Rocks

Shale



Schalie is de meest voorkomende sedimentair gesteente en bevindt zich wereldwijd in sedimentaire bekkens.


Shale: Schalie breekt in dunne stukjes met scherpe randen. Het komt voor in een breed scala aan kleuren, waaronder rood, bruin, groen, grijs en zwart. Het is de meest voorkomende sedimentair gesteente en wordt wereldwijd in sedimentaire bekkens gevonden.

Wat is schalie?

Schalie is een fijnkorrelige sedimentair gesteente dat wordt gevormd door de verdichting van slib- en klei-vormige minerale deeltjes die we gewoonlijk 'modder' noemen. Deze compositie plaatst schalie in een categorie van sedimentair gesteente dat bekend staat als 'modderstenen'. Schalie onderscheidt zich van andere modderstenen omdat het splijtbaar en gelamineerd is. "Gelamineerd" betekent dat het gesteente uit vele dunne lagen bestaat. "Splijtbaar" betekent dat het gesteente gemakkelijk in dunne stukken langs de lamellen splitst.

Gebruik van schalie

Sommige schalie heeft speciale eigenschappen waardoor ze belangrijke bronnen zijn. Zwarte schalie bevat organisch materiaal dat soms wordt afgebroken om aardgas of olie te vormen. Andere schalies kunnen worden verpletterd en gemengd met water om kleien te maken die kunnen worden omgezet in een verscheidenheid aan nuttige objecten.

Conventioneel olie- en aardgasreservoir: Deze tekening illustreert een "antiklinische val" die olie en aardgas bevat. De grijze rotsblokken zijn ondoordringbare leisteen. Olie en aardgas vormen zich binnen deze schalie-eenheden en migreren vervolgens naar boven. Een deel van de olie en het gas raakt gevangen in het gele zandsteen om een ​​olie- en gasreservoir te vormen. Dit is een "conventioneel" reservoir - wat betekent dat de olie en het gas door de porieruimte van het zandsteen kunnen stromen en uit de put kunnen worden geproduceerd.

Conventionele olie en aardgas

Zwarte organische schalie is het bronsteen voor veel van 's werelds belangrijkste olie- en aardgasafzettingen. Deze schalie verkrijgt hun zwarte kleur uit kleine deeltjes organische stof die zijn afgezet met de modder waaruit de schalie is gevormd. Terwijl de modder werd begraven en opgewarmd in de aarde, werd een deel van het organische materiaal omgezet in olie en aardgas.

De olie en het aardgas migreerden uit de schalie en omhoog door de sedimentmassa vanwege hun lage dichtheid. De olie en het gas zaten vaak vast in de poriënruimten van een bovenliggende rotseenheid zoals een zandsteen (zie afbeelding). Deze soorten olie- en gasafzettingen staan ​​bekend als "conventionele reservoirs" omdat de vloeistoffen gemakkelijk door de poriën van het gesteente en in de extractieput kunnen stromen.

Hoewel boren grote hoeveelheden olie en aardgas uit het reservoirgesteente kan halen, blijft veel ervan gevangen in de schalie. Deze olie en dit gas zijn erg moeilijk te verwijderen omdat het gevangen zit in kleine poriën of geadsorbeerd is op minerale kleideeltjes waaruit de schalie bestaat.

Onconventioneel olie- en gasreservoir: Deze tekening illustreert de nieuwe technologieën die de ontwikkeling van onconventionele olie- en aardgasvelden mogelijk maken. In deze gasvelden worden de olie en het gas vastgehouden in schalie of een andere rotseenheid die ondoordringbaar is. Om die olie of gas te produceren, zijn speciale technologieën nodig. Een daarvan is horizontaal boren, waarbij een verticale put wordt afgeweken van horizontaal zodat deze een lange afstand van reservoirrots zal doordringen. De tweede is hydraulisch breken. Met deze techniek wordt een deel van de put afgesloten en wordt water gepompt om een ​​druk te produceren die hoog genoeg is om de omringende rots te breken. Het resultaat is een sterk gebroken reservoir dat is doordrongen van een lange lengte boorput.

Onconventionele olie en aardgas

Eind jaren negentig ontwikkelden aardboringsbedrijven nieuwe methoden voor het vrijmaken van olie en aardgas dat gevangen zit in de kleine poriën van schalie. Deze ontdekking was belangrijk omdat het enkele van de grootste aardgasafzettingen ter wereld heeft ontgrendeld.

De Barnett Shale van Texas was het eerste grote aardgasveld dat werd ontwikkeld in een leisteenreservoirrots. Het produceren van gas uit de Barnett Shale was een uitdaging. De poriënruimten in schalie zijn zo klein dat het gas moeite heeft zich door de schalie in de put te verplaatsen. Boormachines ontdekten dat ze de permeabiliteit van de schalie konden vergroten door water in de put te pompen onder druk die hoog genoeg was om de schalie te breken. Door deze breuken kwam een ​​deel van het gas vrij uit de poriënruimten en kon dat gas naar de put stromen. Deze techniek staat bekend als "hydraulisch breken" of "hydrofracing".

Boormachines leerden ook hoe te boren naar het niveau van de schalie en de put 90 graden te draaien om horizontaal door de leisteenrots te boren. Dit produceerde een put met een zeer lange "betaalzone" door het reservoirgesteente (zie afbeelding). Deze methode staat bekend als "horizontaal boren".

Horizontaal boren en hydraulisch breken brachten een revolutie teweeg in de boortechnologie en baande de weg voor de ontwikkeling van verschillende gigantische aardgasvelden. Deze omvatten de Marcellus Shale in de Appalachen, de Haynesville Shale in Louisiana en de Fayetteville Shale in Arkansas. Deze enorme leisteenreservoirs bevatten genoeg aardgas om in alle behoeften van de Verenigde Staten te voorzien gedurende twintig jaar of meer.

Schalie in baksteen en tegels: Schalie wordt gebruikt als grondstof voor het maken van vele soorten baksteen, tegels, pijpen, aardewerk en andere vervaardigde producten. Baksteen en tegels zijn enkele van de meest gebruikte en zeer gewenste materialen voor het bouwen van huizen, muren, straten en commerciële structuren.

Schalie gebruikt om klei te produceren

Iedereen heeft contact met producten gemaakt van schalie. Als u in een stenen huis woont, op een stenen weg rijdt, in een huis met een pannendak woont of planten in potten van "terra cotta" houdt, hebt u dagelijks contact met items die waarschijnlijk van schalie zijn gemaakt.

Vele jaren geleden werden dezelfde items gemaakt van natuurlijke klei. Bij zwaar gebruik zijn de meeste kleine kleiafzettingen echter uitgeput. Omdat ze een nieuwe bron van grondstoffen nodig hadden, ontdekten fabrikanten al snel dat het mengen van fijngemalen leisteen met water een klei zou produceren die vaak vergelijkbare of superieure eigenschappen had. Tegenwoordig zijn de meeste artikelen die ooit uit natuurlijke klei zijn vervaardigd, vervangen door vrijwel identieke artikelen uit klei die zijn vervaardigd door fijngemalen leisteen met water te mengen.

Rock & Mineral Kits: Koop een rots-, mineraal- of fossielenpakket voor meer informatie over aardse materialen. De beste manier om over rotsen te leren, is door monsters beschikbaar te hebben voor testen en onderzoek.

Schalie gebruikt om cement te produceren

Cement is een ander veel voorkomend materiaal dat vaak met schalie wordt gemaakt. Om cement te maken, worden gemalen kalksteen en schalie verwarmd tot een temperatuur die hoog genoeg is om al het water te verdampen en de kalksteen af ​​te breken in calciumoxide en kooldioxide. Het koolstofdioxide gaat verloren als een emissie, maar het calciumoxide in combinatie met de verwarmde schalie vormt een poeder dat uithardt als het wordt gemengd met water en laat drogen. Cement wordt gebruikt om beton en vele andere producten voor de bouwsector te maken.

Olieschalie: Een rots die een aanzienlijke hoeveelheid organisch materiaal in de vorm van vaste kerogeen bevat. Tot 1/3 van het gesteente kan vast organisch materiaal zijn. Dit exemplaar is ongeveer vier inch (tien centimeter) breed.

Oil Shale

Olieschalie is een rots die aanzienlijke hoeveelheden organisch materiaal in de vorm van kerogeen bevat. Tot 1/3 van het gesteente kan massief kerogeen zijn. Vloeibare en gasvormige koolwaterstoffen kunnen worden gewonnen uit olieschalie, maar het gesteente moet worden verwarmd en / of behandeld met oplosmiddelen. Dit is meestal veel minder efficiënt dan het boren van rotsen die olie of gas rechtstreeks in een put opleveren. Het extraheren van de koolwaterstoffen uit olieschalie produceert emissies en afvalproducten die aanzienlijke milieuproblemen veroorzaken. Dit is een reden waarom 's werelds uitgebreide olieschalie-afzettingen niet agressief zijn gebruikt.

Olieschalie voldoet meestal aan de definitie van "schalie" in die zin dat het "een gelamineerd gesteente is dat voor ten minste 67% uit kleimineralen bestaat". Soms bevat het echter voldoende organisch materiaal en carbonaatmineralen zodat kleimineralen minder dan 67% van het gesteente uitmaken.

Schalie kernmonsters: Wanneer schalie wordt geboord voor olie-, aardgas- of minerale hulpbronnen, wordt vaak een kern uit de put teruggewonnen. De steen in de kern kan vervolgens worden getest om meer te weten te komen over het potentieel ervan en hoe de hulpbron het best kan worden ontwikkeld.

Samenstelling van schalie

Schalie is een rots die voornamelijk bestaat uit minerale korrels ter grootte van klei. Deze kleine korrels zijn meestal kleimineralen zoals illiet, kaoliniet en smectiet. Schalie bevat meestal andere minerale deeltjes in de vorm van een klei, zoals kwarts, chert en veldspaat. Andere bestanddelen kunnen organische deeltjes, carbonaatmineralen, ijzeroxide-mineralen, sulfide-mineralen en zware minerale korrels zijn. Deze "andere bestanddelen" in het gesteente worden vaak bepaald door de afzettingsomgeving van de schalie en bepalen vaak de kleur van het gesteente.

Zwarte leisteen: Organische rijke zwarte leisteen. Aardgas en olie zitten soms vast in de kleine poriënruimtes van dit type schalie.

Kleuren van schalie

Zoals de meeste rotsen wordt de kleur van schalie vaak bepaald door de aanwezigheid van specifieke materialen in kleine hoeveelheden. Slechts een paar procent van organische materialen of ijzer kan de kleur van een rots aanzienlijk veranderen.

Schaliegas speelt: Sinds het einde van de jaren negentig zijn tientallen voorheen onproductieve zwarte organische schalie met succes ontwikkeld tot waardevolle gasvelden. Zie het artikel: "Wat is schaliegas?"

Zwarte en grijze leisteen

Een zwarte kleur in sedimentair gesteente duidt bijna altijd op de aanwezigheid van organische materialen. Slechts één of twee procent organische materialen kunnen een donkergrijze of zwarte kleur aan de rots geven. Bovendien impliceert deze zwarte kleur bijna altijd dat de schalie gevormd uit sediment wordt afgezet in een zuurstofarme omgeving. Alle zuurstof die in de omgeving kwam, reageerde snel met het rottende organische afval. Als er een grote hoeveelheid zuurstof aanwezig was, zou het organische afval allemaal zijn vergaan. Een zuurstofarme omgeving biedt ook de juiste omstandigheden voor de vorming van sulfide-mineralen zoals pyriet, een ander belangrijk mineraal dat in de meeste zwarte schalie voorkomt.

De aanwezigheid van organisch puin in zwarte schalie maakt hen de kandidaten voor olie- en gasproductie. Als het organische materiaal na begraven wordt bewaard en goed wordt verhit, kunnen olie en aardgas worden geproduceerd. De Barnett Shale, Marcellus Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale en andere gasproducerende rotsen zijn allemaal donkergrijze of zwarte schalie die aardgas opleveren. De Bakken Shale van North Dakota en de Eagle Ford Shale van Texas zijn voorbeelden van schalie die olie oplevert.

Grijze schalie bevat soms een kleine hoeveelheid organisch materiaal. Grijze schalie kan echter ook een gesteente zijn dat kalkhoudende materialen bevat of gewoon kleimineralen die resulteren in een grijze kleur.

Utica en Marcellus Shale: Men denkt dat twee zwarte organische schalie in het Appalachian Basin voldoende aardgas bevat om de Verenigde Staten gedurende meerdere jaren te bevoorraden. Dit zijn de Marcellus Shale en Utica Shale.

Rode, bruine en gele leisteen

Schalie die wordt afgezet in zuurstofrijke omgevingen bevat vaak kleine deeltjes ijzeroxide of ijzerhydroxide-mineralen zoals hematiet, goethiet of limoniet. Slechts een paar procent van deze mineralen die door het gesteente worden verspreid, kunnen de rode, bruine of gele kleuren produceren die worden waargenomen door vele soorten schalie. De aanwezigheid van hematiet kan een rode schalie produceren. De aanwezigheid van limoniet of goethiet kan een gele of bruine schalie produceren.

Groene leisteen

Groene schalie wordt af en toe gevonden. Dit hoeft niet te verbazen, omdat sommige kleimineralen en mica's die een groot deel van het volume van deze rotsen uitmaken, meestal een groenachtige kleur hebben.

Aardgas schalie goed: In minder dan tien jaar is schalie omhooggeschoten naar bekendheid in de energiesector. Nieuwe boor- en putontwikkelingsmethoden, zoals hydraulisch breken en horizontaal boren, kunnen de olie en aardgas aftappen die gevangen zitten in de strakke matrix van organische schalie.

Hydraulische eigenschappen van schalie

Hydraulische eigenschappen zijn karakteristieken van een rots zoals permeabiliteit en porositeit die het vermogen weerspiegelen om vloeistoffen zoals water, olie of aardgas vast te houden en door te geven.

Schalie heeft een zeer kleine deeltjesgrootte, dus de interstitiële ruimtes zijn erg klein. Ze zijn zelfs zo klein dat olie, aardgas en water moeite hebben om zich door de rots te verplaatsen. Schalie kan daarom dienen als deksteen voor olie- en aardgasvallen, en het is ook een aquiclude die de stroming van grondwater blokkeert of beperkt.

Hoewel de tussenliggende ruimtes in een schalie erg klein zijn, kunnen ze een aanzienlijk volume van de rots opnemen. Hierdoor kan de leisteen aanzienlijke hoeveelheden water, gas of olie bevatten, maar niet in staat zijn om ze effectief over te dragen vanwege de lage permeabiliteit. De olie- en gasindustrie overwint deze beperkingen van schalie door horizontaal boren en hydraulisch breken te gebruiken om kunstmatige porositeit en permeabiliteit in de rots te creëren.

Sommige van de kleimineralen die in schalie voorkomen, kunnen grote hoeveelheden water, aardgas, ionen of andere stoffen absorberen of adsorberen. Deze eigenschap van schalie kan het in staat stellen om selectief en vasthoudend vloeistoffen of ionen vrij te houden of vrij te geven.

Expansieve bodemskaart: De Geological Survey van de Verenigde Staten heeft een gegeneraliseerde uitgebreide bodemkaart opgesteld voor de onderste 48 staten.

Technische eigenschappen van leisteenbodems

Schalie en de daarvan afgeleide bodems zijn enkele van de moeilijkste materialen om op te bouwen. Ze zijn onderhevig aan veranderingen in volume en competentie die ze over het algemeen tot onbetrouwbare constructiesubstraten maken.

Aardverschuiving: Schalie is een aardverschuivingsgevoelige rots.

Uitgestrekte bodems

De kleimineralen in sommige van schalie afgeleide gronden kunnen grote hoeveelheden water opnemen en afgeven. Deze verandering in vochtgehalte gaat meestal gepaard met een verandering in volume die oploopt tot enkele procenten. Deze materialen worden "expansieve bodems" genoemd. Wanneer deze bodems nat worden, zwellen ze op en wanneer ze uitdrogen krimpen ze. Gebouwen, wegen, nutsleidingen of andere structuren die op of in deze materialen zijn geplaatst, kunnen worden verzwakt of beschadigd door de krachten en beweging van volumeverandering. Expansieve bodems zijn een van de meest voorkomende oorzaken van funderingsschade aan gebouwen in de Verenigde Staten.

Schalie delta: Een delta is een sedimentafzetting die ontstaat wanneer een stroom een ​​stilstaand waterlichaam binnentreedt. De watersnelheid van de stroom neemt plotseling af en de sedimenten die worden vervoerd bezinken naar de bodem. Delta's zijn waar het grootste volume modder van de aarde wordt afgezet. De afbeelding hierboven is een satellietweergave van de Mississippi-delta, met zijn distributiekanalen en interdistributie-deposito's. Het helderblauwe water rondom de delta is beladen met sediment.

Hellingsstabiliteit

Schalie is de rots die het meest wordt geassocieerd met aardverschuivingen. Verwering transformeert de leisteen in een kleirijke grond die normaal een zeer lage schuifsterkte heeft - vooral als het nat is. Wanneer deze materialen met lage sterkte nat zijn en op een steile helling, kunnen ze langzaam of snel van de helling af bewegen. Overbelasting of opgraving door mensen leidt vaak tot falen.

Schalie op Mars: Schalie is ook een veel voorkomende rots op Mars. Deze foto is gemaakt door de mastcamera van de Mars Curiosity Rover. Het toont dunbed splijtbare schalie in de Gale Crater. Nieuwsgierigheid boorde gaten in de rotsen van Gale Crater en identificeerde kleimineralen in de stekken. NASA-afbeelding.

Omgevingen van schalieafzetting

Een opeenhoping van modder begint met de chemische verwering van rotsen. Deze verwering breekt de rotsen in kleimineralen en andere kleine deeltjes die vaak deel uitmaken van de lokale bodem. Een regenbui kan kleine deeltjes grond uit het land en in beken wassen, waardoor de stromen een "modderig" uiterlijk krijgen. Wanneer de stroom vertraagt ​​of een stilstaand waterlichaam binnendringt, zoals een meer, moeras of oceaan, bezinken de modderdeeltjes naar de bodem. Indien ongestoord en begraven, zou deze opeenhoping van modder kunnen worden omgezet in een sedimentair gesteente dat bekend staat als "moddersteen". Dit is hoe de meeste schalie wordt gevormd.

Het schalie-vormingsproces is niet beperkt tot de aarde. De Mars-rovers hebben veel ontsluitingen op Mars gevonden met sedimentaire gesteenten die lijken op de schalie op aarde (zie foto).

Bekijk de video: Sahalé - Shérazade (Oktober 2020).