Metaformisme kontak

Rabu, 13 Juli 2011

Metamorfisme kontak, seperti yan gonadotropins tersirat dari namanya, terjadi secara lokal di dan didekat kontak antara intrusi dan batuan yang mengelilinginya. Seperti yang diduga dalam setting semacam itu, metamorfisme dikontrol oleh panas yang ditimbulkan oleh intrusi. Efek yang ditimbulkan oleh peningakatan suhu akan menjadi sangat besar jika intrusi terjadi pada level kerak dangkal. Disana, perbedaan suhu antara batuan samping dan intrusi mencapai titik maksimal. Dengan peningkatan kedalaman intrusi, maka perbedaan suhu akan menurun, sebagaimana dalam efek kontak, kecuali dalam kasus-kasus langka dimana intrusi terjadi dalam seri facies P/T yang lebih tinggi.

Gambar 24.1.

Fotomikrograf dari hornfel yang kaya akan epidot. Danau Tioga Sierra Nevada, California. Perhatikan. Tekstur granoblast dominan (PL). Dimensi panjang foto adalah 0.33 mm

Gambar 24.2.

Peta aureol kontak dari pluton Onawa, Maine yang menunjukkan zona metamorfis konsentris

Seperti yang bisa dilihat, fase cair juga menjadi agen penting dari metamormisme kontak. Ia mengangkut panas dan memberikan pengaruh besar pada komposisi kimia dan mineral dari btuan ketika bersentuhan dengannya. Larutan sangat penting (1) dalam metamormisme batuan karbonat, dimana metamormisme akan menghasilkan CO2 (2) dalam batuan yang mengalami metamormisme di area-area yang aktif secara hidrotermal dan (3) dalam batuan yang menghasilkan H2O dalam proses metamormisme, seperti batuan yang mengandung banyak filosilikat. Disepanjang tepian laut dan di area-area hidrothermal aktif lainynya, cairan yang kaya akan H2O menjadi agen metamormisme yang sangat penting.

Metamormisme kontak menghasilkan granoblastit dan diablastit biji halus yang disebut dengan Hornfelses (gambar 2.4.1). batuan terkait meliputi skarn – batuan kontak silikal-kalk yang terdiri dari minera-mineral seperti kalsit, dolomit, garnet, epidot, dan tremolit dan taktit – skarns yang mengandung mineral inti seperti kalkopyrit atau galena. Hornfelses mengandung berbagai macam mineral, seperti kwarsa, felspar, dan epidot dan juga mengandung fase-fase unik termasuk spurrit dan tilleyiye (silikat kalsium) dalam batuan karbonat; mullite (sebuah silikat almunium) dalam batuan pelitis dan sanidine, dalam batuan dengan unsur kimia yang tepat. Metamormisme dengan suhu yang tinggi bisa menyebabkan peleburan lokal dalam daerah kontak, dan itu akan menghasilkan kaca.

Gambar 24.3.

Diagram AFM yang menunjukkan kumpulan mineral metamorfis dari aureol kontak dan terrrane metamorfis yang mengelilingi pluton Onawa, Maine. Plagioklase sodis ada di beberapa kumpulan kelas rendah

Penelitian terhadap efek metamormisme kontak memungkinkan kita untuk memahami proses-proses metamorfis tanpa harus memahami pengaruh tekanan tinggi dan tekanan deviatoris. Biasanya, metamormisme kontak terjadi di level kerak dangkal, dimana tekanannya relatif rendah (< 0.4 Gpa=4 kb). Pada level dangkal tersebut, tekanan deviatoris yang merupakan karakteristik dari level sabuk gunung yang lebih dalam biasanya tidak ada dan batuan metamorfis kontak tidak memiliki foliasi. Namun, batuan kontak dengan tekanan tinggi memang benar-benar ada di daerah forearc, dan zona akar dari sabuk gunung (misalnya Aoya, 1998). Batuan seri fasis kontak secara mineralogis asalah sama dan dalam beberapa kasus identik dengan batuan dari Buchan Facies Series (Pattison, dan Tracy, 1991) tetapi batuan kontak dibdedakan berdasarkan kurangnya foliasi mereka. Mereka berbeda dengan batuan dari facies series lainnya dalam hal mineralogi, tekstur, dan distribusi lokalnya. Fasies dan fasies series Batuan metamorfis kontak bisa ditemukan di aureoles, yaitu sebuah zona batuan metamorfis yang mengelilingi dan terkait dengan plutons (gambar 24.2), dan juga di atap gantung dalam plutons dan xenolit dalam pluton dan aliran lava. Dalam teks ini, metamorfisme hidrothermal yang terkait dengan aktifitas disepanjang tepian laut tengah akan dibahas bersama-sama dengan metamorfisme kontak karena (1) efek metamorfis adalah terbatas hanya pada jarak beberapa kilometer yang tegak lurus dan secara vertikal dalam kolom batuan, 2) efek tersebut dihasilkan sebagai akibat dari aktifitas hidrothermal dan 3) tekanan deviatoris tidak memiliki peran dominan dalam perkembangan serat dalam kondisi tersebut. Pengamatan terhadap peristiwa-peristiwa batuan metamorfis kontak dan pemeriksaan terhadap grid petrogenis (lihat appendix Batu rijang) menunjukkan bahwa zeolit, Prehnite-Pumpellyte, Albite-Epidote Horndfels, Hornblende Hornfels, Pryoxebe Hornfels, dan fasies Sanidinite mencakup seri fasies metamorfis kontak. Pada suhu yang lebih tinggi, dalam batuan pelitis dan batuan kalsis-alkali, mineral yang menunjukkan adanya fasies-fasies tersebut adalah analsit, stillbit, wairakit, pyropillit, kordierit, andalusit, sillimanit, Karsinoma-felspar, orthophyroxene, sanidine dan mullit. Wairakite, albite, aktinolit, epidot, honrblende, piroksene, dan olivine terhadi dalam batuan dasar. Dalam batuan karbonat, mineral seperti talk, tremolite, diopside, forsterite, grossularit, wollastonite dan spurrit juga bisa muncul. Dalam aureole tertentu, urutan fasies lengkap mungkin tidak akan terjadi. Fasies suhu rendah dan fasies suhu tinggi seringkali tidak ada. Karena banyak intrusi yang terjadi dalam batuan yang mengalami metamorfosis, maka kemunculan fasies kelas rendah menjadi tidak mungkin karena resistensi batuan samping metamorfir yang sudah ada sebelumnya. Pada kelas yang paling tinggi, batuan fasies Sanidinite hanya bisa berkembang jika ada tekanan yang sangat rendah, jika ada komposisi batuan tertentu atau jika tidak ada cairan yang menghambat peleburan. Bagian atas dari Pyroksene Hornfels Facies dan fasies Sanidinite tumpang tindih dengan zona peleburan, dimana ada kondisi-kondisi P-T dan fase cairan yang menyebabkan peleburan di berbagai komposisi ruahan (lihat gambar 22.6 dan appendix C) Gambar 24.4. Bagian persilangan dari aureol kontak Victory Maine dekat Salmo, British Colombia. Geologi kontaknya didasarkan pada pengeboran dan peta permukaan. Hanya wollastonit isograd dalam batuan karbonat yang disajikan disana. Contoh untuk seri fasies parsial diberikan oleh aureole kontak dari Devonian Onawa Pluton di Maine (gambar 24.2) (Philbric, 1936; J.M Morem 1960; Symmes dan Ferry, 1995). Pluton adalah sebuah massa komposit dari batuan granitoid yang masuk ke dalam batuan samping yang sebelumnya mengalami metamorfosis dibawah kondisi Fasies Greenschist yang lebih rendah. Batuan samping mengandung kumpulan ilmenit+plagioclose (An0-12)+mika putih+klorit+kwarsa. Bukti pertama dari metamorfisme kontak adalah munculnya titik-titik di batu sabak dengan jarak 2 km dari batas pluton. Titik-titik itu, yang merupakan porphyroblast kordierit tetapi sekarang sudah diganti oleh pilosilikat, adalah bagian dari kumpulan biotit+andalusit+kordierite+mika putih+kwarsa+plagioklose (An0-26)+ilmenit (gambar 24.3). zona tersebut, yaitu zona Andalusit-Kordierit dari Symmes dan Ferry (1995) terdiri dari kumpulan yang menunjukkan Hornblende Hornfels fasies. Semua zona yang ada setelahnya, kecuali zona terakhir, juga termasuk ke dalam fasies ini. Gamba5 24.5 Diagram T-Xcairan yang menunjukkan relasi stabilisasi kalsit, kwarsa, dan wollastonit pada satu kilobar (Pf = 1 kb). Ingat bahwa lengkungan penurunan yang kuat dari kurva reaksi dengan nilai tinggi dari XH2O. Penurunan tekanan meningkatkan posisi kurva pada suhu yang lebih tinggi tetapi tidak merubah bentuk umumnya. Ada lima zona kontak yang bisa ditemukan. Zona luar dari batu sabak bertitik-titik, zona pertama yang mengelilingi zona kedua yang terdiri dari granoblastis porphyroblastis (hornfelses) dengan kumpulan mineral yang sama dengan batuan zona luar, tetapi tidak memiliki rekahan. Zona kedua mengelilingi zona ketiga yang terdiri dari granoblastit dengan butiran yang lebih kasar dengan kumpulan ilmenit+biotit+mika putih+andalusit+kordierit+plagioclase (An9-24)+alkali felspar-kwarsa. Zona yang paling dekat dengan pluton, yaitu zona kelima, mengandung batuan flekspar alkali-kwarsa yang menunjukkan bahwa peleburan parsial terjadi secara lokal. Kumpulan mineral dari zona hornfels paling dalam ini adalah ilmenite+biotit+andalusit+silimanite+kordierite+alkali felspar+plagioclase (An15-31)+kwarsa (gambar 24.3). zona ini, yaitu zona pembuluh leukokrasit dari Symmes dan Ferry (1995) merepresentasikan fasies Pyroksine Hornfels, sebuah fasies yang tidak memiliki mika putih. Ringkasnya, hanya dua fasis yang diketahui ada dalam aureole Onawa, yaitu Hornblens Hornfels fasies dan Pyroksine Hornfels Fasies. Kondisi-kondisi metamorfisme kontak Kondisi-kondisi metamorfisme kontak, dengan pengecualian yang sangat langka, adalah kondisi-kondisi dimana ada tekanan rendah sampai sedang dan suhu yang rendah sampai tinggi. Penelitian dan perbandingan isotopis terhadap kumpulan meneral dengan fase ekuilibria eksperimental menghasilkan informasi tentang kondisi-kondisi P-T. Tabel 24.1 menyajikan kondisi-kondisi maksimal yang diperkirakan untuk beberapa ureole kontak. Ingat bahwa tekanan biasanya kurang dari 0,4 Gpa (4 kb). Kehadiran andalusit dalam aureole kontak adalah indikator mineralogis yang bagus bahwa tekanan di aureole kelas menengah adalah lebih rendah daripada tekanan untuk titik silikat aluminium, yang terjadi pada 0.375 Gpa (3.75 kb) (Holdway dan Mukhopadhyay, 1993). Suhu metamorfisme sangat bervariasi. Diantara faktor-faktor pengontrolyang ada adalah 1) suhu magma, yang merupakan fungsi kimianya, 2) suhu batuan samping pada saat intrusi. 3) konduktivitas magma padat dan batuan samping; 4) sebuah faktor yang disebut dengan difusivitas (dari batuan samping dan intrusi); 5) panas kristalisasi magma; 6) kapasitas panas (rata-rata perubahand alam energi reaksi dengan perubahan dalam suhu); 7) pengangkutan cairan, pemanasan atau pendinginan oleh arus air; dan 8) kontribusi dari sumber-sumber lainya, misalnya pembusukan radioaktif (Jaeger, 1957; 1959; F.J Turner, 1981; Ferry, 1983b). Dalam kasus sederhana, dengan hanya mempertimbangkan suhu intrusi (Ti) dan batuan samping (Tct), maka suhu kontak (Tc) adalah T= ½ (Ti+Tct). Namun, pada kenyataannya, efek-efek faktor tambahan akan meningkat atau menurunkan nilai tersebut. Faktor-faktor tersebut dan suhu kontak juga akan mempengaruhi lebar aureol kontak. PROSES DALAM METAMORFISME KONTAK Gambaran singkat rentang aureol Onawa menunjukkan pada kita tentang beberapa jenis proses yang beroperasi selama metamorfisme kontak. Secara khsusus, terjadi pertumbuhan porphyroblast dan rekristalisasi dan neokristalisasi. Peleburan lokal yang diiringi dengan metamorfisme terjadi pada kelas paling tinggi. Selain proses diatas, proses-proses yang mencakup fase larutan bisa sangat penting. Fase larutan bisa dihasilkan oleh dekarbonasi dan reaksi dehidrasi, yang umum terjadi dalam metamorfisme, dan bisa menyebabkan peleburan atau metasomatisme dalam batuan. Fase cairan Bukti yang menunjukkan bahwa ada fase cairan dalam batuan metamorfis disajikan di bab 21. Fase larutan bisa dimulai dalam bentuk (1) air meteroris; 2) air laut; 3) air interstinal atau air payau dalam protolit sedimenter; 4) air magma; cairan hidrothermal atau cairan yang berasal dari intrusi atau (5) dalam bentuk air atau spesies volatil lain yang secara kimia terikat dalam fase mineral, seperti misalnya tanah liat atau mineral karbonat. Yang penting dalam evolusi fase larutan adalah dekarbonasi dan reaksi dehidrasi. Jika kita meneliti kumpulan fase yang ada dalam aureol Onawa, kami menemukan bahwa dehidrasi jelas ada. Kumpulan Fe-Ti oksida+mika putih+klorit+kwarsa dari batuan samping diganti di zona luar aureol oleh kumpulan yang mengandung andalusit dan kordierit. Klorit [(MG, Fe, )6(AL, Si)4O(OH), yaitu fase berair, menghilang dari kumpulan itu dan digantikan oleh kumpulan biotit+korderiet+andalusit yang mencakup dua mineral yaitu fase anhidrus (andalusit = AL2SiO5 dan kordierit = (Mg, Fe)2Al4Si5O18). Mendekati pluton,mika putih [(K,Na)AL2(Si3ALO10)(OH)2], sebuah fase berair diganti oleh felspar alkali [(K , Na)ALSi3O8), yaitu sebuah fase anhidrus. Pola ini adalah pola tipikal untuk metamorfisme prograde, dimana batuan menjadi sangat anhidrous (kerontang) pada kelas metamorfisme yang lebih tinggi. Jadi metamorfisme progresif menciptakan sebuah fase larutan. Dalam kasus aureol Onawa, cairan pindah ke pluton dan memudahkan terjadinya peleburan (Symmes dan Ferry, 1995). Situasi yang sama terjadi pada batuan yang melibatkan fase karbonat. Misalnya, sebuah reaksi yang terjadi selama metamorfisme kontak dari batuan karbonat adalah Kalsit+kwarsa <=> wollastonit + CO2

CaCO3+SiO2 <=> CaSiO3+CO2 (24.1)

Dalam reaksi ini, kalsit fase karbonat bergabung dengan kwarsa sehingga menghasilkan wollastonit plus spesies CO2. Seperti dalam kasus dehidrasi, kelas metamorfisme yang lebih tinggi menghasilkan batuan yang kurang akan CO2. CO2 diambil dari mineral selama metamorfisme progresif dan menjadi bagian dari fase cairan.

Dalam beberapa kasus lainnya, cairan yang berubah dari batu itu sendiri akan dipenuhi oleh cairan yang diambil dari intrusi atau cairan yang terlibat dalam aktifitas hidrothermal. Dibawah ini, kami akan meneliti sebuah kasus dimana intrusi yang memicu terjadinya metasomatisme Si-AL-Fe dengan cara memasukkan elemen-elemen tersebut melalui fase cairan magmatis. Sebaliknya, disepanjang tepi laut tengah, air laut yang panas dalam volume besar akan bergerak melalui kerak oseanis yang baru saja terbentuk, dan merubah kimia batuan (Rona dkk, 1983; Gillis, 1995; Hunter, dkk, 1999; Alt, 1999).

Komposisi fase cairan akan mengontrol kumpulan yang berkembang dibawah kondisi metamorfis tertentu dan sebaliknya (Ferry dan Burt, 1982; A.B Thompson, 1983; Spear, 1993; ch. 18). Jadi, penting bagi kita untuk mengetahui karakteristik fase cairan yang ada selama metamorfisme. Fase cairan tersebut bisa didominasi oleh H2O dan spesies lain yang terkait (misalnya H+, OH-, H2, O2) (Spear, 1993, ch. 18). Dalam batuan karbonat dan pada metamorfisme kelas yang lebih tinggi, fraksi mol dari H2 O (XH2O) bisa turun sampai ke nilai 0.1 atau lebih rendah. Rasio H2 O terhadap CO2 adalah penting dalam batuan karbonat. Komponen fase cairan lainnya bisa mencakup CL, F,B,S,Na,C dan H (misalnya CH4) (Russ-Nabelek, 1989; Sission dan Hollister, 1990; Labotka, 1991).

Pengaruh fraksi mol yang berbeda dari CO2 dan H2 O dalam metamorfisme batuan karbonat ditunjukkan ole H.J Greenwood (1967) dalam karyanya tentang aureol kontak dekat Salmo, Inggris Kolombia (gambar 24.4). disini, selama metamorfisme, air dan karbondioksida membentuk sebuah fase cairan yang didominasi oleh kedua komponen tersebut dan fase cairan yang dikontrol oleh perkembangan wollastonit dalam aureol kontak. Relasi fase penting bisa digambarkan dengan diagram T-X yang dibuat untuk sebuah tekanan tetap (gambar 24.5). pada fraksi mol CO2, wollastonit adalah stabil pada suhu yang lebih rendah. Pada nilai Xco2 yang lebih tinggi, wollastonite membutuhkan suhu yang lebih tinggi. Perubahan tekanan akan meningkatkan atau menurunkan suhu reaksi tetapi bentuk kurva akan tetap sama.

Secara umum, seri seperti kurva T-XCO2-H2O bisa diterapkan pada metamorfisme karbonat dan batuan ultramatis. Jika ada lebih dari satu kurva, maka kurva itu akan cenderung bersinggungan di titik-titik yang tidak berbeda (gambar 24.6), dimana kumpulan fase stabil akan berbeda. Secara umum, kurva T-Xcairan bisa digunakan untuk fase cairan apa saja dalam semua komposisi batuan.

REKRISTALISASI DAN NEOKRISTALISASI

Rekristalisasi dan neokristalisasi bisa muncul dalam aureol Onawa, seperti halnya dehidrasi. Terkait dengan rekristalisasi, diketahui bahwa ada peningkatan ukuran butiran dalam bantuan dari zona luar sampai dalam dari aureol. Ingat bahwa efek yang sama, yang diteliti oleh Joesten 91983), dijelaskan di bab 21. Secara umum, batuan akan memiliki butiran yang lebih kasar ketika terjadi peningkatan kelas metamorfisme, walaupun polygonisasi dan penurnan ukuran butir juga bisa terjadi sebagai tahap antara dalam proses pembentukan butiran.

Neokristalisasi dalam aureol Onawa terlibat dalam pembentukan biotit, andalusit dan kordierit, sillimanit dan alkali felspar. Bentuk dari masing-masing fase baru atau kumpulan fase tersebut menandai adanya sebuah reaksi dimana terjadi penyesuaian kembali kimia dan struktural dalam batuan. Secara umum, penyesuaian semacam itu terjadi ketika batuan mengalami ekuilibrasi dengan kondisi P-T yang baru dan memberikan respons geokimia tergadap fase cairan yang ada pada saat itu.

Indikasi pertama dari metamorfis kontak dalam aureol kontak Onawa, yaitu perkembangan porphyroblast adalah bentuk neokristalisasi yang umum terjadi dalam zona luar aureol kontak. Tentu saja, pophyroblast juga bisa berkembang dalam batuan yang mengalami metamorfis, jika kondisinya sudah sesuai. Secara umum, perkembangan porphyroblast mencakup pembentukan beberapa nukleii dan pertimbuhan nuklei tersebut menjadi kristal besar. Nukleasi mungkin terjadi jika ada fase yang penting untuk menghasilkan spesies kimia dan itu penting untuk membentuk nukleus fase baru yang distabilkan oleh imposisi kondisi P,T,atau Xcairan yang berbeda. Difusi spesies melalui batuan yang mengelilinginya akan mengontrol nukleasi dan pertumbuhan (Denison dan Carlson, 1997).

Di zona dengan tekanan geser, nukleasi dan pertumbuhan porphyroblast dihambat oleh efek dari tekanan tersebut, khususnya efek-efek seperti misalnya disolusi dan transfer solusi yang dihasilkan oleh gradien potensi kimia yang tercipta dari deformasi kristal (T.H Bell, Rubenach, dan Fleming, 1986). Jika tekanan geser tersebut sedang, maka nukleii porphyroblast bisa menciptakan bayangan tekanan, zona tekanan yang lebih rendah dan pertimbuhan butiran yang berdekatan dengan porphyroblast yang nantinya akan memudahkan pertimbuhan porphyroblast (lihat gambar, 21.11 c) (D.J Prior, 1987). Di zona kontak, tekanan geser biasanya sedang sampai nol dan porphyroblast umumnya tidak memiliki bayangan tekanan. Jika itu ada, maka itu akan menunjukkan bahwa tekanan geser akan mengiringi metamorfisme kontak.

PERUBAHAN-PERUBAHAN MINERALOGIS SELAMA METAMORFISME KONTAK

Perubahan-perubahan mineralogis selama metamorfisme kontak adalah sebuah fungsi dari kimia batuan, kondisi P-T dan karakteristik fase cairan. Dibawah ini akan dibahas tentang kategori batuan ruah dengan berdasarkan pada perubahan mineralogis yang terjadi selama metamorfisme kontak.

Gambar 24.6.

Diagram fase T-X yang menunjukan kurva stabilitas yang bersinggungan untuk beberapa reaksi yang penting dalam metamorfisme batuan karbonat. Reaksi melibatkan kalsit fase (Cc), diopsid (Di), dolomite (Do), fosterit (Fo), kwarsa (Qtz), tremolite (Tr), wollastonite (W0) dan komponen-komponen fase cairan P = 2 KB (0.2 Gpa).

BATUAN ALUMINUS (BATUAN PELITIS)

Aureol Onawa adalah gambaran dari aureol kontak dalam batuan pelitis. Tetapi, ia tidak menunjukkan semua fasies metamorfisme kontak. Untuk melihat rentangan kumpulan mineral yang ada, maka harus dibuat array komposit dari diagram fasies (gambar 24.7) dari kemunculan seri fasies metamorfis kontak atau dihitung dengan menggunakan model-model sistem seperti sistem KFMASH (Pattison dan Tracy, 1991). Diagram fase yang sangat berguna untuk menggambarkan kumpulan dalam batuan aluminus adalah diagram AFM. Catatan: hanya beberapa diagram saja yang disajikan disini dan penambahan atau pengurangan masing-masing fase selama metamorfisme progresif dari tiap kumpulan batuan akan menghasilkan diagram yang baru, yaitu topologi yang baru.

Pada metamorfis kelas terendah, dalam fasies Zeolit, berbagai macam kombinasi kwarsa, klorit, alkali, felspar, kalsit, kaolinit, dan tanah liat multi laisan (smektrit/illit, vermikulit/klorit) dan illite dan juga sejumlah zeolit dan oksida besi, menjadi ciri batuan. Dengan metamorfisme progresif, tanah liat diganti dengan mika putih, kloritoid bisa muncul dalam batu yang kaya akan besi, kaolinit diganti oleh pyrophilit, dan biotit muncul (lihat gambar 24.7.).

0 komentar:

Posting Komentar