Łupek

Łupek to zlityfikowany muł – skała osadowa złożona głównie z ziaren wielkości gliny i mułu. Istnieje kilka sposobów definiowania łupków. Niektóre definicje są dość wąskie. Glosariusz Geologii opublikowany przez Amerykański Instytut Geologiczny definiuje łupki jako laminowaną, utwardzoną skałę zawierającą > 67% minerałów gliniastych1. Ta definicja wyraźnie rozróżnia łupek i mułowiec. Ta ostatnia jest podobną skałą, ale bez wyraźnego laminowania. Oddziela również łupki ilaste od mułowców, czyli mułów, w których muł dominuje nad gliną.

Łupek to drobnoziarnista skała osadowa, która zazwyczaj wykazuje delikatne laminowanie. Finnmark, Norwegia. Szerokość próbki 9 cm.

Czasami jednak skały te są traktowane jako jedna duża rodzina powiązanych ze sobą i niezwykle rozpowszechnionych skał, które łącznie określa się jako łupki, mułowce lub mułowce. Te skały są zdecydowanie najpowszechniejszymi skałami osadowymi w skorupie. Szacuje się, że ponad połowa2 wszystkich skał osadowych to różnego rodzaju mułowce. Za nimi znajdują się skały węglanowe i piaskowce.

Łupek jest skałą ważną gospodarczo. Może być wydobywany jako paliwo kopalne (łupek naftowy), ale co ważniejsze, jest źródłem ropy naftowej i gazu ziemnego. Łupek to także skała, z której wydobywamy węglowodory metodą szczelinowania hydraulicznego (szczelinowanie).

Łupek jako typowa skała osadowa to wyraźnie warstwowy i może zostać złożony w późniejszym przypadku orogenicznym. Wychodnia łupków z północnej Norwegii. Młot na skalę.

Błoto pokrywające suche koryto rzeki na La Palmie na Wyspach Kanaryjskich. Głównym składnikiem łupków jest glina, która znajduje się tutaj w drodze z rozdrobnionej skały wyżej w górach do morza, gdzie zostanie ostatecznie osadzona. Rzeki wykonują ciężką pracę, przenosząc całe błoto do oceanu.

Wychodnia łupkowa w Szkocji. Młotek na skalę.

Kamyki łupków na wybrzeżu w Estonii. Łupek jest stosunkowo łatwy do zidentyfikowania. Zwykle tworzy płaskie kamyki o ciemnej matowej powierzchni.

Krótki przegląd nazw skał używanych do opisania mułowców lub skał z nich pochodzących:

Błotnista skała	Opis
Łupek	Laminowana i zbita skała. Glina powinna dominować nad mułem.
Claystone	Podobnie jak łupek łupkowy, ale brakuje mu delikatnego rozwarstwienia lub rozszczepialności. Glina powinna dominować nad mułem.
Clay rock	Synonim iłowia.
Argillite	Raczej słabo zdefiniowany typ skały. Jest to zwarta i utwardzona skała zakopana głębiej niż większość muł i może być uważana za słabo zmetamorfizowany mułowiec. Argillite nie ma łupków łupkowych i nie jest laminowany tak dobrze, jak typowy łupek.
Mudstone	Utwardzony muł pozbawiony delikatnego laminowania charakterystycznego dla łupków. Mudstone ma mniej więcej równe proporcje gliny i mułu. „Kamień błotny” można traktować jako termin ogólny obejmujący wszystkie odmiany skał, które składają się głównie z ubitego mułu.
Siltstone	Mułowiec, w którym muł przeważa nad gliną.
Mudrock	Synonim mułowca.
Lutite	Synonim mułowca, choć rzadko używany niezależnie. Zwykle w połączeniu z pewnym modyfikatorem (kalcylutyt to bardzo drobnoziarnisty wapień).
Pelit	Kolejny synonim mułowca. Może być używany do opisu nieskonsolidowanych osadów drobnoziarnistych. Jest również używany do opisywania drobnoziarnistych węglanów, podobnie jak lutyt.
Marl	Błoto wapienne. Jest to mieszanina ziaren gliny, mułu i węglanu w różnych proporcjach. Może być konsolidowany, ale w tym przypadku często nazywa się go marlstone.
Sarl	Podobny do margla, ale zawiera krzemionkowe ziarna biogenne zamiast mułu węglanowego.
Smarl	Mieszanka ture of sarl and smarl.
Black shale	Czarny łupek węglowy, który swój kolor zawdzięcza materii organicznej (> 5%). Jest bogaty w minerały siarczkowe i zawiera podwyższone stężenia kilku metali (V, U, Ni, Cu).
Łupki naftowe	Różnorodność łupków bogaty w materię organiczną. Podczas destylacji będzie dawał węglowodory.
Łupek ałunowy	Podobny do czarnego łupku, ale piryt częściowo się rozłożył tworząc kwas siarkowy, który przereagował z minerałami składowymi skała z utworzeniem ałunu (uwodniony siarczan potasowo-glinowy). Jest bogaty w kilka metali, podobnie jak czarne łupki i został wydobyty jako źródło uranu.
Olistostrome	Chaotyczna masa błota i większych klastów uformowane pod wodą jako lawina błotna napędzana grawitacją.Brakuje mu ściółki.
Turbidyt	Osad lub skała osadzona przez prąd mętności. Osady te tworzą się pod wodą jako mieszanina gliny, mułu i wody spływającej po stoku kontynentalnym (w większości przypadków). Turbidyt często składa się z naprzemiennych warstw mułu i gliny.
Flysch	Stary termin jest obecnie w dużej mierze zastępowany przez turbidyt.
Diamictite	Czysto opisowy termin używany do opisania wszelkich skał osadowych zawierających większe klasty w drobnoziarnistej matrycy. Diamiktyt może powstawać na wiele sposobów, ale w większości przypadków wydaje się, że jest to litowana glina lodowcowa.
Tillite	Lityfikowany słabo sortowany ( większe klasty w mulistej matrycy) osad zdeponowany przez lodowiec. Tillite to litowana kasa.
Łupek	Drobnoziarnista skała metamorficzna, którą można podzielić na cienkie arkusze (ma łupkowy łupek). Łupek w większości przypadków to metamorfozowany łupek / mułowiec.
Metapelite	Każdy metamorfozowany mułowiec. Łupek, fyllit i różne łupki to pospolite metapelity.
Phyllite	Skała metamorficzna wyższego gatunku niż łupek i niższa niż łupek. Ma charakterystyczny połysk na powierzchni cięcia nadawany mu przez platymikę i / lub kryształy grafitu.

Błoto bogate w grubszy muł ma zwykle jaśniejszy kolor i nie wykazuje drobnej laminacji typowej dla właściwego łupka. Ten mułowiec z hiszpańskich Pirenejów jest częścią turbidytu. Szerokość próbki 12 cm.

Diamictite to słabo posortowana skała z błotnistą warstwą. Ten diamiktyt z północnej Norwegii ma pochodzenie glacjogenne (tillit) ze zlodowacenia Varangian. Szerokość próbki 12 cm.

Turbidyt to jednostka skał osadowych zawierająca wiele takich par mułowców i mułów osadzonych na dnie morskim podczas tego samego epizodu napędzana grawitacją podwodna lawina błota. Sekwencja mętności składa się zazwyczaj z wielu naprzemiennych warstw gliny i gliny. Muł osiada przed gliną, dlatego podczas tego samego zdarzenia odkładają się co najmniej dwie wyraźne warstwy. Próbki pochodzą z jednej wychodni w Hiszpanii, ale nie znajdowały się tam obok siebie. Szerokość próbek wynosi około 20 cm.

Wychodnia łupka (turbidyt) w Loughshinny w Irlandii.

Skład

Łupek jest tak rozpowszechniony, ponieważ jego główne składniki (minerały ilaste) są bardzo powszechne na powierzchni. Minerały te powstają w wyniku wietrzenia chemicznego – rozpadu skał w warunkach mokrych / wilgotnych. Minerały dające glinę to różne krzemiany, które przeważają w skałach magmowych i metamorficznych. Najważniejszymi minerałami ilastymi są kaolinit, smektyt (montmorylonit) i illit. Pierwsze dwa są powszechne w młodszych łupkach. Illit ma tendencję do dominacji w starszych (paleozoicznych) łupkach, ponieważ pochówek prowadzi do procesu illityzacji, który przekształca smektyt w illit.

Błoto to mieszanina wody, gliny i mułu (piasku). Dlatego też mułowce oprócz minerałów ilastych zawierają również różne ilości mułu (uziarnienie 2-63 mikrometrów) i piasku. Jeśli dominuje muł, zwykle nazywa się go skałą mułową. Muł składa się głównie z mineralnego kwarcu, ale może również zawierać minerały z grupy skaleni i inne skały, w tym minerały ciężkie.

Ważnymi składnikami mułowców mogą być ziarna węglanu lub krzemionki. Oba są zwykle pochodzenia biogennego. Błotniste osady zawierające wiele tych składników noszą odpowiednio nazwy marl i sarl (marlstone, sarlstone jeśli lityfikowany).

Piryt jest pospolitym mułowce powstałe w warunkach redukujących. Zwróć uwagę na zielonkawy kolor, który również wskazuje, że wolny tlen nie był dostępny podczas diagenezy. Elba, Włochy. Szerokość próbki 22 cm. TUG 1608-6763.

Czarny łupek zawierający euedryczne sześciany pirytu i żyły kwarcu. Szerokość próbki 8 cm. TUG 1608-2799.

Łupek z białymi żyłkami kalcytu. Te żyły są post-depozycyjne (uformowane później w skale). Loughshinny, Irlandia. Szerokość próbki 10 cm.

Materia organiczna

Bardzo ważnym składnikiem wielu łupków jest materiał węglowy. Jest to materia organiczna występująca zwykle w skałach jako kerogen (mieszanina związków organicznych o dużej masie cząsteczkowej). Chociaż kerogen nie tworzy więcej niż około 1% wszystkich łupków, zdecydowana większość kerogenu znajduje się w mułowcach. Łupki bogate w materię organiczną (> 5%) znane są jako czarne łupki. Czarny kolor nadaje tym skałom materia organiczna. Materia organiczna powinna być rozkładana w normalnych warunkach przez bakterie, ale wysoka produktywność, szybkie osadzanie się i zakopywanie lub brak tlenu mogą ją zachować.Piryt to pospolity minerał siarczkowy występujący w czarnych łupkach. Materia organiczna i piryt występują razem w tej samej skale, ponieważ oba potrzebują do powstania warunków beztlenowych.

Niektóre łupki, które są szczególnie bogate w materię organiczną, znane są jako łupki naftowe. Podczas destylacji dają węglowodory. Łupki bitumiczne mogą być wykorzystywane jako paliwo kopalne, chociaż jest to paliwo względnie „brudne”, ponieważ zwykle zawiera dużo niepożądanych (nie spalających się) minerałów oraz ze względu na wspomniany wcześniej piryt, który powoduje szkody w środowisku po rozkładzie na kwas siarkowy na powierzchni.

Czarny łupek łupkowy to odmiana łupka zawierająca dużo materii organicznej, która nadaje mu czarny kolor. Skały te są bogate w piryt i kilka metali takich jak wanad, uran itp. Wydobywano je w przeszłości jako źródło uranu. Czarne łupki łupkowe w Estonii.

Odsłonięcie czarne łupki w Estonii.

Tworzenie łupków

Minerały ilaste, które powstały w wyniku rozpadu minerałów krzemianowych, są zwykle przenoszone z miejsca ich powstania przez bieżącą wodę. kiedy turbulencja płynu spowodowana przez prądy i fale nie jest już w stanie przeciwdziałać sile grawitacji. Minerały ilaste są na tyle małe, że można je przenosić wt zawieszenie na długi czas. Zostaną osadzone po utworzeniu większych agregatów albo z powodu flokulacji, albo z powodu aktywności biologicznej (organizmy filtrujące, które wydalają grudki kału zawierające błoto).

Większość minerałów ilastych ostatecznie trafia do oceanu, gdzie ostatecznie się znajduje zdeponowane na szelfie i zboczu kontynentalnym. Te bogate w wodę osady na łagodnym stoku kontynentalnym są niestabilne grawitacyjnie. Niektóre mechanizmy wyzwalające, takie jak trzęsienie ziemi, tsunami lub po prostu ciężar leżących powyżej osadów, mogą wyzwolić ogromne i szybko poruszające się prądy gęstości, obciążone osadami, przemieszczające się w dół zbocza. Przepływy te są znane jako prądy mętności, a osad tworzy się jako turbidyt. Turbidyt często składa się z naprzemiennych warstw bogatych w muł i glinę, które tworzą się, ponieważ muł ma tendencję do osiadania szybciej i przed gliną, podczas gdy warstwy bogate w glinę tworzą się później i są grubsze w bardziej odległych częściach sekwencji turbidytów. Wiele takich warstw może następować po sobie, tworząc grubą morską jednostkę osadową.

Zdeponowany mułowiec zawiera zdezorientowane agregaty gliny, które tworzą dużą przestrzeń porową wypełnioną wodą. W miarę jak gromadzi się więcej osadów, ciężar osadów leżących powyżej powoduje zagęszczenie – kruszywa ilaste przyjmują preferowaną orientację prostopadłą do kierunku naprężenia, zmniejsza się przestrzeń porowa, a ze skał wypychana jest woda. Wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia zaczną się zmiany w mineralogii. Nie jest to jednak metamorfizm. Zmiany te zachodzą na stosunkowo płytkich głębokościach i umiarkowanych temperaturach, a proces ten nazywa się diagenezą. Nie ma oczywiście ostrej granicy między diagenezą a metamorfizmem. W wielu przypadkach ustalenie z całą pewnością, czy skała w postaci cząstek stałych jest nadal osadowa, czy już metamorficzna, może być prawie niemożliwe. Skały pelitowe w ręcznej próbce są zwykle uważane za metamorficzne, gdy wykazują wyraźne łupki łupkowe i mają bardziej odblaskową powierzchnię z powodu większych płatków miki wyhodowanych kosztem dawnych minerałów ilastych.

Mocno pofałdowany turbidyt w Loughshinny, Irlandia.

Kolor zielony oznacza redukujące warunki powstawania. Finnmark, Norwegia. Szerokość próbki 19 cm.

Oznaczenia na podeszwach są typowymi cechami (odlewami) na dolnych powierzchniach warstw łupków. Mogą być używane do wskazywania drogi w górę i bladych kierunków.

Pofałdowane wychodnie łupkowe. Finnmark, Norwegia.

Diageneza i węglowodory

Proces ilityzacji (smektyt przekształca się w illit) jest główną zmianą zachodzącą w mułowcach podczas diagenezy. Ilityzacja zużywa potas (dostarczany zwykle przez szczątkowy skaleń potowy) i uwalnia żelazo, magnez i wapń, które mogą być wykorzystywane przez inne minerały tworzące, takie jak chloryt i kalcyt. Zakres temperatur ilityzacji wynosi około 50-100 ° C3. Zawartość kaolinitu również spada wraz ze wzrostem głębokości zakopania. Kaolinit tworzy się w klimacie gorącym i wilgotnym. Bardziej suchy klimat umiarkowany sprzyja smektytowi. Powodem jest to, że dużo opadów wypłukuje rozpuszczalne jony ze skały, podczas gdy bardziej suchy klimat nie spełnia tego zadania tak skutecznie. Kaolinit jest preferowany w wilgotnym klimacie, ponieważ oprócz krzemionki i wody zawiera tylko aluminium. Glin jest bardzo szczątkowy, podczas gdy składniki smektytu (magnez i wapń, oprócz aluminium i żelaza) są łatwiej usuwane.

Innym ważnym i ekonomicznie bardzo ważnym procesem zachodzącym podczas diagenezy (czasami ten etap nazywany jest katagenezą) jest dojrzewanie kerogenu w węglowodory. Kerogen to woskowata substancja uwięziona w skale, ale dojrzewa do lżejszych węglowodorów, które są w stanie wydostać się z łupków i migrować w górę. Proces ten może zachodzić w temperaturach około 50-150 ° C4 (okno olejowe). Odpowiada to zwykle 2-4 kilometrom głębokości pochówku. Lżejsze węglowodory uwolnione podczas procesów (znanych jako kraking katalityczny i termiczny) mogą teraz swobodnie migrować w górę. Mogą tworzyć nadające się do eksploatacji złoża ropy i gazu, jeśli zostaną zatrzymane przez jakąś strukturalną pułapkę, która może być antykliną lub granicą uskoku. Warstwa skalna, która zatrzymuje ruch w górę, jest w wielu przypadkach kolejną warstwą łupków, ponieważ ubity łupek stanowi twardą barierę dla cieczy i gazu. Łupki mogą również tworzyć wodonośne warstwy wodonośne z tego samego powodu – nie pozwalają wodzie łatwo przepływać przez skałę (ma niską przepuszczalność).

Jest to również powód, dla którego niektóre węglowodory nie są w stanie migrować ze skał źródłowych. Zasób ten jest nadal przynajmniej częściowo dostępny, jeśli będziemy wiercić otwory i wtryskiwać do skały wodę pod ciśnieniem, co spowoduje jej pęknięcie. Ta metoda jest znana jako szczelinowanie hydrauliczne (fracking). Powstałe pęknięcia pozostaną otwarte przez ziarenka piasku wtryskiwane wodą, a węglowodory uwięzione w skałach będą możliwe do odzyskania. Szczelinowanie jest w rzeczywistości powszechnym procesem w skorupie. Żyłki i groble mineralne to pęknięcia w skorupie, które są otwierane i zamykane przez płyn lub magmę pod wysokim ciśnieniem.

Łupek naftowy (różny kukersit) z Estonia nadal jest wykorzystywana jako paliwo kopalne i surowiec dla przemysłu ropy łupkowej. Skała jest bardzo bogata w skamieniałości (mszywioły, trylobity, ramienionogi). Kukersite jest słabo laminowany.

Bogaty w kerogen łupek z Rosji. Szerokość próbki 10 cm.

Zdjęcia powiązanych skał

To są płyty łupkowe. Chociaż łupek ilasty również wykazuje rozszczepialność, nie rozpada się na tak cienkie warstwy twardej skały i jest wyraźnie bardziej matowy.

To jest mulisty wapień, w którym jasne warstwy bogate w węglany przeplatają się z warstwami krzemoklastycznymi (mulistymi). Biri, Oppland, Norwegia. Szerokość próbki 9 cm.

Piaskowiec również nie musi być czystym kwarcem. Często zawiera znaczne ilości gliny, która może przekształcić się w mikę i chloryt podczas diagenezy związanej z pochówkiem. Szerokość próbki 18 cm.

Przeobrażona krzemionkowa skała osadowa, obecnie złożona z przeobrażonego piaskowca (kwarcytu) z warstwą zmetamorfizowanego mułu (łupków) .

Metapelite to metamorficzna skała, która ma protolit z mułowca. Łupek staurolitowy jest metapelitem. Na pierwszym planie znajduje się krzyżowo bliźniaczy porfiroblast staurolitowy. Tohmajärvi, Finlandia. Szerokość próbki 19 cm.

Łupek to przeobrażony łupek. Ma łupkowaty łupek (tendencję do rozbijania się na cienkie warstwy skał).

Łupek mikowy to metapelit – przemieniony osad bogaty w glinę skała. Czerwone kryształy to almandynowe porfiroblasty z granatu. Narwik, Norwegia. Szerokość próbki 14 cm.

Zmieniona mułka błotna wyraźnie zawierająca materiał bogaty zarówno w glinę, jak i kwarc. Szerokość próbki 14 cm.