Łupki - Shale

W przypadku innych zastosowań zobacz Łupki (ujednoznacznienie) .
Łupek ilasty
Skała osadowa
Chattanooga Shale (górny dewon; Burkesville West Rt. 90 roadcut, Kentucky, USA) 25 (40541681100).jpg
Łupek ilasty
Kompozycja
Minerały ilaste i kwarc

Łupek jest drobnoziarnistą, klastyczną skałą osadową utworzoną z mułu będącego mieszaniną płatków minerałów ilastych oraz drobnych fragmentów ( cząstek mułu ) innych minerałów, zwłaszcza kwarcu i kalcytu . Łupek charakteryzuje się tendencją do rozszczepiania się na cienkie warstwy ( blaszki ) o grubości mniejszej niż jeden centymetr. Ta właściwość nazywa się rozszczepieniem . Łupki to najpowszechniejsza skała osadowa.

Termin łupek jest czasami stosowany szerzej, jako zasadniczo synonim skały błotnej , a nie w węższym znaczeniu bogatej w glinę skały rozszczepialnej.

Tekstura

Łupki zazwyczaj wykazują różne stopnie rozszczepiania . Ze względu na równoległą orientację płatków minerałów ilastych w łupkach rozpada się na cienkie warstwy, często odpryskujące i zwykle równoległe do nieodróżnialnych płaszczyzn podłoża . Skały nierozszczepialne o podobnym składzie i wielkości cząstek (poniżej 0,0625 mm) określane są jako mułowce (1/3 do 2/3 cząstek mułu) lub iłowce (mniej niż 1/3 mułu). Skały o podobnej wielkości cząstek, ale z mniejszą zawartością gliny (więcej niż 2/3 mułu), a zatem bardziej ziarniste, są mułowcami .

Próbkę zwiercin łupków podczas wiercenia jest olej dobrze w Luizjanie , USA . Ziarno piasku = 2 mm średnicy

Skład i kolor

Wykres kolorów dla łupków łupkowych na podstawie stopnia utlenienia i zawartości węgla organicznego

Łupki mają zazwyczaj szary kolor i składają się z minerałów ilastych oraz ziaren kwarcu. Dodatek różnych ilości drobnych składników zmienia kolor skały. Kolory czerwony, brązowy i zielony wskazują na tlenek żelaza ( hematyt – czerwienie), wodorotlenek żelaza ( getyt – brązy i limonit – żółty) lub minerały mikowe ( chloryt , biotyt i illit – zielenie). Kolor zmienia się z czerwonawego na zielonkawy, gdy żelazo w stanie utlenionym ( żelazowym ) jest przekształcane w żelazo w stanie zredukowanym ( żelaznym ). Czarny łupek wynika z obecności więcej niż jednego procenta materiału węglowego i wskazuje na środowisko redukujące. Łupki o barwie jasnoniebieskiej do niebieskozielonej są zazwyczaj bogate w minerały węglanowe.

Gliny są głównym składnikiem łupków i innych mułków. Reprezentowane minerały ilaste to głównie kaolinit , montmorylonit i illit. Minerały ilaste późnego trzeciorzędu to smektyty ekspandowalne , podczas gdy w starszych skałach (zwłaszcza w łupkach środkowego i wczesnego paleozoiku ) dominują illity. Przekształcenie smektytu w illit wytwarza krzemionkę , sód, wapń, magnez, żelazo i wodę. Te uwolnione pierwiastki tworzą autigeniczny kwarc , chert , kalcyt , dolomit , ankeryt , hematyt i albit , wszystkie śladowe do mniejszych (z wyjątkiem kwarcu) minerałów występujących w łupkach i innych mułkach. Typowy łupek składa się z około 58% minerałów ilastych, 28% kwarcu, 6% skalenia, 5% minerałów węglanowych i 2% tlenków żelaza. Większość kwarcu jest detrytyczna (część pierwotnych osadów, które utworzyły łupki), a nie autygeniczna (skrystalizowana w łupkach po osadzeniu).

Łupki i inne skały błotne zawierają około 95 procent materii organicznej we wszystkich skałach osadowych. W przeciętnych łupkach jest to jednak mniej niż jeden procent masy. Czarne łupki, które powstają w warunkach beztlenowych, zawierają zredukowany wolny węgiel wraz z żelazem (Fe 2+ ) i siarką (S 2− ). Amorficzny siarczek żelaza wraz z węglem dają czarne zabarwienie. Ponieważ amorficzny siarczek żelaza stopniowo przekształca się w piryt , który nie jest ważnym pigmentem, młode łupki mogą być dość ciemne ze względu na zawartość siarczku żelaza, pomimo skromnej zawartości węgla (poniżej 1%), podczas gdy w dawnych łupkach czarny kolor wskazuje na wysoką zawartość węgla.

Większość łupków ma pochodzenie morskie, a wody gruntowe w formacjach łupkowych są często silnie zasolone. Istnieją dowody na to, że łupek działa jak medium półprzepuszczalne, przepuszczając wodę, jednocześnie zatrzymując rozpuszczone sole.

Tworzenie

Drobne cząstki tworzące łupki mogą pozostawać zawieszone w wodzie długo po tym, jak większe cząstki piasku zostaną osadzone. W rezultacie łupki zazwyczaj osadzają się w bardzo wolno płynącej wodzie i często można je znaleźć w jeziorach i osadach lagunowych , w deltach rzek , na terenach zalewowych i na morzu poniżej podstawy fal . Grube pokłady łupków znajdują się w pobliżu pradawnych obrzeży kontynentalnych i basenów przedgórza. Niektóre z najbardziej rozpowszechnionych formacji łupkowych zostały zdeponowane przez morza epikontynentalne . Czarne łupki są powszechne w kredowego warstw na marginesie Oceanu Atlantyckiego, gdzie zostały one zdeponowane w winy -bounded silled umywalki związane z otwarciem Atlantyku w rozpadzie Pangea . Baseny te były beztlenowe, częściowo z powodu ograniczonej cyrkulacji w wąskim Atlantyku, a częściowo dlatego, że bardzo ciepłe morza kredowe nie miały cyrkulacji zimnej wody dennej, która dziś natlenia głębokie oceany.

Większość gliny musi być osadzana w postaci agregatów i kłaczków, ponieważ szybkość osadzania poszczególnych cząstek gliny jest niezwykle powolna. Flokulacja jest bardzo szybka, gdy glina napotka silnie zasoloną wodę morską. Podczas gdy pojedyncze cząstki gliny mają rozmiar mniejszy niż 4 mikrony, grudki cząstek gliny wytworzone przez flokulację różnią się wielkością od kilkudziesięciu mikronów do ponad 700 mikronów średnicy. Kłębki zaczynają być bogate w wodę, ale większość wody jest usuwana z kłaczków, ponieważ minerały ilaste z czasem wiążą się ściślej ze sobą (proces zwany synerezą ). Granulacja gliny przez organizmy filtrujące paszę jest ważna tam, gdzie hamowana jest flokulacja. Podajniki filtrów produkują około 12 ton metrycznych granulek gliny na kilometr kwadratowy rocznie wzdłuż wybrzeża Zatoki Meksykańskiej.

W miarę akumulacji osadów starsze, głębiej zakopane osady zaczynają ulegać diagenezie . Składa się to głównie z zagęszczania i lityfikacji cząstek gliny i mułu. Wczesne etapy diagenezy, określane mianem eogenezy , zachodzą na płytkich głębokościach (kilkadziesiąt metrów) i charakteryzują się bioturbacją i zmianami mineralogicznymi osadów, przy niewielkim zagęszczeniu. Na tym etapie diagenezy w beztlenowym błocie może powstawać piryt .

Głębszemu pochówkowi towarzyszy mezogeneza , podczas której następuje większość zagęszczania i lityfikacji. W miarę jak osady znajdują się pod rosnącym ciśnieniem ze strony osadów położonych nad nimi, ziarna osadów przemieszczają się w bardziej zwarte układy, ziarna ciągliwe (takie jak ziarna minerałów ilastych ) ulegają deformacji, a przestrzeń porów ulega zmniejszeniu. Oprócz tego fizycznego zagęszczania, zagęszczanie chemiczne może odbywać się za pomocą roztworu pod ciśnieniem . Punkty kontaktu między ziarnami są najbardziej obciążone, a naprężony minerał jest bardziej rozpuszczalny niż reszta ziarna. W rezultacie punkty styku zostają rozpuszczone, co pozwala ziarnom na bliższy kontakt.

To właśnie podczas zagęszczania łupek nabiera rozszczepienia, prawdopodobnie poprzez mechaniczne zagęszczanie oryginalnego otwartego szkieletu z cząstek gliny. Cząsteczki zostają silnie zorientowane w równoległe warstwy, które nadają łupkowi charakterystyczną strukturę. Rozszczepianie prawdopodobnie rozwija się wcześnie w procesie zagęszczania, na stosunkowo małej głębokości, ponieważ rozszczepianie nie wydaje się zmieniać wraz z głębokością w grubych formacjach. Płatki kaolinitu mają mniejszą tendencję do układania się w równoległych warstwach niż inne gliny, więc bogata w kaolinit glina częściej tworzy nierozszczepialne mułowce niż łupki. Z drugiej strony, czarne łupki często mają bardzo wyraźną rozszczepienie ( łupki papierowe ) ze względu na wiązanie cząsteczek węglowodorów na powierzchniach cząstek gliny, co osłabia wiązanie między cząstkami.

Lityfikacja następuje ściśle po zagęszczaniu, ponieważ podwyższone temperatury na głębokości przyspieszają osadzanie się cementu wiążącego ze sobą ziarna. Roztwór ciśnieniowy przyczynia się do cementowania, ponieważ minerał rozpuszczony z naprężonych punktów styku jest ponownie osadzony w nienaprężonych przestrzeniach porów. Zmienione mogą być również minerały ilaste. Na przykład smektyt zmienia się w illit w temperaturach od około 55 do 200 ° C (130 do 390 ° F), uwalniając w tym procesie wodę. Inne reakcje przemiany obejmują przemianę smektytu w chloryt i kaolinitu w illit w temperaturach między 120 a 150 °C (250 i 300 °F). Z powodu tych reakcji illit stanowi 80% prekambryjskich łupków w porównaniu do około 25% młodych łupków.

Odkrywaniu zasypanych łupków towarzyszy telogeneza , trzeci i ostatni etap diagenezy. Ponieważ erozja zmniejsza głębokość zakopania, ponowne wystawienie na działanie wody meteorytowej powoduje dodatkowe zmiany w łupku, takie jak rozpuszczanie części cementu w celu wytworzenia wtórnej porowatości . Piryt może zostać utleniony do gipsu .

„Czarne łupki” są ciemne, ponieważ są szczególnie bogate w nieutleniony węgiel . Czarne łupki, często spotykane w niektórych warstwach paleozoicznych i mezozoicznych , osadzały się w beztlenowych , redukujących środowiskach, takich jak stojące słupy wody. Niektóre czarne łupki zawierają dużo metali ciężkich, takich jak molibden , uran , wanad i cynk . Wzbogacone wartości są kontrowersyjnego pochodzenia, alternatywnie przypisywane dopływowi płynów hydrotermalnych podczas lub po sedymentacji lub powolnej akumulacji z wody morskiej przez długie okresy sedymentacji.

  • Łupki w Potokgraben, Karawanki , Austria

  • Rozłupywanie łupków (łupek naftowych Messel ) dużym nożem w celu odsłonięcia skamieniałości

  • Wietrzenie łupków na drodze wyciętej w południowo-wschodnim Kentucky

Skamieliny , tropy zwierząt lub nory, a nawet odciski kropli deszczu są czasami zachowane na powierzchniach z łupków. Łupki mogą również zawierać konkrecje składające się z pirytu, apatytu lub różnych minerałów węglanowych.

Łupki, które podlegają ciepłu i ciśnieniu metamorfizmu, zamieniają się w twardą, rozszczepialną, metamorficzną skałę znaną jako łupek . Wraz z ciągłym wzrostem stopnia metamorfizmu sekwencja to fyllit , następnie łupek i wreszcie gnejs .

Jako źródło węglowodorów

Łupki są najbardziej rozpowszechnioną skałą macierzystą węglowodorów ( gaz ziemny i ropa naftowa ). Brak gruboziarnistych osadów w większości pokładów łupkowych odzwierciedla brak silnych prądów w wodach basenu depozycyjnego. Mogły one natlenić wody i zniszczyć materię organiczną, zanim zdążyła się nagromadzić. Brak skał węglanowych w pokładach łupków odzwierciedla brak organizmów, które mogły wydzielać szkielety węglanowe, prawdopodobnie również z powodu środowiska beztlenowego. W rezultacie około 95% materii organicznej w skałach osadowych znajduje się w łupkach i innych skałach mułowych. Poszczególne pokłady łupków zazwyczaj zawierają około 1% materii organicznej, ale najbogatsze skały macierzyste mogą zawierać nawet 40% materii organicznej.

Materia organiczna w łupkach jest z czasem przekształcana z pierwotnych białek, polisacharydów, lipidów i innych cząsteczek organicznych w kerogen , który w wyższych temperaturach występujących na większych głębokościach zakopania jest dalej przekształcany w grafit i ropę naftową.

Historyczna terminologia górnicza

Przed połową XIX wieku terminy łupek , łupek i łupek nie były wyraźnie rozróżniane. W kontekście podziemnego wydobycia węgla łupkowego często nazywano łupkiem jeszcze w XX wieku. Czarny łupek związany z pokładami węgla nazywany jest black metalem.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Multimedia związane z łupkami w Wikimedia Commons