Содержание
- Что такое сланец?
- Использование сланца
- Обычная нефть и природный газ
- Нетрадиционная нефть и природный газ
- Сланец, используемый для производства глины
- Сланец, используемый для производства цемента
- Сланец
- Состав Сланца
- Цвета сланца
- Черный и серый сланец
- Красный, коричневый и желтый сланец
- Зеленый сланец
- Гидравлические свойства сланца
- Инженерные свойства сланцевых почв
- Обширные почвы
- Устойчивость склона
- Среды осаждения сланцев
Сланец: Сланец разбивается на тонкие кусочки с острыми краями. Это происходит в широком спектре цветов, которые включают красный, коричневый, зеленый, серый и черный. Это самая распространенная осадочная порода, встречающаяся в осадочных бассейнах по всему миру.
Что такое сланец?
Сланец - это мелкозернистая осадочная порода, которая образуется в результате уплотнения минеральных частиц размером с ил и глину, которые мы обычно называем «грязью». Этот состав помещает сланец в категорию осадочных пород, известных как "аргиллиты". Сланец отличается от других аргиллитов тем, что он расщепляется и ламинируется. «Ламинированный» означает, что камень состоит из множества тонких слоев. «Делящийся» означает, что порода легко раскалывается на тонкие кусочки вдоль расслоений.
Использование сланца
Некоторые сланцы обладают особыми свойствами, которые делают их важными ресурсами. Черные сланцы содержат органический материал, который иногда разрушается, образуя природный газ или нефть. Другие сланцы можно измельчить и смешать с водой, чтобы получить глины, которые можно превратить в множество полезных предметов.
Обычный резервуар нефти и природного газа: Этот чертеж иллюстрирует «антиклинальную ловушку», которая содержит нефть и природный газ. Серые каменные единицы - непроницаемые сланцы. Нефть и природный газ образуются в этих сланцевых единицах и затем мигрируют вверх. Часть нефти и газа попадает в желтый песчаник, образуя нефтегазовый резервуар. Это «обычный» пласт - это означает, что нефть и газ могут течь через поровое пространство песчаника и добываться из скважины.
Обычная нефть и природный газ
Черные органические сланцы являются источником многих важнейших месторождений нефти и природного газа в мире. Эти сланцы приобретают свой черный цвет от крошечных частиц органического вещества, которые осаждались в грязи, из которой образовался сланец. Поскольку грязь была похоронена и нагрета в земле, часть органического материала была преобразована в нефть и природный газ.
Нефть и природный газ мигрировали из сланца и вверх через массу отложений из-за их низкой плотности. Нефть и газ часто задерживались в поровых пространствах вышележащего каменного блока, такого как песчаник (см. Иллюстрацию). Эти типы месторождений нефти и газа известны как «обычные резервуары», потому что флюиды могут легко течь через поры породы и в добывающую скважину.
Хотя бурение может извлекать большое количество нефти и природного газа из пласта-коллектора, большая часть его остается в ловушке в сланце. Эти нефть и газ очень трудно удалить, потому что они улавливаются в крошечных поровых пространствах или адсорбируются на частицы глинистого минерала, которые составляют сланец.
Нетрадиционный нефтегазовый резервуар: Этот чертеж иллюстрирует новые технологии, которые позволяют разрабатывать нетрадиционные месторождения нефти и природного газа. На этих газовых месторождениях нефть и газ содержатся в сланцах или других непроницаемых породах. Чтобы добывать эту нефть или газ, нужны специальные технологии. Одним из них является горизонтальное бурение, при котором вертикальная скважина отклоняется от горизонтальной, так что она проникает на большое расстояние от пластовой породы. Второе - гидроразрыв пласта. С помощью этого метода часть скважины закрывается, и вода закачивается для создания давления, которое достаточно высоко для разрушения окружающей породы. Результатом является коллектор с сильными трещинами, пронизанный большой длиной ствола скважины.
Нетрадиционная нефть и природный газ
В конце 1990-х годов компании, занимающиеся бурением на природном газе, разработали новые методы выделения нефти и природного газа, которые улавливаются в крошечных поровых пространствах сланца. Это открытие было значительным, потому что оно открыло некоторые из крупнейших месторождений природного газа в мире.
Барнетт Сланец Техаса был первым крупным месторождением природного газа, разработанным в сланцевом пласте. Добыча газа из сланца Барнетта была сложной задачей. Поры в сланцах настолько малы, что газу трудно пройти через сланец в скважину. Бурильщики обнаружили, что они могут увеличить проницаемость сланца, откачивая воду в скважину под давлением, которое было достаточно высоким, чтобы разрушить сланец. Эти трещины высвободили часть газа из поровых пространств и позволили этому газу течь в скважину. Этот метод известен как «гидравлический разрыв» или «гидроразрыв».
Бурильщики также узнали, как бурить до уровня сланца и повернуть скважину на 90 градусов для горизонтального бурения через блок сланцевых пород. Это привело к появлению скважины с очень длинной «платой» через пласт-коллектор (см. Иллюстрацию). Этот метод известен как «горизонтальное бурение».
Горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта революционизировали технологию бурения и проложили путь к разработке нескольких гигантских месторождений природного газа. К ним относятся сланцы Марцелла в Аппалачах, сланцы Хейнсвилля в Луизиане и сланцы Фейетвилля в Арканзасе. В этих огромных сланцевых резервуарах содержится достаточно природного газа, чтобы удовлетворить все потребности Соединенных Штатов в течение двадцати лет или более.
Сланец в кирпиче и плитке: Сланец используется в качестве сырья для изготовления многих видов кирпича, черепицы, труб, керамики и других готовых изделий. Кирпич и плитка являются одними из наиболее широко используемых и востребованных материалов для строительства домов, стен, улиц и коммерческих сооружений. Авторские права на изображения iStockphoto / Guy Elliott.
Сланец, используемый для производства глины
Каждый человек имеет контакт с продуктами из сланца. Если вы живете в кирпичном доме, ездите по кирпичной дороге, живете в доме с черепичной крышей или держите растения в терракотовых горшках, вы ежедневно контактируете с предметами, которые, вероятно, были сделаны из сланца.
Много лет назад эти же предметы были сделаны из натуральной глины. Однако интенсивное использование истощило большую часть небольших глинистых отложений. В поисках нового источника сырья производители вскоре обнаружили, что при смешивании тонкоизмельченного сланца с водой образуется глина, которая часто обладает схожими или превосходными свойствами. Сегодня большинство предметов, которые когда-то производились из натуральной глины, были заменены практически идентичными изделиями из глины, изготовленными путем смешивания тонкоизмельченного сланца с водой.
Рок & Минеральные Комплекты: Получить камень, минерал или ископаемый комплект, чтобы узнать больше о материалах Земли. Лучший способ узнать о камнях - это иметь образцы, доступные для тестирования и экспертизы.
Сланец, используемый для производства цемента
Цемент - еще один распространенный материал, который часто делают из сланца. Для производства цемента измельченный известняк и сланец нагреваются до температуры, которая достаточно высока, чтобы испарять всю воду и расщеплять известняк на оксид кальция и углекислый газ. Углекислый газ теряется в виде выбросов, но оксид кальция в сочетании с нагретым сланцем образует порошок, который затвердевает при смешивании с водой и высыхании. Цемент используется для изготовления бетона и многих других изделий для строительной промышленности.
Горючий сланец: Камень, который содержит значительное количество органического материала в форме твердого керогена. До 1/3 породы может быть твердым органическим материалом. Этот образец составляет примерно четыре дюйма (десять сантиметров) в поперечнике.
Сланец
Горючий сланец - это горная порода, которая содержит значительное количество органического материала в форме керогена. До 1/3 породы может быть твердым керогеном. Жидкие и газообразные углеводороды могут быть извлечены из горючего сланца, но порода должна быть нагрета и / или обработана растворителями. Это обычно намного менее эффективно, чем бурение горных пород, которые будут добывать нефть или газ непосредственно в скважину. Извлечение углеводородов из горючего сланца приводит к выбросам и отходам, которые вызывают серьезные экологические проблемы. Это одна из причин, по которой обширные месторождения сланца в мире не используются агрессивно.
Нефтяной сланец обычно соответствует определению «сланец» в том смысле, что это «слоистая порода, состоящая по меньшей мере из 67% глинистых минералов». Тем не менее, он иногда содержит достаточно органического материала и карбонатных минералов, чтобы глинистые минералы составляли менее 67% породы.
Образцы сланцевого керна: Когда сланец добывается для оценки нефти, природного газа или полезных ископаемых, керн часто извлекается из скважины. Затем камень в ядре можно протестировать, чтобы узнать о его потенциале и о том, как лучше всего разработать ресурс.
Состав Сланца
Сланец - это камень, состоящий в основном из минеральных зерен размером с глину. Эти крошечные зерна обычно представляют собой глинистые минералы, такие как иллит, каолинит и смектит. Сланец обычно содержит другие минеральные частицы размером с глину, такие как кварц, черт и полевой шпат. Другие компоненты могут включать органические частицы, карбонатные минералы, оксиды железа, сульфидные минералы и тяжелые минеральные зерна. Эти «другие составляющие» в породе часто определяются сланцевой средой осаждения, и они часто определяют цвет породы.
Черный сланец: Экологически чистый черный сланец. Природный газ и нефть иногда попадают в крошечные поровые пространства этого типа сланца.
Цвета сланца
Как и у большинства пород, цвет сланца часто определяется наличием определенных материалов в незначительных количествах. Лишь несколько процентов органических материалов или железа могут значительно изменить цвет камня.
Сланцевый газ играет: С конца 1990-х годов десятки ранее непродуктивных черных органических сланцев были успешно превращены в месторождения ценных газов. Смотрите статью: «Что такое сланцевый газ?»
Черный и серый сланец
Черный цвет в осадочных породах почти всегда указывает на наличие органических веществ. Только один или два процента органических материалов могут придать камню темно-серый или черный цвет. Кроме того, этот черный цвет почти всегда означает, что сланцы образовались из отложений, отложившихся в среде с дефицитом кислорода. Любой кислород, попавший в окружающую среду, быстро реагировал с разлагающимися органическими остатками. Если бы присутствовало большое количество кислорода, органический мусор все бы распался. Среда с низким содержанием кислорода также обеспечивает надлежащие условия для образования сульфидных минералов, таких как пирит, еще один важный минерал, встречающийся в большинстве черных сланцев.
Наличие органического мусора в черных сланцах делает их кандидатами на добычу нефти и газа. Если органический материал после захоронения будет сохранен и должным образом нагрет, нефть и природный газ могут быть получены. Сланцы Барнетта, Слоя Марцелла, Сланца Хейнсвилля, Сланца Фейетвилля и других пород, добывающих газ, представляют собой темно-серые или черные сланцы, которые дают природный газ. Баккенские сланцы Северной Дакоты и сланцы Eagle Ford из Техаса являются примерами сланцев, добывающих нефть.
Серые сланцы иногда содержат небольшое количество органического вещества. Тем не менее, серые сланцы также могут быть камнями, которые содержат известковые материалы или просто глинистые минералы, которые дают серый цвет.
Ютика и Марцелл Сланец: Считается, что два черных органических сланца в Аппалачском бассейне содержат достаточно природного газа для снабжения Соединенных Штатов в течение нескольких лет. Это сланец Марцелл и сланец Ютика.
Красный, коричневый и желтый сланец
Сланцы, которые осаждаются в богатых кислородом средах, часто содержат крошечные частицы минералов оксида железа или гидроксида железа, таких как гематит, гетит или лимонит. Лишь несколько процентов этих минералов, распределенных по породе, могут давать красный, коричневый или желтый цвета, характерные для многих видов сланцев. Присутствие гематита может привести к образованию красного сланца. Присутствие лимонита или гетита может привести к образованию желтого или коричневого сланца.
Зеленый сланец
Иногда встречаются зеленые сланцы. Это не должно вызывать удивления, поскольку некоторые из глинистых минералов и слюд, составляющих большую часть объема этих пород, обычно имеют зеленоватый цвет.
Природный газ сланцевой скважины: Менее чем за десять лет сланцы взлетели до выдающихся позиций в энергетическом секторе. Новые методы бурения и разработки скважин, такие как гидроразрыв пласта и горизонтальное бурение, могут выявить нефть и природный газ, захваченные в плотной матрице органических сланцев. Авторские права на изображения iStockphoto / Edward Todd.
Гидравлические свойства сланца
Гидравлические свойства - это характеристики породы, такие как проницаемость и пористость, которые отражают ее способность удерживать и пропускать жидкости, такие как вода, нефть или природный газ.
Сланец имеет очень маленький размер частиц, поэтому межузельные пространства очень малы. На самом деле они настолько малы, что нефть, природный газ и вода испытывают трудности при прохождении через скалу.Таким образом, сланец может служить в качестве укрытия для ловушек нефти и природного газа, а также является водной оболочкой, которая блокирует или ограничивает поток подземных вод.
Хотя междоузлия в сланце очень мала, они могут занимать значительный объем породы. Это позволяет сланцу удерживать значительные количества воды, газа или нефти, но не может эффективно передавать их из-за низкой проницаемости. Нефтяная и газовая промышленность преодолевает эти ограничения сланца, используя горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта для создания искусственной пористости и проницаемости в породе.
Некоторые из глинистых минералов, которые встречаются в сланцах, обладают способностью поглощать или адсорбировать большое количество воды, природного газа, ионов или других веществ. Это свойство сланца может дать ему возможность выборочно и стойко удерживать или свободно выпускать жидкости или ионы.
Обширная карта почв: Геологическая служба США подготовила обобщенную карту экспансивных почв для нижних 48 штатов.
Инженерные свойства сланцевых почв
Сланцы и почва, полученная из них, являются одними из самых проблемных материалов для строительства. Они подвержены изменениям в объеме и компетенции, которые обычно делают их ненадежными строительными субстратами.
Оползень: Сланец - склонная к оползням скала.
Обширные почвы
Глинистые минералы в некоторых сланцевых почвах способны поглощать и выделять большое количество воды. Это изменение содержания влаги обычно сопровождается изменением объема, которое может достигать нескольких процентов. Эти материалы называются «обширные почвы». Когда эти почвы становятся влажными, они набухают, а когда они высыхают, они сжимаются. Здания, дороги, инженерные коммуникации или другие сооружения, размещенные на этих материалах или внутри них, могут быть ослаблены или повреждены под действием сил и изменения объема. Обширные почвы являются одной из наиболее распространенных причин повреждения фундамента зданий в Соединенных Штатах.
Сланцевая дельта: Дельта - это осадочные отложения, которые образуются, когда поток попадает в постоянный водоем. Скорость потока воды внезапно уменьшается, и переносимые отложения оседают на дно. Дельты - это места, где накапливается самый большой объем земной грязи. На изображении выше показан вид на дельту Миссисипи со спутника, на которой показаны ее распределительные каналы и междистрибутивные отложения. Яркая голубая вода, окружающая дельту, насыщена осадком.
Устойчивость склона
Сланцы - это камни, чаще всего связанные с оползнями. Выветривание превращает сланец в богатую глиной почву, которая обычно имеет очень низкую прочность на сдвиг - особенно во влажном состоянии. Когда эти низкопрочные материалы мокрые и находятся на крутом склоне холма, они могут медленно или быстро двигаться вниз по склону. Перегрузка или раскопки людьми часто вызывают провал.
Сланцы на Марсе: Сланец также очень распространенный камень на Марсе. Это фото было сделано с помощью мачтовой камеры марсохода Curiosity. На нем изображены тонкослоистые делящиеся сланцы в кратере Гейла. Из любопытства просверлили отверстия в скалах кратера Гейл и определили глинистые минералы в черенках. Изображение НАСА.
Среды осаждения сланцев
Накопление грязи начинается с химического выветривания горных пород. Это выветривание разбивает камни на глинистые минералы и другие мелкие частицы, которые часто становятся частью местной почвы. Ливень может вымыть мельчайшие частицы почвы с земли и в ручьи, придав ручьям «мутный» вид. Когда поток замедляется или входит в стоящий водоем, такой как озеро, болото или океан, частицы грязи оседают на дно. Если его не трогать и закопать, это скопление грязи может превратиться в осадочную породу, известную как «грязевой камень». Так образуется большинство сланцев.
Процесс формирования сланца не ограничен Землей. Марсоходы нашли много обнажений на Марсе с осадочными породами, которые выглядят так же, как сланцы, найденные на Земле (см. Фото).