Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Black Shale )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см сланец (значения) .
Сланец
Осадочная порода
ShaleUSGOV.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 . [1] Сланец характеризуется склонностью к разделению на тонкие слои ( пластинки ) толщиной менее одного сантиметра. Это свойство называется делимостью . [1] Сланцы - наиболее распространенная осадочная порода. [2]

Термин сланец иногда применяется в более широком смысле, как синоним глинистой породы , а не в более узком смысле богатые глиной делящиеся глинистые породы. [3]

Текстура [ править ]

Сланец обычно демонстрирует разную степень хрупкости , распадается на тонкие слои, часто трескается и обычно параллелен неразличимой в противном случае плоскости напластования из-за параллельной ориентации чешуек глинистых минералов. [1] 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 . [1] [2]

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

Состав и цвет [ править ]

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

Сланцы обычно состоят из глинистых минералов и зерен кварца и обычно имеют серый цвет. 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 ). [1] Цвет меняется с красноватого на зеленоватый, когда железо в окисленном ( трехвалентном ) состоянии превращается в железо в восстановленном ( двухвалентном ) состоянии. [4]Черный сланец является результатом наличия более одного процента углеродистого материала и указывает на восстановительную среду. [1] Сланцы от бледно-голубых до сине-зеленых обычно богаты карбонатными минералами. [5]

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 следы к второстепенным (кроме кварца) минералам, обнаруженным в сланцах и других глинистых породах. [1] 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, сформировавших сланцы), а не аутигенным (кристаллизовавшимся в сланце после отложения). [6]

Сланцы и 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. [1] 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 черный цвет в древний сланец указывает на высокое содержание углерода. [5]

Большинство сланцев имеют морское происхождение [7], 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. [8] [9]

Формирование [ править ]

Мелкие частицы, составляющие 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 . [10] Мощные залежи сланца обнаружены вблизи окраин древних континентов [10] и прибрежных бассейнов. [11] Некоторые из наиболее распространенных сланцевых образований были отложены в эпиконтинентальных морях . Черные сланцы обычны в отложениях мела на окраинах Атлантического океана, где они откладывались вразломные иловые бассейны, связанные с открытием Атлантики во время распада Пангеи . Эти бассейны были бескислородными, отчасти из-за ограниченной циркуляции в узкой Атлантике, а отчасти из-за того, что в очень теплых меловых морях отсутствовала циркуляция холодной придонной воды, которая насыщает кислородом глубокие океаны сегодня. [12]

Большая часть глины должна откладываться в виде агрегатов и хлопьев, поскольку скорость осаждения отдельных частиц глины чрезвычайно низкая. [13] Флокуляция происходит очень быстро, когда глина встречается с очень соленой морской водой. [14] В то время как отдельные частицы глины имеют размер менее 4 микрон, сгустки глинистых частиц, образовавшиеся в результате флокуляции, различаются 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 ). [15] 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. [16]

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. [17] [18] Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в отложениях с незначительным уплотнением. [19] Пирит может образовываться в бескислородной грязи на этой стадии диагенеза. [20]

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 фильтруемый минерал более растворим, чем остальное зерно. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам войти в более тесный контакт. [18]

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. [21] Растяжимость, вероятно, развивается на ранних этапах процесса уплотнения, на относительно небольшой глубине, поскольку в толстых пластах, похоже, не изменяется с глубиной. [22] Хлопья каолинита имеют меньшую тенденцию к выравниванию в параллельные слои, 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) за счет связывания молекул углеводорода с гранями частиц глины, что ослабляет связь между частицами. [23]

Литификация следует за уплотнением, так как повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента, который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, так как минерал, растворенный в точках контакта с напряжением, 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). Благодаря этим реакциям иллит составляет 80% докембрия.сланцы по сравнению с примерно 25% молодых сланцев. [24]

Раскрытие погребенных сланцев сопровождается телогенезом , третьим и заключительным этапом диагенеза. [19] 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 . [18]

«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 . [25] [26] [27] обогащенное значение спорного происхождения, будучи в качестве альтернативы отнести к входу из гидротермальных флюидов во время или после осаждения или медленное накопление из морской водыв течение длительного периода седиментации. [26] [28] [29]

  • Сланец в Потокграбене, Караванки , Австрия

  • Расщепление сланца (горючего сланца Messel ) большим ножом для обнаружения окаменелостей

  • Выветривание сланца на выемке на дороге на юго-востоке Кентукки

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. [30]

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 . [31]

Как нефтематеринская порода [ править ]

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. [32]

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. [33]

Историческая горная терминология [ править ]

До середины XIX века термины « сланец» , «сланец» и « сланец» не различались четко. [34] В контексте подземной добычи угля сланцы в ХХ веке часто назывались сланцами. [35] Черный сланец, связанный с угольными пластами, называется черным металлом. [36]

См. Также [ править ]

  • Формация Баккен  - геологическая порода, известная добычей сырой нефти.
  • Barnett Shale  - Геологическое образование в Техасе, США.
  • Формация Медвежьей Лапы
  • Сланец Берджесс  - горная порода в канадских Скалистых горах с исключительной сохранностью мягких частей окаменелостей.
  • Формация Марцелла
  • Ископаемые пласты Mazon Creek  - Conservation lagerstätte в Иллинойсе в Национальном реестре исторических мест
  • Горючий сланец  - мелкозернистая осадочная порода, богатая органическими веществами и содержащая кероген.
  • Сланцевый газ
  • Wheeler Shale
  • Wianamatta Shale

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси (1996) Петрология: магматические, осадочные и метаморфические , 2-е изд., Freeman, стр. 281–292 ISBN  0-7167-2438-3
  2. ^ a b "Породы: материалы литосферы - Резюме" . prenhall.com. Архивировано из оригинального 15 марта 2021 года . Проверено 31 июля 2007 .
  3. Перейти ↑ Boggs, Sam (2006). Основы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. п. 139. ISBN 0131547283.
  4. ^ Поттер, Пол Эдвин; Мейнард, Дж. Барри; Прайор, Уэйн А. (1980). Седиментология сланца: учебное пособие и справочный источник . Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 54–56. ISBN 0387904301.
  5. ^ Б Поттер, Maynard & Приор 1980 , стр. 56.
  6. ↑ Potter, Maynard & Pryor, 1980 , стр. 47-49.
  7. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 72.
  8. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 59.
  9. Перейти ↑ Berry, FA (1960). «Полевые геологические данные, свидетельствующие о мембранных свойствах сланцев» . Бюллетень AAPG . 44 (6): 953–954 . Проверено 13 апреля 2021 года .
  10. ^ a b Blatt & Tracy 1996 , стр. 219.
  11. ^ Филлмор, Роберт (2010). Геологическая эволюция плато Колорадо в восточной части Юты и западного Колорадо, включая реку Сан-Хуан, природные мосты, каньонлендс, арки и книжные скалы . Солт-Лейк-Сити: Университет Юты Press. п. 222-223, 236-241. ISBN 9781607810049.
  12. ^ Blatt & Tracy 1996 , стр. 287-292.
  13. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 8.
  14. ^ McCave, IN (1975). «Вертикальный поток частиц в океане». Глубоководные исследования и океанографические аннотации . 22 (7): 491–502. DOI : 10.1016 / 0011-7471 (75) 90022-4 .
  15. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 9.
  16. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 10.
  17. Перейти ↑ Blatt & Tracy 1996 , pp. 265-280.
  18. ^ a b c Боггс 2006 , стр. 147-154.
  19. ^ a b Choquette, PW; Молитесь, LC (1970). «Геологическая номенклатура и классификация пористости осадочных карбонатов». Бюллетень AAPG . 54 . DOI : 10.1306 / 5D25C98B-16C1-11D7-8645000102C1865D .
  20. Перейти ↑ Boggs 2006 , p. 148.
  21. ^ Плеть, GG; Кровь, DR (1 января 2004 г.). "Происхождение сланцевой ткани путем механического уплотнения флокулированной глины: данные из сланцевого сланца Рейнстрит верхнего девона, Западный Нью-Йорк, США". Журнал осадочных исследований . 74 (1): 110–116. DOI : 10.1306 / 060103740110 .
  22. ^ Синтубин, Мануэль (1994). «Глиняные ткани применительно к истории захоронения сланцев». Седиментология . 41 (6): 1161–1169. DOI : 10.1111 / j.1365-3091.1994.tb01447.x .
  23. ^ Блатт, Харви; Миддлтон, Джерард; Мюррей, Раймонд (1980). Происхождение осадочных пород (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. С. 398–400. ISBN 0136427103.
  24. ^ Боггс 2006 , стр. 142, 145-154.
  25. ^ Р. Зангерл и Э. С. Ричардсон (1963) Палеоэкологическая история двух пенсильванских сланцев , Fieldiana Memoirs v. 4, Полевой музей естественной истории, Чикаго
  26. ^ a b J.D. Vine и EB Tourtelot (1970). «Геохимия черных сланцевых месторождений - Сводный отчет». Экономическая геология . 65 (3): 253–273. DOI : 10.2113 / gsecongeo.65.3.253 .
  27. ^ RM Ковени (1979). «Концентрации цинка в черных сланцах Пенсильвании на среднем континенте в штатах Миссури и Канзас». Экономическая геология . 74 : 131–140. DOI : 10.2113 / gsecongeo.74.1.131 .
  28. ^ Р.М. Ковени (2003) «Металлические палеозойские черные сланцы и связанные с ними пласты» в Д.Р. Ленце (ред.) Геохимия отложений и осадочных пород , Geotext 4, Геологическая ассоциация Канады, стр. 135–144
  29. ^ HD Голландия (1979). «Металлы в черных сланцах - переоценка». Экономическая геология . 70 (7): 1676–1680. DOI : 10.2113 / gsecongeo.74.7.1676 .
  30. ↑ Potter, Maynard & Pryor, 1980 , стр. 22-23.
  31. Перейти ↑ Potter, Maynard & Pryor 1980 , p. 14.
  32. Перейти ↑ Blatt, Middleton & Murray 1980 , pp. 396-397.
  33. Перейти ↑ Blatt, Middleton & Murray 1980 , pp. 397.
  34. ^ RW Raymond (1881) «Сланец» в Глоссарии горных и металлургических терминов , Американский институт горных инженеров. п. 78.
  35. ↑ Альберт Х. Фэй (1920) «Сланец» в Глоссарии горнодобывающей и минеральной промышленности , Горное бюро США. п. 622.
  36. ^ Герберт, Бакш (1996). Словарь инженеров-геологов: англо-немецкий . Springer . п. 61. ISBN 978-3540581642.

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с сланцами, на Викискладе?