Сланец
| Осадочная порода | |
 Сланец | |
| Состав | |
|---|---|
| Глинистые минералы и кварц |
Сланец — это мелкозернистая обломочная осадочная порода, образовавшаяся из ила , представляющего собой смесь хлопьев глинистых минералов (водных слоистых силикатов алюминия, например каолина , Al 2 Si 2 O 5 ( OH ) 4 ) и мельчайших фрагментов ( с ил частиц размером ). других минералов, особенно кварца и кальцита . [1] Для сланца характерна тенденция раскалываться на тонкие слои ( пластины ) толщиной менее одного сантиметра. Это свойство называется делимостью . [1] Сланец – самая распространенная осадочная горная порода. [2]
Термин «сланец» иногда применяется в более широком смысле, как синоним глинистой породы , а не в более узком смысле богатой глиной делящейся глинистой породы. [3]
Текстура
[ редактировать ]Сланец обычно демонстрирует различную степень расщепленности. Из-за параллельной ориентации чешуек глинистых минералов в сланце он распадается на тонкие слои, часто расщепленные и обычно параллельные неразличимым в противном случае плоскостям напластования . [4] Нерасщепляющиеся породы аналогичного состава и крупности частиц (менее 0,0625 мм) характеризуются аргиллитами (от 1/3 до 2/3 алевритовых частиц) или аргиллитами (менее 1/3 алевритов). Породы с аналогичным размером частиц, но с меньшим количеством глины (более 2/3 ила) и, следовательно, более песчанистыми, представляют собой алевролиты . [4] [5]
Состав и цвет
[ редактировать ]
Сланцы обычно серого цвета и состоят из глинистых минералов и зерен кварца. Добавление различных количеств второстепенных компонентов меняет цвет камня. 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). [4] Цвет меняется от красноватого до зеленоватого по мере того, как железо в окисленном ( трехвалентном ) состоянии превращается в железо в восстановленном ( железистом ) состоянии. [6] Черный сланец образуется в результате присутствия более одного процента углеродистого материала и указывает на восстановительную среду. [4] Сланцы от бледно-голубого до сине-зеленого цвета обычно богаты карбонатными минералами . [7]
Глины являются основным компонентом сланцев и других глинистых пород. Представленные глинистые минералы представлены в основном каолинитом , монтмориллонитом и иллитом. Глинистые минералы позднетретичных аргиллитов представляют собой расширяющиеся смектиты , тогда как в более древних породах (особенно в средне-раннепалеозойских сланцах ) преобладают иллиты. Превращение смектита в иллит дает кремнезем , натрий , кальций , магний , железо и воду. Эти высвободившиеся элементы образуют аутигенный кварц , кремень , кальцит , доломит , анкерит , гематит и альбит , все они являются следами второстепенных (кроме кварца) минералов, обнаруженных в сланцах и других глинистых породах. [4] Типичный сланец состоит примерно из 58% глинистых минералов, 28% кварца, 6% полевого шпата , 5% карбонатных минералов и 2% оксидов железа . [8] Большая часть кварца является обломочной (часть первоначальных отложений, сформировавших сланцы), а не аутигенной (кристаллизовавшейся в сланцах после отложения). [9]
Сланцы и другие глинистые породы содержат примерно 95 процентов органического вещества всех осадочных пород. Однако в среднем сланце это составляет менее одного процента по массе. Черные сланцы, образующиеся в бескислородных условиях, ( наряду с двухвалентным железом Fe 2+ ) и сера (S 2− ). Аморфный сульфид железа вместе с углеродом придает черную окраску. [4] Поскольку аморфный сульфид железа постепенно превращается в пирит , который не является важным пигментом, молодые сланцы могут быть довольно темными из-за содержания сульфида железа, несмотря на умеренное содержание углерода (менее 1%), в то время как древние сланцы имеют черный цвет. указывает на высокое содержание углерода. [7]
Большинство сланцев имеют морское происхождение. [10] а грунтовые воды в сланцевых формациях часто сильно соленые . Есть свидетельства того, что сланец действует как полупроницаемая среда, пропуская воду, сохраняя при этом растворенные соли. [11] [12]
Формирование
[ редактировать ]Мелкие частицы, составляющие сланец, могут оставаться во взвешенном состоянии еще долгое время после того, как отложились более крупные частицы песка. В результате сланцы обычно откладываются в очень медленно движущейся воде и часто встречаются в озерах и лагунных отложениях, в дельтах рек , в поймах рек и на море ниже основания волн . [13] Толстые залежи сланца обнаружены вблизи древних континентальных окраин. [13] и прибрежные бассейны . [14] Некоторые из наиболее распространенных сланцевых формаций были отложены в эпиконтинентальных морях . Черные сланцы [8] распространены в меловых отложениях на окраинах Атлантического океана , где они отложились в ограниченных разломами силловых бассейнах, связанных с открытием Атлантики при распаде Пангеи . Эти бассейны были бескислородными, отчасти из-за ограниченной циркуляции в узкой Атлантике, а отчасти потому, что в очень теплых меловых морях не было циркуляции холодных придонных вод, которые сегодня насыщают кислородом глубокие океаны. [15]
Большая часть глины должна откладываться в виде агрегатов и хлопьев, поскольку скорость осаждения отдельных частиц глины чрезвычайно мала. [16] Флокуляция происходит очень быстро, когда глина попадает в сильно соленую морскую воду. [17] В то время как отдельные частицы глины имеют размер менее 4 микрон, комки глинистых частиц, образующиеся в результате флокуляции, различаются по размеру от нескольких десятков микрон до более 700 микрон в диаметре. Флокулы изначально богаты водой, но большая часть воды вытесняется из флокул, поскольку глинистые минералы со временем более прочно связываются друг с другом (процесс, называемый синерезис ). [18] Гранулирование глины организмами, фильтрующими корм, важно там, где флокуляция ингибируется. Фильтраторы-питатели производят около 12 тонн глиняных гранул на квадратный километр в год вдоль побережья Мексиканского залива США . [19]
По мере того как отложения продолжают накапливаться, более старые и более глубоко захороненные отложения начинают подвергаться диагенезу . В основном это уплотнение и литификация частиц глины и ила. [20] [21] Ранние этапы диагенеза, называемые эогенезом , протекают на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями осадков при незначительном уплотнении. [22] пирит . На этой стадии диагенеза в бескислородных илах может образовываться [8] [23]
Более глубокое погребение сопровождается мезогенезом , во время которого происходит большая часть уплотнения и литификации. Поскольку отложения подвергаются возрастающему давлению со стороны вышележащих отложений, зерна отложений перемещаются в более компактные структуры, пластичные зерна (например, зерна глинистых минералов ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. [24] В дополнение к физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение раствором под давлением . Точки соприкосновения зерен испытывают наибольшую нагрузку, причем напряженный минерал более растворим, чем остальная часть зерна. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам вступать в более тесный контакт. [21]
Именно во время уплотнения сланец приобретает свою хрупкость, вероятно, за счет механического уплотнения исходного открытого каркаса глинистых частиц. Частицы сильно ориентированы в параллельные слои, что придает сланцу характерную структуру. [25] Расщепление, вероятно, развивается на ранних стадиях процесса уплотнения, на относительно небольшой глубине, поскольку в толстых пластах расщепление, по-видимому, не меняется с глубиной. [26] Чешуйки каолинита имеют меньшую тенденцию располагаться в параллельных слоях, чем другие глины, поэтому глина, богатая каолинитом, с большей вероятностью образует нерасщепляющийся аргиллит, чем сланец. С другой стороны, черные сланцы часто имеют очень выраженную расщепленность ( бумажные сланцы ) из-за связывания молекул углеводородов с гранями глинистых частиц, что ослабляет связь между частицами. [27]
Литификация тесно связана с уплотнением, поскольку повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента , который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, так как минерал, растворенный из напряженных мест контакта, переоткладывается в ненапряженные поровые пространства. Глинистые минералы также могут быть изменены. Например, смектит превращается в иллит при температуре от 55 до 200 ° C (от 130 до 390 ° F), при этом выделяется вода. [8] Другие реакции изменения включают превращение смектита в хлорит и каолинита в иллит при температурах от 120 до 150 ° C (от 250 до 300 ° F). [8] В результате этих реакций иллит составляет 80% докембрийских сланцев по сравнению с примерно 25% молодых сланцев. [28]
Разрушение погребенных сланцев сопровождается телогенезом , третьей и последней стадией диагенеза. [22] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, возобновление воздействия метеорных вод приводит к дополнительным изменениям в сланцах, таким как растворение части цемента с образованием вторичной пористости . Пирит может быть окислен для получения гипса . [21]
Черные сланцы темные из-за большого содержания неокисленного углерода . Черные сланцы, распространенные в некоторых палеозойских и мезозойских слоях , отлагались в бескислородной , восстановительной среде, например, в стоячих столбах воды. [8] Некоторые черные сланцы содержат большое количество тяжелых металлов, таких как молибден , уран , ванадий и цинк . [8] [29] [30] [31] Обогащенные значения имеют спорное происхождение: их альтернативно объясняют поступлением гидротермальных флюидов во время или после седиментации или медленным накоплением морской воды в течение длительных периодов седиментации. [30] [32] [33]
Расщепление сланца ( горючего сланца Месселя ) большим ножом для обнаружения окаменелостей.
Выветривание сланца на дороге на юго-востоке Кентукки.
окаменелости , следы животных или норы и даже отпечатки дождевых капель На сланцевых подстилающих поверхностях иногда сохраняются . Сланцы также могут содержать конкреции, состоящие из пирита, апатита или различных карбонатных минералов. [34]
Сланцы, которые подвергаются теплу и давлению метаморфизма, превращаются в твердую, расщепляющуюся метаморфическую породу, известную как сланец . При продолжающемся увеличении степени метаморфизма последовательность представляет собой филлит , затем сланец и, наконец, гнейс . [35]
Как нефтематеринская порода углеводородов
[ редактировать ]Сланец является наиболее распространенной исходной породой углеводородов ( природного газа и нефти ). [8] Отсутствие крупных отложений в большинстве сланцевых пластов отражает отсутствие сильных течений в водах бассейна осадконакопления. Они могли насытить воду кислородом и разрушить органические вещества до того, как они успели накопиться. Отсутствие карбонатных пород в сланцевых пластах отражает отсутствие организмов, которые могли бы выделять карбонатные скелеты, что также, вероятно, связано с бескислородной средой. В результате около 95% органического вещества осадочных пород находится в сланцах и других глинистых породах. Отдельные пласты сланца обычно имеют содержание органического вещества около 1%, но самые богатые нефтематеринские породы могут содержать до 40% органического вещества. [36]
Органическое вещество в сланцах со временем преобразуется из исходных белков, полисахаридов , липидов и других органических молекул в кероген , который при более высоких температурах, обнаруженных на больших глубинах захоронения, далее превращается в графит и нефть. [37]
Историческая горнодобывающая терминология
[ редактировать ]До середины XIX века термины «сланец» , «сланец» и «сланец» не имели четкого различия. [38] В контексте подземной добычи угля сланец часто называли сланцем даже в 20 веке. [39] Черный сланец, связанный с угольными пластами, называется черным металлом. [40]
См. также
[ редактировать ]
- Формация Баккен – геологическая формация, известная добычей сырой нефти и газа.
- Барнетт-Шейл - геологическое образование в Техасе, США.
- Формация Медвежья Лапа - геологическое образование в Северной Америке.
- Берджесс-Шейл - горная порода, содержащая ископаемые, в канадских Скалистых горах.
- Марцеллусская формация - толща осадочных пород среднего девона.
- Окаменелости Мейзон-Крик - Сохранение лагерштетте в Иллинойсе в Национальном реестре исторических мест
- Горючий сланец - богатая органикой мелкозернистая осадочная порода, содержащая кероген.
- Сланцевый газ - природный газ, запертый в сланцевых формациях.
- Уиллер-Шейл - геологическое образование в штате Юта, известное окаменелостями трилобитов.
- Сланец Вианаматта — геологическое образование в Австралии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси (1996) Петрология: магматические, осадочные и метаморфические породы , 2-е изд., Фриман, стр. 281–292. ISBN 0-7167-2438-3
- ^ «Породы: материалы литосферы – Краткое содержание» . prenhall.com. Архивировано из оригинала 24 декабря 2014 года . Проверено 31 июля 2007 г.
- ^ Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси : Пирсон Прентис Холл . п. 139. ИСБН 0131547283 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси (1996) Петрология: магматические, осадочные и метаморфические породы , 2-е изд., Фриман, стр. 281–292. ISBN 0-7167-2438-3
- ^ «Породы: материалы литосферы – Краткое содержание» . prenhall.com. Архивировано из оригинала 24 декабря 2014 года . Проверено 31 июля 2007 г.
- ^ Поттер, Пол Эдвин; Мейнард, Дж. Барри; Прайор, Уэйн А. (1980). Седиментология сланцев: учебное пособие и справочный источник . Нью-Йорк : Springer-Verlag . стр. 54–56. ISBN 0387904301 .
- ^ Перейти обратно: а б Поттер, Мейнард и Прайор, 1980 , с. 56.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Ферридей, Тим; Монтенари, Майкл (2016). «Хемостратиграфия и хемофации аналогов нефтематеринских пород: анализ с высоким разрешением последовательностей черных сланцев из нижнесилурийской формации Формигосо (Кантабрийские горы, северо-запад Испании)» . Стратиграфия и временные рамки . 1 : 123–255. doi : 10.1016/bs.sats.2016.10.004 – через Elsevier Science Direct .
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор, 1980 , стр. 47–49.
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 72.
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 59.
- ^ Берри, Ф.А. (1960). «Полевые геологические данные, свидетельствующие о мембранных свойствах сланцев» . Бюллетень AAPG . 44 (6): 953–954 . Проверено 13 апреля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Блатт и Трейси 1996 , с. 219.
- ^ 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: Издательство Университета Юты. п. 222–223, 236–241. ISBN 9781607810049 .
- ^ Блатт и Трейси 1996 , стр. 287–292.
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 8.
- ^ Маккейв, Индиана (1975). «Вертикальный поток частиц в океане». Глубоководные исследования и океанографические обзоры . 22 (7): 491–502. Бибкод : 1975DSRA...22..491M . дои : 10.1016/0011-7471(75)90022-4 .
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 9.
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 10.
- ^ Блатт и Трейси 1996 , стр. 265–280.
- ^ Перейти обратно: а б с Боггс 2006 , стр. 147–154.
- ^ Перейти обратно: а б Шокетт, ПВ; Молитесь, LC (1970). «Геологическая номенклатура и классификация пористости осадочных карбонатов». Бюллетень AAPG . 54 . doi : 10.1306/5D25C98B-16C1-11D7-8645000102C1865D .
- ^ Боггс 2006 , с. 148.
- ^ Ричардсон, Итан Дж.; Монтенари, Майкл (2020). «Оценка потенциала залежей сланцевого газа с использованием многомасштабных характеристик и количественных характеристик сети пор, полученных с помощью СЭМ: бассейн Синьера-Маталлана, северо-запад Испании» . Стратиграфия и временные рамки . 5 : 677–755. дои : 10.1016/bs.sats.2020.07.001 . ISBN 9780128209912 . S2CID 229217907 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Лэш, Г.Г.; Блад, ДР (1 января 2004 г.). «Происхождение сланцевой ткани путем механического уплотнения флокулированной глины: данные из сланцев Рейнстрит верхнего девона, Западный Нью-Йорк, США». Журнал осадочных исследований . 74 (1): 110–116. Бибкод : 2004JSedR..74..110L . дои : 10.1306/060103740110 .
- ^ Синтубин, Мануэль (1994). «Глиняные ткани в связи с историей захоронения сланцев». Седиментология . 41 (6): 1161–1169. Бибкод : 1994Седим..41.1161С . дои : 10.1111/j.1365-3091.1994.tb01447.x .
- ^ Блатт, Харви; Миддлтон, Джерард; Мюррей, Рэймонд (1980). Происхождение осадочных пород (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. стр. 398–400. ISBN 0136427103 .
- ^ Боггс 2006 , стр. 142, 145–154.
- ^ Р. Зангерл и Э.С. Ричардсон (1963) Палеоэкологическая история двух пенсильванских сланцев , Мемуары Филдианы, т. 4, Полевой музей естественной истории, Чикаго
- ^ Перейти обратно: а б Дж. Д. Вайн и Э. Б. Туртелот (1970). «Геохимия черносланцевых месторождений. Краткий отчет». Экономическая геология . 65 (3): 253–273. дои : 10.2113/gsecongeo.65.3.253 .
- ^ Р. М. Ковени (1979). «Концентрация цинка в черных сланцах Пенсильвании в средней части континента Миссури и Канзаса». Экономическая геология . 74 : 131–140. дои : 10.2113/gsecongeo.74.1.131 .
- ^ Р. М. Ковени (2003) «Металоносные палеозойские черные сланцы и связанные с ними пласты» в книге Д. Р. Ленца (ред.) Геохимия отложений и осадочных пород , Geotext 4, Геологическая ассоциация Канады, стр. 135–144.
- ^ HD Голландия (1979). «Металлы в черных сланцах – переоценка». Экономическая геология . 70 (7): 1676–1680. дои : 10.2113/gsecongeo.74.7.1676 .
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор, 1980 , стр. 22–23.
- ^ Поттер, Мейнард и Прайор 1980 , с. 14.
- ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980 , стр. 396–397.
- ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980 , стр. 397.
- ^ Р.В. Раймонд (1881) «Сланец» в словаре горных и металлургических терминов , Американский институт горных инженеров. п. 78.
- ^ Альберт Х. Фэй (1920) «Сланец» в глоссарии горнодобывающей и минеральной промышленности , Горное бюро США. п. 622.
- ^ Герберт, Бакш (1996). Словарь инженерно-геологической инженерии: английский немецкий . Спрингер . п. 61. ИСБН 978-3540581642 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные со сланцем, на Викискладе?