Kaldera Bromo Tengger jelang pagi hari dari puncak B29.
Foto: Deni Sugandi.

Bingkai Gunung Api

Danau Lebar dilihat dari puncak tinggi bukit atara Danau lebar dan Danau Minyak. Foto: Harley Sastha

Mengunjungi Nadi Kehidupan di Ujung Selatan Sumatra

08/04/2016 Comments (0) Artikel Geologi Populer, Artikel Geologi Populer, Uncategorized

Petrogenesa Magma Busur di Indonesia dan Aplikasinya

Pembentukan busur magmagtik hasil dari penujaman lempeng
samudera di bawah lempeng benua.
Pembentukan busur magmagtik hasil dari penujaman lempeng samudera di bawah lempeng benua.

Pembentukan busur magmagtik hasil dari penujaman lempeng
samudera di bawah lempeng benua.

Magmatisme busur (arc magmatism) adalah seluruh kegiatan magma hasil penunjaman lempeng samudra di bawah kerak bumi yang lain, baik kerak benua maupun kerak samudra, yang umumnya akan membentuk busur yang dikenal sebagai busur volkanik atau busur magmatik. Secara umum disepakati bahwa pembentukan magma busur merupakan kombinasi berbagai proses dan berasal dari beragam sumber kondisi geologi. Perkembangan tektonik juga dapat mempengaruhi perkembangan magma, sehingga perlu pula dipelajari di dalam kajian magmatisme.

Kepulauan Indonesia dicirikan oleh perkembangan busur vulkano-magmatiknya yang sangat dominan. Beberapa kajian magmatisme busur telah kami lakukan di sejumlah lokasi busur magmatik di Indonesia. Studi ini sebagaian besar berdasarkan hasilpenelitian petrologi dan magmatisme. Ada empat hal penting hasil penelitian kami tersebut, yaitu: 1) mantel sebagai sumber dan pengaruh unsur kerak, 2) kerak sebagai sumber, 3) pengaruh tektonik terhadap genesa magma, dan 4) kaitan antara genesa magma dan mineralisasi emas dan logam dasar lainnya.

Mantel Sebagai Sumber dan Pengaruh Unsur Kerak
Penelitian mantel sebagai sumber dan pengaruh unsur kerak, dilakukan untuk menganalisis magmatisme Kuarter di Jawa dan magmatisme Permo-Karbon di Sumatra. Adapun untuk memahami genesa magmanya, penelitian petrologi dan geokimia, termasuk isotop Sr (Strontium) dan Nd (Neodimium) bantuan volkanik, dilakukan di G. Wilis dan G. Lawu, di Pulau Jawa. Penelitian-penelitian ini akan memberikan kontribusi tentang sumber magma dan sejauh mana unsur kerak turut terlibat di dalam magmatisme.

Penelitian menggunakan isotop Sr dan Nd pada batuan volkanik G. Wilis dan G. Lawu menunjukkan bahwa mantel yang bercirikan MORB (Mid-Ocean
Ridge Basals atau basal punggungan tengah samudra) Samudra Hindia merupakan sumber utama magma di daerah ini. Tingginya kandungan Sr pada batuan yang lebih asam, terutama di G. Lawu, dikombinasikan dengan model kristalisasi-fraksinasi unsur jejak, ditafsirkan sebagai kontaminasi kerak selama proses ini. Penafsiran ini diperkuat dengan semakin meningginya kandungan unsur inkompatibel dan isotop Sr dari Jawa Timur ke arah barat, yang kami tafsirkan sebagai asimilasi kerak yang semakin nyata ke arah barat. Hal ini sesuai dengan data geofisika yang menggambarkan bahwa ketebalan kerak bertambah ke arah barat. Menurunnya kandungan Ba (Barium) dari Jawa Bagian Timur ke Jawa Bagian Barat diduga karena semakin mengecilnya kontribusi sedimen dari kerak yang menunjam.

Berdasarkan hasil studi perkembangan tektonik pra-Tersier di Sumatra, magma berumur Permo- Karbon di Sumatra semula dinyatakan oleh peneliti
sebelumnya sebagai hasil peleburan kerak benua. Namun studi petrologi dan kimia terhadap batuan volkanik Perem, memberikan hasil yang berbeda. Batuan volkanik Perem di daerah ini bervariasi dari basal, andesit sampai ke riolit. Ciri geokimia basal dan andesit menunjukkan bahwa mereka berasal dari magma yang terbentuk di daerah penunjaman,dan andesitnya merupakan hasil kristsliasi-fraksinasi basal yang melibatkan plagioklas, ortopiroksen dan klinopiroksen. Hasil studi petrologi dan geokimia ini sesuai dengan kajian perkembangan geologi dan tektonik bahwa pada Permo-Karbon di Sumatra terjadi penunjaman kerak samudra di bawah benua Kuantan- Pegunungan Duabelas.

Ciri geokimia yang berbeda dimiliki oleh batuan riolit, yang belum diketahui genesanya, tetapi sangat boleh jadi tidak komagmatik dengan basal dan andesitnya. Secara spekulatif, boleh jadi riolit ini merupakan hasil peleburan kerak, tetapi masih memerlukan penelitian yang lebih rinci untuk memastikan pendapat ini.

Kerak yang Menunjam Sebagai Sumber Walaupun sumber utama magma busur pada umumnya berasal dari mantel, hasil kajian terhadap batuan intrusi Sintang berumur Tersier di Kalimantan Barat menunjukkan bahwa batuan ini berasal dari magma hasil peleburan kerak samudra. Pendapat kami ini berbeda dengan pendapat peneliti sebelumnya yang menyatakan bahwa intrusi Sintang merupakan hasil fraksinasi dari magma basal hasil peleburan kerak bawah, pasca-subduksi. Seperti batuan volkanik di daerah penunjaman lainnya, batuan intrusi Sintang dicirikan oleh pengayaan unsur Kelompok-K
dan deplesi Nb (Niobium) dan Ti (Titanium) dibandingkan dengan unsur itu pada MORB. Namun demikian kajian yang lebih mendalam terhadap geokimia batuan, terutama unsur Sr, unsur langka (Yttrium/Y, Ytterbium/Yb), Zr (Zirkon) dan Sm (Monazite), menunjukkan bahwa intrusi Sintang berupa adakit, yang magmanya tidak dapat diterangkan dengan fraksinasi plagioklas dari magma basal. Selain itu, basal tidak pernah dijumpai di daerah Kalimantan Barat.

Berdasarkan sejumlah alasan tersebut, kami berkesimpulan bahwa magma intrusi Sintang di Kalimantan Barat bukan merupakan hasil diferensiasi dari magma basal hasil peleburan kerak bawah, tetapi sebagai hasil peleburan kerak samudra yang menunjam. Diferensiasi terjadi pada magma adakitik setelah magma menerobos kerak Kalimantan. Mengingat tidak adanya penunjaman pada Oligosen- Miosen, satu-satunya kandidat sumber magma ialah kerak Laut Cina Selatan yang tersisa di bawah daratan Sunda pada Oligosen Tengah.

Sisa hasil gunung api tua bawah laut pada jalur magma busur masa lalu (Miosen, kl. 11 tyl) di Lombok Selatan. Foto: Heryadi Rachmat.

Sisa hasil gunung api tua bawah laut pada jalur magma busur masa lalu (Miosen, kl. 11 tyl) di Lombok Selatan. Foto: Heryadi Rachmat.

Pengaruh Tektonik terhadap Genesa Magma
Untuk kajian ini kami telah bekerja di batuan volkanik Pra-Tersier dan Tersier di Kalimantan Selatan dan Paleogen dan Neogen di Irian Jaya. Hasil kajian di Kalimantan Selatan memberikan gambaran pentingnya berbagai data geologi lain untuk pemodelan petrogenesa batuan volkanik di daerah orogenik. Di
dalam penelitian ini terlihat bahwa perkembangan tektonik daerah tinggian Meratus sangat mempengaruhi pembentukan magma Pra-Tersier dan Tersier di daerah ini.

Dua hal yang sangat menarik di sini ialah: 1) tidak ada penunjaman berumur Tersier di Kalimantan Selatan dan juga fakta bahwa penyebaran batuan volkanik Tersier tidak membentuk sebuah zona, tetapi tersebar secara acak mengikuti bidang lemah, dan 2) sebagian besar batuan volkanik Tersier mengandung Mg (Magnesium) lebih tinggi dari pada umumnya batuan hasil magma penunjaman. Walaupun batuan volkanik penunjaman dengan kandungan magnesium tinggi dapat diterangkan dengan berbagai teori, namun dengan memperhatikan perkembangan tektonik di Kalimantan Selatan, maka basal bermagnesium tinggi di pegunungan Meratus ini kami usulkan sebagai hasil reaksi antara magma basal hasil penunjaman Kapur Atas dengan mantel pridotit di batas mantel atas-kerak bawah.

Kajian batuan petrologi batuan volkanik Paleogen dan Neogen dan perkembangan tektonik daerah Irian Jaya (Papua) kami lakukan tahun 1987 berdasarkan data geologi yang ada. Kontribusi yang nyata antara lain dapat ditentukan dan dibedakannya dua kegiatan magmatisme sebelum peristiwa tumbukan Tersier antara Benua Australia dan Lempeng Pasifik. Data petrografi, kimia batuan volkanik Paleogen, dan Neogen serta berbagai data geologi dan data geofisika memperlihatkan hubungan timbal balik antara kegiatan magma dan perkembangan tektonik di Irian Jaya. Batuan Paleogen, yang toleitik dan kalk-alkali, mengandung lava bantal berada di atas kerak samudra, sehingga ditafsirkan telah terjadi penunjaman lempeng ke arah utara di bawah lempeng samudra Pasifik. Sedangkan batuan volkanik Neogen nisbi lebih terdiferensiasi berupa lava dan piroklastik dengan andesitik bersifat kalk-alkali dan menunjukkan bahwa batuan ini berada di atas tepian kerak benua Australia. Ini berarti penunjaman kerak samudra Neogen telah berganti arah ke Selatan di bawah benua Australia, yang disebut sebagai pembalikan busur (arc reversal polarity).

Genesa Magma dan Mineralisasi Emas
“A long-lived hydrothermal system” merupakan salah satu kondisi yang diperlukan ekonomis atau tidaknya endapan emas di suatu tempat. Cebakan emas akan bernilai ekonomis apabila sistem hidrotermalnya luas, prosesnya lama, dan endapannya terkumpul, tidak menyebar. Kondisi demikian tidak dimiliki oleh sistem magma di Kalimantan Selatan. Basal dan andesit Tersier bersifat kalk-alkali di daerah ini mengandung magnesium tinggi, berbeda dengan batuan yang sama dari daerah penunjaman yang lain.

Dari kajian petrologi, kondisi gologi dan perkembangan tektoniknya, kami berkesimpulan bahwa batuan kalk-alkali Tersier bermagnesium tinggi di Kalimantan Selatan dihasilkan oleh proses rekasiantara magma hasil penunjaman dan mantel peridotit. Poses ini terjadi setelah berhentinya penunjaman Kapur Akhir dan diikuti tumbukan awal Tersier yang mengakibatkan tertahannya magma di kerak bawahmantel atas pada kedalaman sekitar 28 km. Tektonik peregangan yang dimulai dari Eosen Awal membentuk horst dan graben di Meratus yang mengakibatkan magma yang tertahan ini naik ke permukaan dan berdiferensiasi menghasilkan magma andesit pada kedalaman sekitar 7-17 km, sebagai terobosan kecil berukuran 1 – 4 m. Genesa magma demikian tidak akan menghasilkan “a long-lived hydrothermal system”, karena tidak ada penunjaman Tersier di Kalimantan Selatan.

Pengaruh magmatisme Plio-Plistosen terhadap sistem mineralisasi Tersier di Kalimantan Timur bisa dilihat dari magmatisme Tersier-Kuarter Gunung Acau dan endapan emas di Kelian yang berumur Tersier. Kelian merupakan salah satu endapan emas bertipe epitermal terbesar di Indonesia. Mineralisasinya berhubungan dengan batuan subvolkanik dan diatrema. Acau tersusun oleh batuan volkanik berupa lava basal dan basalik andesit serta piroklastik, yang disebut volkanik Matulang, berumur Plio-Plistosen. Masalahnya, mengapa hanya di daerah Kelian proses mineralisasi menghasilkan emas yang sangat ekonomis, dan sampai saat ini belum ditemukan endapan bernilai ekonomis di jalur magmatis yang sama?

Mengingat dekatnya singkapan batuan Acau dengan batuan hasil penunjaman Tersier Kelian, bukan tidak mungkin telah terjadi percampuran antara kedua magma. Berdasarkan model percampuran magma ini, bisa jadi sistem hidrotermal Miosen diperpanjang waktunya akibat pengaruh kegiatan magma Plio- Plistosen. Lamanya waktu ini mempengaruhi konsentrasi endapan bijih di dalam sistem endapan Kelian. Percampuran magma barangkali terjadi di
dapur magma selama diferensiasi magma basal menuju andesit dan magma yang lebih asam lagi. Tentu saja, model geokimia ini masih sangat awal untuk mengetahui kebenaran teori percampuran magma. Penelitian lanjutan, seperti studi petrografi batuan, inklusi fluida dan bahkan isotop pada kedua kelompok batuan Kalk-Alkalin dan kelompok yang mengandung “Anomali Nb”, masih diperlukan untuk meyakinkan kebenaran teori ini.

Kemudian ada implikasi petrogenesa magma Sintang di Kalimantan Barat terhadap mineralisasi emas dan kemungkinan endapan logam dasar. Di daerah ini, emas aluvium ditemukan menyebar selaras dengan penyebaran bantuan intrusi Sintang terutama di daerah Cekungan Melawi, tetapi sangat sedikit diketahui endapan primernya. Sebagai endapan primer emas ditemukan di dalam urat kuarsa dan stockwork di dalam zona tersilisifikasi dan terdesiminasi di dalam zona argilit. Ditemukannya pirit, stibnite dan sinabar yang berasosiasi dengan emas menunjukkan lingkungan epitermal sulfidasi-rendah, yang terjadi pada tahap akhir diferensiasi magma. Logam dasar (Zn/seng, Cu/tembaga) sangat sedikit dijumpai, yang boleh jadi ini merupakan hasil epitermal sulfidasirendah di dalam sistem out flow.

Dijumpainya Zn dan Cu dalam jumlah sedikit mungkin diakibatkan oleh reaksi antara air magma dari dehidrasi amfibol dengan air tahan bikarbonat. Banyak sedikitnya endapan akan sangat bergantung pada seberapa banyak air magma yang terbentuk akibat dehidrasi amfibol dan ketebalan kerak di tempat tertentu yang mengkondisikan tekanan agar amfibol dapat terurai. Mengingat bantuan intrusi Sintang berasal dari magma hasil peleburan sisa kerak Laut Cina Selatan, maka air yang dihasilkan akibat dehidrasi amfibol ini tidak cukup berarti untuk mengendapkan emas dalam jumlah yang ekonomis. Selain sumbermagma, mekanisme tektonik juga kurang mendukung terciptanya pengulangan intrusi yang dapat memperpanjang umur sistem hidrotermal.

Penutup
Mengingat kompleksnya petrogenesa magma di daerah penunjaman, penelitian magmatisme di daerah ini perlu ditangani secara menerus. Penelitian petrogenesa magma di daerah pertemuan lempeng bukan saja berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan kebumian, tetapi juga bermanfaat sebagai alat bantu dalam eksplorasi mineral.

Kondisi geologi Indonesia sebagai wilayah pertemuan lempeng dan memiliki fenomena geologi yang sangat kompleks tentu merupakan tempat yang sangat ideal untuk penelitian magmatisme busur. Hasil penelitian ini menyiratkan pula pentingnya penelitian dasar geologi sebagai landasan pengetahuan untuk  memasuki tahapan penelitian terapan. (Udi Hartono)

*Tulisan ini diangkat dari orasi pengukuhan Dr. Ir. Udi Hartono sebagai profesor riset bidang geologi di Auditorium Geologi, Jl. Diponegoro 57 Bandung, Senin, 6 November 2006.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>