Conţinut
- Ce este Șistul?
- Utilizări de șist
- Petrol convențional și gaze naturale
- Petrol și gaze naturale neconvenționale
- Șist folosit pentru producerea argilei
- Șist folosit pentru producerea cimentului
- Șisturi de ulei
- Compoziția șistului
- Culori de șist
- Șisturi negre și gri
- Șist roșu, maro și galben
- Șist verde
- Proprietățile hidraulice ale șistului
- Proprietăți inginerești ale solurilor de șist
- Soluri expansive
- Stabilitate în pantă
- Medii de depunere de șist
Sist: Șisturile se rup în bucăți subțiri cu margini ascuțite. Apare într-o gamă largă de culori care includ roșu, maro, verde, gri și negru. Este cea mai frecventă rocă sedimentară și se găsește în bazinele sedimentare din întreaga lume.
Ce este Șistul?
Șistul este o rocă sedimentară cu granulație fină, care se formează din compactarea particulelor minerale de argilă și argilă, pe care le numim în mod obișnuit „noroi”. Această compoziție plasează sistul într-o categorie de roci sedimentare cunoscute sub numele de „pietre de noroi”. Șistul se distinge de alte pietre de noroi, deoarece este fisil și laminat. "Laminat" înseamnă că roca este formată din mai multe straturi subțiri. „Fissile” înseamnă că roca se împarte ușor în bucăți subțiri de-a lungul laminărilor.
Utilizări de șist
Unele șisturi au proprietăți speciale care le fac resurse importante. Șisturile negre conțin materiale organice care se descompun uneori pentru a forma gaz natural sau petrol. Alte șisturi pot fi zdrobite și amestecate cu apă pentru a produce argile care pot fi făcute într-o varietate de obiecte utile.
Rezervorul convențional de petrol și gaze naturale: Acest desen ilustrează o „capcană anticlinală” care conține petrol și gaze naturale. Unitățile de rocă gri sunt de șist impermeabil. Petrolul și gazul natural se formează în aceste unități de șist și apoi migrează în sus. O parte din petrol și gaze devin prinse în gresia galbenă pentru a forma un rezervor de petrol și gaze. Acesta este un rezervor "convențional" - ceea ce înseamnă că uleiul și gazul pot circula prin spațiul porilor gresiei și pot fi produse din fântână.
Petrol convențional și gaze naturale
Șisturile organice negre sunt roca sursă pentru multe dintre cele mai importante depozite de petrol și gaze naturale din lume. Aceste șisturi își obțin culoarea neagră din particule minuscule de materie organică care au fost depuse cu noroiul din care s-a format șistul. Pe măsură ce noroiul a fost îngropat și încălzit pe pământ, o parte din materialul organic a fost transformat în petrol și gaze naturale.
Petrolul și gazele naturale au migrat din șist și în sus prin masa sedimentelor din cauza densității lor scăzute. Petrolul și gazul erau adesea prinse în spațiile porilor unei unități de rocă suprapuse, cum ar fi o gresie (vezi ilustrația). Aceste tipuri de depozite de petrol și gaze sunt cunoscute sub numele de "rezervoare convenționale", deoarece fluidele pot curge ușor prin porii rocii și în puțul de extracție.
Deși forajul poate extrage cantități mari de petrol și gaz natural din roca rezervorului, o mare parte din acesta rămâne prins în șist. Acest petrol și gaz este foarte greu de îndepărtat, deoarece este prins în spații minore de pori sau adsorbite pe particule minerale de argilă care alcătuiesc sistul.
Rezervorul neconvențional de petrol și gaz: Acest desen ilustrează noile tehnologii care permit dezvoltarea câmpurilor neconvenționale de petrol și gaze naturale. În aceste câmpuri de gaz, petrolul și gazul sunt păstrate în șisturi sau în altă unitate de rocă impermeabilă. Pentru a produce acel petrol sau gaz, sunt necesare tehnologii speciale. Unul este foraj orizontal, în care un puț vertical este deviat de orizontal, astfel încât să pătrundă pe o distanță lungă de rocă de acumulare. Al doilea este fracturarea hidraulică. Cu această tehnică, o parte din puț este închisă și apa este pompată pentru a produce o presiune suficient de mare pentru a fractura roca din jur. Rezultatul este un rezervor puternic fracturat, pătruns de o lungime lungă de foraj.
Petrol și gaze naturale neconvenționale
La sfârșitul anilor 90, companiile de foraj cu gaze naturale au dezvoltat noi metode de eliberare a petrolului și a gazelor naturale, care sunt prinse în micile spații de pori de șist. Această descoperire a fost semnificativă deoarece a deblocat unele dintre cele mai mari depozite de gaze naturale din lume.
Șistul Barnett din Texas a fost primul câmp important de gaze naturale dezvoltat într-o rocă de rezervor de șist. Producția de gaz din Șistul Barnett a fost o provocare. Spațiile de pori din șist sunt atât de minuscule încât gazul are dificultăți în mișcare prin șist și în fântână. Drillers au descoperit că pot crește permeabilitatea sistului prin pomparea apei în puțul sub presiune suficient de mare pentru a fractura sistul. Aceste fracturi au eliberat o parte din gazul din spațiile porilor și au permis ca gazul să curgă în puț. Această tehnică este cunoscută sub numele de "fracturare hidraulică" sau "hidrofracing".
De asemenea, forajele au învățat cum să gătească până la nivelul șistului și să transforme puțul de 90 de grade pentru a găuri orizontal prin unitatea de roci de șist. Aceasta a produs un puț cu o „zonă de plată” foarte lungă prin roca de acumulare (a se vedea ilustrația). Această metodă este cunoscută sub numele de „foraj orizontal”.
Forajul orizontal și fracturarea hidraulică au revoluționat tehnologia de forare și au deschis calea pentru dezvoltarea mai multor câmpuri gigantice de gaze naturale. Acestea includ Șistul Marcellus din Appalaci, Șistul Haynesville din Louisiana și Șistul Fayetteville din Arkansas. Aceste imense rezervoare de șist conțin suficient gaz natural pentru a servi toate nevoile Statelor Unite timp de douăzeci de ani sau mai mult.
Șist în cărămidă și faianță: Șistul este folosit ca materie primă pentru fabricarea mai multor tipuri de cărămidă, țiglă, țeavă, ceramică și alte produse fabricate. Cărămidă și țiglă sunt unele dintre cele mai utilizate materiale și foarte dorite pentru construirea de case, ziduri, străzi și structuri comerciale. Drepturi de autor asupra imaginii iStockphoto / Guy Elliott.
Șist folosit pentru producerea argilei
Toată lumea are contact cu produsele făcute din șist. Dacă locuiți într-o casă de cărămidă, conduceți pe un drum de cărămidă, locuiți într-o casă cu acoperiș de țiglă sau păstrați plantele în ghivece „de teracotă”, aveți contact zilnic cu elemente care au fost făcute probabil din șist.
În urmă cu mulți ani, aceleași articole erau fabricate din lut natural. Cu toate acestea, utilizarea grea a epuizat majoritatea depozitelor mici de argilă. Având nevoie de o nouă sursă de materii prime, producătorii au descoperit curând că amestecarea șisturilor măcinate fin cu apă ar produce o lut care de multe ori avea proprietăți similare sau superioare. Astăzi, majoritatea articolelor care au fost odată produse din lut natural au fost înlocuite cu elemente aproape identice, fabricate din lut fabricat prin amestecarea șisturilor măcinate fin cu apă.
Truse rock & minerale: Obțineți un kit de rocă, minerale sau fosile pentru a afla mai multe despre materialele Pământului. Cea mai bună metodă de a afla despre roci este de a avea exemplare disponibile pentru testare și examinare.
Șist folosit pentru producerea cimentului
Cimentul este un alt material obișnuit care este adesea fabricat cu șist. Pentru a face ciment, calcarul zdrobit și șistul sunt încălzite la o temperatură suficient de ridicată pentru a evapora toată apa și a descompune calcarul în oxid de calciu și dioxid de carbon. Dioxidul de carbon se pierde ca emisie, dar oxidul de calciu combinat cu șistul încălzit face o pulbere care se va întări dacă este amestecată cu apă și lăsată să se usuce. Cimentul este folosit pentru fabricarea betonului și a multor alte produse pentru industria construcțiilor.
Șisturi de ulei: O rocă care conține o cantitate semnificativă de material organic sub formă de kerogen solid. Până la 1/3 din rocă poate fi material organic solid. Acest exemplar are o lungime de aproximativ patru centimetri (zece centimetri).
Șisturi de ulei
Șistul petrolier este o rocă care conține cantități semnificative de material organic sub formă de kerogen. Până la 1/3 din rocă poate fi kerogen solid. Hidrocarburile lichide și gazoase pot fi extrase din șisturile de ulei, dar roca trebuie încălzită și / sau tratată cu solvenți. Aceasta este de obicei mult mai puțin eficientă decât rocile de foraj care vor produce ulei sau gaz direct într-o fântână. Extragerea hidrocarburilor din șisturile petroliere produce emisii și produse reziduale care provoacă îngrijorări semnificative asupra mediului. Acesta este un motiv pentru care depozitele extinse de șisturi de ulei din lume nu au fost folosite în mod agresiv.
Șisturile petroliere îndeplinesc de obicei definiția de „șist”, prin aceea că este „o rocă laminată formată din cel puțin 67% minerale de argilă”. Cu toate acestea, conține uneori suficient material organic și minerale carbonatate, încât mineralele argiloase reprezintă mai puțin de 67% din rocă.
Probele de miez de șist: Atunci când șistul este găurit pentru petrol, gaze naturale sau evaluarea resurselor minerale, un nucleu este adesea recuperat din fântână. Rockul din miez poate fi apoi testat pentru a afla despre potențialul său și cum poate fi dezvoltată cea mai bună resursă.
Compoziția șistului
Șistul este o rocă compusă în principal din cereale minerale de dimensiuni argiloase. Aceste boabe minuscule sunt de obicei minerale de argilă, cum ar fi analfabeta, kaolinita și smectita. Șistul conține, de obicei, alte particule minerale de dimensiuni argiloase, cum ar fi cuarțul, chertul și feldspatul. Alți constituenți pot include particule organice, minerale de carbonat, minerale de oxid de fier, minerale de sulfură și boabe minerale grele. Acești „alți constituenți” din stâncă sunt adesea determinați de mediul de depunere a șisturilor și determină adesea culoarea rocii.
Șist negru: Șist negru bogat în organice. Gazele naturale și petrolul sunt uneori prinse în spațiile minore ale porilor acestui tip de șist.
Culori de șist
La fel ca majoritatea rocilor, culoarea sistului este adesea determinată de prezența unor materiale specifice în cantități minore. Doar câteva procente din materiale organice sau fier pot modifica semnificativ culoarea unei roci.
Gazul de șist joacă: De la sfârșitul anilor 1990, zeci de șisturi organice negre anterior neproductive au fost dezvoltate cu succes în câmpuri de gaz valoroase. Vezi articolul: „Ce este gazul de șist?”
Șisturi negre și gri
O culoare neagră în rocile sedimentare indică aproape întotdeauna prezența materialelor organice. Doar unul sau două procente de materiale organice pot conferi rocii o culoare gri închis sau negru. În plus, această culoare neagră implică aproape întotdeauna că șistul format din sedimentele depuse într-un mediu cu oxigen. Orice oxigen care a intrat în mediu a reacționat rapid cu resturile organice în descompunere. Dacă ar fi fost prezentă o cantitate mare de oxigen, resturile organice ar fi decăzut. Un mediu sărac în oxigen oferă, de asemenea, condiții adecvate pentru formarea mineralelor sulfide, cum ar fi piritul, un alt mineral important care se găsește în majoritatea șisturilor negre.
Prezența deșeurilor organice în șisturile negre îi face candidați pentru generarea de petrol și gaze. Dacă materialul organic este păstrat și încălzit în mod corespunzător după îngropare, s-ar putea produce ulei și gaze naturale. Șistul Barnett, Șistul Marcellus, Șistul Haynesville, Șistul Fayetteville și alte roci producătoare de gaz sunt toate șisturile cenușii închise sau negre care produc gaz natural. Șakul Bakken din Dakota de Nord și Șistul Eagle Ford din Texas sunt exemple de șisturi care produc ulei.
Șisturile cenușii conțin uneori o cantitate mică de materie organică. Cu toate acestea, șisturile cenușii pot fi, de asemenea, roci care conțin materiale calcaroase sau pur și simplu minerale de argilă care au ca rezultat o culoare gri.
Utica și Marcellus Shale: Se crede că două șisturi organice negre din Bazinul Apalahian conțin suficient gaz natural pentru a furniza Statele Unite timp de câțiva ani. Acestea sunt șisturile Marcellus și Utica Shale.
Șist roșu, maro și galben
Șisturile care sunt depuse în medii bogate în oxigen conțin adesea particule minuscule de oxid de fier sau minerale de hidroxid de fier, cum ar fi hematit, goethit sau limonit. Doar câteva procente din aceste minerale distribuite prin rocă pot produce culorile roșu, maro sau galben expuse de multe tipuri de șist. Prezența hematitului poate produce un șist roșu. Prezența limonitului sau a goethitului poate produce un șist galben sau maro.
Șist verde
Șisturile verzi se găsesc ocazional. Acest lucru nu ar trebui să fie surprinzător, deoarece unele dintre mineralele de argilă și micile care alcătuiesc o mare parte din volumul acestor roci sunt de obicei o culoare verzuie.
Gazul natural sistează bine: În mai puțin de zece ani, sistul s-a ridicat spre o proeminență în sectorul energetic. Noi metode de foraj și dezvoltare a puțurilor, cum ar fi fracturarea hidraulică și forajul orizontal pot atinge uleiul și gazele naturale prinse în matricea strânsă de șisturi organice. Drepturi de autor asupra imaginii iStockphoto / Edward Todd.
Proprietățile hidraulice ale șistului
Proprietățile hidraulice sunt caracteristici ale unei roci, cum ar fi permeabilitatea și porozitatea, care reflectă capacitatea sa de a reține și de a transmite fluide, cum ar fi apă, ulei sau gaz natural.
Șistul are o dimensiune a particulelor foarte mică, deci spațiile interstițiale sunt foarte mici. De fapt, sunt atât de mici încât petrolul, gazul natural și apa au dificultăți în mișcare prin stâncă.Șistul poate servi, așadar, ca o piatră roșie pentru capcanele de petrol și gaze naturale și este, de asemenea, un aquiclud care blochează sau limitează curgerea apei subterane.
Deși spațiile interstițiale dintr-un șist sunt foarte mici, ele pot prelua un volum semnificativ de rocă. Acest lucru permite sistului să dețină cantități semnificative de apă, gaz sau petrol, dar să nu le poată transmite în mod eficient din cauza permeabilității scăzute. Industria petrolului și a gazelor depășește aceste limitări ale șistului folosind forajul orizontal și fracturarea hidraulică pentru a crea porozitate artificială și permeabilitate în rocă.
Unele dintre mineralele argiloase care apar în șist au capacitatea de a absorbi sau adsorbi cantități mari de apă, gaze naturale, ioni sau alte substanțe. Această proprietate de șist îi poate permite să țină sau să elibereze cu tenație sau să elibereze liber lichide sau ioni.
Harta solurilor extinse: Studiul Geologic al Statelor Unite a pregătit o hartă generalizată a solurilor expansive pentru cele 48 de state inferioare.
Proprietăți inginerești ale solurilor de șist
Șisturile și solurile derivate sunt unele dintre cele mai grele materiale pe care să le construiești. Ele sunt supuse unor modificări de volum și de competență care, în general, fac din ele substraturi de construcție nesigure.
Alunecare de teren: Șistul este o rocă predispusă la alunecare de teren.
Soluri expansive
Mineralele de argilă din unele soluri derivate din sist au capacitatea de a absorbi și elibera cantități mari de apă. Această modificare a conținutului de umiditate este însoțită, de obicei, de o modificare a volumului, care poate fi de până la câteva procente. Aceste materiale sunt numite „soluri expansive”. Când aceste soluri se umezesc, ele se umflă și când se usucă se micșorează. Clădirile, drumurile, liniile de utilitate sau alte structuri plasate pe sau în interiorul acestor materiale pot fi slăbite sau deteriorate de forțele și mișcarea schimbării de volum. Solurile expansive sunt una dintre cele mai frecvente cauze de deteriorare a fundațiilor la clădirile din Statele Unite.
Delta de șisturi: O deltă este un depozit de sedimente care se formează atunci când un flux intră într-un corp de apă în picioare. Viteza apei curentului scade brusc, iar sedimentele purtate se stabilesc până la fund. Delta este locul în care este depus cel mai mare volum de noroi al Pământului. Imaginea de mai sus este o vedere din satelit a deltei Mississippi, care prezintă canalele sale de distribuție și depozitele interdistributare. Apa albastră strălucitoare din jurul deltei este încărcată de sedimente.
Stabilitate în pantă
Șistul este cea mai adesea asociată cu alunecările de teren. Vremea transformă sistul într-un sol bogat în argilă, care are, în mod normal, o rezistență la forfecare foarte mică - mai ales când este umed. Atunci când aceste materiale cu rezistență scăzută sunt umede și pe o pantă abruptă, ele se pot deplasa lent sau rapid în jos. Supraîncărcarea sau săparea de către oameni va declanșa deseori eșecul.
Șist pe Marte: Șistul este, de asemenea, o rocă foarte comună pe Marte. Aceasta fotografie a fost realizată de aparatul de fotografiat al lui Curiosity Rover. Prezintă șisturi de șesuri cu paturi subțiri care se decolorează în craterul Gale. Curiozitatea găuri găurite în rocile Gale Crater și minerale de argilă identificate în butași. Imaginea NASA.
Medii de depunere de șist
O acumulare de noroi începe cu intemperiile chimice ale rocilor. Această intemperii descompun rocile în minerale de argilă și alte particule mici care adesea devin parte a solului local. O furtună ar putea spăla particule minuscule de sol din pământ și în pâraie, dând fluxurilor un aspect „noroios”. Când curentul încetinește sau intră într-un corp de apă în picioare, cum ar fi un lac, o mlaștină sau un ocean, particulele de nămol se așează pe fund. Dacă nu este deranjat și îngropat, această acumulare de noroi ar putea fi transformată într-o rocă sedimentară cunoscută sub numele de „piatră de noroi”. Așa se formează majoritatea șisturilor.
Procesul de formare a șisturilor nu este limitat la Pământ. Rovers Marte a găsit o mulțime de afecțiuni pe Marte cu unități de roci sedimentare care arată la fel ca șisturile găsite pe Pământ (vezi foto).