Sisältö
- Mikä on Shale?
- Liuskella
- Perinteinen öljy ja maakaasu
- Epätavallinen öljy ja maakaasu
- Savea käytetään saven valmistukseen
- Liuske, jota käytetään sementin tuottamiseen
- Öljyliuske
- Liuskekoostumus
- Liuskevärit
- Musta ja harmaa liuske
- Punainen, ruskea ja keltainen liuskelevy
- Vihreä liuske
- Leveän hydrauliset ominaisuudet
- Liekkaliikkojen tekniset ominaisuudet
- Laaja maaperä
- Kaltevuuden vakaus
- Liekkakerrostumisen ympäristö
Shale: Liuske hajoaa ohuiksi paloiksi, joissa on terävät reunat. Sitä esiintyy monenlaisissa väreissä, mukaan lukien punainen, ruskea, vihreä, harmaa ja musta. Se on yleisin sedimenttikivi ja sitä esiintyy sedimenttialtaissa ympäri maailmaa.
Mikä on Shale?
Liekka on hienorakeinen sedimenttirooli, joka muodostuu liete- ja savikokoisten mineraalipartikkelien tiivistyksestä, joita kutsumme yleisesti "mutaksi". Tämä koostumus sijoittaa liuskan sedimenttikivien luokkaan, joita kutsutaan "murakiviksi". Liekki erottuu muista kivikiveistä, koska se on halkeileva ja laminoitu. "Laminoitu" tarkoittaa, että kallio koostuu monista ohuista kerroksista. "Fissio" tarkoittaa, että kallio jakautuu helposti ohuiksi paloiksi laminointeja pitkin.
Liuskella
Joillakin liuskeilla on erityisiä ominaisuuksia, jotka tekevät niistä tärkeitä resursseja. Mustat liuskat sisältävät orgaanista materiaalia, joka joskus hajoaa muodostaen maakaasua tai öljyä. Muut liuskat voidaan murskata ja sekoittaa veden kanssa, jotta saadaan savia, joista voidaan tehdä monia hyödyllisiä esineitä.
Tavanomaiset öljy- ja maakaasusäiliöt: Tämä piirustus kuvaa "antikliinisen ansa", joka sisältää öljyä ja maakaasua. Harmaat kallioyksiköt ovat läpäisemättömiä liuskelevyjä. Öljyä ja maakaasua muodostuu näihin liuskeyksiköihin ja kulkeutuu sitten ylöspäin. Osa öljystä ja kaasusta jää loukkuun keltaiseen hiekkakiveen öljy- ja kaasusäiliön muodostamiseksi. Tämä on "tavanomainen" säiliö - tarkoittaen, että öljy ja kaasu voivat virrata hiekkakiven huokostilan läpi ja tuottaa kaivosta.
Perinteinen öljy ja maakaasu
Musta orgaaninen liuskelevy on lähdekivi monille maailman tärkeimmistä öljy- ja maakaasuvarastoista. Nämä liuskat saavat mustan värinsä pienistä orgaanisen aineen hiukkasista, jotka kerrostuivat lietteen kanssa, josta liuske muodostui. Kun muta haudattiin ja lämmitettiin maan päälle, osa orgaanisesta aineesta muuttui öljyksi ja maakaasuksi.
Öljy ja maakaasu kulkeutuivat liuskeesta ja ylöspäin sedimentin läpi niiden alhaisen tiheyden vuoksi. Öljy ja kaasu jäivät usein loukkuun päällä olevan kiviyksikön, kuten hiekkakiven, huokositiloihin (katso kuvaa). Tämän tyyppisiä öljy- ja kaasukerrostumia kutsutaan "tavanomaisiksi säiliöiksi", koska nesteet voivat helposti virtaa kallion huokosten läpi ja uuttokaivoon.
Vaikka poraus voi poistaa suuria määriä öljyä ja maakaasua säiliökalliosta, suuri osa siitä jää loukkuun. Tätä öljyä ja kaasua on erittäin vaikea poistaa, koska se on juuttunut pieniin huokostiloihin tai adsorboitunut saven mineraalipartikkeleihin, jotka muodostavat liuskekiviä.
Epätavallinen öljy- ja kaasuvarasto: Tämä piirustus kuvaa uusia tekniikoita, jotka mahdollistavat epätavanomaisten öljy- ja maakaasukenttien kehittämisen. Näissä kaasukentissä öljyä ja kaasua pidetään kivilajeissa tai muussa läpäisemättömässä kallioyksikössä. Öljyn tai kaasun tuottamiseksi tarvitaan erityisiä tekniikoita. Yksi niistä on vaakasuora poraus, jossa pystysuora kaivo poikkeaa vaakatasosta niin, että se tunkeutuu pitkän matkan säiliön kallioon. Toinen on hydraulinen murtuminen. Tällä tekniikalla osa kaivosta suljetaan ja vettä pumpataan sisään niin, että saadaan paine, joka on riittävän korkea ympäröivän kallion murtumiseen. Tuloksena on erittäin murtunut säiliö, jonka lävistää pitkä reikäaukko.
Epätavallinen öljy ja maakaasu
1990-luvun lopulla maakaasua porausyritykset kehittivät uusia menetelmiä öljyn ja maakaasun vapauttamiseksi, joka on juuttunut pieniin liuskekiven huokostiloihin. Tämä löytö oli merkittävä, koska se avasi eräitä maailman suurimmista maakaasuvarastoista.
Teksasin Barnett-liuskekivi oli ensimmäinen merkittävä maakaasukenttä, joka kehitettiin liuskevarastosäiliöön. Kaasun tuotanto Barnett-liuskelevystä oli haaste. Leveän huokoset ovat niin pienet, että kaasulla on vaikeuksia liikkua liuskelevyn läpi kaivoon. Drillerit havaitsivat, että ne voivat lisätä liuskekapasiteetin pumppaamalla vettä alas kaivoon paineen alaisena, joka oli riittävän korkea liuskelevyn murtumiseen. Nämä murtumat vapauttivat osan kaasusta huokostiloista ja antoivat kaasun virtata kaivoon. Tätä tekniikkaa tunnetaan nimellä "hydraulinen murtuminen" tai "hydrofrakointi".
Poralaiset oppivat myös kuinka porata alas liuskekerrokseen ja kääntää kaivoa 90 astetta porataksesi vaakasuoraan liuskekiven yksikön läpi. Tämä tuotti kaivon, jolla oli hyvin pitkä "palkkavyöhyke" säiliökallion läpi (katso kuva). Tämä menetelmä tunnetaan nimellä "vaakasuora poraus".
Vaakaporaus ja hydraulinen murtuminen mullistivat poraustekniikan ja loivat tietä useiden jättiläismäisten maakaasukenttien kehittämiselle. Näitä ovat aplalakkien Marcellus-liuskekivi, Louisiana-Haynesville-liuskekivi ja Arkansasin Fayetteville-liuskekivi. Nämä valtavat liuskevarastot pitävät tarpeeksi maakaasua palvelemaan kaikkia Yhdysvaltojen tarpeita vähintään 20 vuotta.
Kilpi tiilessä ja laatta: Liekkettä käytetään raaka-aineena monen tyyppisten tiili-, laatta-, putki-, keramiikka- ja muiden valmistettujen tuotteiden valmistukseen. Tiili ja laatta ovat joitain yleisimmin käytetyistä ja halutuimmista materiaaleista kotejen, seinien, katujen ja kaupallisten rakenteiden rakentamiseen. Kuvan tekijänoikeus iStockphoto / Guy Elliott.
Savea käytetään saven valmistukseen
Jokaisella on yhteyttä liuskevalmisteisiin. Jos asut tiilitalossa, ajat tiiletiellä, asut talossa, jolla on tiilikatto, tai pidät kasveja "terra cotta" -ruukuissa, sinulla on päivittäinen yhteys asioihin, jotka todennäköisesti tehtiin liuskeesta.
Monia vuosia sitten nämä samat esineet valmistettiin luonnon savi. Raskas käyttö kuitenkin heikentää suurimman osan pienistä saviesiintymistä. Tarvitsemalla uutta raaka-ainelähdettä, valmistajat huomasivat pian, että sekoittamalla hienoksi jauhettu liuske veteen tuottaisi savea, jolla oli usein samanlaisia tai parempia ominaisuuksia. Nykyään suurin osa luonnon savista valmistetuista esineistä on korvattu melkein identtisillä esineillä, jotka on valmistettu savesta, joka on valmistettu sekoittamalla hienoksi jauhettua liuskea veden kanssa.
Rock- ja mineraalipakkaukset: Hanki kivi-, mineraali- tai fossiilisarja saadaksesi lisätietoja maan materiaaleista. Paras tapa oppia kiviä on olla näytteitä käytettävissä testausta ja tutkimusta varten.
Liuske, jota käytetään sementin tuottamiseen
Sementti on toinen yleinen materiaali, jota usein valmistetaan liuskella. Sementin valmistamiseksi murskattu kalkkikivi ja liuske lämmitetään lämpötilaan, joka on riittävän korkea haihduttamaan kaikki vesi ja hajottamaan kalkkikiveä kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi. Hiilidioksidi häviää päästönä, mutta kalsiumoksidista yhdistettynä lämmitettyyn liuskeeseen saadaan jauhe, joka kovettuu, jos se sekoitetaan veteen ja sen annetaan kuivua. Sementtiä käytetään betonin ja monien muiden rakennusalan tuotteiden valmistukseen.
Öljyliuske: Kivi, joka sisältää merkittävän määrän orgaanista ainetta kiinteän kerogeenin muodossa. Jopa 1/3 kallioperästä voi olla kiinteää orgaanista materiaalia. Tämä näyte on suunnilleen neljä tuumaa (kymmenen senttimetriä) poikki.
Öljyliuske
Öljyliuske on kallio, joka sisältää merkittäviä määriä orgaanista ainetta kerogeenin muodossa. Jopa 1/3 kallioperästä voi olla kiinteää kerogeenia. Nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä voidaan erottaa öljyliuskeesta, mutta kiviaines on lämmitettävä ja / tai käsitelty liuottimilla. Tämä on yleensä paljon vähemmän tehokasta kuin kivien poraus, jotka tuottavat öljyä tai kaasua suoraan kaivoon. Hiilivetyjen uuttaminen öljyliuskeesta tuottaa päästöjä ja jätetuotteita, jotka aiheuttavat merkittäviä ympäristöongelmia. Tämä on yksi syy siihen, miksi maailman laajoja öljyliuskevarastoja ei ole käytetty aggressiivisesti.
Öljyliuske täyttää yleensä "liuskekivi" -määritelmän siinä mielessä, että se on "laminoitu kallio, joka koostuu vähintään 67% savi mineraaleista". Se sisältää kuitenkin toisinaan tarpeeksi orgaanista ainetta ja karbonaattimineraaleja, joiden savimineraalien osuus kivistä on alle 67%.
Liuskeytimen näytteet: Kun liuske on porattu öljyn, maakaasun tai mineraalivarojen arviointia varten, ydin kerätään usein kaivosta. Ytimen kallio voidaan sitten testata oppiakseen sen potentiaalia ja miten resurssi voidaan parhaiten kehittää.
Liuskekoostumus
Liekki on kivi, joka koostuu pääasiassa savikokoisista mineraalijyvistä. Nämä pienet jyvät ovat yleensä savimineraaleja, kuten illiitti, kaoliniitti ja smektiitti. Liiva sisältää yleensä muita savikokoisia mineraalihiukkasia, kuten kvartsi, chert ja maasälpä. Muita ainesosia voivat olla orgaaniset hiukkaset, karbonaattimineraalit, rautaoksidimineraalit, sulfidimineraalit ja raskaat mineraalijyvät. Nämä "muut ainesosat" kalliossa määräytyvät usein kivihiilen laskeumaympäristön perusteella, ja ne määräävät usein kivin värin.
Musta liuske: Luomurikas musta liuske. Maakaasu ja öljy ovat toisinaan loukussa tämän tyyppisen liuskekkeen pienissä huokostiloissa.
Liuskevärit
Kuten useimmat kivet, liuskelevyn väri määräytyy usein tiettyjen materiaalien läsnäolon mukaan pieninä määrinä. Vain muutama prosenttia orgaanisista materiaaleista tai raudasta voi muuttaa kallion väriä merkittävästi.
Liuskekaasu soi: 1990-luvun lopusta lähtien kymmeniä aiemmin tuottamattomia mustia orgaanisia liuskelevyjä on kehitetty menestyksekkäästi arvokkaiksi kaasukentiksi. Katso artikkeli: "Mikä on liuskekaasu?"
Musta ja harmaa liuske
Sedimenttikivien musta väri osoittaa melkein aina orgaanisten aineiden läsnäolon. Vain yksi tai kaksi prosenttia orgaanisista materiaaleista voi antaa kiville tummanharmaa tai mustan värin. Lisäksi tämä musta väri merkitsee melkein aina sitä, että happea puutteellisessa ympäristössä kerrostuneista sedimenteistä muodostettu liuskelevy. Ympäristöön joutunut happi reagoi nopeasti hajoavien orgaanisten jätteiden kanssa. Jos läsnä oli suuri määrä happea, orgaaniset jätteet olisivat kaikki rappeutuneet. Happipitoinen ympäristö tarjoaa myös asianmukaiset olosuhteet sulfidimineraalien, kuten pyriitin, muodostumiselle, joka on toinen tärkeä mineraali, jota esiintyy useimmissa mustissa liuskeissa.
Orgaanisten jätteiden esiintyminen mustissa liuskeissa tekee niistä ehdokkaita öljyn ja kaasun tuotantoon. Jos orgaaninen aine säilyy ja lämmitetään asianmukaisesti hautaamisen jälkeen, öljyä ja maakaasua voi syntyä. Barnettin liuske, Marcellus liuske, Haynesville liuske, Fayetteville liuske ja muut kaasua tuottavat kivit ovat kaikki tummanharmaaita tai mustia liuskeita, jotka tuottavat maakaasua. Pohjois-Dakotan Bakken-liuske ja Texasin Eagle Ford-liuske ovat esimerkkejä öljyä tuottavista liuskeista.
Harmaat liuskat sisältävät joskus pienen määrän orgaanista ainetta. Harmaat liuskat voivat kuitenkin olla myös kalkkipitoisia materiaaleja sisältäviä kiviä tai yksinkertaisesti savimineraaleja, jotka johtavat harmaaseen väriin.
Utica ja Marcellus Shale: Kahden Appalakkien vesistöalueen mustan orgaanisen kilven uskotaan sisältävän tarpeeksi maakaasua toimittamaan Yhdysvaltoja useita vuosia. Nämä ovat Marcellus Shale ja Utica Shale.
Punainen, ruskea ja keltainen liuskelevy
Happirikkaisiin ympäristöihin talletettu liuske sisältää usein pieniä hiukkasia rautaoksidi- tai rautahydroksidimineraaleja, kuten hematiitti, goetiitti tai limoniitti. Vain muutama prosenttia näistä kiven kautta levitetyistä mineraaleista voi tuottaa punaisia, ruskeita tai keltaisia värejä, joita esiintyy monen tyyppisissä liuskelajeissa. Hematiitin läsnäolo voi tuottaa punaisen liuskelevyn. Limoniitin tai goetiitin läsnäolo voi tuottaa keltaisen tai ruskean liuskelevyn.
Vihreä liuske
Vihreitä liuskeita löytyy toisinaan. Tämän ei pitäisi olla yllättävää, koska jotkut savimineraaleista ja micoista, jotka muodostavat suuren osan näiden kivien tilavuudesta, ovat tyypillisesti vihertäviä.
Maakaasun liuskekivi: Alle kymmenessä vuodessa liuske on noussut näkyvästi energia-alan näkyvyyteen. Uudet poraus- ja kaivokehitysmenetelmät, kuten hydraulinen murtuminen ja vaakasuora poraus, voivat tappaa öljyn ja maakaasun loukkuun orgaanisen liuskelevyn tiukassa matriisissa. Kuvan tekijänoikeus iStockphoto / Edward Todd.
Leveän hydrauliset ominaisuudet
Hydrauliset ominaisuudet ovat kallion ominaisuuksia, kuten läpäisevyys ja huokoisuus, jotka heijastavat sen kykyä pitää ja siirtää nesteitä, kuten vettä, öljyä tai maakaasua.
Liekkalla on hyvin pieni hiukkaskoko, joten välitilat ovat hyvin pieniä. Itse asiassa ne ovat niin pieniä, että öljyllä, maakaasulla ja vedellä on vaikeuksia liikkua kallion läpi.Siksi liuske voi toimia korkkikivina öljy- ja maakaasun ansoille, ja se on myös vesieste, joka estää tai rajoittaa pohjaveden virtausta.
Vaikka liuskevälien välitilat ovat hyvin pienet, ne voivat viedä merkittävän määrän kiven. Tämän ansiosta liuske voi pitää huomattavia määriä vettä, kaasua tai öljyä, mutta ei kykene siirtämään niitä tehokkaasti alhaisen läpäisevyyden vuoksi. Öljy- ja kaasuteollisuus voittaa nämä liuskelevyn rajoitukset käyttämällä vaakasuoraa porausta ja hydraulista murtumista luomaan keinotekoisen huokoisuuden ja läpäisevyyden kallioon.
Joillakin liuskeessa esiintyvistä savimineraaleista on kyky imeä tai adsorboida suuria määriä vettä, maakaasua, ioneja tai muita aineita. Tämä liuskekiven ominaisuus voi mahdollistaa sen, että se pitää selektiivisesti ja sitkeästi nesteitä tai ioneja vapaana tai vapauttaa niitä.
Laaja maaperäkartta: Yhdysvaltain geologinen tutkimuslaitos on laatinut yleisen laajan maaperäkartan 48 alempaan osavaltioon.
Liekkaliikkojen tekniset ominaisuudet
Leveys ja niistä saatu maaperä ovat vaikeimpia rakennusmateriaaleja. Niiden tilavuudessa ja pätevyydessä tapahtuu muutoksia, jotka tekevät niistä yleensä epäluotettavia rakennusalustoja.
maanvyörymä: Liekki on maanvyörymiseen altis kivi.
Laaja maaperä
Joidenkin liuskeperäisten maaperien savimineraalit kykenevät absorboimaan ja vapauttamaan suuria määriä vettä. Tähän kosteuspitoisuuden muutokseen liittyy yleensä tilavuuden muutos, joka voi olla jopa useita prosentteja. Näitä materiaaleja kutsutaan "ekspansiiviseksi maaperäksi". Kun nämä maaperät kastuvat, ne turpoavat ja kuivumalla ne kutistuvat. Näihin materiaaleihin tai niiden päälle sijoitetut rakennukset, tiet, tiejohdot tai muut rakenteet voivat heikentyä tai vahingoittua tilavuuden muutoksen voimien ja liikkeen avulla. Laajat maaperät ovat yksi yleisimmistä syistä rakennusten perustusvaurioille Yhdysvalloissa.
Leveyspeltti: Delta on sedimenttikerrostuma, joka muodostuu, kun virta tulee seisomaan vesistöyn. Virran veden nopeus laskee yhtäkkiä ja kuljetettavat sedimentit asettuvat pohjaan. Deltat ovat, joille on kerrostunut suurin maapallon lietteen määrä. Yllä oleva kuva on satelliittinäkymä Mississippi-suistosta, joka osoittaa sen jakelukanavat ja jakautumissijainnit. Deltaa ympäröivä kirkas sininen vesi on täynnä sedimenttiä.
Kaltevuuden vakaus
Liuske on kallioperä, johon useimmiten liittyy maanvyörymiä. Säänkestävyys muuntaa liuskeesta savirikkaan maaperän, jolla on yleensä erittäin alhainen leikkauslujuus - etenkin märkänä. Kun nämä heikot lujuusmateriaalit ovat märkiä ja jyrkällä rinteessä, ne voivat liikkua hitaasti tai nopeasti alamäkeen. Ihmisten ylikuormitus tai kaivaminen johtaa usein epäonnistumiseen.
Liuske Marsilla: Liekki on myös hyvin yleinen kivi Marsilla. Tämä kuva on otettu Mars Curiosity Roverin mastokameralla. Siinä näkyy ohutkerroksinen halkeamiskelpoinen liuskelevy, joka siirtyy esiin Gale-kraatterissa. Uteliaisuus porsi reikiä Gale-kraatterin kiviin ja tunnisti pistoksissa savimineraaleja. NASA-kuva.
Liekkakerrostumisen ympäristö
Muta kertyminen alkaa kivien kemiallisella säänkestämisellä. Tämä säänkestävyys hajottaa kivet savimineraaleiksi ja muiksi pieniksi hiukkasiksi, joista tulee usein osa paikallista maaperää. Sademyrsky voi pestä pieniä maaperän hiukkasia maasta ja puroihin, jolloin purot vaikuttavat "mutaisella". Kun virta hidastuu tai nousee seisomaan vesistöyn, kuten järveen, suoon tai valtamereen, mutahiukkaset laskeutuvat pohjaan. Jos tämä mudan kertyminen häiritsemätön ja haudattu, se voi muuttua sedimenttikallioksi, jota kutsutaan "mutakiviksi". Näin muodostetaan suurin osa liuskeista.
Liekkeenmuodostusprosessi ei rajoitu maahan. Marsin roversit ovat löytäneet Marsista paljon paljastumisia, joissa on sedimenttikiviyksiköitä, jotka näyttävät aivan kuin maapallolta löytyneet liuskelevyt (katso kuva).