Зміст
- Що таке Сланці?
- Використання сланців
- Звичайна нафта та природний газ
- Нетрадиційна нафта та природний газ
- Сланці, що використовуються для отримання глини
- Сланці, що використовуються для отримання цементу
- Масляні сланці
- Склад Сланця
- Кольори сланців
- Чорний та сірий сланці
- Червоний, коричневий і жовтий сланці
- Зелений сланці
- Гідравлічні властивості сланця
- Інженерні властивості сланцевих ґрунтів
- Експансивні ґрунти
- Стабільність схилу
- Середовища осадження сланців
Сланці: Сланцеві ламаються на тонкі шматочки з гострими краями. Він зустрічається в широкому діапазоні кольорів, що включає червоний, коричневий, зелений, сірий та чорний. Це найпоширеніша осадова порода і зустрічається в осадових басейнах по всьому світу.
Що таке Сланці?
Сланці - це дрібнозерниста осадова порода, яка утворюється від ущільнення мулових та глинистих мінеральних частинок, які ми зазвичай називаємо «грязями». Ця композиція розміщує сланці в категорії осадових порід, відомих як «грязі». Сланце відрізняється від інших грязей через те, що він є дріжким та ламінованим. "Ламінований" означає, що скеля складається з багатьох тонких шарів. "Розбита" означає, що скеля легко розпадається на тонкі шматки вздовж пластів.
Використання сланців
Деякі сланці мають особливі властивості, які роблять їх важливими ресурсами. Чорні сланці містять органічний матеріал, який іноді руйнується, утворюючи природний газ або нафту. Інші сланці можуть бути подрібнені і змішані з водою для отримання глини, яку можна перетворити на різноманітні корисні предмети.
Звичайне резервуар нафти та природного газу: Цей малюнок ілюструє "антиклінальну пастку", яка містить нафту та природний газ. Агрегати сірої скелі - непроникні сланці. Нафта і природний газ утворюються всередині цих сланцевих блоків і потім мігрують вгору. Частина нафти і газу потрапляє в жовтий піщаник, утворюючи нафтогазовий резервуар. Це "звичайне" водосховище - це означає, що нафта і газ можуть протікати через поровий простір пісковика і видобуватися з свердловини.
Звичайна нафта та природний газ
Чорні сланці органіки є джерелом гірської породи для багатьох найважливіших родовищ нафти та природного газу. Ці сланці отримують свій чорний колір від крихітних частинок органічної речовини, які були осаджені з грязюкою, з якої сланці утворилися. Коли грязь закопувалася і прогрівалася всередині землі, частина органічного матеріалу перетворювалася на нафту та природний газ.
Нафта і природний газ мігрували з сланців і вгору через осадову масу через їх низьку щільність. Нафта і газ часто потрапляли в порові простори над скелею, розташованою вище, як пісковик (див. Ілюстрацію). Ці типи родовищ нафти та газу відомі як "звичайні водойми", оскільки рідини можуть легко протікати через пори гірської породи та в видобувну свердловину.
Незважаючи на те, що буріння може видобувати велику кількість нафти та природного газу з гірської породи, значна частина залишається в пастці в сланцях. Цю нафту та газ видалити дуже важко, оскільки вона потрапляє в простір із крихітними порами або адсорбується на глинистих мінеральних частинках, що складають сланці.
Нетрадиційне резервуар нафти і газу: Цей креслення ілюструє нові технології, що дозволяють розробити нетрадиційні родовища нафти та природного газу. На цих газових родовищах нафта і газ утримуються в сланцях або іншому гірському просторі, який є непроникним. Для виробництва цієї нафти чи газу потрібні спеціальні технології. Один - горизонтальне буріння, при якому вертикальна свердловина відхиляється до горизонтальної, щоб вона проникла на велику відстань водосховища. Другий - гідророзрив. За допомогою цієї методики частина свердловини герметизується і закачується вода для створення тиску, достатнього високого рівня для руйнування навколишньої скелі. У результаті виходить сильно розбитий резервуар, пронизаний великою довжиною свердловини.
Нетрадиційна нафта та природний газ
В кінці 90-х компаніями буріння природного газу були розроблені нові методи вивільнення нафти та природного газу, які опинилися в пастці між крихітними поровими сланцями. Це відкриття було важливим, оскільки воно відкрило деякі найбільші родовища природного газу у світі.
Театр сланців Барнетта був першим великим родовищем природного газу, розробленим у сланцевій скелі водосховища. Видобуток газу зі сланцю Барнетта був викликом. Проміжки часу в сланцях настільки мініатюрні, що газ має труднощі з переміщенням через сланці і в свердловину. Дріллери виявили, що вони можуть підвищити проникність сланців, викачуючи воду в колодязь під тиском, який був достатньо високим, щоб зруйнувати сланці. Ці переломи звільнили частину газу з порових просторів і дозволили цьому газу надходити до свердловини. Ця методика відома як "гідророзрив" або "гідрофракція".
Дрильники також навчилися свердлити до рівня сланців і повертати свердловину на 90 градусів, щоб свердлити горизонтально через сланцеву скельну установку. Це дало свердловину з дуже довгою "зоною оплати" через скелю водойми (див. Ілюстрацію). Цей метод відомий як "горизонтальне буріння".
Горизонтальне буріння та гідравлічне руйнування революціонізувало технологію буріння та проклало шлях для розробки декількох гігантських родовищ природного газу. До них відносяться сланці Марцелла в Аппалачах, Сланці Хайнесвілла в Луїзіані та Сланці Файетвілла в Арканзасі. Ці величезні сланцеві водойми вміщують достатньо природного газу для обслуговування всіх потреб Сполучених Штатів протягом двадцяти і більше років.
Сланці в цеглі та плитці: Сланці використовуються як сировина для виготовлення багатьох видів цегли, черепиці, труби, гончарних виробів та інших виробів, що виготовляються. Цегла та плитка - це один із найбільш широко використовуваних та дуже бажаних матеріалів для будівництва будинків, стін, вулиць та комерційних споруд. Авторські права на зображення iStockphoto / Гай Елліотт.
Сланці, що використовуються для отримання глини
Усі мають контакт з продуктами, виготовленими з сланців. Якщо ви живете в цегляному будинку, їдете на цегляну дорогу, живете в будинку з черепичним дахом або тримаєте рослини в горщиках «теракота», у вас є щоденний контакт з предметами, які, ймовірно, зроблені з сланця.
Багато років тому ці самі предмети виготовляли з натуральної глини. Однак велике використання виснажує більшість малих покладів глини. Потребуючи нового джерела сировини, виробники незабаром виявили, що змішування тонко подрібнених сланців з водою дасть глину, яка часто має подібні або чудові властивості. Сьогодні більшість предметів, які колись виготовлялися з натуральної глини, були замінені майже однаковими предметами, виготовленими з глини, виготовленими змішуванням тонко подрібнених сланців з водою.
Рок та мінеральні набори: Отримайте набір з гірських порід, мінералів або копалин, щоб дізнатися більше про земні матеріали. Найкращий спосіб дізнатися про гірські породи - це наявність зразків для тестування та експертизи.
Сланці, що використовуються для отримання цементу
Цемент - ще один поширений матеріал, який часто виготовляють зі сланців. Для отримання цементу подрібнений вапняк і сланці нагріваються до температури, достатньої для випаровування всієї води та розщеплення вапняку на оксид кальцію та вуглекислий газ. Вуглекислий газ втрачається як викид, але оксид кальцію в поєднанні з нагрітим сланцем робить порошок, який затвердіє, якщо його змішати з водою і дати йому висохнути. Цемент використовується для виготовлення бетону та багатьох інших виробів для будівельної галузі.
Масляні сланці: Порода, яка містить значну кількість органічного матеріалу у вигляді твердого керогену. До 1/3 гірської породи може бути твердий органічний матеріал. Цей екземпляр становить приблизно чотири дюйми (десять сантиметрів) поперек.
Масляні сланці
Нафтові сланці - це порода, яка містить значну кількість органічного матеріалу у вигляді керогену. До 1/3 скелі може бути твердий кероген. Рідкі та газоподібні вуглеводні можуть бути видобуті з нафтових сланців, але гірські породи повинні бути нагріті та / або оброблені розчинниками. Зазвичай це набагато менш ефективно, ніж буріння гірських порід, які дадуть нафту або газ безпосередньо в свердловину. Видобуток вуглеводнів із сланцевих сланців створює викиди та відходи, що викликають значні проблеми у навколишньому середовищі. Це одна з причин того, що великі поклади сланцевих сланців у світі не використовувались агресивно.
Нафтові сланці зазвичай відповідають визначенню "сланці" тим, що це "ламінована порода, що складається щонайменше з 67% глинистих мінералів". Однак він іноді містить достатню кількість органічного матеріалу та карбонатних мінералів, на які глинисті мінерали складають менше 67% гірської породи.
Зразки сланцевого ядра: Коли сланці буріють для оцінки нафти, природного газу або мінеральних ресурсів, з свердловини часто відводять ядро. Потім породу в ядрі можна протестувати, щоб дізнатися про її потенціал і про те, як ресурс може бути найкраще розвинутий.
Склад Сланця
Сланці - це гірські породи, складені переважно з глинистих мінеральних зерен. Ці крихітні зерна - це, як правило, глинисті мінерали, такі як ілюліт, каолініт та смектит. Сланці зазвичай містять інші мінеральні частинки глини, такі як кварц, вишня та польовий шпат. Інші складові можуть включати органічні частинки, карбонатні мінерали, мінерали оксиду заліза, сульфідні мінерали та важкі мінеральні зерна. Ці "інші складові" в породі часто визначаються сланцевим середовищем осадження, і вони часто визначають колір породи.
Чорний сланцевий: Чорні сланці, багаті органікою. Природний газ та нафта іноді потрапляють у крихітні пори цього сланця.
Кольори сланців
Як і більшість порід, колір сланців часто визначається наявністю конкретних матеріалів у незначних кількостях. Лише кілька відсотків органічних матеріалів або заліза можуть суттєво змінити колір скелі.
Грає сланцевий газ: З кінця 90-х років десятки раніше непродуктивних чорних органічних сланців були успішно розроблені у цінні газові родовища. Дивіться статтю: "Що таке сланцевий газ?"
Чорний та сірий сланці
Чорний колір у осадових гірських породах майже завжди свідчить про наявність органічних матеріалів. Лише один або два відсотки органічних матеріалів можуть надати скелі темно-сірий або чорний колір. Крім того, цей чорний колір майже завжди означає, що сланці, що утворюються з осаду, осідають у кисневому середовищі. Будь-який кисень, який потрапив у навколишнє середовище, швидко реагував на руйнуючі органічні сміття. Якби була велика кількість кисню, органічне сміття все б гнило. Бідне киснем середовище також забезпечує належні умови для утворення сульфідних мінералів, таких як пірит, інший важливий мінерал, який міститься в більшості чорних сланців.
Наявність органічного сміття в чорних сланцях робить їх кандидатами у виробництві нафти та газу. Якщо після поховання органічний матеріал буде збережений і належним чином нагрітий, може утворюватися нафта та природний газ. Сланці Барнетта, Марцеллус Сланцеві, Сланці Хейнесвілла, Сланці Файетвілла та інші газовидні породи - це все темно-сірі або чорні сланці, які дають природний газ. Сланці Баккен Північної Дакоти та Техаський форд Орел Техас - приклади сланців, які дають нафту.
Сірі сланці іноді містять невелику кількість органічної речовини. Однак сірі сланці можуть бути також гірськими породами, які містять вапняні матеріали або просто глинисті мінерали, які призводять до сірого кольору.
Ютіка та Марцелла Сланці: Як вважається, два чорних сланцевих органічних сланців в басейні Аппалачі містять достатньо природного газу для постачання США протягом кількох років. Це Сланці Марцеллус і Ютіка Шейл.
Червоний, коричневий і жовтий сланці
Сланці, що відкладаються в багатих киснем середовищах, часто містять крихітні частинки оксиду заліза або мінералів гідроксиду заліза, таких як гематит, гетит або лімоніт. Лише кілька відсотків цих мінералів, що розповсюджуються через гірські породи, можуть утворювати червоний, коричневий або жовтий кольори, що демонструються багатьма видами сланців. Наявність гематиту може призвести до появи червоного сланця. Наявність лімоніту або гетиту може утворювати жовтий або коричневий сланці.
Зелений сланці
Іноді зустрічаються зелені сланці. Це не повинно дивувати, оскільки деякі глинисті мінерали та мікроси, які складають велику частину об’єму цих порід, мають типово зеленуватий колір.
Сланці природного газу добре: Менш ніж за десять років сланці злетіли до популярності в енергетичній галузі. Нові методи буріння та розробки свердловини, такі як гідравлічний розрив та горизонтальне буріння, можуть спричиняти потрапляння нафти та природного газу в щільну матрицю органічних сланців. Авторські права на зображення iStockphoto / Едвард Тодд.
Гідравлічні властивості сланця
Гідравлічні властивості - це характеристики гірської породи, такі як проникність і пористість, які відображають її здатність утримувати і передавати рідини, такі як вода, нафта або природний газ.
Сланці мають дуже малий розмір частинок, тому міжвузлові простори дуже малі. Насправді вони настільки малі, що нафта, природний газ та вода мають труднощі з переміщенням скелі.Таким чином, сланці можуть служити скелею для запасів нафти та природного газу, а також є водною водою, яка блокує або обмежує потік ґрунтових вод.
Хоча міжвузлові простори в сланці дуже малі, вони можуть займати значний об'єм породи. Це дозволяє сланцям утримувати значну кількість води, газу або нафти, але не в змозі ефективно їх передавати через низьку проникність. Нафтогазова промисловість долає ці обмеження сланців за допомогою горизонтального буріння та гідророзриву для створення штучної пористості та проникності всередині породи.
Деякі з глинистих мінералів, які містяться в сланцях, мають здатність поглинати або адсорбувати велику кількість води, природного газу, іонів або інших речовин. Ця властивість сланців дозволяє йому вибірково і наполегливо утримувати або вільно виділяти рідини або іони.
Експансивна карта ґрунтів: Геологічна служба США підготувала узагальнену карту розширених ґрунтів для нижчих 48 штатів.
Інженерні властивості сланцевих ґрунтів
Сланці та ґрунти, отримані з них, - одні з найскладніших матеріалів, на яких можна побудувати. Вони підлягають змінам обсягу та компетенції, які, як правило, роблять їх ненадійними будівельними підкладками.
Зсув: Сланці - схильна до зсуву скеля.
Експансивні ґрунти
У деяких сланцевих ґрунтах глинисті мінерали мають здатність поглинати та виділяти велику кількість води. Ця зміна вологості зазвичай супроводжується зміною об'єму, яка може становити до декількох відсотків. Ці матеріали називаються "експансивними ґрунтами". Коли ці ґрунти стають вологими, вони набухають, а при висиханні вони стискаються. Будинки, дороги, комунальні лінії або інші споруди, розміщені на цих матеріалах або в них, можуть бути ослаблені або пошкоджені силами та рухом зміни обсягу. Експансивні ґрунти - одна з найпоширеніших причин пошкодження фундаменту будівель у Сполучених Штатах.
Дельта сланцю: Дельта - це відкладення осаду, який утворюється, коли потік потрапляє до стоячого водойми. Швидкість води потоку раптово зменшується, і осади, що переносяться, осідають на дно. Дельти - це місце, де відкладається найбільший обсяг земляного грязі. Зображення вгорі є супутниковим видом дельти Міссісіпі, показує його розподільні канали та міжрозподільні родовища. Яскраво-блакитна вода, що оточує дельту, обложена осадом.
Стабільність схилу
Сланці - це скеля, яка найчастіше асоціюється зі зсувами. Вивітрювання перетворює сланці в багатий глиною грунт, який, як правило, має дуже низьку міцність на зсув - особливо при зволоженні. Коли ці низькоміцні матеріали мокрі і на крутому схилі, вони можуть повільно або швидко рухатися вниз по схилу. Перевантаження або розкопки людьми часто спричиняють збій.
Сланці на Марсі: Сланці також є дуже поширеною скелею на Марсі. Цю фотографію було зроблено щогловою камерою марсохода Curiosity Rover. На ній видно тонко укладені нещільні сланці, що виходять в кратер Гале. Цікаво просвердлювали діри в скелях Ґейл-кратера та виявляли глинисті мінерали в живцях. Зображення НАСА.
Середовища осадження сланців
Скупчення грязі починається з хімічного вивітрювання гірських порід. Це вивітрювання розбиває гірські породи на глинисті мінерали та інші дрібні частинки, які часто стають частиною місцевого ґрунту. Дощова буря може вимити крихітні частинки ґрунту з суші та в потоки, надавши потокам "мутний" вигляд. Коли потік сповільнюється або потрапляє до стоячого водойми, такого як озеро, болото або океан, частинки грязі осідають на дно. Якщо його не пошкодити і поховати, це скупчення грязі може перетворитися на осадову скелю, відому як "грязьовий камінь". Саме так утворюється більшість сланців.
Процес формування сланців не обмежений лише Землею. Марсові мотори знайшли безліч відслонень на Марсі з осадовими скельними одиницями, схожими на сланці, знайдені на Землі (див. Фото).