Șistul

Șistul este un nămol litificat – o rocă sedimentară compusă în cea mai mare parte din boabe de dimensiuni argiloase și de nămol. Există mai multe moduri de a defini șistul. Unele definiții sunt destul de înguste. Glosarul de geologie publicat de Institutul American de Geologie definește șistul ca o rocă laminată, indurată, cu > 67% minerale de dimensiuni argiloase1. Această definiție discriminează în mod clar între șist și piatră de noroi. Aceasta din urmă este o rocă similară, dar fără laminare notabilă. De asemenea, separă șistul de siltstone, care este o piatră de noroi în care nămolul predomină asupra argilei.

Șistul este o rocă sedimentară cu granulație fină care prezintă de obicei o laminare fină. Finnmark, Norvegia. Lățimea eșantionului de 9 cm.

Uneori, cu toate acestea, aceste roci sunt tratate ca o mare familie de roci înrudite și extrem de răspândite, care sunt denumite în mod colectiv șist, rocă de noroi sau piatră de noroi. Aceste roci sunt cu siguranță cele mai frecvente roci sedimentare din scoarță. S-a estimat că mai mult de jumătate din totalul rocilor sedimentare sunt diferite tipuri de pietre de noroi. Acestea sunt urmate de roci carbonatice și gresii.

Șistul este o rocă importantă din punct de vedere economic. Poate fi exploatat ca combustibil fosil (șist petrolier), dar și mai important, este o sursă de roci de țiței și gaze naturale. Șistul este, de asemenea, roca din care extragem hidrocarburi prin utilizarea fracturării hidraulice (fracking).

Șistul ca rocă sedimentară tipică este clar stratificat și poate fi pliat printr-un eveniment orogenic ulterior. Afloriment de șist din nordul Norvegiei. Ciocan pentru scară.

Noroi care acoperă o albie uscată din La Palma, Insulele Canare. Ingredientul principal al șistului este argila care se află aici pe drumul de la stânca dezintegrată mai sus în munți până la mare unde va fi în final depozitată. Râurile fac treaba grea de a transporta tot noroiul spre ocean.

Un aflorament de șist în Scoția. Ciocan pentru scară.

Pietricele de șist pe coasta din Estonia. Șistul este relativ ușor de identificat. Tinde să producă pietricele plate cu o suprafață plictisitoare de culoare închisă.

O scurtă prezentare generală a numelor de roci utilizate pentru a descrie pietrele de noroi sau roci derivate din acestea:

Stâncă noroiasă	Descriere
Șist	O piatră laminată și compactată. Argila ar trebui să domine peste nămol.
Claystone	La fel ca șistul, dar lipsește laminarea sa fină sau fisilitatea. Argila ar trebui să domine peste nămol.
Stâncă de argilă	Un sinonim de argilă.
Argilit	Un tip de rocă destul de slab definit. Este o rocă compactă și indurată îngropată mai adânc decât majoritatea rocilor de noroi și poate fi considerată a fi o piatră de noroi slab metamorfozată. Argilitul nu are decolteul slaty și nu este laminat la fel de bine ca șistul tipic.
Mudstone	Un noroi indurat, lipsit de laminarea fină caracteristică șisturilor. Mudstone are proporții aproximativ egale de lut și nămol. „Mudstone” poate fi tratat ca un termen general care include toate soiurile de roci care sunt în mare parte compuse din nămol compactat.
Siltstone	O piatră de noroi în care nămolul predomină asupra argilei.
Roca de noroi	Un sinonim de piatră de noroi.
Lutite	Un sinonim de piatră de noroi, deși rar utilizat independent. De obicei, în combinație cu un anumit modificator (calcilutita este un calcar cu granulație foarte fină).
Pelite	Un alt sinonim de piatră de nămol. Poate fi folosit pentru a descrie sedimentele neconsolidate cu granule fine. Este, de asemenea, utilizat pentru a descrie carbonați cu granule fine la fel ca lutita.
Marl	Un noroi calcaros. Este un amestec de argile, nămoluri și boabe de carbonat în diferite proporții. Poate fi consolidat, dar în acest caz este adesea denumit marlstone.
Sarl	Similar marnei, dar conține boabe biogene silicioase în loc de nămol carbonatic.
Smarl	Un amestec tura sarlului și smarlului.
Șistul negru	Șistul carbonic negru care își datorează culoarea materiei organice (> 5%). Este bogat în minerale sulfuroase și conține concentrații ridicate de mai multe metale (V, U, Ni, Cu).
Șist uleios	O varietate de șist bogat în materie organică. Va produce hidrocarburi la distilare.
Șistul de aluminiu	Similar cu șistul negru, dar pirita s-a descompus parțial formând acid sulfuric care a reacționat cu mineralele constitutive ale rocă pentru a forma alum (sulfat de potasiu-aluminiu hidrat). Este bogat în mai multe metale la fel de șist negru și a fost exploatat ca sursă de uraniu.
Olistostrom	O masă haotică de noroi și clasturi mai mari format sub apă ca o alunecare de noroi gravitațională.Îi lipsește așternutul.
Turbidit	Un sediment sau o rocă depusă de un curent de turbiditate. Aceste depozite se formează sub apă ca un amestec de argilă, nămol și apă alunecând pe versantul continental (în majoritatea cazurilor). Turbiditul este adesea compus din straturi argiloase și argiloase.
Flysch	Un termen vechi în zilele noastre în mare parte înlocuit cu turbidit.
Diamictit	Termen pur descriptiv folosit pentru a descrie orice rocă sedimentară care conține claste mai mari într-o matrice cu granulație fină. Diamictita se poate forma în multe feluri, dar pare a fi un glaciar litificat până în majoritatea cazurilor.
Tillite	Un litificat slab sortat ( claste mai mari într-o matrice noroioasă) sediment depus de un ghețar. Tillite este o pânză litificată.
Ardezie	O rocă metamorfică cu granulație fină care poate fi împărțită în foi subțiri (are decolteu slaty). Ardezia în marea majoritate a cazurilor este un șist / piatră de noroi metamorfozată.
Metapelite	Orice piatră de noroi metamorfozată. Ardezia, filitul și diverse șisturi sunt metapelite obișnuite.
Filita	O rocă metamorfică mai mare decât gradul de ardezie și mai mică decât șistul. Are o strălucire caracteristică pe suprafețele de decolteare date de mica de plat și cristale de grafit.

Pietrele de noroi bogate în nămoluri mai grosiere tind să fie mai deschise la culoare și să nu prezinte o laminare fină tipică pentru șistul adecvat. Această piatră de silt din Pirineii spanioli face parte dintr-un turbidit. Lățimea eșantionului de 12 cm.

Diamictita este o rocă slab sortată cu o matrică noroioasă. Această diamictită din nordul Norvegiei este de origine glaciogenă (tillită) din glaciația varangiană. Lățimea eșantionului de 12 cm.

Turbidita este o unitate de rocă sedimentară care conține multe astfel de perechi siltstone-mudstone depuse pe fundul mării în timpul aceluiași episod din avalanșă subacvatică de noroi condusă de gravitație. Secvența de turbiditate este compusă de obicei din mai multe straturi alternante de sil și argilă. Nămolul se așează înainte de lut, motiv pentru care există cel puțin două straturi distincte depuse în timpul aceluiași eveniment. Probele provin dintr-un singur afloriment din Spania, dar nu erau unul lângă celălalt acolo. Lățimea probelor este de aproximativ 20 cm.

Un afloriment de șist (turbidit) în Loughshinny, Irlanda.

Compoziție

Șistul este atât de răspândit, deoarece constituenții săi principali (mineralele argiloase) sunt foarte frecvente la suprafață. Aceste minerale se formează ca urmare a intemperiilor chimice – dezintegrarea rocilor în condiții umede / umede. Mineralele care produc argilă sunt diverși silicați care predomină în rocile magmatice și metamorfice. Cele mai importante minerale argiloase sunt caolinita, smectita (montmorillonită) și ilita. Primele două sunt frecvente la șisturile mai tinere. Illite tinde să domine în șisturile mai vechi (paleozoice) deoarece înmormântarea duce la procesul de ilitizare care transformă smectitul în ilite.

Noroiul este un amestec de apă, argilă și nămol (nisip). Prin urmare, pietrele de noroi conțin, de asemenea, diferite cantități de nămol (mărimea granulelor 2-63 micrometri) și nisip, pe lângă mineralele argiloase. Dacă nămolul domină, stânca se numește de obicei siltstone. Nămolul este în mare parte compus din cuarț mineral, dar poate conține, de asemenea, minerale din grupul feldspat și alți formatori de roci, inclusiv minerale grele.

Constituenții importanți din pietrele de noroi pot fi carbonatul sau boabele silicioase. Ambele sunt de obicei biogene la origine. Sedimentele noroioase care conțin o mulțime de acești constituenți sunt denumite marlă și respectiv sarl (marlstone, sarlstone dacă sunt litificate).

Pirita este un mineral comun în nămoluri care s-au format în condiții de reducere. Rețineți culoarea verzuie, care este, de asemenea, o indicație că oxigenul liber nu a fost disponibil în timpul diagenezei. Elba, Italia. Lățimea probei 22 cm. TUG 1608-6763.

Șist negru conținând cuburi euhedrice de pirită și vene de cuarț. Lățimea probei 8 cm. TUG 1608-2799.

Un șist cu vene calcite albe. Aceste vene sunt postdepoziționale (formate ulterior în rocă). Loughshinny, Irlanda. Lățimea probei de 10 cm.

Materie organică

O componentă foarte importantă a multor șisturi este materialul carbonos. Aceasta este materie organică care apare de obicei în roci ca kerogen (un amestec de compuși organici cu greutate moleculară mare). Deși kerogenul nu formează mai mult de aproximativ 1% din toate șisturile, marea majoritate a kerogenului se află în pietre de noroi. Șisturile bogate în materie organică (> 5%) sunt cunoscute sub numele de șisturi negre. Culoarea neagră este dată acestor roci de materia organică. Materia organică ar trebui să fie descompusă în condiții normale de bacterii, dar productivitatea ridicată, depunerea rapidă și înmormântarea sau lipsa de oxigen o pot păstra.Pirita este un mineral sulfid comun în șisturile negre. Materia organică și pirita apar împreună în aceeași rocă, deoarece ambele au nevoie de condiții fără oxigen pentru formarea lor.

Unele șisturi care sunt deosebit de bogate în materie organică sunt cunoscute sub numele de șisturi oleaginoase. Ele produc hidrocarburi la distilare. Șistul petrolier poate fi utilizat ca combustibil fosil, deși este un combustibil relativ „murdar”, deoarece conține de obicei o mulțime de minerale nedorite (care nu ard) și din cauza piritei menționate anterior, care provoacă daune mediului după descompunerea la acid sulfuric la suprafață.

Șistul negru este o varietate de șist care conține o mulțime de materie organică care îi conferă o culoare neagră. Aceste roci sunt bogate în pirită și mai multe metale cum ar fi vanadiu, uraniu etc. Au fost exploatate în trecut ca sursă de uraniu. Șistul negru în Estonia.

Un afloriment de șist negru în Estonia.

Formarea șistului

Mineralele de argilă care s-au format prin dezintegrarea mineralelor silicatice sunt de obicei transportate de la locul lor de formare de către o apă curentă. când turbulențele fluide cauzate de curenți și valuri nu mai sunt capabile să contracareze forța gravitațională. Mineralele de argilă sunt suficient de mici pentru a fi transportate el a suspendat pentru o lungă perioadă de timp. Acestea vor fi așezate după formarea agregatelor mai mari, fie din cauza floculării, fie din cauza activității biologice (organisme care alimentează filtrele care excretă pelete fecale care conțin noroi).

Majoritatea mineralelor argiloase ajung în cele din urmă la ocean, unde sunt în cele din urmă. depuse pe raft și panta continentală. Aceste sedimente bogate în apă pe panta continentală blândă sunt gravitaționale instabile. Unele mecanisme de declanșare, cum ar fi un cutremur, un tsunami sau pur și simplu greutatea sedimentelor deasupra, pot dezlănțui curenți de densitate încărcați cu sedimente uriași și în mișcare rapidă, care se mișcă pe pantă. Aceste fluxuri sunt cunoscute sub numele de curenți de turbiditate și sedimentul astfel format ca turbidit. Turbiditul este adesea compus din straturi alternante bogate în argilă și argilă care se formează deoarece noroiul tinde să se așeze mai rapid și înaintea argilei, în timp ce straturile bogate în argilă se formează după aceea și sunt mai groase în părți mai distale ale secvenței turbiditei. Multe astfel de straturi se pot succeda, formând o unitate sedimentară marină groasă.

Piatra de noroi depozitată conține agregate de argilă dezorientate care creează mult spațiu poros umplut cu apă. Pe măsură ce se acumulează mai multe sedimente, greutatea sedimentelor suprapuse determină compactarea – agregatele de lut iau orientarea preferată perpendiculară pe direcția de solicitare, spațiul porilor este redus și apa este presată din roci. Pe măsură ce temperatura și presiunea cresc, vor începe modificările mineralogiei. Totuși, acesta nu este metamorfism. Aceste schimbări au loc la adâncimi relativ mici și temperaturi moderate, iar procesul se numește diageneză. Desigur, nu există o limită ascuțită între diageneză și metamorfism. În multe cazuri, este aproape imposibil să se spună cu certitudine dacă roca particulată este încă sedimentară sau deja metamorfică. Rocile pelitice din eșantionul manual sunt de obicei considerate a fi metamorfice atunci când demonstrează un clivaj clar și slab și au o suprafață mai reflectantă datorită fulgilor mai mari de mică cultivate în detrimentul fostelor minerale argiloase.

Turbidit puternic îndoit la Loughshinny, Irlanda.

Culoarea verde indică condiții de formare reduse. Finnmark, Norvegia. Lățimea eșantionului de 19 cm.

Marcajele tălpii sunt caracteristici comune (turnări) pe suprafețele inferioare ale straturilor de șist. Ele pot fi folosite pentru a arăta direcția de ascensiune și direcțiile paleocurente.

Afloriment de șist pliat. Finnmark, Norvegia.

Diageneză și hidrocarburi

Procesul de ilitizare (smectita se transformă în ilit) este o schimbare majoră care are loc în pietrele de noroi în timpul diagenezei. Ilitizarea consumă potasiu (furnizat de obicei de K-feldspat detritic) și eliberează fier, magneziu și calciu, care pot fi utilizate de celelalte minerale care formează clorit și calcit. Gama de temperatură a ilitizării este de aproximativ 50-100 ° C3. Conținutul de kaolinită scade, de asemenea, odată cu adâncimea de înmormântare crescută. Kaolinitul se formează într-un climat cald și umed. Clima temperată mai uscată tinde să favorizeze smectita. Motivul este că o mulțime de precipitații spală ionii solubili din rocă, în timp ce clima mai uscată nu îndeplinește această sarcină atât de eficient. Kaolinita este favorizată în climatul umed, deoarece conține doar aluminiu în plus față de silice și apă. Aluminiul este foarte rezidual, în timp ce constituenții smectitei (magneziu și calciu, pe lângă aluminiu și fier) sunt transportați mai ușor.

Un alt proces important și economic foarte important care are loc în timpul diagenezei (uneori această etapă este denumită catageneză) este maturarea kerogenului în hidrocarburi. Kerogenul este o substanță cerată prinsă în rocă, dar se va maturiza în hidrocarburi mai ușoare, care sunt capabile să se deplaseze din șist și să migreze în sus. Acest proces poate avea loc la temperaturi cuprinse între aproximativ 50-150 ° C4 (fereastră cu ulei). Aceasta corespunde de obicei la 2-4 kilometri de adâncime de înmormântare. Hidrocarburile mai ușoare eliberate în timpul proceselor (cunoscute sub numele de cracare catalitică și termică) sunt acum libere să migreze în sus. Pot forma rezervoare de petrol și gaze exploatabile dacă sunt oprite de un fel de capcană structurală care poate fi un anticlinal sau o graniță de defect. Stratul de rocă care oprește mișcarea ascendentă este în multe cazuri un alt strat de șist, deoarece șistul compactat este o barieră dură pentru lichide și gaze. Șistul poate forma, de asemenea, o acvudică între straturile purtătoare de apă din același motiv – nu permite apei să curgă ușor prin stâncă (are o permeabilitate redusă).

Acesta este și motivul pentru care unele dintre hidrocarburile nu sunt capabile să migreze din rocile sursă. Această resursă este încă disponibilă cel puțin parțial dacă facem găuri și injectăm apă sub presiune în rocă, ceea ce va cauza fracturarea acesteia. Această metodă este cunoscută sub numele de fracturare hidraulică (fracking). Fisurile formate vor fi menținute deschise de boburile de nisip injectate cu apă, iar hidrocarburile prinse în roci vor deveni recuperabile. Fracturarea este de fapt un proces comun în crustă. Venele și digurile minerale sunt fisuri în scoarța deschisă și sigilată de un fluid sau magmă foarte presurizată.

Un șist uleios (variat kukersite) din Estonia continuă să fie utilizată ca combustibil fosil și materie primă pentru industria petrolieră de șist. Stânca este foarte bogată în fosile (briozoici, trilobiți, brahiopode). Kukersite este slab laminat.

Șist bogat în kerogen din Rusia. Lățimea eșantionului de 10 cm.

Imagini cu roci conexe

Acestea sunt plăci de ardezie. Deși șistul demonstrează, de asemenea, fisilitate, acesta nu se sparg în astfel de foi subțiri de piatră dură și are un aspect clar mai anost.

Acesta este un calcar noroios în care straturile bogate în carbonat de culoare deschisă alternează cu straturile siliciclastice (noroioase). Biri, Oppland, Norvegia. Lățimea probei de 9 cm.

De asemenea, gresia nu trebuie să fie cuarț pur. Conține adesea cantități apreciabile de lut care pot fi transformate în mică și clorit în timpul diagenezei asociate cu înmormântarea. Lățimea eșantionului de 18 cm.

O rocă sedimentară siliciclastică metamorfozată compusă acum din gresie metamorfozată (cuarțit) cu un strat de nămol metamorfozat (ardezie) .

Metapelita este o rocă metamorfică care are un protolit de piatră de noroi. Șistul staurolit este un metapelit. În prim-plan există un porfiroblast staurolit înfrățit. Tohmajärvi, Finlanda. Lățimea eșantionului de 19 cm.

Ardezia este un șist metamorfozat. Are un decolteu slaty (tendință de a se sparge în foi subțiri de roci).

Șistul mic este o metapelită – un sedimentar bogat în argilă metamorfozat stâncă. Cristalele roșii sunt porfiroblaste granate almandine. Narvik, Norvegia. Lățimea eșantionului de 14 cm.

O rocă de noroi metamorfozată care conține în mod clar atât material bogat în argilă, cât și cuarț. Lățimea probei de 14 cm.