[SKARN/Endapan Hidrothermal/Alterasi Hidrothermal] - SISTEM DAN KARAKTERISTIK ENDAPAN SKARN

Sistem dan Karakteristik Endapan Skarn

Istilah skarn pada awalnya digunakan untuk mengacu asosiasi antara batuan berkomposisi kalk-silikat dan endapan bijih besi. Pada saat ini istilah tersebut berkembang untuk penamaan batuan yang berkomposisi kalk-silikat akibat adanya proses pengubahan pada batuan sedimen yang kaya karbonat akibat intrusi batuan beku menurut (Dilles dan Einaudi, 1981, dalam Pirajno, 1992). Endapan skarn terbentuk sebagai efek dari kontak antara larutan hidrothermal yang kaya silika dengan batuan sedimen yang kaya kalsium. Proses pembentukannya diawali pada keadaan temperatur 400⁰C - 650⁰C dengan mineral - mineral yang terbentuk berupa mineral kalk-silikat seperti diopsid, andradit, dan wolastonit sebagai mineral - mineral utama pembawa mineral bijih (Einaudi dkk. 1981, dalam Pirajno, 1992). Tapi terkadang dijumpai juga pembentukan endapan skarn juga terbentuk pada temperatur yang lebih rendah, seperti endapan skarn yang kaya akan kandungan Pb - Zn. Pengaruh tekanan yang bekerja selama pembentukan endapan skarn bervariasi tergantung pada kedalaman formasi batuan.

Skarn terbentuk pada metamorfisme kontak atau regional dan pada proses metasomatisme yang berkaitan dengan fluida magmatik, metamorfik, meteorik, ataupun air laut. Skarn umumnya ditemukan di dekat tubuh plutonik, sepanjang sesar atau rekahan yang bersifat regional, pada sistem panas bumi, di bawah lantai samudra, dan pada kerak yang terkubur dibagian bawah bentang lahan metamorfik. Mineralogi yang terdapat pada skarn umumnya didominasi oleh garnet dan piroksen. Tidak semua skarn menghasilkan mineralisasi yang bernilai ekonomis. Skarn yang mengandung mineral bijih disebut sebagai endapan skarn (Meinert et. al, 1997).

Menurut Meinert et. al (1997), dan Einaudi (1981) dalam Pirajno (1992) bahwa endapan skarn dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis mineral ekonomis yang ditemukan pada endapan tersebut, misalnya skarn tungsten, skarn Fe, skarn Au, skarn Cu, skarn Mo, skarn Zn, dan lainnya. Bahkan dimungkinkan untuk memperoleh dua mineral ekonomis pada satu endapan, misalnya skarn Cu-Au.

Jenis-Jenis Endapan SKARN :

·       Endapan Skarn Tembaga (Cu)

Kebanyakan endapan skarn tembaga berhubungan dengan granodiorit kalk-alkali yang mengubah monzogranite di busur kepulauan pada tepi benua. Intrusi ini merupakan tubuh bijih tembaga yang penting dalam pembentukan porfiri tembaga yang terbentuk pada busur tepi benua sisi barat Amerika yang berumur Mesozoikum dan Tersier, dan serupa dengan busur tepi benua Rusia yang berumur Karbon. Sejumlah endapan skarn tembaga juga terbentuk pada busur kepulauan kerak samudera yang berasosiasi dengan diorit kuarsa hingga monzogranit plutonik, seperti pada Tambang Meme, Haiti.

Porfiri tembaga yang berasosiasi dengan endapan skarn dapat terbentuk dengan dimensi yang sangat besar, hingga 500 juta ton pada tambang terbuka penambangan bijih. Kebanyakan skarn Cu berasosiasi dengan tipe-I, pluton seri magnetit pada lingkungan dangkal yang berbentuk stockwork, tersebar luas, dan secara intensif terjadi alterasi hidrothermal (Meinert et. al, 2005). Skarn tipe ini didominasi oleh garnet andradit, diopsid, vesuvianit, wolastonit, aktinolit, dan spidote. Hematit dan magnetit kemungkinan terbentuk dan secara lokal membentuk lapisan yang padat. Skarn tembaga dizonasikan oleh garnierit padat di dekat pusat plutonik, diikuti peningkatan kandungan klinopiroksin dan vesuvianit dan/atau wolastonite di daerah sekitar kontak dengan marmer. Pirit, kalkopirit dan bornit merupakan sulfida yang paling melimpah, dan terbentuk jauh dari pusat plutonik (Meinert et. al, 1997).

·       Endapan Skarn Besi (Fe)

Endapan skarn telah lama menjadi sumber yang penting pada tambang bijih besi dan magnetit di Cornwall, Pennsylvania, yang memasok kebutuhan akan besi selama revolusi industri di Amerika Serikat. Ini adalah tambang tertua di Amerika Utara. Pertambangan dimulai pada tahun 1737 dan pada tahun 1964, 93 juta ton bijih telah diproduksi dengan pasokan rata-rata ke pabrik 39,4% Fe dan 0,29% Cu, dengan hasil sampingan sejumlah kecil kobalt, emas dan perak (Lapham, 1968, dalam Meinert et. al, 1997). Konsentrat pirit digunakan untuk menghasilkan asam sulfat, pada tahun 1953 ketika operasi tambang terbuka dihentikan, overburden batugamping dihancurkan dan dijual sebagai agregat. Hasil yang tanggung dari tambang di Cornwall adalah skarn besi yg mengandung kapur dan endapan skarn tersebut berasosiasi dengan intrusives mulai dari gabro hingga diorit ke syenite, sementara skarn besi magnesium biasanya berasosiasi dengan granit atau granodiorit.

·       Endapan Skarn Tungsten (W) dan Timah (Sn)

Endapan skarn tungsten, vein dan endapan stratiform memasok sebagian besar produksi tahunan tungsten di dunia, dengan dominasi endapan skarn. Endapan skarn tungsten berasal dari endapan yang relatif besar, antara lain di Pulau Raja, Tasmania; Sangdong, Korea; MacMillan Pass (Yukon), Kanada; dan Pine Creek, California, Amerika Serikat. China adalah produsen utama dunia dan pada tahun 1989 menghasilkan sekitar 18.000 ton. Uni Soviet peringkat berikutnya dengan 7.000 ton. Meinert et. al (2005) memisahkan skarn Tungsten dari skarn Timah. Skarn tungsten umumnya terdapat pada plunonik kalk-alkali, dan Meinert telah membuat daftar sebanyak 203 endapan jenis ini. Karakteristik plutonik pembentuk endapan skarn tungsten berupa zona kontak berbentuk cincin akibat metamorfisme temperatur tinggi dan kahadiran pegmatit. Mineral utama pada timah berupa cassiterite dan stannites, dan mineral utama pada tungsten berupa wolframite dan scheelite, di mana scheelite menjadi begitu dominan pada tahapan akhir dari paragenesa. Terdapat dua varietas dari scheelite, yaitu yang kaya akan kandungan molybdenum (powellite) dan yang miskin akan kandungan molybdenum. Powellite ditemukan proses reduksi pada lingkungan skarn, sedangkan scheelite yang miskin kandungan molybdenum terjadi pada proses oksidasi. Proses reduksi skarn tungsten didominasi oleh hedenbergite-grandite, spessartine dan garnet almandine. Mineral sulfida termasuk pirhotite, molybdenite, kalkopirit, sphalerite, dan arsenopirit. Mineral retrograde skarn berupa epidote, biotit, dan hornblende.

Skarn tungsten yang teroksidasi mengandung lebih banyak andradite ketimbang piroksin, skarn timah umumnya terbatas pada granit yang kaya akan silika dan umumnya berasosiasi dengan alterasi tipe greisen dan aktifitas kaya kandungan flourine, yang tidak terdapat pada skarn tipe lain. Perlu dicatat bahwa skarn timah cenderung berkaitan dengan pluton granitik yang terbentuk oleh proses partial melting pada kerak benua. Skarn timah umumnya memiliki asosiasi elemen F-B-Be-Li-W-Mo. Skarn timah dikategorikan dari yang bersifat calcic hingga magnesian, dari yang kaya akan oksida hingga yang kaya akan sulfida. Kwak (1987), dalam Meinert et. al (1997) menyatakan bahwa skarn yang kaya akan kandungan timah biasanya yang jauh dari pusat plutonik.

·         Endapan Skarn Talk

Endapan skarn yang mengandung talk dan alterasi karbonat serta batuan metasedimen lainnya memasok sekitar 70% dari produksi talk di dunia. Contoh yang baik dan penting dari endapan ini terdapat di Perancis dan Austria (Moine et al. 1989, dalam Meinert et. al, 1997). Sebuah Tambang terbuka di Trimouns, terletak di ujung timur Pyrenees Perancis pada ketinggian 1.800 m. Produksi Talk lebih dari 300.000 ton dan cadangan minimal 20 juta ton. Bijih-bijih terbentuk di sepanjang batas antara basement batuan metamorf tingkat tinggi dan migmatit dari St Barthélemy Massif dan tertutup oleh batuan hasil sesar naik berupa batuan metamorf yang tingkatannya lebih rendah berumur Ordovisium atas hingga Devon. Bagian bawah dari hanging wall terdapat lensa - lensa dolomit yang menerus dengan ketebalan 5 – 80 meter, juga terdapat sisipan sekis mika pada leucogranit, aplit, pegmatit, dan juga terdapat vein kuarsa. 

Selama proses sesar yang memotong dolomit terjadi, sekis dan batuan lainnya mengalami sirkulasi hidrotermal yang luas yang menghasilkan bijih yang kaya akan talk (80-97 % talk) pada dolomit dan bijih yang kaya akan klorit (10 - 30% talk) pada batuan silikat. Badan bijih utama setebal 10 - 80 meter dengan kemiringan 40-800 m. Volume batuan nampaknya tetap konstan selama proses metasomatisme  tersebut. Dari studi tentang kumpulan dan komposisi mineral, (Moine. 1989, dalam Meinert et. al, 2005) menunjukkan bahwa metasomatisme berlangsung di sekitar 400°C di bawah tekanan dari sekitar 0,1 GPa. Larutan dengan kandungan garam yang tinggi, minim kandungan CO₂, namun kandungan Ca dan Mg yang tinggi, memegang peranan penting dalam proses metasomatisme ini, namun sumbernya belum dapat dipastikan.

·         Endapan Skarn Grafit

Produksi sejumlah kecil grafit berasal dari endapan skarn, misalnya Tambang Skaland Norwegia, jauh di dalam Lingkaran Arktik tepat di sebelah selatan Tromso, di mana lensa skarn yang panjangnya hingga 200 meter dengan 5-6 meter (maksimum 24 m), mengandung 20-30% grafit dan terdapat pada sekis mika dikelilingi oleh metagabbro dan granit. Terdapat gangue mineral berupa diopsid, hornblende, labradorit, sphene, garnet, scapolite dan wolastonite. Diperkirakan endapan telah dihasilkan dari konsentrasi karbon yang sudah ada dalam sedimen (Bugge 1978, dalam Meinert et. al, 2005) dan ini kemungkinan terjadi akibat proses kalk-silikat hornfelses atau reaksi skarn.

·         Endapan Skarn Emas (Au)

Dalam 20 tahun terakhir ini terdapat beberapa endapan skarn emas yang telah ditemukan, misalnya Red Dome, Queensland dan Navachab, Namibia. Namun, kenyataannya  mineralisasi emas ini sebagai tipe skarn tidak disadari sejak awal. Pada skarn emas, kandungan emas berkisar 5 hingga 15 gram per ton. Skarn emas lainnya lebih merupakan hasil oksidasi, memiliki kandungan emas yang lebih rendah (1 hingga 5 gram per ton), dan mengandung logam lain seperti Cu, Pb dan Zn. Beberapa tipe skarn lainnya, khususnya skarn Cu, mengandung cukup emas (antara 0,01 hingga 1 gram per ton) sebagai hasil sampingannya. Sebagian besar endapan skarn emas dengan kandungan tinggi berasosiasi dengan dengan proses reduksi dari pluton diorit-granodiorit kompleks dike atau sill. 

Skarn jenis ini didominasi oleh besi yang kaya akan piroksin; zona yang dekat pusat plutonik dapat mengandung garnet grandit intermediet yang melimpah. Mineral umum lainnya termasuk k-feldspar, scapolite, idocrase, apatite, dan amphibole aluminous dengan kandungan klorit yang tinggi. Daerah yang jauh dari pusat plutonik dan zona yang terbentuk lebih awal mengandung biotit dan k-feldspar hornfles yang dapat meluas hingga ratusan meter. Arsenopirit dan dan pyrhotite dapat menjadi  mineral sulfida yang dominan. Umumnya emas hadir sebagai elektrum dan berasosiasi kuat dengan bermacam bismuth dan mineral-mineral telluride termasik bismuth, hedleyite, wittichenite dan maldonite (misalnya di Navachab, Namibia).

Variabel pembentukan SKARN : 

Meinert et. al (2005), merumuskan tiga variabel penting yang berhubungan pada pembentukan endapan skarn adalah sebagai berikut (Gambar 1).

1.       Evolusi dalam dimensi ruang dan waktu

Pada pembentukan skarn, terdapat tiga tahap penting, yaitu metamorfisme awal yang dilanjutkan dengan metasomatisme pada suhu tinggi (600 -800⁰C) kemudian alterasi retrograde akibat penurunan suhu dan evolusi fluida yang mengalami penambahan mineral-mineral skarn.

2.       Kedalaman pembentukan

Salah satu dari faktor penting pengontrol ukuran, geometri, dan tipe alterasi skarn adalah kedalaman pembentukan skarn. Pengaruh dari kedalaman pembentukan adalah temperatur sekitar batuan samping pada sebelum, sesaat dan sesudah intrusi. Nilai rata - rata gradien geothermal untuk zona orogenik secara umum yaitu sekitar 35⁰C, pada lingkungan sekitar batuan samping di kedalaman 2 km bertemperatur 70⁰C, sehingga jika kedalaman 12 km akan memiliki suhu 420⁰C. Demikian jika ditambah dengan aliran panas yang didukung oleh kegiatan vulkanik, volume batuan yang dipengaruhi oleh suhu 400-700⁰C akan lebih luas dan lama pembentukannya dibandingkan dengan yang lebih dangkal. Faktor kedalaman pembentukan juga dapat berpengaruh pada permeabilitas batuan induk dan pengurangan kandungan unsur karbonat yang tersedia untuk dapat bereaksi dengan fluida hidrothermal, serta perubahan sifat mekanik dari batuan induk. Pada lingkungan pembentukan skarn yang dalam, batuan akan cenderung mengalami deformasi bersifat ductile daripada patahan oleh sesar.

Gambar 1. Tahapan evolusi dari endapan skarn yang berasosiasi dengan intrusi. A). Intrusi menyebabkan metamorfisme pada batuan sedimen. B). Terbentuk kalk-silikat mineral. C). Pembentukan skarn dangkal. D). Alterasi retrograde yang melibatkan air meteorik. (Meinert et. al, 1997).

3.       Mineralogi skarn

Identifikasi dan klasifikasi tipe skarn berdasarkan dari kandungan mineralogi dapat dilihat pada (Gambar 2). Pada umumnya mineral skarn adalah mineral pembentuk batuan, namun ada beberapa mineral yang sedikit terkandung dan memiliki mineral penyusun yang bervariasi sehingga dapat menghasilkan informasi mengenai lingkungan dari formasi pembentukan skarn tersebut. Mineral kuarsa dan kalsit merupakan contoh mineral yang dapat hadir diberbagai tipe skarn, namun mineral lainnya seperti humit, periklas, plogopit, talk, serpentin dan brusit merupakan mineral penciri magnesium skarn yang tidak dapat ditemukan di tipe skarn lainnya. Kandungan mineralogi yang terdapat pada skarn juga bisa untuk menentukan arah eksplorasi yang dituju dan menentukan kandungan mineral bijih yang terdapat pada tipe skarn tersebut.

Gambar 2. Diagram komposisi penyusun mineral-mineral skarn berdasarkan tipe mineral ekonomis yang terkandung. (Meinert et. al, 1997).

            Endapan SKARN berdasarkan batuan asal : 

Berdasarkan jenis batuan asalnya, skarn dibagi menjadi 2 yaitu endoskarn dan eksoskarn. Endoskarn adalah skarn yang terbentuk pada batas atau di dalam batuan beku itu sendiri. Sedangkan eksoskarn adalah skarn yang terbentuk pada batuan sedimen di sekitar intrusi batuan beku. Umumnya endapan endoskarn maupun eksoskarn dapat menghasilkan bijih, akan tetapi dalam endoskarn - eksoskarn yang hadir bersamaan, dimana eksoskarn menghasilkan marmer, umumnya bijih akan dominan ditemukan pada eksoskarn. Eksoskarn dapat diklasifikasikan pada mineral yang dominan hadir sebagai Mg-silikat seperti forsterit, atau sebagai calc-silicate dimana mineral yang hadir berupa andradit dan diopsid. Pada endapan skarn di dunia, skarn yang bernilai ekonomis dijumpai pada Ca-eksoskarn (Meinert et. al, 2005).

Endapan SKARN berdasarkan jarak dari sumber panas : 

Berdasarkan jenis mineral, skarn dapat dibagi menjadi dua, yaitu skarn prograde dan skarn retrograde. Skarn prograde merupakan skarn yang terbentuk pada fase awal, umumnya dijumpai mineral - mineral bersuhu tinggi seperti garnet, klinopiroksen, vesuvianit dan wolastonit. Sedangkan skarn retrograde adalah skarn yang terbentuk pada fase pendinginan, terbentuk pada suhu rendah, umumnya tersusun oleh serpentin, amfibol, tremolit, epidot, klorit dan kalsit (Corbett & Leach, 1997). Berdasarkan jarak dari sumber panas, skarn dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu skarn proksimal, skarn medial dan skarn distal. Skarn proksimal adalah skarn yang terbentuk dekat dengan sumber panas/intrusi batuan beku, skarn medial adalah skarn yang terbentuk dengan jarak menengah dari sumber panas, sedangkan skarn distal adalah skarn yang terbentuk jauh dari sumber panas/intrusi. (Sutarto dkk, 2008).

Sumber :

Guilbert, J. M., and Park, Jr. C. F., (1986). The Geology of Ore Deposits, W. H. Freeman and Company, New York.

Pirajno, F., (1992). Hydrotermal Mineral Deposits, Principles and Fundamental Concepts for the Exploration Geologist, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris.

Meinert, L. W., Dipple, G. M., dan Nicolescu, S. 2005. World Skarn Deposits. Economic Geology 100th Anniversary Volume, 299-336.