Łupek

• 

• 

• 

Łupek to laminowany lub rozszczepialny materiał klastyczny skały osadowe, które składają się z przewagi mułu i gliny oraz innych minerałów, zwłaszcza kwarcu i kalcytu. Charakterystyczne właściwości łupków to pęknięcia wzdłuż cienkich warstw lub równoległych warstw lub podsypki zwane rozszczepialnością. Jest to najobficiej występująca skała osadowa. łupki łupkowe należące do kategorii skał osadowych znanych jako mułowce. Różnica między łupkami i mułowcami. Widoczne są rozszczepialne i laminowane. Łupki łatwo przekształcają się w cienkie es wzdłuż laminatów.

Pochodzenie: Detrital / Clastic

Kolor: czarny, szary

Grupa: ClasticSedimentary Rock

Tekstura: Clastic ; Bardzo drobnoziarnisty (< 0,004 mm) Łupek krzemionkowy. Łupek gliniasty. Łupek piaskowy

Skład mineralogiczny: łupek skaleniowy, łupek kwarcowy, łupek mikowy

Minerały: minerały ilaste, kwarc

Materiały cementujące. Łupki wapienne. Łupek podgorzałki. Łupki krzemionkowe

Środowisko złóż Równina zalewowa, jezioro (z dala od brzegu), szelf środkowo-kontynentalny, delta, równina pływowa, laguna lub głębinowy obszar morski

Klasyfikacja łupków

Łupki to rozszczepialne klastyczne skały osadowe powstałe w wyniku transportu, osadzania i zagęszczania szczątkowych materiałów mułu i gliny. Rozszczepialność gliny jest jej główną cechą odróżniającą od innych skał osadowych. Rozszczepialność definiuje się jako właściwość skały, która łatwo pęka wzdłuż cienkich, blisko rozmieszczonych (< w przybliżeniu 10 mm) warstw równoległych. Ten czynnik rozszczepialności jest podkreślony, ponieważ pokazuje klasyfikację osadów i skał osadowych na podstawie wielkości fragmentów.

Klasyfikacja oparta na fakturze

Łupki charakterystycznie zawierają drobnoziarnisty muł i cząstki gliny ( 0,063 mm). Z tego względu zalicza się je do łupków ilastych lub iłów, w zależności od tego, czy w składowych łopatki dominują muły czy iły. Łupki ilaste i ilaste można łącznie nazwać łupkami ilastymi. Czasami łupki mogą również zawierać znaczne ilości piasków, w którym to przypadku można je nazwać łupkami piaszczystymi lub łupkami piaskowymi.

Klasyfikacja oparta na składzie mineralogicznym.

Łupki można sklasyfikować jako kwarcowe, skaleniowe lub łupkowe. łupki łupkowe w zależności od przewagi minerałów, odpowiednio kwarcu, skalenia miki w skale po odpowiedniej analizie XRD (Pettijohn, 1957).

Klasyfikacja na podstawie rodzaju materiałów cementujących / cementujących.

Łupki, podobnie jak inne skały osadowe, są cementowane przez niektóre minerały lub pierwiastki po osadzeniu i zagęszczeniu. W klasyfikacji łupków można zastosować dominujący rodzaj materiału wzmacniającego, ponieważ może to wpłynąć na właściwości lub działanie łupka, gdy jest on używany jako materiał inżynieryjny. Typowe materiały cementujące to krzemionka, tlenek żelaza i wapń lub wapno. W związku z tym łupki można sklasyfikować odpowiednio jako krzemionkowe, żelaziste lub wapienne (czasami nazywane także wapiennymi).

Klasyfikacja oparta na środowisku depozycyjnym

Środowisko osadowe każdej skały osadowej (w tym łupków) jest naturalne położenie geograficzne, w którym osady są gromadzone, a później przekształcane w skały (Reineckand Singh, 1980). Rozróżnia się trzy depozycyjne środowiska osadowe, mianowicie kontynentalne, przejściowe lub marginalne i morskie. Każde środowisko deponowania ma różne podgrupy. Łupki są na ogół osadzane w środowisku jeziornym (kontynentalnym), deltaicznym (przejściowym) i morskim i mogą być odpowiednio sklasyfikowane jako takie; to znaczy łupki jeziorne, deltaiczne i morskie (Compton, 1977; Boggs, 1995). Osady lakustrinowe charakteryzują się mieszaniną gliny, mułu i piasków; nieorganiczne precypitaty węglanowe; oraz różne organizmy bezkręgowców słodkowodnych, w tym małże, małżoraczki, ślimaki, okrzemki i różne złoża roślin. Większość osadów lakowych ma mniej niż 10 m grubości. Osady delty są na ogół paralityczne (składają się z uporządkowanych sekwencji łupków i piaskowców powstałych w wyniku naprzemiennych transgresji i regresji morskich). Charakteryzują się również małą głębokością i stężeniem clayminerals kaolinitu / illitu / montmorylonitu. Złoża środowiska morskiego charakteryzują się jednorodnymi konsekwencjami skalnymi (nieparalitycznymi), dużymi głębokościami, niedoborem tlenu i stężeniem minerałów ilitowych / montmorylonitowych.Łupki w morskim środowisku osadowym są generalnie ciemniejsze i bogatsze w morskie skamieniałości planktonowe niż w środowisku jeziornym i deltaicznym.

Klasyfikacja oparta na zawartości materii organicznej

Łupki można klasyfikować jako węglowe lub bitumiczne na podstawie zawartości ich materii organicznej (Krumbein i Sloss, 1963). Zawartość materii organicznej w łupkach węglowych i bitumicznych na ogół przekracza 10%. Materia organiczna nadaje łupkom czarny lub szary kolor. Czarny kolor niektórych łupków może również wynikać z obecności siarczku żelaza. Jeśli dominująca zawartość materii organicznej pochodzi z fragmentów roślin, takich jak pyłki, łodygi i liście, łupek jest klasyfikowany jako węglowy, a środowisko depozycyjne jest zwykle kontynentalne (jeziorne) lub przejściowe (delta lub laguna). Kiedy dominująca zawartość materii organicznej w łupku pochodzi z fragmentów zwierzęcych, takich jak skamieniałości, łupek jest klasyfikowany jako bitumiczny, a jego środowisko depozycji jest zwykle deltaiczne lub morskie. Łupki węglowe i bitumiczne są ważnymi skałami źródłowymi do wytwarzania ropy naftowej i gazu w zależności od ich ilości / rodzaju zawartości kerogenu. Kerogenis to łupek błotny po laminowaniu

Skład łupku

Łupki składają się z mułu, minerałów ilastych i ziaren kwarcu. Generalnie kolor kremowy. W niektórych przypadkach kolor skały jest inny. Drobne składniki zmieniają kolor skały. Czarny łupek łupkowy zawiera więcej niż jeden procent materiału węglowego i wskazuje na środowisko redukujące. Czerwone, brązowe i zielone barwy wskazują na tlenek ofertryku (hematyt – czerwienie), wodorotlenek żelaza (getyt – brązy i limonit – żółty) lub minerały blaszkowate (chloryn, biotyt i illite – zielone).

Glina Minerały są głównym składnikiem łupków i innych podobnych skał. Reprezentowane minerały ilaste to głównie kaolinit, montmorylonit andilit. Minerały ilaste z mułowców późnego trzeciorzędu są smektytami zdolnymi do ekspansji, podczas gdy w starszych skałach, zwłaszcza w łupkach ze środkowego i wczesnego paleozoiku, przeważają. Przemiana 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 minerały (z wyjątkiem kwarcu) występujące w łupkach i innych mułach.

Materia organiczna

Bardzo ważne składnik materiału węglowego w skałach łupkowych. Jest to materiał organiczny, który zwykle występuje w skałach jako kerogen (mieszanina związków organicznych o dużej masie cząsteczkowej). Chociaż kerogen nie tworzy więcej niż około 1% wszystkich łupków, zdecydowana większość kerogenu znajduje się w mułowcach. Łupki bogate w materię organiczną (> 5%) znane są jako czarne łupki. Czarny kolor nadaje tym skałom materia organiczna. Materia organiczna powinna być rozkładana w normalnych warunkach przez bakterie, ale wysoka produktywność, szybkie osadzanie się i zakopywanie lub brak tlenu mogą ją zachować. Piryt to pospolity minerał siarczkowy występujący w czarnych łupkach. Materia organiczna i piryt występują razem w tej samej skale, ponieważ oba potrzebują do powstania warunków beztlenowych.

Niektóre łupki są szczególnie bogate w materię organiczną. Nazwa skały tego typu to Oil Shale. Szalik naftowy może być używany jako paliwo kopalne, chociaż jest to stosunkowo „brudne” paliwo, ponieważ zwykle zawiera dużo niepożądanych (nie spalających się) minerałów.

Łupki i muł zawierają około 95% materii organicznej we wszystkich skałach osadowych Jednak w przeciętnym łupku jest to mniej niż jedna część masy. Czarne łupki, które tworzą się w warunkach beztlenowych, zawierają zredukowany wolny węgiel wraz z żelazem żelazawym (Fe2 +) i siarką (S2−). Piryt i amorficzny siarczek żelaza wraz z węglem powodują czarne zabarwienie.

Tworzenie łupków

Łupki tworzą drobne cząsteczki, które mogą pozostawać w wodzie długo po osadzeniu się większych cząstek piasku. Łupki są zwykle osadzane w bardzo wolno płynącej wodzie i są często spotykane w jeziorach i osadach zalewowych, w deltach rzek, na równinach zalewowych i na morzu od plaż. Mogą być również osadzane w basenach osadowych i na półce kontynentalnej, we względnie głębokiej, spokojnej wodzie.

„Czarne łupki” to ciemno, jak ar Wynikają z tego, że są szczególnie bogate w nieutleniony węgiel. Powszechne w niektórych warstwach paleozoicznych i mezozoicznych czarniaki osadzały się w środowiskach beztlenowych, redukujących, takich jak kolumny wód stojących. Niektóre czarne łupki zawierają obfite metale ciężkie, takie jak molibden, uran, wanad i cynk.

Skamieniałości, ślady / nory zwierząt, a nawet krople deszczu są czasami zachowane na powierzchni złoża łupków. Łupki mogą również zawierać konkrecje składające się z pirytu, apatytu lub różnych minerałów węglowych.

Łupki, które są poddawane działaniu ciepła i ciśnienia substancji metamorficznej w twardą, rozszczepialną, metamorficzną skałę zwaną łupkiem.Przy ciągłym wzroście stopnia metamorficznego sekwencja to fyllit, następnie łupek i wreszcie gnejs.

Diageneza i węglowodory

Proces ilityzacji (smektyt przekształca się w toillit) jest główną zmianą zachodzącą w mułowce podczas diagenezy. Podczas diagenezy zapalanie pochłania potas (dostarczany zwykle przez detrytyczny skaleń potowy) i uwalnia żelazo, magnez i wapń, które mogą być wykorzystywane przez inne minerały tworzące, takie jak chloryn i kalcyt. Zakres temperatur ilityzacji wynosi około 50-100 ° C3. Wraz ze wzrostem głębokości zakopania spada również zawartość kaolinitu, który tworzy się w klimacie gorącym i wilgotnym. Bardziej suchy klimat umiarkowany ma skłonność do smektytu. Powodem jest to, że dużo opadów wypłukuje rozpuszczalne jony ze skały, podczas gdy bardziej suchy klimat nie spełnia tego zadania tak skutecznie. Kaolinit jest preferowany w wilgotnym klimacie, ponieważ oprócz krzemionki i wody zawiera tylko glin. Glin jest bardzo szczątkowy, podczas gdy składniki smektytu (magnez i wapń, oprócz glinu i żelaza) są łatwiejsze do usunięcia.

Kolejny ważny i ekonomicznie bardzo ważny proces zachodzący podczas diagenezy (czasami mówi się o tym etapie ascatagenesis) to dojrzewanie kerogenu w węglowodory. Kerogen jest substancją woskową uwięzioną w skale, ale dojrzewa do lżejszych węglowodorów, które są w stanie wydostać się z łupków i migrować w górę. Proces ten może przebiegać w temperaturach około 50-150 ° C4 (okno olejowe). Odpowiada to zwykle 2-4 kilometrom głębokości pochówku. Lżejsze węglowodory uwolnione podczas procesów (znanych jako kraking katalityczny i termiczny) mogą teraz swobodnie migrować w górę. Mogą tworzyć nadające się do eksploatacji złoża ropy i gazu, jeśli zostaną zatrzymane przez jakąś strukturalną pułapkę, która może być antykliną lub granicą uskoku. Warstwa skalna, która zatrzymuje ruch w górę, jest w wielu przypadkach kolejną warstwą łupków, ponieważ ubity łupek jest twardą barierą dla cieczy i gazu. Łupek może również tworzyć wodonośne warstwy wodonośne z tego samego powodu – nie pozwala wodzie łatwo przepływać przez skałę (ma niską przepuszczalność).

Jest to również powód, dla którego niektóre z utworzonych węglowodorów nie są zdolne do migracji ze skał źródłowych. Zasób ten będzie przynajmniej częściowo dostępny, jeśli wywiercimy otwory i wstrzykniemy do skały wodę pod ciśnieniem, co spowoduje jej pęknięcie. Ta metoda jest znana jako szczelinowanie hydrauliczne (fracking). Powstałe pęknięcia pozostaną otwarte przez piaski wtryskiwane wodą, a węglowodory uwięzione w skałach będą możliwe do odzyskania. Szczelinowanie jest w rzeczywistości powszechnym procesem w skorupie. Żyłki mineralne i wały to pęknięcia w skorupie otwierane i uszczelniane przez płyn lub magmę pod wysokim ciśnieniem.

Znaczenie łupków dla przemysłu naftowego

Według Okeke (2003) przemysł naftowy obejmuje poszukiwanie, wydobycie, transport, przetwarzanie i sprzedaż ropy naftowej i gazu. Wytwarzanie i akumulacja ropy naftowej przebiega w trzech etapach, a mianowicie: generacja w skałach źródłowych, migracja przez formacje geologiczne oraz magazynowanie w zbiornikach skalnych. Skały ropopochodne to formacje geologiczne, które są zdolne do wytwarzania ropy naftowej. Węgiel, mułowce i łupki są uznanymi skałami źródłowymi ze względu na zawartość węgla organicznego. Te zawartości organiczne, w zależności od ich charakteru, środowiska osadzania, temperatury, ciśnienia i głębokości pochówku, mogą wytwarzać ropę naftową. Generalnie gaz z ropy naftowej jest wytwarzany w warunkach organicznych o wysokiej temperaturze / ciśnieniu, humusowych i dominujących w roślinach, takich jak węgiel, podczas gdy ropa jest wytwarzana z mniej humusowych, dominujących paliw kopalnych i umiarkowanych temperatur / ciśnień morskich. Skały źródłowe mają bardzo niską porowatość i przepuszczalność, w związku z czym raz utworzona ropa naftowa jest uwięziona w zatoce, ale może wydostać się z powodu warunków ciśnienia hydrodynamicznego do pobliskiej porowatej skały, skąd nadal się porusza lub migruje, aż zostanie uwięziona lub zmagazynowana w odpowiedniej formacji geologicznej . Ropę naftową lub gastrologię uwięzioną w zbiornikach można następnie wykorzystać, wiercąc odwierty w zbiornikach. Do takich zbiorników należą piaskowce, wapienie oraz spękane łupki. Łupki jako skały nieprzepuszczalne są również ważnymi uszczelnieniami w pułapkach stratygraficznych i strukturalnych. Łupki są zatem ważne jako skały źródłowe, zbiornikowe, a także skały fok. Według Roegiersa (1993) około 90% wszystkich formacji wierconych w przemyśle naftowym to łupki i wapienie. Wiadomo również, że łupki mogą być problematyczne w przemyśle naftowym. Roegiers (1993) twierdzi, że około 75% problemów związanych z wierceniem / ukończeniem odwiertów jest związanych z formacjami łupkowymi. Szczegółowe informacje na temat pozytywnych i negatywnych aspektów łupków łupkowych dla przemysłu naftowego są teraz przeglądane.

Charakterystyka i właściwości łupków

Oto różne poziomy definicji.

• miękka, drobno uwarstwiona skała osadowa, która uformowała się ze skonsolidowanego mułu lub gliny i może być łatwo rozszczepiona na kruche płyty.
• skała rozszczepialna utworzona przez zestalenie gliny, mułu, lub muł, ma strukturę drobno rozwarstwioną lub laminowaną i składa się z minerałów w zasadzie niezmienionych od czasu ich osadzenia.
• skała o strukturze rozszczepialnej lub laminowanej utworzona przez zestalenie gliny lub materiału ilastego.

Żadne z nich nie ma nic wspólnego z tak zwaną „łupkową” ropą & produkcją gazu. Prawdziwe łupki, jak wyżej, to głównie minerały ilaste, które są również definiowane jako rozmiar (wielkości gliny) i są powszechnie nazywane szarymi łupkami. Zbiorniki wytwarzające węglowodory zawierają mniej niż 50% minerałów ilastych (czasami znacznie mniej), spełniają definicję wielkości cząstek i są bogate w związki organiczne. Jednym z najbardziej płodnych „łupków” w USA jest formacja Woodford. Zawiera bardzo wysoki poziom substancji organicznych i zazwyczaj zawiera około 30% minerałów ilastych. Pozostała część jest piaskowa / klastyczna na większości obszarów. Inne „łupki” są silniejszymi węglowodorami niż iły.

Zastosowania łupków

• Łupki mają wiele zastosowań komercyjnych. Jest to materiał źródłowy w przemyśle ceramicznym do produkcji cegieł, płytek i ceramiki. Łupek używany do produkcji ceramiki i materiałów budowlanych wymaga niewielkiej obróbki poza kruszeniem i mieszaniem z wodą.
• Łupek jest kruszony i podgrzewany wapieniem do produkcji cementu dla budownictwa. Ogrzewanie usuwa wodę i rozbija wapień na tlenek wapnia i dwutlenek węgla . Dwutlenek węgla jest tracony jako gaz, pozostawiając tlenek wapnia i glinę, która twardnieje po zmieszaniu z wodą i pozostawieniu do wyschnięcia.
• W przemyśle naftowym do wydobywania ropy naftowej i gazu ziemnego z łupków naftowych stosuje się szczelinowanie. pod wysokim ciśnieniem w skałę, aby wypchnąć cząsteczki organiczne. Zazwyczaj do ekstrakcji węglowodorów potrzebne są wysokie temperatury i specjalne rozpuszczalniki, co prowadzi do odpadów, które budzą obawy o wpływ na środowisko.

Kluczowy punkt

• Łupek jest najpowszechniejszym osadem skała, która stanowi około 70 procent skorupy ziemskiej.
• Łupek to drobnoziarnista skała wykonana ze sprasowanego mułu i gliny.
• Cechą charakterystyczną łupków jest ich kruchość. Innymi słowy, łupek łupkowy można łatwo podzielić na cienkie warstwy.
• Czarno-szare łupki są powszechne, ale skała może mieć dowolny kolor.
• Łupek ma znaczenie handlowe. Znajduje zastosowanie przy budowie cegieł, ceramiki, płytek ceramicznych i cementu portlandzkiego. Naturalny diabeł i ropę można usunąć z łupków naftowych.
• Skały mogą występować w playach, rzekach, basenach i oceanach.
• Często spotyka się wapień i piaskowiec leżące w pobliżu łupków.
• Łupek zwykle występuje na liściach.
• Około 55% wszystkich skał osadowych to łupki.
• Niektóre skorupiaki są prawdopodobnie bogate w wapń ze względu na zawarte w nich skamieniałości.
• Łupek łupkowy o wysokiej zawartości tlenku glinu jest używany do produkcji cementu.
• Łupek łupkowy o wysokiej zawartości gazu ziemnego był ostatnio używany jako źródło energii.
• Zwykle znajduje się kwarc i inne minerały w łupkach.
• Chociaż łupek jest zwykle szary, może być czarny, jeśli zawiera zbyt dużo węgla.
• Około 95% materii organicznej w skale osadowej znajduje się w łupku lub mułu .
• Łupek jest tworzony w procesie zwanym kompresją.
• Łupek narażony na ekstremalne ciepło i ciśnienie może mieć różną postać.
• Po uformowaniu łupek jest zwykle uwalniany do jezior i rzeki z wolno płynącą wodą.
• Glina jest ważnym składnikiem skał łupkowych.

Krótki przegląd nazw skał używanych do opisania mułowców lub skał pochodzących z nich:

Błotnista skała	Opis
Łupek	Laminowana i zbita skała. Glina powinna dominować nad mułem.
Claystone	Podobnie jak łupek łupkowy, ale brakuje mu drobnego rozwarstwienia lub rozszczepialności. Glina powinna dominować nad mułem.
Clay rock	Synonim iłowia.
Argillite	Raczej słabo zdefiniowany typ skały. Jest to zwarta i utwardzona skała zakopana głębiej niż większość muł i może być uważana za słabo zmetamorfizowany mułowiec. Argillit nie ma łupków łupkowych i nie jest laminowany tak dobrze jak typowy łupek.
Mudstone	Utwardzony muł pozbawiony delikatnego laminowania charakterystycznego dla łupków. Mudstone ma mniej więcej równe proporcje gliny i mułu. „Kamień błotny” można traktować jako termin ogólny obejmujący wszystkie odmiany skał, które składają się głównie z ubitego mułu.
Siltstone	Mułowiec, w którym muł przeważa nad gliną.
Mudrock	Synonim mułowca.
Lutite	Synonim mudstone, choć rzadko używany niezależnie.Zwykle w połączeniu z jakimś modyfikatorem (kalcylutyt to bardzo drobnoziarnisty wapień).
Pelite	Kolejny synonim mułowca. Może być stosowany do opisu nieskonsolidowanych drobnoziarnistych osadów. Jest również używany do opisywania drobnoziarnistych węglanów, takich jak lutite.
Marl	Błoto wapienne. Jest to mieszanina ziaren gliny, mułu i węglanu w różnych proporcjach. Może być konsolidowany, ale w tym przypadku często nazywa się go marlstone.
Sarl	Podobny do margla, ale zawiera krzemionkowe ziarna biogenne zamiast mułu węglanowego.
Smarl	Mieszanina sarl i smarl.
Black shale	Łupek czarny węglowy, który swój kolor zawdzięcza materii organicznej (> 5%). Jest bogaty w minerały siarczkowe i zawiera podwyższone stężenia kilku metali (V, U, Ni, Cu).
Łupki naftowe	Różnorodność łupków bogaty w materię organiczną. Podczas destylacji będzie dawał węglowodory.
Łupek ałunowy	Podobny do czarnego łupku, ale piryt częściowo się rozłożył tworząc kwas siarkowy, który przereagował skała z utworzeniem ałunu (uwodniony siarczan potasowo-glinowy). Jest bogaty w kilka metali, podobnie jak czarne łupki i został wydobyty jako źródło uranu.
Olistostrome	Chaotyczna masa błota i większych klastów uformowane pod wodą jako lawina błotna napędzana grawitacją. Brakuje mu ściółki.
Turbidyt	Osad lub skała osadzona przez prąd mętności. Osady te tworzą się pod wodą jako mieszanina gliny, mułu i wody spływającej po stoku kontynentalnym (w większości przypadków). Turbidyt często składa się z naprzemiennych warstw mulistych i gliniastych.
Flysch	Stary termin jest obecnie w dużej mierze zastępowany przez turbidyt.
Diamictite	Czysto opisowy termin używany do opisania wszelkich skał osadowych zawierających większe klasty w drobnoziarnistej matrycy. Diamiktyt może powstawać na wiele sposobów, ale w większości przypadków wydaje się, że jest to litowana glina lodowcowa.
Tillite	Lityfikowany słabo sortowany ( większe klasty w mulistej matrycy) osad osadzony przez lodowiec. Tillite to litowana kasa.
Łupek	Drobnoziarnista skała metamorficzna, którą można podzielić na cienkie arkusze (ma łupkowy łupek). Łupek w większości przypadków to metamorfozowany łupek / mułowiec.
Metapelite	Każdy metamorfozowany mułowiec. Łupek, fyllit i różne łupki to pospolite metapelity.
Phyllite	Skała metamorficzna wyższego gatunku niż łupek i niższa niż łupek. Ma charakterystyczny połysk na powierzchni cięcia, który nadaje mu platymika i / lub kryształy grafitu.