Le schiste

Le schiste est une boue lithifiée – une roche sédimentaire composée principalement de grains de la taille de largile et du limon. Il existe plusieurs façons de définir le schiste. Certaines définitions sont plutôt étroites. Le glossaire de géologie publié par lAmerican Geological Institute définit le schiste comme une roche stratifiée et indurée contenant > 67% de minéraux argileux1. Cette définition fait clairement la distinction entre le schiste et le mudstone. Ce dernier est une roche similaire mais sans stratification notable. Il sépare également le schiste du siltstone, qui est un mudstone dans lequel le limon prédomine sur largile.

Le schiste est une roche sédimentaire à grains fins qui montre généralement une fine stratification. Finnmark, Norvège. Largeur de léchantillon 9 cm.

Parfois, cependant, ces roches sont traitées comme une grande famille de roches apparentées et extrêmement répandues, appelées collectivement schiste, mudrock ou mudstone. Ces roches sont certainement les roches sédimentaires les plus communes de la croûte. Il a été estimé que plus de la moitié2 de toutes les roches sédimentaires sont de divers types de mudstones. Ils sont suivis par les roches carbonatées et les grès.

Le schiste est une roche économiquement importante. Il peut être exploité comme combustible fossile (schiste bitumineux), mais plus important encore, cest une roche mère de pétrole brut et de gaz naturel. Le schiste est également la roche à partir de laquelle nous extrayons des hydrocarbures via lutilisation de la fracturation hydraulique (fracturation hydraulique).

Le schiste en tant que roche sédimentaire typique est clairement en couches et il peut être plié par un événement orogénique ultérieur. Affleurement de schiste du nord de la Norvège. Marteau pour léchelle.

Boue recouvrant un lit de rivière asséché à La Palma, aux îles Canaries. Lingrédient principal du schiste est largile qui est ici sur le chemin de la roche désintégrée plus haut dans les montagnes vers la mer où elle sera finalement déposée. Les rivières font le travail difficile de transporter toute la boue vers locéan.

Un affleurement de schiste en Écosse. Marteau pour léchelle.

Galets de schiste sur la côte estonienne. Le schiste est relativement facile à identifier. Il a tendance à produire des galets plats avec une surface terne de couleur sombre.

Un bref aperçu des noms de roches utilisés pour décrire les mudstones ou les roches qui en dérivent:

Roche boueuse	Description
Shale	Une roche stratifiée et compactée. Largile devrait dominer sur le limon.
Claystone	Comme le schiste mais na pas sa fine stratification ou sa fissilité. Largile doit dominer sur le limon.
Argile rocheuse	Synonyme dargile.
Argillite	Un type de roche assez faiblement défini. Cest une roche compacte et indurée enfouie plus profondément que la plupart des mudrocks et peut être considérée comme une mudstone faiblement métamorphosée. Largillite na pas le clivage en lamelles et nest pas laminée aussi bien que le schiste typique.
Mudstone	Une boue indurée sans la fine stratification caractéristique des schistes. Mudstone a des proportions à peu près égales dargile et de limon. «Mudstone» peut être traité comme un terme général qui inclut toutes les variétés de roches qui sont principalement composées de boue compactée.
Siltstone	Un mudstone dans lequel le limon prédomine sur largile.
Mudrock	Un synonyme de mudstone.
Lutite	Synonyme de mudstone bien que rarement utilisé indépendamment. Habituellement en combinaison avec un modificateur (la calcilutite est un calcaire à grain très fin).
Pelite	Autre synonyme de mudstone. Peut être utilisé pour décrire les sédiments non consolidés à grains fins. Est également utilisé pour décrire les carbonates à grains fins tout comme la lutite.
Marl	Une boue calcaire. Cest un mélange de grains dargile, de limon et de carbonate dans diverses proportions. Peut être consolidée mais dans ce cas elle est souvent appelée marlstone.
Sarl	Similaire à la marne mais contient des grains biogéniques siliceux au lieu de boue carbonatée.
Smarl	Un mélange ture de sarl et smarl.
Schiste noir	Schiste carboné noir qui doit sa couleur à la matière organique (> 5%). Il est riche en minéraux sulfurés et contient des concentrations élevées de plusieurs métaux (V, U, Ni, Cu).
Schiste bitumineux	Une variété de schiste riche en matière organique. Il produira des hydrocarbures lors de la distillation.
Alun schiste	Similaire au schiste noir mais la pyrite sest partiellement décomposée en formant de lacide sulfurique qui a réagi avec les minéraux constitutifs du roche pour former de lalun (sulfate de potassium-aluminium hydraté). Il est riche en plusieurs métaux tout comme le schiste noir et a été exploité comme source duranium.
Olistostrome	Une masse chaotique de boue et de plus gros clastes formé sous leau comme un glissement de terrain entraîné par la gravité.Il manque de litière.
Turbidite	Un sédiment ou une roche déposée par un courant de turbidité. Ces dépôts se forment sous leau sous la forme dun mélange dargile, de limon et deau glissant le long du talus continental (dans la plupart des cas). La turbidite est souvent composée dune alternance de couches limoneuses et argileuses.
Flysch	Un ancien terme de nos jours largement remplacé par la turbidite.
Diamictite	Terme purement descriptif utilisé pour décrire toute roche sédimentaire contenant de plus gros clastes dans une matrice à grains fins. La diamictite peut se former de plusieurs manières, mais elle semble être un till glaciaire lithifié dans la majorité des cas.
Tillite	Un lithifié mal trié ( plus gros clastes dans une matrice boueuse) sédiments déposés par un glacier. La tillite est un till lithifié.
Ardoise	Une roche métamorphique à grain fin qui peut être divisée en feuilles minces (a clivage en ardoise). Lardoise dans la grande majorité des cas est un schiste / mudstone métamorphosé.
Métapélite	Tout mudstone métamorphosé. Lardoise, la phyllite et divers schistes sont des métapélites courantes.
Phyllite	Une roche métamorphique de plus haute teneur que lardoise et plus basse que le schiste. Il présente une brillance caractéristique sur les surfaces de clivage que lui donnent les cristaux lamellaires de mica et / ou de graphite.

Les mudstones riches en limon grossier ont tendance à être de couleur plus claire et ne présentent pas de stratification fine typique du schiste approprié. Cette siltite des Pyrénées espagnoles fait partie dune turbidite. Largeur de léchantillon 12 cm.

La diamictite est une roche mal triée avec une matrice boueuse. Cette diamictite du nord de la Norvège est dorigine glaciogénique (tillite) de la glaciation varègue. Largeur de léchantillon 12 cm.

La turbidite est une unité de roche sédimentaire contenant de nombreuses paires siltstone-mudstone déposées sur le fond marin au cours du même épisode de avalanche de boue sous-marine entraînée par la gravité. La séquence de turbidité est généralement composée de nombreuses couches alternées de sil et dargile. Le limon se dépose avant largile, cest pourquoi il y a au moins deux couches distinctives déposées lors dun même événement. Les échantillons proviennent dun seul affleurement en Espagne, mais ils nétaient pas côte à côte là-bas. La largeur des échantillons est denviron 20 cm.

Un affleurement de schiste (turbidite) à Loughshinny, Irlande.

Composition

Le schiste est si répandu car ses principaux constituants (minéraux argileux) sont très communs en surface. Ces minéraux se forment à la suite de laltération chimique – désintégration des roches dans des conditions humides / humides. Les minéraux qui donnent de largile sont divers silicates qui prédominent dans les roches ignées et métamorphiques. Les minéraux argileux les plus importants sont la kaolinite, la smectite (montmorillonite) et lillite. Les deux premiers sont communs dans les schistes plus jeunes. Lillite a tendance à dominer dans les schistes plus anciens (paléozoïques) parce que lenfouissement conduit au processus dillitisation qui convertit la smectite en illite.

La boue est un mélange deau, dargile et de limon (sable). Par conséquent, les mudstones contiennent également diverses quantités de limon (granulométrie 2-63 micromètres) et de sable en plus des minéraux argileux. Si le limon domine, la roche est généralement appelée siltstone. Le limon est principalement composé de quartz minéral, mais il peut également contenir des minéraux du groupe des feldspaths et dautres formateurs de roches, y compris des minéraux lourds.

Les constituants importants des mudstones peuvent être des grains de carbonate ou de silice. Les deux sont généralement dorigine biogène. Les sédiments boueux contenant beaucoup de ces constituants sont respectivement nommés marne et sarl (marne, sarlstone si lithifiés).

La pyrite est un minéral commun dans des mudstones qui se sont formés dans des conditions réductrices. Notez la couleur verdâtre qui indique également que loxygène libre nétait pas disponible pendant la diagenèse. Elba, Italie. Largeur de léchantillon 22 cm. TUG 1608-6763.

Schiste noir contenant des cubes euhédriques de pyrite et des veines de quartz. Largeur de léchantillon 8 cm. TUG 1608-2799.

Un schiste avec des veines de calcite blanches. Ces veines sont post-sédimentaires (formées plus tard dans la roche). Loughshinny, Irlande. Largeur de léchantillon 10 cm.

Matière organique

Un composant très important de nombreux schistes est le matériau carboné. Il sagit de matière organique généralement présente dans les roches sous forme de kérogène (un mélange de composés organiques de poids moléculaire élevé). Bien que le kérogène ne forme pas plus denviron 1% de tous les schistes, la grande majorité du kérogène se trouve dans les mudstones. Les schistes riches en matière organique (> 5%) sont appelés schistes noirs. La couleur noire est donnée à ces roches par la matière organique. La matière organique doit être décomposée dans des conditions normales par des bactéries, mais une productivité élevée, un dépôt et un enfouissement rapides ou un manque doxygène peuvent la préserver.La pyrite est un minéral sulfuré commun dans les schistes noirs. La matière organique et la pyrite se trouvent ensemble dans la même roche, car les deux ont besoin de conditions sans oxygène pour leur formation.

Certains schistes qui sont particulièrement riches en matière organique sont appelés schistes bitumineux. Ils donnent des hydrocarbures lors de la distillation. Le schiste bitumineux peut être utilisé comme combustible fossile, bien quil soit relativement « sale » parce quil contient généralement beaucoup de minéraux indésirables (qui ne brûlent pas). Et à cause de la pyrite susmentionnée qui cause des dommages à lenvironnement après sa décomposition en acide sulfurique à la surface.

Le schiste noir est une variété de schiste contenant beaucoup de matière organique qui lui donne une couleur noire. Ces roches sont riches en pyrite et en plusieurs métaux comme le vanadium, luranium, etc. Ils ont été exploités dans le passé comme source duranium. Schiste noir en Estonie.

Un affleurement de schiste noir en Estonie.

Formation de schiste

Les minéraux argileux formés par la désintégration des minéraux silicatés sont généralement emportés de leur lieu de formation par une eau courante. Ils seront décantés lorsque la turbulence des fluides causée par les courants et les vagues ne peut plus contrecarrer la force de gravité. Les minéraux argileux sont suffisamment petits pour être transportés en t il suspension pendant une longue période. Ils seront installés après avoir formé des agrégats plus gros, soit à cause de la floculation, soit à cause de lactivité biologique (organismes filtreurs qui excrètent des boulettes fécales contenant de la boue).

La plupart des minéraux argileux parviennent finalement à locéan où ils sont finalement déposés sur le plateau et le talus continental. Ces sédiments riches en eau sur la pente douce du continent sont instables gravitationnellement. Certains mécanismes de déclenchement comme un tremblement de terre, un tsunami ou simplement le poids des sédiments sus-jacents peuvent déclencher dénormes courants de densité chargés de sédiments se déplaçant rapidement sur la pente. Ces écoulements sont appelés courants de turbidité et les sédiments se sont formés sous forme de turbidite. La turbidite est souvent composée de couches alternées riches en limon et en argile qui se forment parce que le limon a tendance à se déposer plus rapidement et avant largile, tandis que des couches riches en argile se forment après cela et sont plus épaisses dans les parties plus distales de la séquence de turbidite. Beaucoup de ces couches peuvent se succéder, formant une épaisse unité sédimentaire marine.

Le mudstone déposé contient des agrégats dargile désorientés qui créent beaucoup despace poreux rempli deau. Au fur et à mesure que plus de sédiments saccumulent, le poids des sédiments sus-jacents provoque un compactage – les agrégats dargile prennent une orientation de préférence perpendiculaire à la direction de la contrainte, lespace poreux est réduit et leau est expulsée des roches. À mesure que la température et la pression augmentent, des changements de minéralogie commenceront. Ce nest cependant pas du métamorphisme. Ces changements ont lieu à des profondeurs relativement faibles et à des températures modérées et le processus est appelé diagenèse. Il ny a, bien entendu, aucune frontière nette entre la diagenèse et le métamorphisme. Dans de nombreux cas, il peut être pratiquement impossible de dire avec certitude si la roche particulaire est encore sédimentaire ou déjà métamorphique. Les roches pélitiques dans léchantillon manuel sont généralement considérées comme métamorphiques lorsquelles présentent un clivage clair et une surface plus réfléchissante en raison de flocons de mica plus gros cultivés aux dépens danciens minéraux argileux.

Turbidite fortement plissée à Loughshinny, Irlande.

La couleur verte indique des conditions réductrices de formation. Finnmark, Norvège. Largeur de léchantillon 19 cm.

Les marques de semelle sont des caractéristiques communes (moulages) sur les surfaces inférieures des couches de schiste. Ils peuvent être utilisés pour montrer la montée et les directions des paléocourants.

Affleurement de schiste plié. Finnmark, Norvège.

Diagenèse et hydrocarbures

Le processus dillitisation (la smectite se transforme en illite) est un changement majeur qui a lieu dans les mudstones pendant la diagenèse. Lillitisation consomme du potassium (fourni généralement par le feldspath K détritique) et libère du fer, du magnésium et du calcium, qui peuvent être utilisés par les autres minéraux formant comme le chlorite et la calcite. La plage de température dillitisation est denviron 50-100 ° C3. La teneur en kaolinite diminue également avec laugmentation de la profondeur denfouissement. La kaolinite se forme dans un climat chaud et humide. Le climat tempéré plus sec a tendance à favoriser la smectite. La raison en est que de nombreuses précipitations éliminent les ions solubles de la roche, alors quun climat plus sec naccomplit pas cette tâche aussi efficacement. La kaolinite est favorisée en climat humide car elle ne contient que de laluminium en plus de la silice et de leau. Laluminium est très résiduel tandis que les constituants de la smectite (magnésium et calcium, en plus de laluminium et du fer) semportent plus facilement.

Un autre processus majeur et économiquement très important qui a lieu pendant la diagenèse (parfois cette étape est appelée catagenèse) est la maturation du kérogène en hydrocarbures. Le kérogène est une substance cireuse piégée dans la roche, mais il mûrira en hydrocarbures plus légers capables de sortir du schiste et de migrer vers le haut. Ce processus peut avoir lieu à des températures comprises entre environ 50-150 ° C4 (fenêtre dhuile). Cela correspond généralement à 2-4 kilomètres de profondeur denfouissement. Les hydrocarbures plus légers libérés au cours des processus (appelés craquage catalytique et thermique) sont désormais libres de migrer vers le haut. Ils peuvent former des réservoirs de pétrole et de gaz exploitables sils sont arrêtés par une sorte de piège structurel qui peut être un anticlinal ou une limite de faille. La couche de roche qui arrête le mouvement ascendant est dans de nombreux cas une autre couche de schiste car le schiste compacté est une barrière solide pour les liquides et les gaz. Le schiste peut également former un aquiclude entre les couches aquifères pour la même raison – il ne permet pas à leau de sécouler facilement à travers la roche (a une faible perméabilité).

Cest aussi la raison pour laquelle certains des les hydrocarbures ne peuvent pas migrer hors des roches mères. Cette ressource est encore au moins en partie disponible pour nous si nous forons des trous et injectons de leau sous pression dans la roche, ce qui entraînera sa fracture. Cette méthode est connue sous le nom de fracturation hydraulique (fracturation hydraulique). Les fissures formées seront maintenues ouvertes par les grains de sable injectés avec leau et les hydrocarbures piégés dans les roches deviendront récupérables. La fracturation est en fait un processus courant dans la croûte. Les veines minérales et les digues sont des fissures dans la croûte ouvertes et scellées par un fluide ou magma hautement pressurisé.

Un schiste bitumineux (variété kukersite) de LEstonie continue dêtre utilisée comme combustible fossile et comme matière première pour lindustrie de lhuile de schiste. La roche est très riche en fossiles (bryozoaires, trilobites, brachiopodes). Kukersite est faiblement laminé.

Schiste riche en kérogène de Russie. Largeur de léchantillon 10 cm.

Images de roches apparentées

Ce sont des plaques dardoise. Bien que le schiste démontre également une fissilité, il ne se brise pas en de telles couches minces de roche dure et il est clairement plus terne en apparence.

Ceci est un calcaire boueux dans lequel alternent des couches riches en carbonate de couleur claire et des couches siliciclastiques (boueuses). Biri, Oppland, Norvège. Largeur de léchantillon 9 cm.

Le grès na pas non plus besoin dêtre du quartz pur. Il contient souvent des quantités appréciables dargile qui peuvent être converties en mica et chlorite lors de la diagenèse associée à lenfouissement. Largeur de léchantillon 18 cm.

Une roche sédimentaire siliciclastique métamorphosée maintenant composée de grès métamorphosé (quartzite) avec une couche de boue métamorphosée (ardoise) .

La métapélite est une roche métamorphique qui possède un protolithe de mudstone. Le schiste staurolite est une métapélite. Il y a un porphyroblaste de staurolite croisé au premier plan. Tohmajärvi, Finlande. Largeur de léchantillon 19 cm.

Lardoise est un schiste métamorphosé. Il a un clivage ardoisé (tendance à se briser en fines couches de roches).

Le micaschiste est une métapélite – un sédimentaire métamorphosé riche en argile Roche. Les cristaux rouges sont des porphyroblastes de grenat almandin. Narvik, Norvège. Largeur de léchantillon 14 cm.

Un mudrock métamorphosé contenant clairement à la fois un matériau riche en argile et en quartz. Largeur de léchantillon 14 cm.