekanan yang lebih tinggi dari
temperatur dan tekanan pada proses pelapukan, tetapi lebih rendah
dari kondisi proses metamorfisme. Meskipun demikian tidak diketahui
batas yang pasti antara proses diagenesis dengan proses
metamorfisme (Gambar1).
Proses diagenesis dimulai ketika adanya aktivitas organik atau
awal dari proses sementasi ketika material sedimen masih di dasar
cekungan sedimentasi. Komposisi mineral asal, kemungkinan mengalami
perubahan karena terjadinya reaksi kimia yang mengakibatkan
terjadinya penggantian mineral, terbentuknya mineral baru dan
pelarutan mineral. Proses-proses tersebut mengakibatkan perubahan
tekstur batuan, struktur, komposisi dan porositas batuan sedimen.
Porositas awal endapan sedimen dapat mengalami perubahan karena
adanya proses yang berlangsung selama proses diagenesis. Porositas
awal akan mengalami penurunan karena adanya proses kompaksi dan
sementasi. Sedangkan peningkatan porositas awal disebabkan oleh
adanya proses pelarutan dari mineral-mineral yang tidak stabil.
2. PROSES DIAGENESIS
Proses diagenesis dapat disebabkan oleh proses fisika, kimia,
dan biologi. Bermacam proses diagenesis dan hasilnya dapat dilihat
pada tabel 1. Alterasi sedimen akibat aktivitas organik merupakan
proses awal dari proses diagenesis. Kompaksi merupakan proses
fisika yang terjadi segera setelah material sedimen mengalami
penimbunan dan berlanjut terus sampai ke tempat yang lebih dalam.
Proses sementasi merupakan proses kimia yang dapat terjadi pada
awal proses diagenesis dan dapat terus berlanjut pada waktu
material sedimen mengalami penimbunan dan pengangkatan.
Tabel 1. Proses-proses diagenesis yang mengubah komposisi
mineral dan sedimen
menjadi batuan sedimen.
Aktivitas Organisme
Aktivitas organisme terjadi pada awal proses diagenesis segera
setelah material sediment mengalami pengendapan. Aktivitas
organisme akan mempercepat atau memacu terjadi proses diagenesis
lainnya. Organisme yang menyebabkan proses ini dapat merupakan
organisme yang sangat kecil (mikrobia) atau organisme yang besar
(bioturbasi).
Bioturbasi, merupakan proses pada endapan sedimen oleh organisme
seperti burowing, boring. Kebanyakan bioturbasi terjadi pada
sedikit dibawah permukaan pengendapan, setelah pengendapan material
sedimen dengan kedalaman beberapa puluh sentimeter. Proses ini akan
membentuk kenampakan yang khas pada batuan sediment yang disebut
struktur sediment.
Aktifitas mikrobia. Aktivitas jasad renik sangat berhubungan
dengan proses dekomposisi material organik. Proses dekomposisi
material organik akan mempengaruhi pH dan Eh air pori sehingga
mempercepat terjadinya reaksi kimia dengan mineral penyusun
sediment. Aktivitas mikrobia ini antara lain fermentasi, respirasi,
pengurangan nitrat, mangan, besi, sulfat dan pembentukan gas
methan. Proses ini akan menghasilkan bermacam senyawa seperti gas
CO2, N, PO4, amonia, bikarbonat, H2S, gas metane, dan pelepasan ion
logam (Fe dan Mg).
Proses Diagenesis Fisika
Kompaksi merupakan proses penyusunan kembali butiran sedimen
sehingga menghasilkan hubungan antara butiran yang lebih rapat.
Hasil dari proses kompaksi adalah
Penurunan porositas dan permeabilitas sedimen
Pengeluaran fluida dari pori antar butiran
Penipisan perlapisan
Proses kompaksi pada material sedimen silisiklastik terutama
yang berukuran pasir, dan sedimen karbonat banyak diminati oleh
para sedimentologist, karena batupasir dan batugamping merupakan
batuan reservoir minyak bumi yang sangat penting.
Proses kompaksi sedimen silisiklastik
Secara teori, proses kompaksi pada sedimen lisiklastik dengan
bentuk butir yang membundar akan menurunkan porositas dari sekitar
48% menjadi sekitar 26% (Gambar 2). Tetapi karena bentuk butir
sedimen pasir dan lumpur di alam tidak beraturan, sehingga
perubahan porositas akibat kompaksi sulit untuk diperkirakan.
Proses kompaksi pada pasir sangat tergantung pada porositas dan
orientasi awal, ukuran butir, bentuk butir, keseragaman butiran,
dan komposisi partikel sedimen.
Dengan banyaknya faktor yang berpengaruh pada proses kompaksi
menyebabkan sangat sulit untuk mengeneralisir penurunan porositas
akiat proses kompaksi. Pada material sedimen yang berbutir halus
(lumpur), proses ini dapat menyebabkan penurunan kandungan air dan
porositas dari 60 80 % menjadi 10 15%.
Proses kompaksi pada batuan karbonat
Pengurangan ketebalan lapisan sampai 50%
Penurunan porositas awal dari 65 70% menjadi 35 45% pada
kedalaman sekitar 350 meter.
Proses Diagenesis Kimia
Proses diagenesis kimia merupakan reaksi yang komplek antara
batuan dan cairan yang terdapat di dalam lubang antar butiran
(pori-pori). Ada beberapa macam proses diagenesis kimia, yaitu,
sementasi, autogenetik, rekristalisasi, inversi, replacement, dan
dissolution (Tabel 1).
Sementasi
Proses sementasi merupakan pembentukan mineral baru dalam pori
batuan oleh proses presipitasi. Proses ini dapat juga terjadi
karena adanya penambahan unsur kimia pada butiran mineral penyusun
sedimen sehingga menyebabkan mineral tersebut semakin bertumbuh.
Semen dapat mengisi semua lubang pori batuan, sehingga dapat
menurunkan porositas batuan menjadi nol. Semen juga mengikat
material sedimen, dan proses sementasi merupakan proses kimia yang
menyebabkan terjadinya proses pembatuan. Proses sementasi terjadi
terutama pada tingkat awal hingga pertengahan proses diagenesis,
atau dapat juga terjadi pada akhir atau bahkan setelah terjadinya
proses pengangkatan batuan sedimen. Proses sementasi yang terjadi
lebih awal dapat mengurangi proses pemadatan mekanik sedimen,
kecuali semen yang terbentuk mengalami pelarutan kembali.
Pada batupasir, semen dapat diamati dengan baik pada sayatan
tipis batuan dengan menggunakan mikroskop polarisasi. Mineral
kalsit dan kuarsa merupakan semen yang sangat umum pada batupasir
atau batuan silisiklastik lainnya. Sedang mineral lain yang dapat
menjadi semen pada batupasir antara lain aragonit, dolomit,
siderit, chert, opal, hematit, felspar, anhidrit, gipsum, barit,
mineral zeolit, dan mineral lempung.
Pada batuan karbonat proses sementasi juga merupakan fenomena
yang sangat menarik. Bersama dengan proses rekristalisasi, proses
sementasi merupakan proses yang menyebabkan terjadinya litifikasi
pada batuan karbonat. Mineral aragonit, dolomit dan kalsit
merupakan mineral yang umum sebagai semen dalam batuan karbonat.
Pada waktu proses diagenesis, mineral aragonit mengalami alterasi
menjadi mineral kalsit dengan bertambahnya waktu, sehingga semen
kalsit umumnya terdapat pada batugamping yang berumur tua.
Autogenetik
Pada pengertian yang luas, autigenetik merupakan semua proses,
termasuk proses sementasi dan replacement, yang mengakibatkan
terbentuknya mineral baru didalam sedimen atau batuan sedimen.
Tetapi pada proses diagenetik, autigenetik merupakan proses
pembentukan mineral baru, selain proses sementasi dan replacement.
Mineral baru ini terbentuk akibat proses kristalisasi larutan atau
alterasi dari mineral atau fragmen batuan. Ada enam (6) proses
pembentukan mineral baru dalam sedimen, yaitu
1. Pembentukan mineral pirit dari mineral yang mengandung besi
pada kondisi reduksi. Proses ini biasanya berasosiasi dengan
batupasir dan batulunpur yang berwarna gelap dan kaya material
organik.
2. Pembentukan mineral hematit dan limonit dari mineral yang
mengandung besi karena porses oksidasi.
3. Pembentukan mineral-mineral biotit, muskovit, klorit, ilit,
dan glokonit dari alterasi mineral lempung
4. Alterasi mineral felspar dan membentuk mineral lempung dan
muskovit yang berbutir halus.
5. Alterasi debu vulkanik yang membentuk mineral smektit dan
zeolit.
6. Pembentukan mineral kuarsa dan felspar autigenik.
Penggantian (Replacement)
Proses penggantian (replacement) merupakan proses pelarutan
mineral atau sebagian mineral pada waktu terjadinya proses
diagenesis, dan terjadinya proses kristalisasi mineral baru yang
berbeda komposisinya pada tempat mineral yang mengalami pelarutan.
Tekstur dan struktur awal pada umumnya tidak mengalami perubahan
(terawetkan). Contoh yang baik adalah proses pembentukan fosil kayu
(petrified wood). Proses penggantian mineral pada proses diagenesis
merupakan proses yang sangat umum terjadi pada batuan sedimen
silisiklastik maupun sedimen karbonat. Proses ini dikontrol oleh
pH, Eh, temperatuir, tekanan, dan kehadiran ion lainnya didalam
larutan.
Inversi
Proses penggantian mineral oleh bentuknya yang lain biasanya
terjadi pada mineral yang polimorf (mineral dengan komosisi kimia
sama tetapi bentuknya berbeda). Contohnya adalah perubahan mineral
aragonit (CaCO3 ortorombik) menjadi kalsit (CaCO3 rombohedral).
Contoh lain adalah perubahan dari opal A (SiO2 amorf), menjadi opal
CT yang mengandung kristobalit (SiO2 ortorombik), kemudian tridimit
(SiO2 tetragonal), dan akhirnya menjadi kuarsa (SiO2 rombohedral).
Proses ini biasanya bersama-sama dengan proses rekristalisasi.
Rekristalisasi
Proses ini sering dikacaukan dengan pengertian proses
penggantian (replacement) dan inversi. Tetapi pada pengertian yang
lebih sempit, rekristalisasi merupakan proses perubahan ukuran dan
bentuk kristal mineral tanpa perubahan yang berarti pada komposisi
kimianya. Oleh sebab itu akibat rekristalisasi, tekstur dan
struktur awal mineral mengalami perubahan total. Proses
rekristalisasi dapat terjadi pada semua batuan sedimen, tetapi
proses ini sangat umum pada batuan sedimen nonsilisiklastik,
terutama batuan karbonat.Contohnya perubahan dari lumpur karbonat
menjadi batugamping kristalin kasar. Oolit menjadi mosaik kristal
yang kasar.
Pelarutan
Proses pelarutan merupakan proses diagenesis yang penting yang
menyebabkan meningkatnya porositas dan penipisan lapisan batuan
sediment, terutama pada batuan yang mudah larut seperti batuan
karbonat dan evaporit. Proses ini dikontrol oleh pH, Eh,
temperatur, tekanan, tekanan parsial CO2, komposisi kimia dan ionik
strengh. Proses pelarutan juga dikontrol oleh porositas dan
permeabilitas awal, mineralogi dan ukuran butir sedimen
Material yang paling mudah larut dalam batupasir adalah semen
kalsit, sehingga efek utama dari proses pelarutan adalah
penghilangan semen. Proses ini disebut desementasi. Mineral
metastabil pada batupasir seperti felspar, fragmen batuan dan
mineral berat, dapat juga mengalami proses pelarutan. Proses ini
disebut intrastratal solution.
Proses pelarutan semen dan sebagian mineral-mineral tidak stabil
dalam batupasir merupakan proses penting terbentuknya porositas
sekunder batupasir. Porositas primer batupasir akan mengalami
penurunan sampai nol karena proses penimbunan dan sementasi sampai
kedalaman lebih dari 3000 meter. Tetapi porositas sekunder akan
bertambah karena proses pelarutan semen kalsit dan berkurangnya
mineral tidak stabil pada kedalaman lebih dari 7000 meter (gambar
3)
3. LINGKUNGAN PROSES DIAGENESIS
Tekanan pada lingkungan proses diagenesis
Pembebanan sediment pada sediment di bawahnya akan meningkatkan
tekanan pada sediment seperti halnya peningkatan tekanan fluida
yang terdapat pada lubang antar butiran. Tekanan yang dihasilkan
dari pembebanan ini menyebabkan batuan akan mengalami diagenesis.
Tekanan yang diakibatkan oleh pembebanan ini disebut geostatic
pressure atau lithostatic pressure. Perubahan geostatic pressure
karena perubahan kedalaman disebut geostatic gradient. Besarnya
geostatic gradient bervariasi tergantung dari densitas material
penyusun lapisan yang menjadi beban. Akibat peningkatan lithostatic
pressure selama proses diagenesis, adalah proses pemadatan dan
berkurangnya nilai porositas sediment. Tekanan ini juga
mempengaruhi stabilitas mineral, sehingga mineral penyusun sediment
dapat lenyap dan atau terjadinya pembentukan mineral autigenik.
Tekanan fluida terjadi karena peningkatan berat dari fluida yang
terdapat di dalam rongga pori antar butiran dan peningkatan
besarnya karena bertambahnya kedalaman, tergantung pada densitas
dari fluidanya. Tekanan fluida ini disebut hydrostatic pressure,
dan peningkatannya karena kedalaman disebut hydrostatic gradient.
Peningkatan tekanan fluida menakibatkan larutnya gas-gas yang
terdapat di dalam pori antar butiran. (Gambar 4)Temperatur proses
diagenesis.
Gradient temperature. Penumpukan sediment disertai dengan
peningkatan temperature sekitar 20 - 30C setiap kedalaman I km.
Peningkatan temperature dengan bertambahnya kedalaman dikenal
dengan gradient temperature (geothermal gradient). Besarnya
gradient temperature di setiap tempat tidak sama mulai dari yang
sangat rendah sekitar 5C/km sampai yang paling ekstrim sekitar
65C/km. Gradient temperature yang tinggi terdapat pada daerah
dengan aktivitas vulkanik yang tinggi, pada system rift, dan di
sepanjang pematang lantai dasar samudera. Sedang harga gradient
temperature yang rendah terdapat pada palung laut dalam, dan yang
nilainya menengah terdapat pada daerah non vulkanik pada kerak
benua.
Komposisi kimia, pH, dan Eh airtanah.
Pengukuran langsung harga pH dan Eh air tanah sulit dilakukan,
sehingga pengukuran nya sering dilakukan pada air hasil pemboran.
Harga pH dan Eh dari air pemboran ini tidak sepenuhnya benar,
karena adanya kontaminasi maupun proses oksidasi, dan lepasnya gas
yang terkandung di dalamnya. Harga pH kebanyakan air formasi
berkisar antara 7 sampai 9. Meskipun tidak ada data yang akurat
mengenai hubungan antara pH dengan kedalaman, tetapi harga pH
cenderung meningkat dengan meningkatnya kedalaman. Peningkatan
harga pH ini disebabkan oleh lepasnya ion hidrogen dari air pori
yang masuk ke dalam mineral selama proses diagenesis. Naiknya pH
juga disebabkan karena meningkatnya temperatur air pori, meskipun
tidak begitu jelas apakah meningkatnya pH terjadi pada semua
peningkatan kedalaman atau pada setiap peningkatan temperatur.
Harga Eh lebih sulit untuk diketahui dari pada pH. Hal ini
disebabkan karena kebanyakan air permukaan mengalami oksidasi, dan
air tersebut mengalami sirkulasi sampai kedalaman tertentu,
sehingga air bawah tanah yang berasal dari air permukaan
diasumsikan juga mengalami oksidasi. Sebaliknya air bawah permukaan
yang berasal dari air konat, merupakan air yangterjebak pada
pembentukan batuan sediment, telah tersimpan lama di dalam formasi
batuan, sehingga sudah tidak berhubungan dengan atmosfer. Beberapa
air konat, terutama yang berhubuingan dengan minyak bumi mempunyai
nilai Eh yang negative. Nilai Eh negatif juga dijumpai pada serpih
yang kaya bahan organik dan pada lapisan batubara.
Komposisi kimia air bawah tanah pada lingkungan diagenesis
sangat berbeda dengan komposisi air laut dan air tawar di
permukaan. Komposisi air bawah tanah tergantung pada beberapa
faktor yang dapat berubah tergantung pada proses diagenesis, juga
pada perbedaan cekungan sedimentasi, dan kedalamannya.
Faktor-faktor yang mengontrol komposisi kimia air bawah permukaan
adalah, 1. komposisi air yang terdapat pada cekungan sedimentasi,
2. interaksi airtanah dengan batuannya, 3. percampuran air tanah
dengan air tanah dari tempat lain yang berbeda komposisinya pada
saat migrasi air melalui pori antar butiran. 4. KONTROL UTAMA
PROSES DIAGENESIS
Komposisi mineral awal. Selain kondisi lingkungan proses
diagenesis, perubahan komposisi mineral akibat proses diagenesis
tergantung pada komposisi awal sediment sebelum mengalami proses
diagenesis. Sediment yang kaya material vulkanik dan feldspar akan
mengandung mineral autigenik klorit dan monmorilonit yang kaya
magnesium, besi, kalsium, dan potassium. Sebaliknya mineral
autigenik dari batupasir kuarsa adalah kaolinit dan
kuarsa.Komposisi kimia air pada lingkungan pengendapan. Lingkungan
pengendapan batuan sediment kehadiran macam mineral autigenik di
dalam batuan sediment. Air bawah tanah yang mengisi pori antar
butiran pada waktu sediment terendapkan, akan mengkristal dan
membentuk mineral autigenikTatanan tektonik. Kondisi fisika dan
kimia lingkungan bawah permukaan yang mengontrol proses diagenesis
tergantung pada letak cekungan sedimentasi pada tatanan
tektoniknya. Tatanan lempeng tektonik yang berasosiasi dengan
proses diagenesis termasuk mid-ocean ridges, trailing edge
continental margins, subduction zones, continent-to-continent
collision zones, rift valleys, dan interplate settings.5. AKIBAT
DARI PROSES DIAGENESIS
Proses diagenesis menyebabkan terjadinya variasi tekstur,
komposisi mineral, sifat fisika, dan sifat kimia batuan
sediment.Perubahan utma akibat proses diagenesis dapat
dikelompokkan menjadi perubahan sifat fisikanya, perubahan
komposisi mineral, dan perubahan sifat kimia batuan
sediment.Perubahan sifat fisik
Sifat fisik yang mengalami perubahan selama proses diagenesis
adalah tekstur. Proses diagenesis yang menyebabkan perubahan
tekstur antara lain bioturbation, kompaksi, sementasi, dan
pelarutan. Perubahan komposisi mineral
Perubahan komposisi mineral yang terjadi selama proses
diagenesis dihasilkan dari proses sementasi, autigenik,
replacement, inversion, dan solution. Tergantungb dari prosesnya,
mineral penyusun sediment akan hilang atau terbentuknya mineral
yang baru. Meskipun demikian perubahan mineralogy akibat proses
diagenesis tidak selalu dapat dikenali dengan mudah. Hanya semen
pada batuan sediment yang mudah dikenali karena mengisi pori antar
butiran.
Perubahan sifat kimia
Perubahan komposisi mineral batuan sediment selama proses
diagenesis diiringi dengan perubahan komposisi kimia batuan
sediment Beberapa senyawa kimia dalam sedimen dapat mengalamai
penambahan atau hanya perubahan yang terjadi pada komponen penyusun
sedimen itu sendiri. Seperti misalnya kalsium atau silika bertambah
karena proses sementasi selama diagenesis atau kah penambahan itu
disebabkan karena terjadinya pelarutan mineral karbonat atau
silikat penyusun sediment itu sendiri. Oleh sebab itu sangat sulit
menghitung jumlah perubahan komposisi kimia sediment karena tidak
diketahui dengan pasti komposisi awal sediment tersebut. Oleh sebab
itu para sedimentologist tidak menggunakan kom,posisi kimia batuan
sediment untuk mempelajari lingkingan pengendapan dan provenance
batuan sediment.
Gambar 1. Diagram yang
menggambarkan hubungan antara tekanan dan temperatur yang
mengontrol proses diagenesis dan metamorfisme
Gambar 2. Diagram yang menggambarkan perubahan porositas sedimen
pasir mulai dari porositas awal 50% (A), 40% (B), 30% (C), dan
terakhir 20% (C) akibat proses kompaksi.
Gambar 3. Perubahan porositas primer dan sekunder pada batupasir
karena perubahan kedalaman.
Gambar 4. Nilai rata geothermal gradient, geostatic pressure
gradient, dan hydrostatic pressure gradient.
PAGE 70