Schalie

Schalie is een verharde modder – een sedimentair gesteente dat voornamelijk bestaat uit korrels ter grootte van klei en slib. Er zijn verschillende manieren om schalie te definiëren. Sommige definities zijn vrij beperkt. Glossary of Geology, gepubliceerd door het American Geological Institute, definieert schalie als een gelamineerde, verharde rots met > 67% mineralen ter grootte van klei1. Deze definitie maakt duidelijk onderscheid tussen leisteen en moddersteen. De laatste is een soortgelijk gesteente maar zonder opmerkelijke laminering. Het scheidt ook schalie van siltsteen, een moddersteen waarin het slib overheerst boven klei.

Schalie is een fijnkorrelig sedimentair gesteente dat vertoont typisch fijne laminering. Finnmark, Noorwegen. Breedte van het monster 9 cm.

Soms worden deze rotsen echter behandeld als één grote familie van verwante en extreem wijdverspreide rotsen die gezamenlijk worden aangeduid als schalie, mudrock of mudstone. Deze rotsen zijn absoluut de meest voorkomende afzettingsgesteenten in de korst. Er wordt geschat dat meer dan de helft2 van alle sedimentaire gesteenten verschillende soorten modderstenen zijn. Ze worden gevolgd door carbonaatgesteenten en zandstenen.

Schalie is een economisch belangrijke rots. Het kan worden gewonnen als fossiele brandstof (olieschalie), maar wat nog belangrijker is, het is een brongesteente van ruwe olie en aardgas. Schalie is ook het gesteente waaruit we koolwaterstoffen winnen door het gebruik van hydraulische fracturering (fracking).

Schalie zoals een typisch sedimentair gesteente is duidelijk gelaagd en het kan worden gevouwen door een latere orogene gebeurtenis. Schalie-ontsluiting uit het noorden van Noorwegen. Hamer voor schaal.

Modder die een droge rivierbedding bedekt op La Palma, de Canarische Eilanden. Het belangrijkste ingrediënt van schalie is klei die hier op weg is van de uiteengevallen rots hoger in de bergen naar de zee waar het uiteindelijk zal worden afgezet. Rivieren doen het zware werk om alle modder naar de oceaan te voeren.

Een schalie-ontsluiting in Schotland. Hamer voor schaal.

Schalie-kiezelstenen aan de kust in Estland. Schalie is relatief eenvoudig te identificeren. Het heeft de neiging platte kiezelstenen te produceren met een donkergekleurd dof oppervlak.

Een kort overzicht van rotsnamen die worden gebruikt om modderstenen of daarvan afgeleide rotsen te beschrijven:

Modderige rots	Beschrijving
Schalie	Een gelamineerde en verdichte rots. Klei moet slib domineren.
Claystone	Net als leisteen maar mist zijn fijne laminering of splijtbaarheid. Klei moet heersen over slib.
Kleirots	Een synoniem van kleisteen.
Argilliet	Een nogal zwak gedefinieerd gesteentetype. Het is een compacte en verharde rots die dieper begraven ligt dan de meeste mudrocks en kan worden beschouwd als een zwak gemetamorfoseerde moddersteen. Argilliet mist de slaty splitsing en is niet zo goed gelamineerd als typische schalie is.
Moddersteen	Een verharde modder zonder de fijne laminering die kenmerkend is voor schalie. Mudstone heeft ongeveer gelijke hoeveelheden klei en slib. Mudstone kan worden behandeld als een algemene term die alle soorten rotsen omvat die voornamelijk bestaan uit samengeperste modder.
Slibsteen	Een moddersteen waarin het slib overheerst over klei.
Mudrock	Een synoniem van mudstone.
Lutite	Een synoniem van mudstone, hoewel zelden onafhankelijk gebruikt. Meestal in combinatie met een modificator (calcilutite is een zeer fijnkorrelige kalksteen).
Pelite	Nog een synoniem van mudstone. Kan worden gebruikt om ongeconsolideerde fijnkorrelige sedimenten te beschrijven. Wordt ook gebruikt om fijnkorrelige carbonaten net als lutiet te omschrijven.
Marl	Een kalkhoudende modder. Het is een mengsel van klei, slib en carbonaatkorrels in verschillende verhoudingen. Kan worden geconsolideerd, maar wordt in dit geval vaak mergelsteen genoemd.
Sarl	Vergelijkbaar met mergel maar bevat kiezelhoudende biogene granen in plaats van carbonaatmodder.
Smarl	Een mix tuur van sarl en smarl.
Zwarte leisteen	Zwarte koolstofhoudende schalie die zijn kleur dankt aan organisch materiaal (> 5%). Het is rijk aan sulfidemineralen en bevat verhoogde concentraties van verschillende metalen (V, U, Ni, Cu).
Olieschalie	Een verscheidenheid aan schalie rijk aan organisch materiaal. Het levert bij destillatie koolwaterstoffen op.
Aluin-schalie	Vergelijkbaar met zwarte schalie, maar pyriet is gedeeltelijk afgebroken en vormt zwavelzuur dat reageerde met de samenstellende mineralen van de rots om aluin te vormen (waterhoudend kalium-aluminiumsulfaat). Het is net als zwarte schalie rijk aan verschillende metalen en is gedolven als bron van uranium.
Olistostroom	Een chaotische massa van modder en grotere klasten onder water gevormd als een door zwaartekracht aangedreven modderstroom.Het ontbreekt aan bodembedekking.
Turbidiet	Een sediment of een gesteente afgezet door een troebelstroom. Deze afzettingen vormen onder water een mengsel van klei, slib en water dat (in de meeste gevallen) langs de continentale helling glijdt. Turbidiet bestaat vaak uit afwisselend siltige en kleiachtige lagen.
Flysch	Een oude term die tegenwoordig grotendeels wordt vervangen door turbidiet.
Diamictite	Puur beschrijvende term die wordt gebruikt om sedimentair gesteente te beschrijven dat grotere klasten bevat in een fijnkorrelige matrix. Diamictiet kan op vele manieren worden gevormd, maar het lijkt in de meeste gevallen een gelithificeerde ijstijd te zijn.
Tillite	Een verhitte, slecht gesorteerde ( grotere klasten in een modderige matrix) sediment afgezet door een gletsjer. Tillite is een gelithificeerde kassa.
Leisteen	Een fijnkorrelig metamorf gesteente dat kan worden gesplitst in dunne vellen (heeft een slordige splitsing). Leisteen is in de overgrote meerderheid van de gevallen een metamorfoseerde leisteen / moddersteen.
Metapeliet	Elke metamorfoseerde moddersteen. Leisteen, phylliet en verschillende leisteen zijn veel voorkomende metapelieten.
Phyllite	Een metamorf gesteente met een hogere kwaliteit dan leisteen en lager dan leisteen. Het heeft een karakteristieke glans op de splitsingsoppervlakken die eraan worden gegeven door platachtige mica en / of grafietkristallen.

Mudstones die rijk zijn aan grover slib zijn meestal lichter van kleur en vertonen geen fijne laminering die typisch is voor echte schalie. Deze siltsteen uit de Spaanse Pyreneeën is onderdeel van een turbidiet. Breedte van monster 12 cm.

Diamictite is slecht gesorteerde rots met een modderige matric. Deze diamictiet uit Noord-Noorwegen is van glaciogene oorsprong (tilliet) uit de Varangiaanse ijstijd. Breedte van monster 12 cm.

Turbidiet is een sedimentair gesteente dat veel van dergelijke siltsteen-moddersteenparen bevat die op de zeebodem zijn afgezet tijdens dezelfde aflevering van door zwaartekracht aangedreven, onder water gelegen modderlawine. Troebelheidsequentie is typisch samengesteld uit vele afwisselende lagen sil en klei. Het slib bezinkt vóór de klei en daarom worden er tijdens dezelfde gebeurtenis minstens twee onderscheidende lagen afgezet. De monsters zijn afkomstig van een enkele ontsluiting in Spanje, maar stonden daar niet naast elkaar. De breedte van de monsters is ongeveer 20 cm.

Een schalie (turbidiet) ontsluiting in Loughshinny, Ierland.

Samenstelling

Schalie is zo wijdverspreid omdat de belangrijkste bestanddelen (kleimineralen) heel gewoon zijn aan de oppervlakte. Deze mineralen worden gevormd als gevolg van chemische verwering – desintegratie van gesteenten in natte / vochtige omstandigheden. De mineralen die klei opleveren zijn verschillende silicaten die overheersen in de stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten. De belangrijkste kleimineralen zijn kaoliniet, smectiet (montmorilloniet) en illiet. De eerste twee komen veel voor bij jongere schalies. Illiet heeft de neiging om te domineren in oudere (Paleozoïsche) schalie omdat begraven leidt tot het illitisatieproces dat smectiet omzet in illiet.

Modder is een mengsel van water, klei en slib (zand). Daarom bevatten mudstones naast kleimineralen ook diverse hoeveelheden slib (korrelgrootte 2-63 micrometer) en zand. Als slib domineert, wordt de rots meestal siltstone genoemd. Slib bestaat voornamelijk uit mineraal kwarts, maar het kan ook minerale veldspaatgroepmineralen en andere gesteentevormers bevatten, waaronder zware mineralen.

Belangrijke bestanddelen in modderstenen kunnen carbonaat of kiezelhoudende korrels zijn. Beide zijn meestal van biogene oorsprong. Modderige sedimenten die veel van deze bestanddelen bevatten, worden respectievelijk mergel en sarl genoemd (mergelsteen, sarlsteen indien verhit).

Pyriet is een veelgebruikt mineraal in mudstones die gevormd zijn in reducerende omstandigheden. Let op de groenachtige kleur die ook een indicatie is dat er geen vrije zuurstof beschikbaar was tijdens de diagenese. Elba, Italië. Breedte monster 22 cm. TUG 1608-6763.

Zwarte leisteen met euhedrale blokjes pyriet en aderen van kwarts. Breedte monster 8 cm. TUG 1608-2799.

Een schalie met witte calcietaders. Deze aders zijn post-depositioneel (later gevormd in de rots). Loughshinny, Ierland. Breedte monster 10 cm.

Organisch materiaal

Een zeer belangrijk bestanddeel van veel schalie is koolstofhoudend materiaal. Dit is organische stof die gewoonlijk in de rotsen voorkomt als kerogeen (een mengsel van organische verbindingen met een hoog molecuulgewicht). Hoewel kerogeen niet meer dan ongeveer 1% van alle schalie vormt, zit de overgrote meerderheid van de kerogeen in modderstenen. Schalie die rijk is aan organisch materiaal (> 5%) staat bekend als zwarte schalie. De zwarte kleur wordt aan deze rotsen gegeven door organisch materiaal. Organische stof moet onder normale omstandigheden door bacteriën worden afgebroken, maar hoge productiviteit, snelle afzetting en begraven of zuurstofgebrek kan het in stand houden.Pyriet is een veel voorkomend sulfidemineraal in zwarte schalie. Organisch materiaal en pyriet komen samen voor in hetzelfde gesteente omdat beide zuurstofvrije omstandigheden nodig hebben voor hun vorming.

Sommige schalie die bijzonder rijk is aan organisch materiaal, staat bekend als olieschalie. Ze leveren bij destillatie koolwaterstoffen op. Olieschalie kan worden gebruikt als fossiele brandstof, hoewel het relatief ‘vuile’ brandstof is omdat het meestal veel ongewenste (niet brandende) mineralen bevat en vanwege het eerder genoemde pyriet dat milieuschade veroorzaakt na ontbinding tot zwavelzuur aan de oppervlakte.

Zwarte schalie is een schalie-variëteit die veel organisch materiaal bevat dat het een zwarte kleur geeft. Deze rotsen zijn rijk aan pyriet en verschillende metalen zoals vanadium, uranium, enz. Ze zijn in het verleden gedolven als bron van uranium. Zwarte schalie in Estland.

Een uitloper van zwarte schalie in Estland.

Vorming van schalie

Kleimineralen die werden gevormd door het uiteenvallen van silicaatmineralen worden meestal weggevoerd van hun plaats waar ze gevormd zijn door stromend water. Ze zullen worden bezonken wanneer vloeistofturbulentie veroorzaakt door stroming en golven de zwaartekracht niet meer kan tegengaan. Kleimineralen zijn klein genoeg om in t hij schorsing voor een lange tijd. Ze zullen bezinken na het vormen van grotere aggregaten, hetzij vanwege flocculatie, hetzij vanwege biologische activiteit (filtervoedende organismen die fecale pellets uitscheiden die modder bevatten).

De meeste kleimineralen komen uiteindelijk in de oceaan terecht waar ze uiteindelijk zijn afgezet op de plank en continentale helling. Deze waterrijke sedimenten op de glooiende continentale helling zijn door de zwaartekracht instabiel. Sommige triggermechanismen zoals een aardbeving, tsunami of simpelweg het gewicht van de bovenliggende sedimenten kunnen enorme en snel bewegende met sediment beladen dichtheidsstromen ontketenen die langs de helling naar beneden gaan. Deze stromen staan bekend als troebelheidsstromen en het zo gevormde sediment als turbidiet. Turbidiet is vaak samengesteld uit afwisselende slib- en kleirijke lagen die ontstaan doordat slib de neiging heeft om sneller en vóór de klei te bezinken, terwijl zich daarna kleirijke lagen vormen en dikker zijn in meer distale delen van de turbidietsequentie. Veel van dergelijke lagen kunnen elkaar opvolgen en een dikke mariene sedimentaire eenheid vormen.

Afgezette moddersteen bevat gedesoriënteerde kleikorrels die veel poriënruimte creëren die gevuld is met water. Naarmate meer sedimenten zich ophopen, veroorzaakt het gewicht van de bovenliggende sedimenten verdichting – kleiaaggregaten nemen de voorkeur loodrecht op de spanningsrichting aan, de poriënruimte wordt verminderd en water wordt uit de rotsen geperst. Naarmate de temperatuur en de druk toenemen, zullen veranderingen in mineralogie beginnen. Dit is echter geen metamorfose. Deze veranderingen vinden plaats op relatief ondiepe diepten en gematigde temperaturen en het proces wordt diagenese genoemd. Er is natuurlijk geen scherpe grens tussen diagenese en metamorfose. In veel gevallen is het bijna onmogelijk om met zekerheid te zeggen of het deeltjesvormige gesteente nog sedimentair of al metamorfisch is. Pelitische gesteenten in een handmonster worden meestal als metamorfisch beschouwd wanneer ze een duidelijke, slordige splitsing vertonen en een meer reflecterend oppervlak hebben vanwege grotere mica-vlokken die groeien ten koste van voormalige kleimineralen.

Zwaar gevouwen turbidiet in Loughshinny, Ierland.

Groene kleur geeft aan dat de vormingsomstandigheden verminderen. Finnmark, Noorwegen. Breedte van het monster 19 cm.

Zoolmarkeringen zijn algemene kenmerken (afgietsels) op de onderste oppervlakken van schalielagen. Ze kunnen worden gebruikt om de weg naar boven en paleocurrent richtingen te tonen.

Gevouwen schalie-ontsluiting. Finnmark, Noorwegen.

Diagenese en koolwaterstoffen

Het proces van illitisering (smectiet wordt omgezet in illiet) is een belangrijke verandering die plaatsvindt in mudstones tijdens de diagenese. Illitisering verbruikt kalium (meestal geleverd door detritisch K-veldspaat) en maakt ijzer, magnesium en calcium vrij, die kunnen worden gebruikt door de andere vormende mineralen zoals chloriet en calciet. Het temperatuurbereik van illitisering is ongeveer 50-100 ° C3. Het kaolinietgehalte neemt ook af met een grotere begrafenisdiepte. Kaoliniet vormt zich in een warm en vochtig klimaat. Het drogere gematigde klimaat heeft de neiging om smectiet te begunstigen. De reden is dat veel neerslag oplosbare ionen uit het gesteente spoelt, terwijl een droger klimaat deze taak niet zo effectief vervult. Kaoliniet heeft de voorkeur in een vochtig klimaat omdat het naast silica en water alleen aluminium bevat. Aluminium is in hoge mate resterend, terwijl de bestanddelen van smectiet (magnesium en calcium, naast aluminium en ijzer) gemakkelijker worden afgevoerd.

Een ander belangrijk en economisch zeer belangrijk proces dat plaatsvindt tijdens diagenese (soms wordt dit stadium catagenese genoemd) is de rijping van kerogeen tot koolwaterstoffen. Kerogeen is een wasachtige substantie die vastzit in het gesteente, maar het zal rijpen tot lichtere koolwaterstoffen die uit de schalie kunnen komen en naar boven kunnen migreren. Dit proces kan plaatsvinden bij temperaturen tussen ongeveer 50-150 ° C4 (olievenster). Dit komt meestal overeen met 2-4 kilometer begrafenisdiepte. Lichtere koolwaterstoffen die tijdens de processen vrijkomen (bekend als katalytisch en thermisch kraken) kunnen nu vrij naar boven migreren. Ze kunnen exploiteerbare olie- en gasreservoirs vormen als ze worden gestopt door een of andere structurele val die een anticline of een breukgrens kan zijn. De gesteentelaag die de opwaartse beweging stopt, is in veel gevallen een andere schalielaag omdat verdichte schalie een harde barrière is voor vloeistoffen en gas. Schalie kan om dezelfde reden ook een aquiclude vormen tussen watervoerende lagen – het laat niet toe dat water gemakkelijk door de rots stroomt (heeft een lage doorlaatbaarheid).

Dit is ook de reden waarom sommige van de gevormde koolwaterstoffen kunnen niet uit de brongesteenten migreren. Deze hulpbron is nog steeds ten minste gedeeltelijk voor ons beschikbaar als we gaten boren en water onder druk in de rots injecteren, waardoor deze zal breken. Deze methode staat bekend als hydraulisch breken (fracking). Gevormde scheuren worden opengehouden door de zandkorrels die met het water worden geïnjecteerd en koolwaterstoffen die in de rotsen zijn opgesloten, worden hersteld. Het breken is eigenlijk een veelvoorkomend proces in de korst. Minerale aders en dijken zijn scheuren in de korst die worden geopend en afgedicht door een vloeistof onder hoge druk of magma.

Een olieschalie (variery kukersite) van Estland wordt nog steeds gebruikt als fossiele brandstof en grondstof voor de schalieolie-industrie. De rots is erg rijk aan fossielen (bryozoën, trilobieten, brachiopoden). Kukersite is zwak gelamineerd.

Kerogeenrijke schalie uit Rusland. Breedte van monster 10 cm.

Afbeeldingen van gerelateerde rotsen

Dit zijn leisteenplaten. Hoewel schalie ook splijtbaarheid vertoont, breekt het niet in zulke dunne platen hard gesteente en ziet het er duidelijk saaier uit.

Dit is een modderige kalksteen waarin lichtgekleurde carbonaatrijke lagen worden afgewisseld met siliciclastische (modderige) lagen. Biri, Oppland, Noorwegen. Breedte van het monster 9 cm.

Zandsteen hoeft ook geen zuiver kwarts te zijn. Het bevat vaak aanzienlijke hoeveelheden klei die kunnen worden omgezet in mica en chloriet tijdens de diagenese die gepaard gaat met begraven. Breedte van monster 18 cm.

Een gemetamorfoseerd siliciclastisch sedimentair gesteente dat nu bestaat uit gemetamorfoseerd zandsteen (kwartsiet) met een laag gemetamorfoseerde modder (leisteen) .

Metapeliet is een metamorf gesteente dat een protoliet van mudstone heeft. Staurolietschist is een metapeliet. Op de voorgrond bevindt zich een kruislings gekoppelde staurolietporfyroblast. Tohmajärvi, Finland. Breedte van monster 19 cm.

Leisteen is een metamorfoseerde leisteen. Het heeft een gladde splitsing (neiging om in dunne platen van rotsen te breken).

Mica leisteen is een metapeliet – een metamorfoseerde klei-rijke sedimentaire rots. Rode kristallen zijn almandine granaat porfyroblasten. Narvik, Noorwegen. Breedte van monster 14 cm.

Een gemetamorfoseerde mudrock die duidelijk zowel klei- als kwartsrijk materiaal bevat. Breedte monster 14 cm.