Сланец - Shale

Сланец
Осадочная порода
Сланец Чаттануга (верхний девон; дорога Берксвилл Западный пр. 90, Кентукки, США) 25 (40541681100) .jpg
Сланец
Состав
Глинистые минералы и кварц

Сланец - это мелкозернистая обломочная осадочная порода, образованная из ила, который представляет собой смесь хлопьев глинистых минералов и крошечных фрагментов ( частиц размером с ил ) других минералов, особенно кварца и кальцита . Сланец характеризуется склонностью к разделению на тонкие слои ( пластинки ) толщиной менее одного сантиметра. Это свойство называется делимостью . Сланец - самая распространенная осадочная порода.

Термин « сланец» иногда применяется в более широком смысле, как синоним глинистой породы , а не в более узком смысле богатые глиной делящиеся глинистые породы.

Текстура

Сланец обычно демонстрирует разную степень хрупкости . Из-за параллельной ориентации чешуек глинистого минерала в сланце он распадается на тонкие слои, часто осколочные и обычно параллельные неразличимым в противном случае плоскостям напластования . Неделящиеся породы аналогичного состава и размера частиц (менее 0,0625 мм) описываются как аргиллиты (от 1/3 до 2/3 частиц ила) или аргиллиты (менее 1/3 ила). Породы с аналогичным размером частиц, но с меньшим содержанием глины (более 2/3 ила) и, следовательно, более песчанистые, являются алевролитами .

Образец бурового шлама сланца при бурении нефтяной скважины в Луизиане , США . Зерно песка = 2 мм в диаметре

Состав и цвет

Цветовая диаграмма для сланца в зависимости от степени окисления и содержания органического углерода

Сланцы обычно имеют серый цвет и состоят из глинистых минералов и зерен кварца. Добавление различных количеств второстепенных компонентов изменяет цвет породы. Красный, коричневый и зеленый цвета указывают на оксид железа ( гематит - красный), гидроксид железа ( гетит - коричневый и лимонит - желтый) или слюдистые минералы ( хлорит , биотит и иллит - зеленый цвет ). Цвет меняется с красноватого на зеленоватый, когда железо в окисленном ( трехвалентном ) состоянии превращается в железо в восстановленном ( двухвалентном ) состоянии. Черный сланец является результатом наличия более одного процента углеродистого материала и указывает на восстановительную среду. Сланцы от бледно-голубых до сине-зеленых обычно богаты карбонатными минералами.

Глины - основная составляющая сланцев и других глинистых пород. Представленные глинистые минералы в основном представлены каолинитом , монтмориллонитом и иллитом. Глинистые минералы позднетретичных аргиллитов представляют собой расширяющиеся смектиты , тогда как в более старых породах (особенно в сланцах среднего и раннего палеозоя ) преобладают иллиты. Превращение смектита в иллит дает кремнезем , натрий, кальций, магний, железо и воду. Эти высвобождаемые элементы образуют аутигенный кварц , кремний , кальцит , доломит , анкерит , гематит и альбит , все от следовых до второстепенных (кроме кварца) минералов, обнаруженных в сланцах и других глинистых породах. Типичный сланец состоит из примерно 58% глинистых минералов, 28% кварца, 6% полевого шпата, 5% карбонатных минералов и 2% оксидов железа. Большая часть кварца является детритом (часть исходных отложений, которые сформировали сланец), а не аутигенным (кристаллизованным внутри сланца после отложения).

Сланцы и другие глинистые породы содержат примерно 95 процентов органического вещества во всех осадочных породах. Однако это составляет менее одного процента по массе в среднем сланце. Черные сланцы, которые образуются в бескислородных условиях, содержат восстановленный свободный углерод наряду с двухвалентным железом (Fe 2+ ) и серой (S 2- ). Аморфный сульфид железа вместе с углеродом дает черную окраску. Поскольку аморфный сульфид железа постепенно превращается в пирит , который не является важным пигментом, молодые сланцы могут быть довольно темными из-за содержания в них сульфида железа, несмотря на умеренное содержание углерода (менее 1%), в то время как древние сланцы могут иметь черный цвет. указывает на высокое содержание углерода.

Большинство сланцев имеют морское происхождение, а грунтовые воды в сланцевых образованиях часто сильно засолены. Есть свидетельства того, что сланец действует как полупроницаемая среда, позволяя воде проходить через нее, сохраняя растворенные соли.

Формирование

Мелкие частицы, из которых состоит сланец, могут оставаться во взвешенном состоянии в воде еще долгое время после того, как были отложены более крупные частицы песка. В результате сланцы обычно откладываются в очень медленно движущейся воде и часто обнаруживаются в озерах и лагунных отложениях, в дельтах рек , на поймах рек и в прибрежных водах ниже основания волн . Мощные залежи сланца встречаются у окраин древних континентов и в прибрежных впадинах. Некоторые из наиболее распространенных сланцевых образований были отложены в эпиконтинентальных морях . Черные сланцы обычны в отложениях мелового периода на окраинах Атлантического океана, где они откладывались в разломных иловых бассейнах, связанных с открытием Атлантики во время распада Пангеи . Эти бассейны были бескислородными, частично из-за ограниченной циркуляции в узкой Атлантике, а частично из-за того, что в очень теплых меловых морях отсутствовала циркуляция холодной придонной воды, которая насыщает кислородом глубокие океаны сегодня.

Большая часть глины должна откладываться в виде агрегатов и хлопьев, поскольку скорость осаждения отдельных частиц глины чрезвычайно низкая. Флокуляция происходит очень быстро, когда глина попадает в сильно соленую морскую воду. В то время как отдельные частицы глины имеют размер менее 4 микрон, сгустки глинистых частиц, полученные в результате флокуляции, варьируются по размеру от нескольких десятков микрон до более 700 микрон в диаметре. Флокулы изначально богаты водой, но большая часть воды удаляется из флокул, поскольку глинистые минералы со временем связываются более плотно (процесс, называемый синерезисом ). Гранулирование глины организмами, фильтрующими корм , важно там, где флокуляция подавлена. Питатели-фильтры производят около 12 тонн глиняных гранул на квадратный километр в год вдоль побережья Мексиканского залива США.

По мере того, как осадки продолжают накапливаться, более старые, более глубоко погребенные отложения начинают подвергаться диагенезу . Это в основном состоит из уплотнения и литификации частиц глины и ила. Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в отложениях с незначительным уплотнением. Пирит может образовываться в аноксической грязи на этой стадии диагенеза.

Более глубокое захоронение сопровождается мезогенезом , в ходе которого происходит большая часть уплотнения и литификации. По мере того, как отложения подвергаются возрастающему давлению со стороны вышележащих отложений, зерна отложений переходят в более компактные структуры, пластичные зерна (например, зерна глинистых минералов ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. В дополнение к этому физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение с помощью раствора под давлением . Точки соприкосновения между зернами подвергаются наибольшей нагрузке, и минерал, подвергнутый фильтрации, более растворим, чем остальная часть зерна. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам войти в более тесный контакт.

Именно во время уплотнения сланец развивает свою хрупкость, вероятно, за счет механического уплотнения исходного открытого каркаса частиц глины. Частицы становятся прочно ориентированными в параллельные слои, которые придают сланцу его отличительную ткань. Делимость, вероятно, развивается на ранних этапах процесса уплотнения, на относительно небольшой глубине, поскольку в толстых пластах, похоже, она не меняется с глубиной. Хлопья каолинита имеют меньшую тенденцию к выравниванию параллельных слоев, чем другие глины, поэтому богатая каолинитом глина с большей вероятностью образует неделящийся аргиллит, чем сланец. С другой стороны, черные сланцы часто имеют очень выраженную хрупкость ( бумажные сланцы ) из-за связывания молекул углеводорода с гранями частиц глины, что ослабляет связь между частицами.

Литификация следует за уплотнением, так как повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента, который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, поскольку минерал, растворенный в точках напряженного контакта, переотлагается в ненапряженных поровых пространствах. Глинистые минералы также могут быть изменены. Например, смектит превращается в иллит при температуре примерно от 55 до 200 ° C (от 130 до 390 ° F), выделяя при этом воду. Другие реакции изменения включают превращение смектита в хлорит и каолинита в иллит при температурах от 120 до 150 ° C (250 и 300 ° F). Из-за этих реакций иллит составляет 80% докембрийских сланцев по сравнению с примерно 25% молодых сланцев.

Раскрытие погребенных сланцев сопровождается телогенезом , третьим и заключительным этапом диагенеза. Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, повторное воздействие метеорной воды вызывает дополнительные изменения в сланце, такие как растворение части цемента с образованием вторичной пористости . Пирит может окисляться с образованием гипса .

«Черные сланцы» имеют темный цвет из-за того, что они особенно богаты неокисленным углеродом . Черные сланцы, обычно встречающиеся в некоторых палеозойских и мезозойских слоях , откладывались в бескислородных , восстановительных средах, таких как колонны стоячей воды. Некоторые черные сланцы содержат большое количество тяжелых металлов, таких как молибден , уран , ванадий и цинк . Обогащенные значения имеют спорное происхождение, их альтернативно приписывают поступлению из гидротермальных флюидов во время или после седиментации или медленному накоплению из морской воды в течение длительных периодов седиментации.

Окаменелости , следы животных или норы и даже отпечатки капель дождя иногда сохраняются на поверхностях сланцевой подстилки. Сланцы также могут содержать конкреции, состоящие из пирита, апатита или различных карбонатных минералов.

Сланцы, которые подвергаются воздействию тепла и давления метаморфизма, превращаются в твердую, делящуюся метаморфическую породу, известную как сланец . При постоянном увеличении степени метаморфизма последовательность представляет собой филлит , затем сланец и, наконец, гнейс .

В качестве нефтематеринской породы

Сланцы являются наиболее распространенной нефтематеринской породой для углеводородов ( природного газа и нефти ). Отсутствие крупных отложений в большинстве сланцевых пластов отражает отсутствие сильных течений в водах осадочного бассейна. Они могли насыщать воду кислородом и разрушать органическое вещество до того, как оно накопилось. Отсутствие карбонатных пород в сланцевых пластах отражает отсутствие организмов, которые могли бы секретировать карбонатные скелеты, также, вероятно, из-за бескислородной окружающей среды. В результате около 95% органического вещества в осадочных породах содержится в сланцах и других глинистых породах. Отдельные сланцевые пласты обычно имеют содержание органического вещества около 1%, но самые богатые нефтематеринские породы могут содержать до 40% органического вещества.

Органическое вещество в сланцах со временем превращается из исходных белков, полисахаридов, липидов и других органических молекул в кероген , который при более высоких температурах, обнаруживаемых на больших глубинах захоронения, далее превращается в графит и нефть.

Историческая горная терминология

До середины XIX века термины « сланец» , «сланец» и « сланец» не различались четко. В контексте подземной добычи угля сланцы в 20 веке часто называли сланцевыми месторождениями . Черный сланец, связанный с угольными пластами, называется черным металлом.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

СМИ, связанные с сланцами, на Викискладе?