Skifer: Sedimentær rock - Billeder, definition og mere

Indhold

• Hvad er skifer?
• Anvendelse af skifer
• Konventionel olie og naturgas
• Ukonventionel olie og naturgas
• Skifer bruges til at producere ler
• Skifer bruges til at producere cement
• Olieskifer
• Sammensætning af skifer
• Farver af skifer
• Sort og grå skifer
• Rød, brun og gul skifer
• Grøn skifer
• Skiferens hydrauliske egenskaber
• Tekniske egenskaber ved skiferjord
• Ekspansive jord
• Hældningsstabilitet
• Miljøer ved skiferdeposition

Shale: Skifer bryder i tynde stykker med skarpe kanter. Det forekommer i en lang række farver, der inkluderer rød, brun, grøn, grå og sort. Det er den mest almindelige sedimentære sten og findes i sedimentære bassiner verden over.

Hvad er skifer?

Skifer er en finkornet sedimentær sten, der dannes fra komprimeringen af ​​silt- og lerformede mineralpartikler, som vi ofte kalder "mudder". Denne sammensætning placerer skifer i en kategori af sedimentære klipper kendt som "mudstones." Skifer skelnes fra andre mudsten, fordi den er spaltelig og lamineret. "Lamineret" betyder, at klippen består af mange tynde lag. "Fissile" betyder, at klippen let opdeles i tynde stykker langs lamineringerne.

Anvendelse af skifer

Nogle skifer har specielle egenskaber, der gør dem til vigtige ressourcer. Sort skifer indeholder organisk materiale, der undertiden nedbrydes for at danne naturgas eller olie. Andre skifer kan knuses og blandes med vand for at producere ler, der kan gøres til en række nyttige genstande.

Konventionel olie- og naturgasbeholder: Denne tegning illustrerer en "anticlinal fælde", der indeholder olie og naturgas. De grå klippeenheder er uigennemtrængelig skifer. Olie og naturgas dannes inden for disse skiferenheder og vandrer derefter opad. Noget af olie og gas bliver fanget i den gule sandsten for at danne et olie- og gasreservoir. Dette er et "konventionelt" reservoir - hvilket betyder, at olie og gas kan strømme gennem sandstenens porerum og produceres fra brønden.

Konventionel olie og naturgas

Sort organisk skifer er kildestenen for mange af verdens vigtigste olie- og naturgasaflejringer. Disse skifer får deres sorte farve fra små partikler af organisk stof, der blev afsat i mudderet, hvorfra skiferen dannede sig. Da mudderet blev begravet og opvarmet i jorden, blev noget af det organiske materiale omdannet til olie og naturgas.

Olien og naturgassen vandrede ud af skiferen og opad gennem sedimentmassen på grund af deres lave tæthed. Olien og gassen blev ofte fanget i porerne i en overliggende klippeenhed såsom en sandsten (se illustration). Disse typer olie- og gasaflejringer er kendt som "konventionelle reservoirer", fordi væskerne let kan strømme gennem bjergens porer og ind i ekstraktionsbrønden.

Selvom boring kan udtrække store mængder olie og naturgas fra reservoirberg, forbliver meget af det fanget i skiferen. Denne olie og gas er meget vanskelig at fjerne, fordi den fanges i små porepladser eller adsorberes på lermineralpartikler, der udgør skiferen.

Ukonventionelt olie- og gasreservoir: Denne tegning illustrerer de nye teknologier, der muliggør udvikling af ukonventionelle olie- og naturgasfelter. I disse gasfelter holdes olie og gas i skifer eller en anden klippeenhed, der er uigennemtrængelig. For at producere denne olie eller gas er der behov for specielle teknologier. Den ene er vandret boring, hvor en lodret brønd afviges til vandret, så den trænger igennem en lang afstand af reservoirberg. Den anden er hydraulisk brud. Med denne teknik forsegles en del af brønden, og der pumpes vand ind for at frembringe et tryk, der er højt nok til at sprænge den omgivende klippe. Resultatet er et stærkt brudt reservoir, der er gennemtrængt af en lang længde af brøndboring.

Ukonventionel olie og naturgas

I slutningen af ​​1990'erne udviklede selskaberne til naturgas nye metoder til frigørelse af olie og naturgas, der er fanget inden for de små porerum af skifer. Denne opdagelse var betydelig, fordi den låste op for nogle af de største naturgasaflejringer i verden.

Barnett-skiferen i Texas var det første store naturgasfelt udviklet i et skiferreservoirberg. Produktion af gas fra Barnett Skifer var en udfordring. Porerummet i skiferen er så lille, at gassen har svært ved at bevæge sig gennem skiferen og ind i brønden. Boremaskiner opdagede, at de kunne øge skiferens permeabilitet ved at pumpe vand ned i brønden under tryk, der var højt nok til at sprække skiferen. Disse brud befriede noget af gassen fra porerummet og lod den gas flyde til brønden. Denne teknik er kendt som "hydraulisk brud" eller "hydrofracing."

Borere lærte også, hvordan man borer ned til niveauet af skiferen og drejer brønden 90 grader for at bore horisontalt gennem skiferstenenheden. Dette producerede en brønd med en meget lang "lønningszone" gennem reservoirbergarten (se illustration). Denne metode er kendt som "vandret boring."

Horisontalboring og hydraulisk brud revolutionerede boreteknologi og banede vejen for udvikling af flere kæmpe naturgasfelter. Disse inkluderer Marcellus-skiferen i appalacherne, Haynesville-skiferen i Louisiana og Fayetteville-skiferen i Arkansas. Disse enorme skiferreservoirer rummer nok naturgas til at betjene alle USAs behov i tyve år eller mere.

Skifer i mursten og fliser: Skifer bruges som råmateriale til fremstilling af mange typer mursten, fliser, rør, keramik og andre fremstillede produkter. Mursten og fliser er nogle af de mest udbredte og meget ønskede materialer til bygning af huse, vægge, gader og kommercielle strukturer. Billede copyright / Guy Elliott.

Skifer bruges til at producere ler

Alle har kontakt med produkter fremstillet af skifer. Hvis du bor i et murhus, kører på en murvej, bor i et hus med flisetag eller holder planter i "terra cotta" -potter, har du daglig kontakt med genstande, der sandsynligvis er lavet af skifer.

For mange år siden blev de samme genstande lavet af naturlig ler. Imidlertid udtømmede tung anvendelse det meste af de små leraflejringer. Brug af en ny råvarekilde opdagede producenterne snart, at blanding af finmalet skifer med vand ville producere en ler, der ofte havde lignende eller overlegne egenskaber. I dag er de fleste genstande, der engang blev produceret af naturlig ler, erstattet af næsten identiske genstande fremstillet af ler fremstillet ved at blande finmalet skifer med vand.

Rock & Mineral Kits: Få et sten-, mineral- eller fossilsæt for at lære mere om jordmaterialer. Den bedste måde at lære om klipper på er at have eksemplarer tilgængelige til test og undersøgelse.

Skifer bruges til at producere cement

Cement er et andet almindeligt materiale, der ofte fremstilles med skifer. For at fremstille cement opvarmes knust kalksten og skifer til en temperatur, der er høj nok til at fordampe alt vand og nedbryde kalksten til calciumoxid og kuldioxid. Kuldioxid går tabt som emission, men calciumoxidet kombineret med den opvarmede skifer skaber et pulver, der hærder, hvis det blandes med vand og får lov til at tørre. Cement bruges til at fremstille beton og mange andre produkter til byggebranchen.

Olieskifer: En sten, der indeholder en betydelig mængde organisk materiale i form af fast kerogen. Op til 1/3 af klippen kan være fast organisk materiale. Dette eksemplar er ca. ti centimeter på tværs.

Olieskifer

Olieskifer er en klippe, der indeholder betydelige mængder organisk materiale i form af kerogen. Op til 1/3 af klippen kan være fast kerogen. Flydende og luftformige kulbrinter kan ekstraheres fra olieskifer, men klippen skal opvarmes og / eller behandles med opløsningsmidler. Dette er normalt meget mindre effektivt end at bore klipper, der vil give olie eller gas direkte ind i en brønd. Ekstraktion af kulbrinterne fra olieudskifer producerer emissioner og affaldsprodukter, der medfører betydelige miljøhensyn. Dette er en af ​​grundene til, at verdens omfattende olieudskifningsaflejringer ikke er blevet brugt aggressivt.

Olieskifer opfylder normalt definitionen af ​​"skifer", idet det er "en lamineret sten, der består af mindst 67% lermineraler." Dog indeholder det undertiden nok organisk materiale og carbonatmineraler, som lermineraler tegner sig for under 67% af klippen.

Skiferkerneprøver: Når skifer bores til evaluering af olie, naturgas eller mineralressourcer, genvindes ofte en kerne fra brønden. Klippen i kernen kan derefter testes for at lære om dens potentiale og hvordan ressourcen kan udvikles bedst.

Sammensætning af skifer

Skifer er en klippe, der hovedsageligt består af mineralkorn af lerstørrelse. Disse små korn er normalt lermineraler såsom illite, kaolinit og smectite. Skifer indeholder normalt andre mineralpartikler i lerstørrelse, såsom kvarts, chert og feldspat. Andre bestanddele kan omfatte organiske partikler, carbonatmineraler, jernoxidmineraler, sulfidmineraler og tunge mineralkorn. Disse "andre bestanddele" i klippen bestemmes ofte af deponeringsskifermiljøet, og de bestemmer ofte klippens farve.

Sort skifer: Organisk rig sort skifer. Naturgas og olie er undertiden fanget i de små porrum i denne type skifer.

Farver af skifer

Som de fleste klipper bestemmes skiferfarven ofte af tilstedeværelsen af ​​specifikke materialer i mindre mængder. Bare et par procent af organiske materialer eller jern kan ændre farven på en klippe betydeligt.

Skifergas spiller: Siden slutningen af ​​1990'erne er snesevis af tidligere uproduktive sorte organiske skifer med succes udviklet til værdifulde gasfelter. Se artiklen: "Hvad er skifergas?"

Sort og grå skifer

En sort farve i sedimentære klipper indikerer næsten altid tilstedeværelsen af ​​organiske materialer. Bare en eller to procent organiske materialer kan give en mørkegrå eller sort farve til klippen. Derudover indebærer denne sorte farve næsten altid, at skiferen dannet af sediment deponeret i et iltmangel miljø. Alt ilt, der kom ind i miljøet, reagerede hurtigt med det forfaldne organiske affald. Hvis der var en stor mængde ilt, ville det organiske affald alle være henfaldet. Et iltfattigt miljø giver også de rette betingelser for dannelse af sulfidmineraler såsom pyrit, et andet vigtigt mineral, der findes i de fleste sorte skifer.

Tilstedeværelsen af ​​organisk affald i sort skifer gør dem til kandidater til olie- og gasproduktion. Hvis det organiske materiale bevares og opvarmes korrekt efter begravelse, kan der produceres olie og naturgas. Barnett Skifer, Marcellus skifer, Haynesville skifer, Fayetteville skifer og andre gasproducerende klipper er alle mørkegrå eller sorte skifer, der giver naturgas. Bakken skifer i North Dakota og Eagle Ford skifer i Texas er eksempler på skifer, der giver olie.

Gråskifer indeholder undertiden en lille mængde organisk stof. Grå skifer kan imidlertid også være klipper, der indeholder kalkholdige materialer eller blot lermineraler, der resulterer i en grå farve.

Utica og Marcellus Shale: To sorte organiske skifer i Appalachian Basin menes at indeholde nok naturgas til at forsyne De Forenede Stater i flere år. Disse er Marcellus-skiferen og Utica-skiferen.

Rød, brun og gul skifer

Skifer, der er deponeret i iltrige miljøer, indeholder ofte små partikler af jernoxid eller jernhydroxidmineraler såsom hæmatit, goethit eller limonit. Bare et par procent af disse mineraler distribueret gennem klippen kan producere de røde, brune eller gule farver udstillet af mange typer skifer. Tilstedeværelsen af ​​hæmatit kan producere en rød skifer. Tilstedeværelsen af ​​limonit eller goethit kan producere en gul eller brun skifer.

Grøn skifer

Grønne skifer findes undertiden. Dette burde ikke være overraskende, fordi nogle af lermineraler og micas, der udgør meget af mængden af ​​disse klipper, typisk er en grønlig farve.

Naturgasskifer: På mindre end ti år er skiferen skyrocket til en fremtrædende rolle i energisektoren. Nye bore- og brøndudviklingsmetoder, såsom hydraulisk brud og vandret boring, kan tappe olie og naturgas, der er fanget i den tætte matrix af organiske skifer. Billede copyright / Edward Todd.

Skiferens hydrauliske egenskaber

Hydrauliske egenskaber er kendetegn ved en klippe såsom permeabilitet og porøsitet, der afspejler dens evne til at holde og overføre væsker som vand, olie eller naturgas.

Skifer har en meget lille partikelstørrelse, så de mellemliggende rum er meget små. Faktisk er de så små, at olie, naturgas og vand har svært ved at bevæge sig gennem klippen.Skifer kan derfor tjene som en klippeberg for olie- og naturgasfælder, og det er også et vandland, der blokerer eller begrænser strømningen af ​​grundvand.

Selvom de mellemliggende rum i en skifer er meget små, kan de optage en betydelig mængde af klippen. Dette tillader, at skiferen holder store mængder vand, gas eller olie, men ikke er i stand til effektivt at transmittere dem på grund af den lave permeabilitet. Olie- og gasindustrien overvinder disse begrænsninger af skifer ved hjælp af vandret boring og hydraulisk brud for at skabe kunstig porøsitet og permeabilitet i klippen.

Nogle af de lermineraler, der forekommer i skifer, har evnen til at absorbere eller adsorbeere store mængder vand, naturgas, ioner eller andre stoffer. Denne egenskab ved skifer kan gøre det muligt for selektivt og ihærdigt at holde eller frit frigive væsker eller ioner.

Ekspansivt jordkort: De amerikanske geologiske undersøgelser har udarbejdet et generaliseret ekspansivt jordkort for de nedre 48 stater.

Tekniske egenskaber ved skiferjord

Skifer og jordbunden, der stammer fra dem, er nogle af de mest besværlige materialer at bygge på. De er underlagt ændringer i volumen og kompetence, der generelt gør dem upålidelige konstruktionsunderlag.

Jordskred: Skifer er en jordskredutsat klippe.

Ekspansive jord

Lermineraler i nogle skiferafledte jordarter har evnen til at absorbere og frigive store mængder vand. Denne ændring i fugtighedsindhold ledsages sædvanligvis af en ændring i volumen, der kan være op til flere procent. Disse materialer kaldes "ekspansive jordarter." Når disse jordarter bliver våde, kvælder de, og når de tørrer ud, krymper de. Bygninger, veje, brugslinjer eller andre strukturer placeret på eller inden for disse materialer kan blive svækket eller beskadiget af kræfter og bevægelse af volumenændring. Ekspansive jordarter er en af ​​de mest almindelige årsager til grundskader på bygninger i USA.

Skifer delta: Et delta er en sedimentaflejring, der dannes, når en strøm kommer ind i en stående vandmasse. Vandens hastighed falder pludselig, og sedimenterne, der transporteres, sætter sig ned til bunden. Deltas er der, hvor den største mængde af jordens mudder deponeres. Billedet ovenfor er et satellitbillede af Mississippi-deltaet, der viser dets distributionskanaler og mellemfordelingsindskud. Det lyse blå vand, der omgiver deltaet, er fyldt med sediment.

Hældningsstabilitet

Skifer er den klippe, der oftest er forbundet med jordskred. Forvitring omdanner skiferen til en lerrig jord, der normalt har en meget lav forskydningsstyrke - især når den er våd. Når disse lavstyrke-materialer er våde og på en stejl bjergside, kan de langsomt eller hurtigt bevæge sig ned ad skråningen. Overbelastning eller udgravning af mennesker vil ofte udløse fiasko.

Skifer på Mars: Skifer er også en meget almindelig klippe på Mars. Dette foto er taget af mastkameraet fra Mars Curiosity Rover. Det viser tyndt sengede fissile skifer, der overskrider i Gale-krateret. Nysgerrighed borede huller i klipperne i Gale-krateret og identificerede lermineraler i stiklingerne. NASA-billede.

Miljøer ved skiferdeposition

En ophobning af mudder begynder med den kemiske forvitring af klipper. Denne forvitring bryder klipperne ned i lermineraler og andre små partikler, der ofte bliver en del af den lokale jord. En regnvejr vasker måske små partikler af jord fra landet og i vandløb, hvilket giver vandløbene et "mudret" udseende. Når strømmen bremser eller kommer ind i en stående vandmasse, såsom en sø, sump eller hav, slutter mudderpartiklerne til bunden. Hvis uforstyrret og begravet, kan denne ophobning af mudder omdannes til en sedimentær klippe kendt som "mudstone." Sådan dannes de fleste skifer.

Skiferdannelsesprocessen er ikke begrænset til Jorden. Mars-roverne har fundet masser af outcrops på Mars med sedimentære klippeenheder, der ligner de skifer, der findes på Jorden (se foto).