Jiwa Sang Geologist

BATUAN DAN MINERAL

Batuan dan Mineral

           Batuan adalah sekumpulan mineral-mineral yang menjadi satu. Bisa terdiri dari satu atau lebih mineral. Lapisan lithosphere di bumi terdiri dari batuan. Sedangkan mineral adalah substansi yang terbentuk karena kristalisasi dari proses geologi, yang memiliki komposisi fisik dan kimia.
 
           Batuan diklasifikasikan berdasarkan mineral dan komposisi kimia, dengan tekstur partikelnya dan dengan proses terbentuknya. Maka batuan diklasifikasikan menjadi Igneous, Sedimentary dan Metamorphic. Ketiga jenis batuan ini pada proses pembentukannya saling melengkapi dan berupa siklus. Lihat gambar siklus pembentukan batuan.
1. Igneous Rock (Batuan Beku), terbentuk oleh pembekuan magma dan dibagi menjadi batuan plutonic dan batuan volcanic. Plutonik atau intrusive terbentuk ketika magma mendingin dan terkristalisasi perlahan didalam crust (contohnya granite). Sedangkan volcanic atau extrusive membeku dan terbentuk pada saat magma keluar kepermukaan sebagai lava atau fragment bekuan (contohnya batu apung dan basalt).
2. Sedimentary Rock (Batuan Sedimen), terbentuk karena endapan dari hasil erosi material-material batuan, organic, kimia dan terkompaksi serta tersementasi. Batuan ini terbentuk di permukaan bumi yang terdiri dari; 65% Mudrock (mudstone, shale dan siltstone); 20%-25% Sandstone dan 10%-15% Carbonate Rock (limestone dan dolostone).
3. Metamorphic Rock (Batuan Metamorf), terbentuk hasil ubahan/alterasi dari mineral dan batuan lain karena pengaruh tekanan dan temperatur. Tekanan dan temperatur yang mempengaruhi pembentukan batuan ini sangat tinggi dari pada pembentukan batuan beku dan sedimen sehingga mengubah mineral asal menjadi mineral lain.

Sedangkan Mineral diklasifikasikan berdasarkan sifat fisik dan komposisi kimia. Sifat fisik mineral antara lain berdasarkan:

1. Struktur kristal, diamati melalui mikroskop.
2. Kekerasan (Hardness), diukur berdasarkan Mohs scale (1-10) ;
    - Talc Mg3Si4O10(OH)2
    - Gypsum CaSO4•2H2O
    - Calcite CaCO3
    - Fluorite CaF2
    - Apatite Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
    - Orthoclase KAlSi3O8
    - Quartz SiO2
    - Topaz Al2SiO4(OH,F)2
    - Corundum Al2O3
    - Diamond C (pure carbon)
3. Kilap (Luster), diukur dari interaksi terhadap cahaya.
4. Warna (Colour), tampak oleh mata.
5. Streak 
6. Cleavage 
7. Fracture 
8. Specific gravity 
9. Lain-lain (Fluorescence, Magnetism, Radioaktivity, dll).

Mineral diklasifikasikan berdasarkan komposisi kima dengan grup anion. 

1. Silicate Class, merupakan grup terbesar. silicates (sebagian besar batuan adalah >95% silicates), yang terdiri dari silicon dan oxygen, dan dengan ion tambahan seperti aluminium, magnesium, iron, dan calcium. Contoh lain seperti feldspars, quartz, olivines, pyroxenes, amphiboles, garnets, dan micas.

2. Carbonate Class, merupakan mineral yang terdiri dari anion (CO3)2- dan termasuk calcite dan aragonite (keduanya merupakan calcium carbonate), dolomite (magnesium/calcium carbonate) dan siderite (iron carbonate). Carbonate terbentuk pada lingkungan laut oleh endapan bangkai plankton. Carbonate juga terbentuk pada daerah evaporitic dan pada daerah karst yang membentuk gua/caves, stalactites dan stalagmites.Carbonate class juga termasuk mineral-mineral nitrate dan borate.

3. Sulfate Class, Sulfates terdiri dari anion sulfate, SO42-. Biasanya terbentuk di daerah evaporitic yang tinggi kadar airnya perlahan-lahan menguap sehingga formasi sulfate dan halides berinteraksi. Contoh sulfate; anhydrite (calcium sulfate), celestine (strontium sulfate), barite (barium sulfate), dan gypsum (hydrated calcium sulfate). Juga termasuk chromate, molybdate, selenate, sulfite, tellurate, dan mineral tungstate.

4. Halide Class, halides adalah grup mineral yang membentuk garam alami (salts) dan termasuk fluorite (calcium fluoride), halite (sodium chloride), sylvite (potassium chloride), dan sal ammoniac (ammonium chloride). Halides, seperti halnya sulfates, ditemukan juga di daerah evaporitic settings seperti playa lakes dan landlocked seas seperti Dead Sea dan Great Salt Lake. The halide class termasuk juga fluoride, chloride, dan mineral-mineral iodide.

5. Oxide Class, Oxides sangatlah penting dalam dunia pertambangan karena bijih (ores) terbentuk dari mineral-mineral dari kelas oxide. Kelas mineral ini juga mempengaruhi perubahan Kutub Magnetic Bumi. Biasanya terbentuk dekat dengan permukaan bumi, teroksidasi dari hasil pelapukan mineral lain dan sebagai mineral asesori pada batuan beku crust dan mantle. Contoh mineral Oxides; hematite (iron oxide), magnetite (iron oxide), chromite (iron chromium oxide), spinel (magnesium aluminium oxide – mineral pembentuk mantle), ilmenite (iron titanium oxide), rutile (titanium dioxide), dan ice (hydrogen oxide). Juga termasuk mineral-mineral hydroxide.

6. Sulfide Class, hampir serupa dengan Kelas Oxide, pembentuk bijih (ores). Contohnya termasuk pyrite (terkenal dengan sebutan emas palsu ‘fools’ gold), chalcopyrite (copper iron sulfide), pentlandite (nickel iron sulfide), dan galena (lead sulfide). Termasuk juga selenides, tellurides, arsenides, antimonides, bismuthinides, dan sulfosalts.

7. Phosphate Class, termasuk mineral dengan tetrahedral unit AO4, A dapat berupa phosphorus, antimony, arsenic atau vanadium. Phospate yang umum adalah apatite yang merupakan mineral biologis yang ditemukan dalam gigi dan tulang hewan. Termasuk juga mineral arsenate, vanadate, dan mineral-mineral antimonate.

8. Element Class, terdiri dari metal dan element intermetalic (emas, perak dan tembaga), semi-metal dan non-metal (antimony, bismuth, graphite, sulfur). Grup ini juga termasuk natural alloys, seperti electrum, phosphides, silicides, nitrides dan carbides.

9. Organic Class, terdiri dari substansi biogenic; oxalates, mellitates, citrates, cyanates, acetates, formates, hydrocarbons and other miscellaneous species. Contoh lain juga; whewellite, moolooite, mellite, fichtelite, carpathite, evenkite and abelsonite

Metode Magnetotelluric (MT) dan CSAMT (Controlled Source Audio-frequency Magneto-telluric)

Magnetotelurik

Magnetotelluric (MT) adalah metode pasif yang mengukur arus listrik alami dalam bumi, yang dihasilkan oleh induksi magnetik dari arus listrik di ionosfer. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sifat listrik bahan pada kedalaman yang relatif besar (termasuk mantel) di dalam bumi. Dengan teknik ini, variasi waktu pada potensi listrik diukur pada stasiun pangkalan dan stasiun survei. Perbedaan pada sinyal tercatat digunakan untuk memperkirakan distribusi resistivitas listrik bawah permukaan.Teknik prospeksi tahanan listrik untuk menentukan kedalaman formasi batuan sedimen yang berada jauh di dalam bumi dengan cara mengukur tahanan jenis formasi batuan tersebut berdasarkan pengukuran serempak medan listrik dan medan magnet yang berosilasi pada lokasi yang sama, yaitu dengan mencatat rentang frekuensi yang tergantung dari kedalaman sasaran

Metode pengukuran MT (magnetotelluric) dan AMT (audio magnetotelluric) secara umum adalah sama, perbedaanya hanya pada cakupan frekuensi yang ditangkap, dimana semakin kecil frekuensi yang dihasilkan maka semakin dalam penyelidikan yang diperoleh. Metode MT memperoleh data dari frekuensi sekitar 400 Hz sampai 0.0000129 Hz (perioda sekitar 21.5 jam) sedangkan metode  AMT memperoleh data dari frekuensi 10 kHz sampai 0.1 Hz, dimana sumbernya berasal dari alam (arus telurik yang terjadi di sekitar ionosfer bumi).

Untuk memperbaiki kualitas data dari gangguan elektromagnet lokal (power line, aktivitas industri, aktivitas manusia, jalan, pohon-pohon besar yang dapat menghasilkan gangguan micro-vibrations dari akar-akarnya, dll) dapat dilakukan dengan cara mengkorelasikan data dari satu alat yang disimpan statis di suatu tempat yang jauh dari gangguan elektromagnetik lokal dengan alat lainnya yang berpindah-pindah (local, remote, far remote station) dan dilakukan dalam rentang waktu yang sama yang disinkronisasikan terhadap waktu UTC.

 Penggunaan metode magnetotelurik ini secara umum adalah untuk penelitian panas bumi, minyak dan gas bumi, geohidrologi, geologi regional, dan penelitian-penelitian dalam lainnya. Peralatan magnetotelurik yang dimiliki Pusat Survei Geologi adalah : MTU-5A Phoenix.

Metode CSAMT (Controlled Source Audio-frequency Magneto-telluric)

Metode CSAMT (Controlled Source Audio-frequency Magneto-telluric) merupakan salah satu metode survai geofisika dengan menggunakan sistem induksi elektromagnetik. Metode CSAMT ini merupakan perluasan dari metode MT (Magneto-telluric) yang menggunakan sumber alami. Goldstein dan Strangway mengembangkan suatu metode yang menggunakan sumber medan buatan (CSAMT) [2]. Sumber medan yang digunakan berasal dari dipol listrik yang diinjeksikan ke dalam bumi [7]. Informasi tentang resistivitas batuan bawah permukaan sebagai fungsi kedalaman, diperoleh dengan mengukur besarnya medan listrik dan medan magnet untuk berbagai frekuensi. Resistivitas listrik merupakan parameter penting untuk mengkarakterisasikan keadaan fisis bawah permukaan, yang diasoasiasikan dengan material dan kondisi bawah permukaan. Parameter tersebut bergantung pada lithologi, porositas, suhu, tekanan, dan fluida yang mengisi batuan [5].

Penurunan persamaan untuk metode MT maupun CSAMT dikembangkan mengikuti pendekatan Cagniard [1]. Asumsi dasar yang digunakan adalah bumi dianggap lapisan horizontal dimana masing-masing lapisan mempunyai sifat homogen isotropis dan, gelombang elektromagneik alam yang berinteraksi dengan bumi merupakan gelombang bidang. Dengan menganggap bahwa bumi bersifat homogen isotropis [3], sifat fisik medium tidak bervariasi terhadap waktu dan tidak ada suatu sumber muatan dalam medium yang ditinjau, sehingga diperoleh persamaan Maxwell

dalam bentuk:

∇× E = μ H (1)

∇×H =σE +ε E (2)

∇•E = 0 (3)

∇ •H = 0 (4)

Apabila variasi terhadap waktu dinyatakan sebagai fungsi sinusoidal, maka akan diperoleh persamaan [3]:

E(r,t) = ReE~(r,ω )eiωt

H(r,t) = ReH~ (r,ω)eiωt (5)

Skin depth adalah jarak pelemahan gelombang elektromagnetik dalam medium homogeny sehingga menjadi 1/e (~37%) dari amplitudo di permukaan. Dengan menggunakan pendekatan quasi-static dan mengasumsikan nilai permeabilitas μ = μ0 = 1,256 x 10-6 H/m, dan memasukkan frekuensi (ω = 2πf), maka diperoleh [7]:

δ= 503

dengan δ = skin depth (m), ρ = resistivitas medium homogen (Ωm), dan f = frekuensi gelombang

elektromagnetik (Hz). Untuk mendapatkan resistivitas yang sebenarnya dimana bumi mempunyai resistivitas yang heterogen diperoleh dengan cara membuat model dan diturunkan hubungan antara resistivitas semu dan resistivitas sebenarnya (metode inversi). Adapun penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi lithologi batuan yang berhubungan dengan struktur perlapisan batuan bawah permukaan berdasarkan kontras resistivitas medium dan menginterpretasi sebaran resistivitasnya.

Akuisisi data di lapangan menggunakan peralatan CSAMT model Stratagem 26716 Rev. D. Alat ini digunakan untuk mengukur intensitas medan listrik dan medan magnet dalam frekuensi tertentu. Sistem Stratagem terdiri dari dua komponen dasar yaitu penerima (receiver) dan pemancar (transmitter). Sumber daya untuk pemancar dibangkitkan dari baterei 12 volt. Sistem penerima standar dikonfigurasi untuk menerima data dalam jangkauan frekuensi dari 10 Hz

sampai 92 kHz. Pengolahan data secara garis besar adalah sebagai berikut:

(1) Melakukan pengukuran komponen E dan Hdalam arah tegak lurus yang memiliki rentang frekuensi tertentu,

(2)  Melakukan analisis frekuensi (spektrum),

(3)  Melakukan pemilihan sinyal-sinyal pengukuran pada spektrum tertentu (yang kemudian    dianggap mewakili kedalaman tertentu),

(4) Melakukan perhitungan nilai resistivitas berdasarkan nilai E dan H bersesuaian,

(5) Melakukan perhitungan kedalaman oleh suatu frekuensi melalui perumusan skin depth

(6) Hasil akhir dalam nilai resistivitas untuk berbagai frekuensi (atau kedalaman) diplot sebagai nilai resistivitas terhadap kedalaman. Langkah-langkah tersebut kemudian diintegrasikan dengan algoritma inversi Bostic, analisis koherensi, korelasi, dsb untuk mendapatkan hasil akhir yang lebih baik.

Kesimpulan dari paper di ats adalah:

            Magnetotelluric (MT) adalah metode pasif yang mengukur arus listrik alami dalam bumi, Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sifat listrik bahan pada kedalaman yang relatif besar (termasuk mantel) di dalam bumi.dan metode ini terlihat untuk skala yang luas dan dalam.sedangkan Metode CSAMT (Controlled Source Audio-frequency Magneto-telluric) merupakan salah satu metode survai geofisika dengan menggunakan sistem induksi elektromagnetik, . Metode CSAMT ini merupakan perluasan dari metode MT (Magneto-telluric) yang menggunakan sumber alami dan metode ini digunakan untuk skala yang sempit dan dangkal.