Сланец — это мелкозернистая обломочная осадочная порода , образовавшаяся из ила , представляющего собой смесь хлопьев глинистых минералов (водных слоистых силикатов алюминия, например каолина , Al 2 Si 2 O 5 ( OH ) 4 ) и мельчайших фрагментов ( частиц размером с ил ). других минералов, особенно кварца и кальцита . [1] Для сланца характерна тенденция раскалываться на тонкие слои ( пластинки ) толщиной менее одного сантиметра. Это свойство называется делимостью . [1] Сланец – наиболее распространенная осадочная горная порода. [2]
Термин «сланец» иногда применяется в более широком смысле, как синоним глинистой породы , а не в более узком смысле богатой глиной делящейся глинистой породы. [3]
Сланец обычно демонстрирует различную степень расщепления . Из-за параллельной ориентации чешуек глинистых минералов в сланце он распадается на тонкие слои, часто расщепленные и обычно параллельные неразличимым в противном случае плоскостям напластования . [4] Неделящиеся породы аналогичного состава и размера частиц (менее 0,0625 мм) описываются как аргиллиты (от 1/3 до 2/3 алевритовых частиц) или аргиллиты (менее 1/3 алевритовых частиц). Породы с аналогичным размером частиц, но с меньшим количеством глины (более 2/3 ила) и, следовательно, более песчанистыми, представляют собой алевролиты . [4] [5]
Сланцы обычно серого цвета и состоят из глинистых минералов и зерен кварца. Добавление различных количеств второстепенных компонентов меняет цвет камня. Красный, коричневый и зеленый цвета указывают на оксид железа ( гематит – красный), гидроксид железа ( гетит – коричневый и лимонит – желтый) или слюдистые минералы ( хлорит , биотит и иллит – зеленый). [4] Цвет меняется с красноватого на зеленоватый по мере того, как железо в окисленном ( трехвалентном ) состоянии превращается в железо в восстановленном ( железистом ) состоянии. [6] Черный сланец возникает в результате присутствия более одного процента углеродистого материала и указывает на восстановительную среду. [4] Сланцы от бледно-голубого до сине-зеленого цвета обычно богаты карбонатными минералами . [7]
Глины являются основным компонентом сланцев и других глинистых пород. Представленные глинистые минералы представлены в основном каолинитом , монтмориллонитом и иллитом. Глинистые минералы позднетретичных аргиллитов представляют собой расширяющиеся смектиты , тогда как в более древних породах (особенно в средне-раннепалеозойских сланцах ) преобладают иллиты. Превращение смектита в иллит дает кремнезем , натрий , кальций , магний , железо и воду. Эти высвободившиеся элементы образуют аутигенный кварц , кремень , кальцит , доломит , анкерит , гематит и альбит , все они являются следами второстепенных (кроме кварца) минералов, обнаруженных в сланцах и других глинистых породах. [4] Типичный сланец состоит примерно из 58% глинистых минералов, 28% кварца, 6% полевого шпата , 5% карбонатных минералов и 2% оксидов железа . [8] Большая часть кварца является обломочной (часть первоначальных отложений, сформировавших сланцы), а не аутигенной (кристаллизовавшейся в сланцах после отложения). [9]
Сланцы и другие глинистые породы содержат примерно 95 процентов органического вещества всех осадочных пород. Однако в среднем сланце это составляет менее одного процента по массе. Черные сланцы, образующиеся в бескислородных условиях, наряду с двухвалентным железом (Fe 2+ ) и серой (S 2- ) содержат восстановленный свободный углерод . Аморфный сульфид железа вместе с углеродом придает черную окраску. [4] Поскольку аморфный сульфид железа постепенно превращается в пирит , который не является важным пигментом, молодые сланцы могут быть довольно темными из-за содержания сульфида железа, несмотря на умеренное содержание углерода (менее 1%), в то время как черный цвет в древний сланец указывает на высокое содержание углерода. [7]
Большинство сланцев имеют морское происхождение [10] , а грунтовые воды в сланцевых формациях часто сильно соленые . Есть свидетельства того, что сланец действует как полупроницаемая среда, пропуская воду, сохраняя при этом растворенные соли. [11] [12]
Мелкие частицы, составляющие сланец, могут оставаться во взвешенном состоянии еще долгое время после того, как отложились более крупные частицы песка. В результате сланцы обычно откладываются в очень медленно движущейся воде и часто встречаются в озерах и лагунных отложениях, в дельтах рек , в поймах рек и на море ниже основания волн . [13] Толстые залежи сланца находятся вблизи древних континентальных окраин [13] и прибрежных бассейнов . [14] Некоторые из наиболее распространенных сланцевых образований были отложены в эпиконтинентальных морях . Черные сланцы [8] распространены в меловых отложениях на окраинах Атлантического океана , где они отлагались в ограниченных разломами силловых бассейнах, связанных с раскрытием Атлантики при распаде Пангеи . Эти бассейны были бескислородными, отчасти из-за ограниченной циркуляции в узкой Атлантике, а отчасти потому, что в очень теплых меловых морях не было циркуляции холодных придонных вод, которые сегодня насыщают кислородом глубокие океаны. [15]
Большая часть глины должна откладываться в виде агрегатов и хлопьев, поскольку скорость осаждения отдельных частиц глины чрезвычайно мала. [16] Флокуляция происходит очень быстро, когда глина попадает в сильно соленую морскую воду. [17] В то время как отдельные частицы глины имеют размер менее 4 микрон, комки частиц глины, полученные в результате флокуляции, различаются по размеру от нескольких десятков микрон до более 700 микрон в диаметре. Флокулы изначально богаты водой, но большая часть воды вытесняется из флокул, поскольку глинистые минералы со временем более прочно связываются друг с другом (процесс, называемый синерезис ). [18] Гранулирование глины организмами, фильтрующими корм, важно там, где флокуляция ингибируется. Фильтраторы-питатели производят около 12 тонн глиняных гранул на квадратный километр в год вдоль побережья Мексиканского залива США . [19]
По мере того как отложения продолжают накапливаться, более старые и более глубоко захороненные отложения начинают подвергаться диагенезу . В основном это уплотнение и литификация частиц глины и ила. [20] [21] Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в отложениях с незначительным уплотнением. [22] Пирит может образовываться в бескислородной грязи на этой стадии диагенеза. [8] [23]
Более глубокое погребение сопровождается мезогенезом , во время которого происходит большая часть уплотнения и литификации. Поскольку отложения подвергаются возрастающему давлению со стороны вышележащих отложений, зерна отложений перемещаются в более компактные структуры, пластичные зерна (например, зерна глинистых минералов ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. [24] В дополнение к этому физическому уплотнению, химическое уплотнение может происходить посредством раствора под давлением . Точки соприкосновения зерен испытывают наибольшую нагрузку, причем напряженный минерал более растворим , чем остальная часть зерна. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам вступать в более тесный контакт. [21]
Именно во время уплотнения сланец приобретает свою хрупкость, вероятно, за счет механического уплотнения исходного открытого каркаса глинистых частиц. Частицы сильно ориентированы в параллельные слои, что придает сланцу характерную структуру. [25] Расщепление, вероятно, развивается на ранних стадиях процесса уплотнения, на относительно небольшой глубине, поскольку в толстых пластах расщепление, по-видимому, не меняется с глубиной. [26] Чешуйки каолинита имеют меньшую склонность к выравниванию параллельных слоев, чем другие глины, поэтому глина, богатая каолинитом, с большей вероятностью образует нерасщепляющийся аргиллит, чем сланец. С другой стороны, черные сланцы часто имеют очень выраженную расщепленность ( бумажные сланцы ) из-за связывания молекул углеводородов с гранями глинистых частиц, что ослабляет связь между частицами. [27]
Литификация тесно связана с уплотнением, поскольку повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента , который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, так как минерал, растворенный из напряженных мест контакта, переоткладывается в ненапряженные поровые пространства. Глинистые минералы также могут быть изменены. Например, смектит превращается в иллит при температуре от 55 до 200 ° C (от 130 до 390 ° F), при этом выделяется вода. [8] Другие реакции изменения включают изменение смектита в хлорит и каолинита в иллит при температурах от 120 до 150 ° C (от 250 до 300 ° F). [8] Из-за этих реакций иллит составляет 80% докембрийских сланцев по сравнению с примерно 25% молодых сланцев. [28]
Разрушение погребенных сланцев сопровождается телогенезом , третьей и последней стадией диагенеза. [22] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, возобновление воздействия метеорных вод приводит к дополнительным изменениям в сланцах, таким как растворение части цемента с образованием вторичной пористости . Пирит может быть окислен для получения гипса . [21]
Черные сланцы темные из-за большого содержания неокисленного углерода .распространенные в некоторых палеозойских и мезозойских слоях , отлагались в бескислородной , восстановительной среде, например, в стоячих столбах воды. [8] Некоторые черные сланцы содержат большое количество тяжелых металлов, таких как молибден , уран , ванадий и цинк . [8] [29] [30] [31] Обогащенные значения имеют противоречивое происхождение, их альтернативно приписывают поступлению гидротермальных жидкостей во время или после седиментации или медленному накоплению морской воды в течение длительных периодов седиментации. [30] [32] [33]
На сланцевых подстилающих поверхностях иногда сохраняются окаменелости , следы животных или норы и даже отпечатки дождевых капель . Сланцы также могут содержать конкреции, состоящие из пирита, апатита или различных карбонатных минералов. [34]
Сланцы, которые подвергаются теплу и давлению метаморфизма, превращаются в твердую, расщепляющуюся метаморфическую породу, известную как сланец . При продолжающемся увеличении степени метаморфизма последовательность представляет собой филлит , затем сланец и, наконец, гнейс . [35]
Сланец является наиболее распространенной исходной породой углеводородов ( природного газа и нефти ). [8] Отсутствие крупных отложений в большинстве сланцевых пластов отражает отсутствие сильных течений в водах бассейна осадконакопления. Они могли насытить воду кислородом и разрушить органические вещества до того, как они успели накопиться. Отсутствие карбонатных пород в сланцевых пластах отражает отсутствие организмов, которые могли бы выделять карбонатные скелеты, что также, вероятно, связано с бескислородной средой. В результате около 95% органического вещества осадочных пород содержится в сланцах и других глинистых породах. Отдельные пласты сланца обычно имеют содержание органического вещества около 1%, но самые богатые нефтематеринские породы могут содержать до 40% органического вещества. [36]
Органическое вещество в сланцах со временем преобразуется из исходных белков, полисахаридов , липидов и других органических молекул в кероген , который при более высоких температурах, обнаруженных на больших глубинах захоронения, далее превращается в графит и нефть. [37]
До середины XIX века термины «сланец» , «сланец» и «сланец» не имели четкого различия. [38] В контексте подземной добычи угля сланец часто называли сланцем даже в 20 веке. [39] Черный сланец, связанный с угольными пластами, называется черным металлом. [40]
СМИ, связанные со сланцем, на Викискладе?
