Studi Endapan Batuapung Hitam Ignimbrit Gunungkawi Kaldera

Studi Endapan Batuapung Hitam

Ignimbrit Gunungkawi Kaldera Batur, Bali, Indonesia

Pusat Survei Geologi-Badan GeologiKementerian Energi dan Sumber Daya Mineral

Arief Prabowo*, Verry Edi S.*, Dipowiguno*, A. Ratdomopurbo*

*Pusat Survei Geologi, Badan Geologi, Kementerian ESDM

Korespondensi : [email protected]

1

GEOSEMINAR

PUSAT SURVEI GEOLOGI

Cakupan Paparan

• Pendahuluan Kaldera Batur

• Data dan Metode Kajian

• Hasil dan Diskusi

• Kesimpulan

Pusat Survei Geologi-Badan GeologiKementerian Energi dan Sumber Daya Mineral

Foto koleksi Pusat Survei Geologi 2

GEOSEMINAR


Pendahuluan

• Calderas are volcano-tectonic collapse structures between ca. 2 and 100 km in diameter resulting from duringparoxysmal explosions and effusive of high-level magma chambers evacuation (Smith and Bailey, 1968; Bailey etal., 1976, Tilling and Dvorak, 1993; Lipman, 2000; Acocella, 2007), representing one of the most enigmaticgeological structures recognized on Earth and other terrestrial planets (Francis, 2003; Lipman, 2000).

• Caldera-forming eruptions represent the culmination of a long-lived geological process involving the generationof magma at depth, its ascent and differentiation, and finally its eruption on the Earth surface producing the mostvoluminous (up to 5,000 km3) explosive eruptions on Earth (e.g., Lipman, 2000; Francis and Oppenheimer, 2003)

• Pyroclastic density currents, PDCs, are moving mixtures of particles and gas that flow across the ground, andoriginate in different ways and from various sources, during explosive eruptions or gravity-driven collapse ofdomes which may be short-lived or relatively long-lived phenomena, driven by both magmatic orphreatomagmatic melt fragmentation (e.g., Cas and Wright, 1987; Carey, 1991; Branney and Kokelaar, 2002;Sulpizio and Dellino, 2008).

• Pumice is a common product of explosive and effusive volcanic eruptions, especially of SiO2-rich magmas, and ischaracterized by a high proportion of vesicles and a low bulk density (Paulick and Franz, 1997). Pumice clasts witha wide spectrum of colors have been reported in the literature ranging from yellow (Imai et al., 1993) and orange(Watanabe, 1986) to golden brown (Sharp et al., 1987) and black (Curtis,1987).

3

GEOSEMINAR


Pendahuluan

• Hampir separuh lebih area Pulau Bali tertutupi oleh endapan batuan gunungapi(Purbo-Hadiwijoyo, M.M., 1998).

• Terkait dengan Kaldera Batur, terdapat beberapa kajian mengenai sejarahpembentukan kaldera (Reubi & Nicholls, 2004), evolusi magma (Whellaer & Varne, 1986; Reubi & Nicholls, 2004; 2005), dan pemodelan sumber magma (Sutawidjaja, 2015; Geiger, et al., 2018.

• Kaldera Batur I (Unit Ignimbrit Ubud); 29,300tahun yang lalu, ukuran kaldera 13.5x10 km.

• Kaldera Batur II (Unit Ignimbrit Gunungkawai); 20,150 tahun yang lalu, ukuran kaldera 7.5x6 km.

• Dalam endapan ignimbrit, kehadiran batuapunghitam umumnya jarang dijumpai apabiladibandingkan dengan kehadiran batuapungterang/putih.

4

GEOSEMINAR


Reubi, O. & Nicholls, I. A., 2004. Variability in eruptive dynamics associated with caldera collapse: an example from two successiveeruptions at Batur volcanic field, Bali, Indonesia. Bull. Volcanol. 66, 134–148.

5

Pendahuluan

GEOSEMINAR


6

Pendahuluan

Pemodelan sistemdapur magma Gunungapi Batur

Geiger, H., Troll, V.R., Jolis, E.M., Deegan, F.M., Harris, C., Hilton, D.R., Freda, C., 2018. Multi-level magma plumbing at Agung and Batur volcanoes increases risk of hazardous eruptions. Scientific Reports, in press.

GEOSEMINAR


“Stratigrafi Batuan Gunung Api”

Lapisan 1

Lapisan 2

Lapisan 3

Felsik

Mafik

7

Pendahuluan : Analogi

https://physicstoday.scitation.org/na101/home/literatum/publisher/aip/journals/content/pto/2018/pto.2018.71.issue11/pt.3.4069/20181030/images/large/pt.3.4069.figures.online.f6.jpeg

Produk Letusan

Mafik

Felsik

Magma

Erupsi/Letusan

tinggi silika,tinggi gas,kental

rendah silika,rendah gas,encer

GEOSEMINAR


Data dan Metode

• Lokasi studi; Desa Kerta, Kecamatan Payangan, Kabupaten Gianyar (sekitar 8.5 km dari rim kaldera)

• Analisis laboratorium (Pusat Survei Geologi, Badan Geologi, KESDM) ;

o Massa jenis batuapung secara kuantitatif;

o Petrografi

o Geokimia analisis XRF berupa press pellet yang diproses menggunakan alat ADVANT XP Sequential X-ray fluorescence spectrometer Thermo ARL9900, Thermo 502, SD Bruker S1 Turbo

8

GEOSEMINAR


Hasil dan Diskusi

Penampang stratigrafi endapan piroklastik aliran hasilletusan Kaldera Batur II pada 20.150 tahun yang lalu(sebagai Unit Ignimbrit Gunungkawi)

3 main stages

9

BP1 : Black Pumice 1


GP : Grey Pumice 1

GEOSEMINAR


• Sampel BP1 memiliki massa jenis terukurbatuapung 1.19 gr/cc

• BP1 ; memiliki sekitar ~10% komposisikristal berupa agregat kristal olivin-klinopiroksen-plagioklas-magnetit yang hadir dalam massa dasar gelas vulkanikberwarna gelap dan terdapat teksturpemipihan gelembung gas-gelas.

• Sampel BP1 memiliki massa jenis terukurbatuapung 1.24 gr/cc

• BP2 ; tersusun atas ~15% komposisi kristalberupa agregat kristal plagioklas-olivin-klinopiroksen—magnetit dan plagioklasutuh (dengan tekstur oscillatory zoning)

Kedua sampel batuan menunjukkan adanya tekstur mafic micro-granular enclaves (MMEs)

Hasil dan Diskusi

10



GEOSEMINAR


• Massa jenis terukur batuapung GP1 adalah 0.93 gr/cc, lebih kecil nilainya dibandingkan dengandua sampel batuapung hitam.

• Sampel GP1 tersusun atas komposisi mineral plagioklas dan klinopiroksen (<5%) pada massa dasargelas vulkanik yang menunjukkan tekstur pemipihan gelas vulkanik-gas.

• Komposisi massa dasar gelas vulkanik GP1 lebih bersifat felsik dibandingkan dengan komposisigelas pada dua sampel batuapung hitam (BP1 dan BP2).

• Hal tersebut menunjukkan adanya keterkaitan antara warna dan komposisi kristal/gelas pada batuapung yang diamati.

BatuapungAbu-abusebagaipembanding

11

Hasil dan Diskusi

GEOSEMINAR


• Komposisi unsur utama pada BP1, BP2, and GP1 telah dinormalisasi terhadap Fe sebagai FeO dan LOI (Loss of Ignition) menunjukkan nilai SiO2 berturut-turutadalah 62.8%, 62.5%, and 67.24%.

• Berdasarkan komposisinya, BP1 and BP2 terbentuk pada lingkungan dengankandungan silika melimpah (asam).

• Kedua sampel batuapung hitam diklasifikansebagai trakidasit SiO2 rendah dan batuapung abu-abu sebagai trakidasit SiO2

tinggi

12

Hasil dan Diskusi

Batuapung Ubud Ignimbrit (putih)

Batuapung Gunungkawi (abu-abu)

Batuapung Gunungkawi (hitam) Reubi, O. and Nicholls, I.A., 2004. Magmatic evolution at Batur volcanic field, Bali, Indonesia: petrological evidence for polybaric fractional crystallization and implications for caldera-forming eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 138, p.345-


Batuapung Gunungkawi (hitam)Data kajian Tim

GEOSEMINAR


• Bivariat (x-y) diagram unsur utama terpilihmenunjukkan komparasi batuapung hitam(BP1&BP2) yang memiliki nilai komposisi TiO2, MgO, CaO, FeOt hampir dua kali lebih tinggidibandingkan dengan komposisi unsur yang samapada batuapung abu-abu (GP1).

• Dalam konteks endapan PDCs (yang didominasibatuapung terang), tingginya nilai unsur TiO2-MgO-FeOt berkaitan dengan lebih banyaknyakandungan mineral mafik pada batuapung hitamdalam skala waktu geologi Kaldera Batur.

13

Hasil dan Diskusi

Batuapung Ubud Ignimbrit (putih)


Batuapung Gunungkawi (hitam) Reubi, O. and Nicholls, I.A., 2004. Magmatic evolution at Batur volcanic field, Bali, Indonesia: petrological evidence for polybaric fractional crystallization and implications for caldera-forming eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 138, p.345-

Batuapung Gunungkawi GP1 (abu-abu)

Batuapung Gunungkawi BP1&BP2 (hitam)Data kajian Tim

GEOSEMINAR


• Batuapung hitam (BP1&BP2) trakidasit SiO2 rendah memiliki komposisi yang bersifatlebih mafik apabila dibandingkan dengan batuapung abu-abu (GP1) trakidasit SiO2 tinggi dimana kedua jenis endapan batuapung dalam kajian ini diendapkan dalamsatu periode pengendapan yang sama pada bagian atas Ignimbrit Gunungkawisetebal 13.5 m.

• Komposisi geokimia juga menunjukkan bahwa batuapung hitam (BP1&BP2) mengandung TiO2, MgO, CaO, FeOt dengan nilai hampir dua kali lipat lebih tinggidibandingkan dengan batuapung abu-abu (GP1).

• Penambahan nilai TiO2, MgO, FeOt berkaitan dengan adanya pengayaan komposisimineral mafik (10-15%) pada batuapung hitam.

• Penambahan nilai CaO mengindikasikan adanya pengayaan Ca-plagioklas pada batuapung hitam dibandingkan dengan batuapung abu-abu/putih yang didominasioleh Na-plagioklas.

14

Hasil dan Diskusi

GEOSEMINAR


• Tekstur mafic microgranular enclaves (MMEs) and oscillatory zoning pada plagioklasteramati pada batuapung hitam (BP1&BP2) dan didukung dengan data geokimia yang ada menunjukkan terjadinya fase disekuilibrium evolusi magma (Liu et al., 2012) dimanaproses ini terjadi akibat adanya pengisian kembali magma bersifat basa kedalam magma yang bersifat asam pada sistem dapur magma Kaldera Batur (open magma system).

• Pada aspek tekstur warnanya, menurut Paulick and Franz (1997), perbedaan warnapada batuapung hitam dipengaruhi oleh pengayaan oksida besi tinggi dan warna massadasar gelas vulkanik yang berwarna gelap (kecoklatan) pada pengamatan mikroskopisdipengaruhi oleh kehadiran mikrokristal magnetit dimana hal ini dapat disebabkanadanya proses pencampuran magma (magma mixing).

• Selanjutnya, kehadiran batupung hitam (gelap) dapat mengindikasikan proses erupsidalam kondisi low magma discharge, low fragmentation level, dan low eruption column.

15

Hasil dan Diskusi

GEOSEMINAR


Sistemplumbingmagma GunungapiBatur

• Proses evolusi magma yang begitu cukup drastis perubahannya menjadi aspek penting pada saat letusan Kaldera Batur II.

• Hal tersebut mengindikasikan adanya perkembangan berupa pencampuran magma (magma mixing) dengan adanyapenambahan magma mafik (basa) ke dalam sistem magma felsik (asam) dan beberapa komposisis dan tekstur batuapungmenunjukkan adanya diferensiasi magma.

• Perbedaan tekstur warna pada endapan masif Ignimbrit Gunungkawi antara warna hitam (gelap) dan abu-abu (terang) dapat dibedakan dalam sudut pandang petrologi dan geokimia.

Pemodelan pada kajian sebelumnya untuk pembandingan

Geiger, H., Troll, V.R., Jolis, E.M., Deegan, F.M., Harris, C., Hilton, D.R., Freda, C., 2018. Multi-level magma plumbing at Agung and Batur volcanoes increases risk of hazardous eruptions. Scientific Reports, in press.

16

Variasai silika konten terhadap umur stratigrafi batuapungdan lava Batur

Titik linimasa kajian

Reubi, O. and Nicholls, I.A., 2004. Magmatic evolution at Batur volcanic field, Bali, Indonesia: petrological evidence for polybaric fractional crystallization and implications for caldera-forming eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 138, p.345-

?

Hasil dan Diskusi

GEOSEMINAR


• Secara petrologi, batuapung hitam Ignimbrit Gunungkawi Gunungkawi menunjukanadanya tekstur disekuilibrium.

• Batuapung hitam pada kajian ini diklasifikasikan sebagai trakidasit SiO2 rendah akibatpengayaan mineral mafik kaya oksida besi dan masa dasar gelas vulkanik berwarnagelap dipengaruhi oleh pengayaan mikrokristal magnetit.

• Pembentukan batuapung hitam berkaitan erat dengan proses magma mixing berupainjeksi magma lebih basa pada sistem magma lebih asam pada letusan Kaldera Batur II 20.150 tahun yang lalu.

• Endapan masif batupaung Ignimbrit Gunungkawi dapat mengindikasikan kondisierupsi bersifat low magma discharge condition, low fragmentation level, and low eruption column sebagai produk akhir letusan kaldera (fase terakhir letusanberhenti).

Conclusions

17

GEOSEMINAR


18

GEOSEMINAR


Documents

Studi Endapan Batuapung Hitam Ignimbrit Gunungkawi Kaldera