Жақсы ұсақ түйіршікті шөкімді тас (Жақсы ұсақ түйіршікті шөкімді тас)
Shale
Шейл тау жынысы: құрамы, қабатты құрылымы, пайда болуы. Құм мен саз минералдарынан тұрады, қабат-қабат бөлінуге бейім. Геологиялық зерттеулерге арналған мақала.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұсақ түйірлі, кластикалық шөгінді тау жынысы
Fine grained, clastic sedimentary rock
Шей - балшықтан түзілген ұсақ түйірлі, кластикалық шөгінді тау жынысы, бұл балшық минералдарының (сулы алюминий филлосиликаттары, мысалы каолин, Al2Si2O5(OH)4) және басқа минералдардың ұсақ сынықтарынан (сильт мөлшеріндегі бөлшектер), әсіресе кварц пен кальциттен тұрады. Шейдің бір сантиметрден кем қалыңдыққа ие жұқа қабаттарға (ламиналарға) бөлінуге бейімділігімен сипатталады. Бұл қасиет бөлінгіштік деп аталады. "Шей" термині кейде кең мағынада қолданылып, негізінен саздықтың синонимі ретінде, сазға толы, қабатты саздықтың тар мағынасында емес, қолданылады.
Shale is a fine grained, clastic sedimentary rock formed from mud that is a mix of flakes of clay minerals (hydrous aluminium phyllosilicates, e. g. kaolin, Al2Si2O5(OH)4) and tiny fragments (silt sized particles) of other minerals, especially quartz and calcite. Shale is characterized by its tendency to split into thin layers (laminae) less than one centimeter in thickness. This property is called fissility. The term shale is sometimes applied more broadly, as essentially a synonym for mudrock, rather than in the narrower sense of clay rich fissile mudrock.
Құралы
Шикізат әдетте әртүрлі деңгейдегі қабатқа бөлінуге бейімділік көрсетеді. Шикізаттың құрамындағы саз минералдарының жалаңаш қабаттарының параллель бағытының арқасында, ол жұқа қабаттарға бөлінеді, көбінесе сынықтарға ұқсап, әдетте көзге көрінбейтін жатыс жазықтықтарына параллель болады. 0,0625 мм-ден кіші бөлшектері бар, бірақ қабатқа бөлінбейтін, ұқсас құрамдағы жыныстар балшық тас (1/3-ден 2/3-ге дейін күміс бөлшектері) немесе саз тас (1/3 күміс бөлшегінен кем) деп сипатталады. Ұқсас бөлшек өлшемдерімен, бірақ азырақ саз (күміс 2/3-ден артық) және сондықтан дөңгелек тастарға ұқсас жыныстар – күміс тас.
Shale typically exhibits varying degrees of fissility. Because of the parallel orientation of clay mineral flakes in shale, it breaks into thin layers, often splintery and usually parallel to the otherwise indistinguishable bedding planes. Non fissile rocks of similar composition and particle size (less than 0.0625 mm) are described as mudstones (1/3 to 2/3 silt particles) or claystones (less than 1/3 silt). Rocks with similar particle sizes but with less clay (greater than 2/3 silt) and therefore grittier are siltstones.
Құрамы мен түсі
Шайындар әдетте сұр түсті болып келеді және олардың құрамында қышқыл минералдар мен кварц түйіршіктері болады. Аз мөлшердегі қосымша құрамдастардың мөлшері өзгеруі тау жынысының түсін өзгертеді. Қызыл, қоңыр және жасыл түстер темір оксидінің (гематит – қызыл), темір гидроксидінің (гоетит – қоңыр және лимонито – сары) немесе микалы минералдардың (хлорит, биотит және иллит – жасыл) болуын көрсетеді. Қара шифер бір проценттен астам көміртекті материалдың болуынан пайда болады және бұл тотықсыздану ортасын көрсетеді. Кварцтың көп бөлігі детриттік (шиферді құрайтын бастапқы шөгінділердің бөлігі) болып келеді, ал аутигендік (шығыршықта жатырғаннан кейін кристалданатын) кварцтың мөлшері аз. Шайындар және басқа балшықты жыныстар барлық шөгінді жыныстардағы органикалық заттардың шамамен 95 пайызын құрайды. Дегенмен, бұл орташа шифердің массасының бір пайызынан кем болады. Аноксиялық жағдайларда қалыптасатын қара шиферлерде азайтылған еркін көміртек, сондай-ақ темір (Fe2+) және күкірт (S2−) болады. Аморфты темір сульфиді көміртегімен бірге қара түс беруге себеп болады.
Shales are typically gray in color and are composed of clay minerals and quartz grains. The addition of variable amounts of minor constituents alters the color of the rock. Red, brown and green colors are indicative of ferric oxide (hematite – reds), iron hydroxide (goethite – browns and limonite – yellow), or micaceous minerals (chlorite, biotite and illite – greens). Black shale results from the presence of greater than one percent carbonaceous material and indicates a reducing environment. Most of the quartz is detrital (part of the original sediments that formed the shale) rather than authigenic (crystallized within the shale after deposition). Shales and other mudrocks contain roughly 95 percent of the organic matter in all sedimentary rocks. However, this amounts to less than one percent by mass in an average shale. Black shales, which form in anoxic conditions, contain reduced free carbon along with ferrous iron (Fe2+) and sulfur (S2−). Amorphous iron sulfide, along with carbon, produce the black coloration.
Құрылу
Шлакты құрайтын ұсақ бөлшектер құмның ірі бөлшектері шөгіп қалғаннан кейін де суда ұзақ уақыт бойы тоқтап тұруы мүмкін. Осының салдарынан, шиферлер көбінесе өте баяу ағысы бар суға шөгіп, көбінесе көлдер мен лагуналық шөгінділерде, өзендердің дельталарында, су тасқыны жазықтарында және толқынның әсеріне жетпейтін теңіз түбінде кездеседі. Шифердің қалың қабаттары ежелгі континенттік жиектер мен алдыңғы алаптардың жанында табылады. Кейбір кең таралған шиферлер эпиконтинентальдық теңіздермен шөгіндірілген. Қара шиферлер. Жеке балшық бөлшектерінің мөлшері 4 микроннан кем болса, флокуляция нәтижесінде пайда болған балшық бөлшектерінің жиынтығының мөлшері ондаған микроннан бастап 700 микроннан астам диаметрге дейін өзгереді. Флоккулдар бастапқыда суға толы болады, бірақ уақыт өте келе балшық минералдары тығыз байланысқа түскенде (синерез деп аталатын процесс) олардан көп мөлшерде су шығарылады. Сүзгілеп қоректенетін организмдердің балшықты ұсақтауы, флокуляция тежелген жерлерде маңызды. Сүзгілеп қоректенетін организмдер АҚШ-тың Мексика шығанағының жағалауында жылына бір шаршы километрге шамамен 12 тонна балшық түйіршігін өндіреді. Шөгінділер жинақтала берген сайын, ескі, тереңге көмілген шөгінділер диагенезге ұшырай бастайды. Бұл негізінен балшық пен құм бөлшектерін тығыздау және литификациялаудан тұрады. Диагенездің алғашқы кезеңдері, эогенез деп аталады, аз тереңдікте (бірнеше ондаған метр) жүзеге асады және биотурбациямен және шөгінділердегі минералдық өзгерістермен сипатталады, тығыздалу өте аз болады. Диагенездің осы кезеңінде аноксиялық сазда пирит пайда болуы мүмкін. Физикалық тығыздаудан басқа, қысымдық ерітілу арқылы химиялық тығыздалу да жүзеге асуы мүмкін. Дәндердің арасындағы жанасу нүктелері ең көп кернеуге ұшырайды, ал кернеуге ұшыраған минерал дәннің қалған бөлігіне қарағанда оңай ериді. Нәтижесінде, жанасу нүктелері ериді, бұл дәндердің жақындауына мүмкіндік береді. Шифердің қабаттану қабілеті осы тығыздалу кезінде дамиды, бұл балшық бөлшектерінің бастапқы ашық құрылымының механикалық тығыздалуынан туындаған болуы мүмкін. Бөлшектер параллель қабаттарға бағытталды, бұл шиферге ерекше құрылым береді. Қабаттану процесі тығыздалу процесінің басында, салыстырмалы түрде аз тереңдікте пайда болады, өйткені қалың формацияларда қабаттану тереңдікке байланысты өзгеретін сияқты көрінбейді. Каолинитті қабыршақтар басқа балшықтарға қарағанда параллель қабаттарда орналасуға бейімділігі аз, сондықтан каолинитке бай балшық шифер емес, балшық тасын құрайды. Керісінше, қара шиферлер көбінесе өте айқын қабаттануға (қағаз шифер) ие, бұл балшық бөлшектерінің бетіне көмірсутек молекулаларының байланысуына байланысты, бұл бөлшектер арасындағы байланысты әлсіретеді. Литификация тығыздалудан кейін жүреді, өйткені тереңдегі температураның жоғарылауы дәндерді байланыстыратын цементтің шөгінуын жеделдетеді. Қысымдық ерітілу цементтеуге де үлес қосады, өйткені кернеуге ұшыраған жанасу нүктелерінен еріген минералдар кернеуге ұшырамаған кеуек кеңістіктерінде қайта шөгіндіріледі. Балшық минералдары да өзгеруі мүмкін. Мысалы, смектит шамамен 700°C температурада иллитке айналады, процесте су шығарады. Байылған мәндердің шығу тегі даулы, олар тұнбалану кезінде немесе одан кейін гидротермальдық сұйықтықтардың кірісіне немесе ұзақ тұнбалану кезеңдерінде теңіз суынан баяу жинақталуына байланысты деп саналады. Шифердің төсеніш бетінде қазбалар, жануарлардың іздері немесе қуыстар, тіпті жаңбыр тамшыларының іздері сақталуы мүмкін. Шиферлерде пирит, апатит немесе әртүрлі карбонат минералдарынан тұратын конгрециялар болуы мүмкін. Метаморфизмнің жылуы мен қысымына ұшыраған шиферлер қатты, қабатталған, метаморфты тау жынысы – сланецке айналады. Метаморфтық дәрежелердің артуымен, реті филлит, содан кейін шист және, әрі қарай, гнейс болады.
The fine particles that compose shale can remain suspended in water long after the larger particles of sand have been deposited. As a result, shales are typically deposited in very slow moving water and are often found in lakes and lagoonal deposits, in river deltas, on floodplains and offshore below the wave base. Thick deposits of shale are found near ancient continental margins and foreland basins. Some of the most widespread shale formations were deposited by epicontinental seas. Black shales Whereas individual clay particles are less than 4 microns in size, the clumps of clay particles produced by flocculation vary in size from a few tens of microns to over 700 microns in diameter. The floccules start out water rich, but much of the water is expelled from the floccules as the clay minerals bind more tightly together over time (a process called syneresis). Clay pelletization by organisms that filter feed is important where flocculation is inhibited. Filter feeders produce an estimated 12 metric tons of clay pellets per square kilometer per year along the U. S. Gulf Coast. As sediments continue to accumulate, the older, more deeply buried sediments begin to undergo diagenesis. This mostly consists of compaction and lithification of the clay and silt particles. Early stages of diagenesis, described as eogenesis, take place at shallow depths (a few tens of meters) and are characterized by bioturbation and mineralogical changes in the sediments, with only slight compaction. Pyrite may be formed in anoxic mud at this stage of diagenesis. In addition to this physical compaction, chemical compaction may take place via pressure solution. Points of contact between grains are under the greatest strain, and the strained mineral is more soluble than the rest of the grain. As a result, the contact points are dissolved away, allowing the grains to come into closer contact. It is during compaction that shale develops its fissility, likely through mechanical compaction of the original open framework of clay particles. The particles become strongly oriented into parallel layers that give the shale its distinctive fabric. Fissility likely develops early in the compaction process, at relatively shallow depth, since fissility does not seem to vary with depth in thick formations. Kaolinite flakes have less tendency to align in parallel layers than other clays, so kaolinite rich clay is more likely to form nonfissile mudstone than shale. On the other hand, black shales often have very pronounced fissility (paper shales) due to binding of hydrocarbon molecules to the faces of the clay particles, which weakens the binding between particles. Lithification follows closely on compaction, as increased temperatures at depth hasten deposition of cement that binds the grains together. Pressure solution contributes to cementing, as the mineral dissolved from strained contact points is redeposited in the unstrained pore spaces. The clay minerals may be altered as well. For example, smectite is altered to illite at temperatures of about , releasing water in the process. The enriched values are of controversial origin, having been alternatively attributed to input from hydrothermal fluids during or after sedimentation or to slow accumulation from sea water over long periods of sedimentation. Fossils, animal tracks or burrows and even raindrop impressions are sometimes preserved on shale bedding surfaces. Shales may also contain concretions consisting of pyrite, apatite, or various carbonate minerals. Shales that are subject to heat and pressure of metamorphism alter into a hard, fissile, metamorphic rock known as slate. With continued increase in metamorphic grade the sequence is phyllite, then schist and finally gneiss.
Көмірсутектер көздері ретінде
Шифер – көмірсутектердің (табиғи газ және мұнай) ең көп кездесетін бастапқы қабаты. Жер асты көмір өндірісінде шифер 20-шы ғасырға дейін жиі тақта тас деп аталған. Көмір қабаттарымен байланысты қара шифер "қара металл" деп аталады.
Shale is the most common source rock for hydrocarbons (natural gas and petroleum). In the context of underground coal mining, shale was frequently referred to as slate well into the 20th century. Black shale associated with coal seams is called black metal.