頁岩 | Wechsel

12月 2, 2020

頁岩

頁岩は石化した泥で、主に粘土サイズとシルトサイズの粒子で構成された堆積岩です。頁岩を定義する方法はいくつかあります。いくつかの定義はかなり狭いです。 American GeologicalInstituteによって発行されたGlossaryof Geologyは、頁岩を> 67％の粘土サイズの鉱物を含む積層された硬化した岩石と定義しています1。この定義は、頁岩と泥岩を明確に区別します。後者は同様の岩ですが、顕著な積層はありません。また、頁岩をシルト岩から分離します。シルト岩は、シルトが粘土よりも優勢である泥岩です。

頁岩は、細粒の堆積岩です。通常、細かいラミネーションを示します。フィンマルク、ノルウェー。サンプルの幅9cm。

ただし、これらの岩石は、頁岩、泥岩、または泥岩と総称される、関連する非常に広範囲にわたる岩石の1つの大きなファミリーとして扱われることがあります。これらの岩石は間違いなく地殻で最も一般的な堆積岩です。全堆積岩の半分以上2が様々な種類の泥岩であると推定されています。その後に炭酸塩岩と砂岩が続きます。

頁岩は経済的に重要な岩です。化石燃料（オイルシェール）として採掘されることもありますが、さらに重要なことは、原油と天然ガスの根源岩です。頁岩は、水圧破砕（フラッキング）を使用して炭化水素を抽出する岩石でもあります。

典型的な堆積岩としての頁岩は明確に層状になっており、後の造山運動によって折りたたまれる可能性があります。ノルウェー北部からの頁岩露頭。スケール用のハンマー。

カナリア諸島のラパルマの川床を覆う泥。頁岩の主成分は粘土で、山の高いところにある崩壊した岩から海に向かって、最終的に堆積します。川はすべての泥を海に運ぶという大変な仕事をしています。

スコットランドの頁岩の露頭。スケール用のハンマー。

エストニアの海岸にある頁岩の小石。頁岩は比較的簡単に識別できます。表面がくすんだ暗い色の平らな小石を生成する傾向があります。

泥岩またはそれらに由来する岩を説明するために使用される岩の名前の概要：

泥岩	説明
頁岩	積層され圧縮された岩。粘土はシルトよりも優勢である必要があります。
粘土岩	頁岩に似ていますが、細かい積層や裂け目がありません。粘土はシルトよりも優勢である必要があります。
粘土岩	粘土岩の同義語。
粘土岩	かなり弱く定義された岩のタイプ。これは、ほとんどの泥岩よりも深く埋められたコンパクトで硬化した岩石であり、弱く変成した泥岩と見なすことができます。粘土質岩は粘板岩の劈開がなく、通常の頁岩のように積層されていません。
泥岩	頁岩の微細な積層特性を欠く硬化した泥。泥岩は、粘土とシルトの比率がほぼ同じです。「泥岩」は、ほとんどが圧縮された泥で構成されているすべての種類の岩石を含む一般的な用語として扱うことができます。
シルト岩	泥岩シルトは粘土よりも優勢です。
泥岩	泥岩の同義語です。
ルタイト	泥岩の同義語ですが、単独で使用されることはめったにありません。通常、何らかの修飾剤と組み合わせて使用されます（カルチルタイトは非常に細かい石灰岩です）。
ペライト	泥岩の別の同義語。未固結の細粒堆積物を表すために使用できます。また、ルタイトと同じように細粒炭酸塩を分解するためにも使用されます。
Marl	石灰質の泥岩。粘土、シルト、炭酸塩の粒子がさまざまな比率で混ざり合っています。固めることができますが、この場合はマールストーンと呼ばれることがよくあります。
Sarl	marlに似ていますが、炭酸泥の代わりに珪質の生物起源の粒子が含まれています。
Smarl	ミックスサールとスマールの構造。
黒色頁岩	有機物に色を帯びている黒色炭素質頁岩（> 5％）。硫化鉱物が豊富で、いくつかの金属（V、U、Ni、Cu）が高濃度で含まれています。
オイルシェール	さまざまな頁岩有機物が豊富です。蒸留すると炭化水素が生成されます。
ミョウバン頁岩	黒頁岩に似ていますが、黄鉄鉱が部分的に分解して硫酸を形成し、その構成鉱物と反応します。ミョウバン（含水カリウム-硫酸アルミニウム）を形成する岩石。黒色頁岩と同じようにいくつかの金属が豊富で、ウランの供給源として採掘されています。
オリストストローム	混沌とした泥と大きな砕屑物の塊重力駆動の土砂崩れとして水中に形成された。寝具がありません。
タービダイト	混濁流によって堆積した堆積物または岩石。これらの堆積物は、粘土、シルト、および水の混合物が大陸斜面を滑り落ちるように水中で形成されます（ほとんどの場合）。タービダイトは、シルト質層と粘土質層が交互に並んだもので構成されていることがよくあります。
ダイアミックタイト	細粒のマトリックスに大きな砕屑物を含む堆積岩を表すために使用される純粋に説明的な用語。ダイアミックタイトはさまざまな方法で形成される可能性がありますが、ほとんどの場合までは岩石化した氷河のようです。
ティライト	岩石化が不十分に分類されています（泥質マトリックス中のより大きな砕屑物）氷河によって堆積した堆積物。ティライトは石化したティルです。
スレート	薄いシートに分割できる（スレート状の劈開がある）細粒の変成岩。ほとんどの場合、スレートは変成した頁岩/泥岩です。
メタペライト	変成した泥岩。粘板岩、フィライト、およびさまざまな片岩が一般的な変成岩です。
千枚岩	粘板岩よりもグレードが高く、片岩よりも低い変成岩。板状の雲母やグラファイトの結晶によって与えられた劈開面に特徴的な光沢があります。

粗いシルトが豊富な泥岩は、色が薄くなる傾向があり、適切な頁岩に典型的な細かい積層を示しません。スペインのピレネー山脈からのこのシルト岩はタービダイトの一部です。サンプルの幅は12cmです。

ダイアミックタイトは、泥だらけの母岩で分類が不十分な岩石です。ノルウェー北部のこのダイアミックタイトは、ヴァリャーグ氷河期の氷河起源（ティライト）です。サンプルの幅12cm。

タービダイトは、同じエピソードの間に海底に堆積したそのようなシルト岩と泥岩のペアを多数含む堆積岩ユニットです。重力によって引き起こされる泥の水中雪崩。濁度シーケンスは通常、シルと粘土の多くの交互の層で構成されます。シルトは粘土の前に沈みます。そのため、同じイベント中に少なくとも2つの特徴的な層が堆積します。サンプルはスペインの単一の露頭からのものですが、そこでは隣り合っていませんでした。サンプルの幅は約20cmです。

アイルランドのラフシニーにある頁岩（タービダイト）の露頭。

組成

頁岩は、その主成分（粘土鉱物）が表面で非常に一般的であるため、非常に普及しています。これらの鉱物は、化学的風化の結果として形成されます—湿った/湿った状態での岩石の崩壊。粘土を生成する鉱物は、火成岩や変成岩で優勢なさまざまなケイ酸塩です。最も重要な粘土鉱物は、カオリナイト、スメクタイト（モンモリロナイト）、イライトです。最初の2つは、若い頁岩で一般的です。埋没はスメクタイトをイライトに変換するイライト化プロセスにつながるため、イライトは古い（古生代）頁岩で優勢になる傾向があります。

泥は水、粘土、シルト（砂）の混合物です。したがって、泥岩には、粘土鉱物に加えて、さまざまな量のシルト（粒径2〜63マイクロメートル）と砂も含まれています。シルトが優勢な場合、その岩は通常シルト岩と呼ばれます。シルトは主に鉱物石英で構成されていますが、長石グループの鉱物や、重鉱物を含む他の岩石形成物も含まれている場合があります。

泥岩の重要な成分は炭酸塩または珪質粒子です。どちらも通常、生体起源です。これらの成分を多く含む泥質堆積物は、それぞれマールとサールと呼ばれます（マールストーン、リチウム化されている場合はサールストーン）。

黄鉄鉱は還元条件で形成された泥岩。緑がかった色に注意してください。これは、続成作用中に遊離酸素が利用できなかったことを示しています。イタリア、エルバ島。サンプルの幅22cm。 TUG1608-6763。

黄鉄鉱の自形の立方体と石英の鉱脈を含む黒色頁岩。サンプルの幅8cm。 TUG1608-2799。

白い方解石脈のある頁岩。これらの鉱脈は堆積後のものです（後で岩石に形成されます）。ラフシニー、アイルランド。サンプルの幅は10cmです。

有機物

多くの頁岩の非常に重要な成分は、炭素質物質です。これは通常、ケロゲン（高分子量の有機化合物の混合物）として岩石に発生する有機物です。ケロゲンはすべての頁岩の約1％を超えて形成されていませんが、ケロゲンの大部分は泥岩に含まれています。有機物が豊富な頁岩（> 5％）は、黒色頁岩と呼ばれます。これらの岩石は有機物によって黒色になっています。有機物は通常の状態ではバクテリアによって分解されるべきですが、高い生産性、急速な沈着、埋没または酸素不足が有機物を保存する可能性があります。黄鉄鉱は、黒色頁岩によく見られる硫化鉱物です。有機物と黄鉄鉱は、どちらも形成に無酸素条件を必要とするため、同じ岩石で一緒に発生します。

特に有機物が豊富な頁岩の中には、オイルシェールと呼ばれるものがあります。それらは蒸留で炭化水素を生成します。オイルシェールは化石燃料として使用できますが、通常は不要な（燃焼しない）鉱物が多く含まれているため比較的「汚れた」燃料であり、前述のパイライトは表面で硫酸に分解した後に環境損傷を引き起こします。

ブラックシェールは、有機物を多く含むさまざまなシェールで、黒色になります。これらの岩石は、パイライトといくつかの金属が豊富です。バナジウム、ウラニウムなどのように。これらは過去にウランの供給源として採掘されてきました。エストニアのブラックシェール。

の露頭エストニアのブラックシェール。

シェールの形成

ケイ酸塩鉱物の崩壊によって形成された粘土鉱物は、通常、流水によって形成場所から運び去られます。それらは沈殿します。流れや波によって引き起こされた流体の乱れが重力に対抗できなくなったとき粘土鉱物はtで運ばれるのに十分小さい彼は長い間停止しました。それらは、凝集または生物活性（泥を含む糞便ペレットを排出するフィルター供給生物）のいずれかのために、より大きな凝集体を形成した後に定着します。

ほとんどの粘土鉱物は、最終的に海に到達し、最終的にそこに到達します。棚と大陸斜面に堆積しました。緩やかな大陸斜面にあるこれらの水に富む堆積物は、重力的に不安定です。地震、津波、または単に上にある堆積物の重量などのいくつかのトリガーメカニズムは、斜面を下って移動する巨大で急速に移動する堆積物を含んだ密度の流れを解き放つ可能性があります。これらの流れは混濁流として知られており、堆積物はタービダイトとして形成されます。タービダイトは、シルトがより急速に粘土の前に沈降する傾向があるために形成されるシルトと粘土に富む層が交互に現れることで構成されますが、粘土に富む層はその後に形成され、タービダイトシーケンスのより遠位の部分で厚くなります。このような層の多くは互いに続いて、厚い海洋堆積ユニットを形成する可能性があります。

堆積した泥岩には、水で満たされた多くの間隙空間を作り出す無秩序な粘土の骨材が含まれています。より多くの堆積物が蓄積するにつれて、上にある堆積物の重量が圧縮を引き起こします—粘土の凝集体は応力方向に垂直な優先配向を取り、間隙が減少し、水が岩から押し出されます。温度と圧力が上昇すると、鉱物学の変化が始まります。ただし、これは変成作用ではありません。これらの変化は比較的浅い深さと適度な温度で起こり、その過程は続成作用と呼ばれます。もちろん、続成作用と変成作用の間に明確な境界はありません。多くの場合、粒子状の岩石がまだ堆積岩であるか、すでに変成岩であるかを確実に判断することはほぼ不可能です。手のサンプルに含まれる泥質岩は、通常、明確な粘板岩の劈開を示し、以前の粘土鉱物を犠牲にして成長した大きな雲母フレークにより反射面が大きい場合、変成岩と見なされます。

アイルランドのラフシニーにある大きく折りたたまれたタービダイト。

緑色は、形成条件が低下していることを示します。フィンマルク、ノルウェー。サンプルの幅19cm。

底痕は、頁岩層の下面によく見られる特徴（キャスト）です。これらは、上昇方向と古流向を示すために使用できます。

折り畳まれた頁岩の露頭。ノルウェー、フィンマルク。

続成作用と炭化水素

続成作用（スメクタイトがイライトに変化する）のプロセスは、続成作用中に泥岩で起こる大きな変化です。照明はカリウム（通常は砕屑性のK-長石によって供給される）を消費し、鉄、マグネシウム、カルシウムを放出します。これらは亜塩素酸塩や方解石などの他の形成鉱物で使用できます。違法化の温度範囲は約50-100°C3です。カオリナイトの含有量も、埋没深度の増加とともに減少します。カオリナイトは高温多湿の気候で形成されます。乾燥した温帯気候はスメクタイトを好む傾向があります。その理由は、多くの降水が岩石から可溶性イオンを洗い流しますが、乾燥した気候ではこのタスクをそれほど効果的に達成できないためです。カオリナイトは、シリカと水に加えてアルミニウムのみを含むため、湿度の高い気候で好まれます。アルミニウムは残留性が高く、スメクタイトの成分（アルミニウムと鉄に加えてマグネシウムとカルシウム）はより簡単に運び去られます。

続成作用（この段階はカタジェネシスと呼ばれることもあります）中に発生するもう1つの主要で経済的に非常に重要なプロセスは、ケロゲンの炭化水素への成熟です。ケロゲンは岩石に閉じ込められたワックス状の物質ですが、頁岩から移動して上方に移動できるより軽い炭化水素に成熟します。このプロセスは、約50〜150°C4（オイルウィンドウ）の温度で実行できます。これは通常、2〜4キロメートルの埋没深度に相当します。プロセス中に遊離した軽質炭化水素（接触分解および熱分解として知られる）は、自由に上向きに移動できるようになりました。それらは、背斜または断層境界である可能性のあるある種の構造玄武岩によって停止された場合、悪用可能な石油およびガス貯留層を形成する可能性があります。圧縮された頁岩は液体と気体に対する厳しい障壁であるため、上向きの動きを止める岩層は、多くの場合、頁岩の別の層です。頁岩は、同じ理由で含水層の間に水路を形成することもあります。これは、水が岩を容易に流れることができないためです（透過性が低い）。

これは、一部が形成された理由でもあります。炭化水素は根源岩から移動することができません。この資源は、私たちが穴を開けて加圧水を岩石に注入し、それが岩石を破壊する場合、少なくとも部分的にはまだ利用可能です。この方法は、水圧破砕（フラッキング）として知られています。形成された亀裂は、水を注入した砂粒によって開いたままになり、岩石に閉じ込められた炭化水素が回収可能になります。破砕は実際には地殻で一般的なプロセスです。鉱脈と岩脈は、高圧の流体またはマグマによって開かれ、密閉された地殻の亀裂です。

オイルシェール（さまざまなkukersite）エストニアは、シェールオイル産業の化石燃料および原料として引き続き使用されています。岩は化石（コケムシ、三葉虫、腕足動物）が非常に豊富です。 Kukersiteは弱く積層されています。