Obsah
- Čo je Shale?
- Použitie bridlice
- Konvenčný olej a zemný plyn
- Netradičná ropa a zemný plyn
- Shale sa používa na výrobu hliny
- Shale sa používa na výrobu cementu
- Olejová bridlica
- Zloženie bridlice
- Farby bridlice
- Čierna a šedá bridlica
- Červená, hnedá a žltá bridlica
- Zelená bridlica
- Hydraulické vlastnosti bridlice
- Technické vlastnosti pôd bridlíc
- Expanzívne pôdy
- Stabilita svahu
- Prostredie ukladania bridlíc
Shale: Bridlice sa lámu na tenké kúsky s ostrými hranami. Vyskytuje sa v širokej škále farieb, ktoré zahŕňajú červenú, hnedú, zelenú, sivú a čiernu. Je to najbežnejšia sedimentárna hornina a nachádza sa v sedimentárnych nádržiach po celom svete.
Čo je Shale?
Shale je jemnozrnná sedimentárna hornina, ktorá sa vytvára zhutňovaním minerálnych častíc bahna a hliny, ktoré bežne nazývame „blato“. Táto kompozícia kladie bridlicu do kategórie sedimentárnych hornín známych ako „bahenné kamene“. Shale sa líši od ostatných bahnitých kameňov, pretože je štiepny a laminovaný. „Laminátový“ znamená, že sa hornina skladá z mnohých tenkých vrstiev. "Štiepiteľný" znamená, že sa hornina ľahko rozdeľuje na tenké kúsky pozdĺž laminácie.
Použitie bridlice
Niektoré bridlice majú špeciálne vlastnosti, vďaka ktorým sú dôležitými zdrojmi. Čierne bridlice obsahujú organický materiál, ktorý sa niekedy štiepi na zemný plyn alebo olej. Ostatné bridlice môžu byť rozdrvené a zmiešané s vodou za vzniku ílov, ktoré môžu byť spracované na množstvo užitočných predmetov.
Konvenčná nádrž na ropu a zemný plyn: Tento nákres ilustruje „antiklinálny pasca“, ktorá obsahuje ropu a zemný plyn. Šedé skalné jednotky sú nepriepustné bridlice. V týchto bridlicových jednotkách sa tvorí ropa a zemný plyn a potom migruje smerom nahor. Časť oleja a plynu sa zachytí do žltého pieskovca a vytvorí zásobu ropy a plynu. Jedná sa o „konvenčnú“ nádrž, čo znamená, že ropa a plyn môžu prúdiť cez pórovitý priestor pieskovca a byť vyprodukované zo studne.
Konvenčný olej a zemný plyn
Čierne organické bridlice sú zdrojom horniny pre najvýznamnejšie ložiská ropy a zemného plynu na svete. Tieto bridlice získavajú svoju čiernu farbu z malých častíc organických látok, ktoré boli uložené v bahne, z ktorého sa bridlica tvorila. Keď bolo blato pochované a ohriate v zemi, časť organického materiálu sa zmenila na ropu a zemný plyn.
Ropa a zemný plyn migrovali z bridlice a nahor cez sedimentovú hmotu kvôli svojej nízkej hustote. Ropa a plyn sa často zachytávali vo vnútri pórových priestorov prekrývajúcej sa skalnej jednotky, ako je pieskovec (pozri obrázok). Tieto typy ložísk ropy a plynu sú známe ako „konvenčné nádrže“, pretože tekutiny môžu ľahko prúdiť cez póry horniny a do ťažobnej nádrže.
Aj keď vŕtanie dokáže zo zásobnej horniny vyťažiť veľké množstvo ropy a zemného plynu, veľká časť z nich zostáva zachytená v bridlicovej bridlici. Tento olej a plyn sa dajú veľmi ťažko odstrániť, pretože sa zachytávajú v malom priestore pórov alebo sa adsorbujú na ílové minerálne častice, ktoré tvoria bridlicu.
Netradičná ropná a plynová nádrž: Tento nákres ilustruje nové technológie, ktoré umožňujú rozvoj nekonvenčných polí ropy a zemného plynu. V týchto plynových poliach sa ropa a plyn nachádzajú v bridlíc alebo inej nepriepustnej horninovej jednotke. Na výrobu ropy alebo plynu sú potrebné špeciálne technológie. Jedným z nich je horizontálne vŕtanie, pri ktorom je zvislá studňa odklonená od horizontálnej polohy, aby prenikla na veľkú vzdialenosť horniny rezervoáru. Druhým je hydraulické štiepenie. Pri tejto technike sa časť jamky uzavrie a voda sa čerpá tak, aby sa vytvoril tlak, ktorý je dostatočne vysoký na to, aby zlomil okolitú horninu. Výsledkom je vysoko zlomená nádrž preniknutá dlhou dĺžkou vrtu.
Netradičná ropa a zemný plyn
Na konci 90. rokov 20. storočia spoločnosti na ťažbu zemného plynu vyvinuli nové metódy na uvoľňovanie ropy a zemného plynu, ktoré sú zachytené v malom priestore pórov bridlice. Tento objav bol významný, pretože odblokoval niektoré z najväčších ložísk zemného plynu na svete.
Barnettská bridlica v Texase bola prvým hlavným poľným zemným plynom vyvinutým v bridlicovej bridlici. Výroba plynu z Barnett Shale bola výzvou. Pórové priestory v bridlici sú také malé, že plyn má ťažkosti s pohybom cez bridlicu a do studne. Vŕtačky objavili, že by mohli zvýšiť priepustnosť bridlíc tak, že by prečerpali vodu zo studne pod tlakom, ktorý bol dostatočne vysoký na lomenie bridlice. Tieto zlomeniny uvoľnili časť plynu z pórových priestorov a umožnili, aby tento plyn prúdil do studne. Táto technika je známa ako „hydraulické štiepenie“ alebo „hydrofracing“.
Vŕtačky sa tiež naučili, ako vŕtať nadol na úroveň bridlice a otočiť vrt o 90 stupňov, aby vŕtali vodorovne cez bridlicovú skalnú jednotku. To viedlo k studni s veľmi dlhou „platenou zónou“ cez rezervoár (pozri obrázok). Táto metóda sa nazýva „horizontálne vŕtanie“.
Horizontálne vŕtanie a hydraulické štiepenie spôsobili revolúciu vŕtacej technológie a vydláždili cestu pre rozvoj niekoľkých veľkých polí zemného plynu. Patria medzi ne Marcellus Shale v Appalachians, Haynesville Shale v Louisiane a Fayetteville Shale v Arkansase. Tieto obrovské nádrže bridlíc obsahujú dostatok zemného plynu, aby slúžili všetkým potrebám Spojených štátov dvadsať a viac rokov.
Bridlice z tehál a dlaždíc: Bridlica sa používa ako surovina na výrobu mnohých druhov tehál, dlaždíc, rúr, hrnčiarskych výrobkov a ďalších výrobkov. Tehly a dlaždice sú jedny z najrozšírenejších a najžiadanejších materiálov na stavbu domov, stien, ulíc a komerčných štruktúr. Autorské práva na obrázky iStockphoto / Guy Elliott.
Shale sa používa na výrobu hliny
Každý má kontakt s výrobkami z bridlice. Ak bývate v tehlovom dome, jazdíte po tehlovej ceste, bývate v dome so škridlovou strechou alebo udržiavate rastliny v kvetináčoch „terra cotta“, máte každodenný kontakt s predmetmi, ktoré boli pravdepodobne vyrobené z bridlice.
Pred mnohými rokmi boli rovnaké výrobky vyrobené z prírodnej hliny. Ťažké používanie však vyčerpalo väčšinu malých ílových usadenín. Výrobcovia, ktorí potrebovali nový zdroj surovín, čoskoro zistili, že zmiešanie jemne mletej bridlice s vodou by viedlo k vzniku ílu, ktorý by mal často podobné alebo lepšie vlastnosti. Dnes sa väčšina predmetov, ktoré boli kedysi vyrobené z prírodnej hliny, nahradila takmer rovnakými položkami vyrobenými z hliny vyrobenej zmiešaním jemne pomletej bridlice s vodou.
Sady minerálov a minerálov: Získajte súpravu pre horniny, minerály alebo fosílie, aby ste sa dozvedeli viac o materiáloch Zeme. Najlepším spôsobom, ako sa dozvedieť viac o skalách, je mať k dispozícii vzorky na testovanie a vyšetrenie.
Shale sa používa na výrobu cementu
Cement je ďalší spoločný materiál, ktorý sa často vyrába z bridlice. Na výrobu cementu sa rozdrvený vápenec a bridlica zahrievajú na teplotu, ktorá je dostatočne vysoká na to, aby sa odparila všetka voda a rozpadol sa na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Oxid uhličitý sa stráca ako emisia, ale oxid vápenatý v kombinácii s zahrievanou bridlicou vytvára prášok, ktorý stvrdne, ak sa zmieša s vodou a nechá sa vyschnúť. Cement sa používa na výrobu betónu a mnohých ďalších výrobkov pre stavebníctvo.
Olejová bridlica: Hornina, ktorá obsahuje významné množstvo organického materiálu vo forme pevného kerogénu. Až 1/3 horniny môže byť pevný organický materiál. Táto vzorka má priemer približne štyri palce (desať centimetrov).
Olejová bridlica
Olejová bridlica je hornina, ktorá obsahuje významné množstvo organického materiálu vo forme kerogénu. Až 1/3 horniny môže byť pevný kerogén. Kvapalné a plynné uhľovodíky sa môžu extrahovať z ropných bridlíc, ale hornina sa musí zahrievať a / alebo upravovať rozpúšťadlami. To je zvyčajne oveľa menej účinné ako vŕtanie hornín, ktoré produkujú ropu alebo plyn priamo do vrtu. Pri extrakcii uhľovodíkov z ropných bridlíc vznikajú emisie a odpadové produkty, ktoré spôsobujú vážne environmentálne obavy. To je jeden z dôvodov, prečo sa na svete rozsiahle ložiská ropných bridlíc nevyužívali agresívne.
Olejová bridlica obvykle spĺňa definíciu „bridlice“ v tom, že je to „vrstvená hornina pozostávajúca z najmenej 67% ílových minerálov“. Niekedy však obsahuje dostatok organického materiálu a uhličitanových minerálov, aby ílové minerály tvorili menej ako 67% hornín.
Vzorky jadier bridlice: Keď sa bridlica ťaží na hodnotenie ropy, zemného plynu alebo nerastných surovín, jadro sa z vrtu často získava. Horninu v jadre je potom možné vyskúšať, aby sme sa dozvedeli o jej potenciáli a o tom, ako by sa zdroj mohol najlepšie rozvíjať.
Zloženie bridlice
Bridlica je hornina zložená hlavne z minerálnych zŕn veľkosti ílu. Tieto drobné zrná sú zvyčajne ílové minerály, ako napríklad ilit, kaolinit a smektit. Bridlica obyčajne obsahuje ďalšie častice minerálnej veľkosti, ako je kremeň, chert a živec. Medzi ďalšie zložky môžu patriť organické častice, uhličitanové minerály, minerály oxidu železa, sulfidové minerály a ťažké minerálne zrná. Tieto „ďalšie zložky“ v hornine sú často determinované prostredím ukladania bridlíc a často určujú farbu horniny.
Čierna bridlica: Čierna bridlica bohatá na organické látky. Zemný plyn a ropa sa niekedy zachytávajú v malom priestore pórov tohto typu bridlice.
Farby bridlice
Rovnako ako väčšina hornín, aj farba bridlíc je často určená prítomnosťou špecifických materiálov v malých množstvách. Iba niekoľko percent organických materiálov alebo železa môže významne zmeniť farbu skaly.
Hranie bridlicového plynu: Od konca 90. rokov sa desiatky predtým neproduktívnych čiernych organických bridlíc úspešne rozvíjali na cenné plynové polia. Pozri článok: „Čo je bridlicový plyn?“
Čierna a šedá bridlica
Čierna farba v sedimentárnych horninách takmer vždy naznačuje prítomnosť organických materiálov. Iba jedno alebo dve percentá organických materiálov môžu skale prepožičať tmavosivú alebo čiernu farbu. Okrem toho táto čierna farba takmer vždy znamená, že bridlica vytvorená zo sedimentu bola uložená v prostredí s nedostatkom kyslíka. Akýkoľvek kyslík, ktorý vstúpil do prostredia, rýchlo reagoval s rozpadajúcimi sa organickými zvyškami. Keby bolo prítomné veľké množstvo kyslíka, všetky organické zvyšky by sa rozpadli. Prostredie s nedostatkom kyslíka tiež poskytuje vhodné podmienky na tvorbu sulfidových minerálov, ako je pyrit, ďalší dôležitý minerál nachádzajúci sa vo väčšine čiernych bridlíc.
Prítomnosť organických zvyškov v čiernych bridliciach z nich robí kandidátov na ťažbu ropy a plynu. Ak sa organický materiál po zakopaní konzervuje a správne zohreje, môže sa vytvoriť ropa a zemný plyn. Horniny Barnett, Marcellus Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale a ďalšie horniny produkujúce plyn sú tmavo šedé alebo čierne bridlice, ktoré produkujú zemný plyn. Bakkenska bridlica v Severnej Dakote a Eagle Ford Shale v Texase sú príklady bridlíc, ktoré produkujú ropu.
Sivé bridlice niekedy obsahujú malé množstvo organických látok. Sivé bridlice však môžu byť tiež horniny, ktoré obsahujú vápenaté materiály alebo jednoducho ílové minerály, ktoré vedú k sivej farbe.
Utica a Marcellus Shale: Predpokladá sa, že dve čierne organické bridlice v Appalačskej kotline obsahujú dostatok zemného plynu na zásobovanie Spojených štátov niekoľko rokov. Jedná sa o bridlicu Marcellus a Utica Shale.
Červená, hnedá a žltá bridlica
Bridlice, ktoré sa ukladajú v prostredí bohatom na kyslík, často obsahujú malé častice oxidu železa alebo minerálov hydroxidu železa, ako je hematit, goetit alebo limonit. Len zopár percent týchto minerálov distribuovaných cez horninu môže produkovať červenú, hnedú alebo žltú farbu vystavenú mnohým druhom bridlice. Prítomnosť hematitu môže spôsobiť červenú bridlicu. Prítomnosť limonitu alebo goetitu môže spôsobiť žltú alebo hnedú bridlicu.
Zelená bridlica
Príležitostne sa vyskytujú zelené bridlice. To by nemalo byť prekvapujúce, pretože niektoré ílové minerály a sľudy, ktoré tvoria veľkú časť objemu týchto hornín, sú zvyčajne nazelenalé.
Dobre bridlicový plyn: Za menej ako desať rokov prudko stúpa bridlica z odvetvia energetiky. Nové metódy vŕtania a vývoja vrtov, ako napríklad hydraulické štiepenie a horizontálne vŕtanie, môžu zachytávať ropu a zemný plyn zachytené v tesnej matrici organických bridlíc. Autorské práva na obrázky iStockphoto / Edward Todd.
Hydraulické vlastnosti bridlice
Hydraulické vlastnosti sú vlastnosti horniny, ako je priepustnosť a pórovitosť, ktoré odrážajú jej schopnosť zadržiavať a prenášať tekutiny, ako je voda, ropa alebo zemný plyn.
Brúsok má veľmi malú veľkosť častíc, takže intersticiálne priestory sú veľmi malé. V skutočnosti sú také malé, že ropa, zemný plyn a voda majú ťažkosti s pohybom po skale.Bridlica môže preto slúžiť ako hornina pre lapače ropy a zemného plynu a je to tiež akvakultúra, ktorá blokuje alebo obmedzuje prietok podzemnej vody.
Hoci sú intersticiálne priestory v bridlici veľmi malé, môžu zaberať značný objem skaly. To umožňuje bridlici zadržiavať značné množstvo vody, plynu alebo oleja, ale nie je možné ich účinne prenášať z dôvodu nízkej priepustnosti. Ropný a plynárenský priemysel prekonáva tieto obmedzenia bridlíc pomocou horizontálneho vŕtania a hydraulického štiepenia, aby sa vytvorila umelá pórovitosť a priepustnosť v hornine.
Niektoré z ílových minerálov, ktoré sa vyskytujú v bridlici, majú schopnosť absorbovať alebo adsorbovať veľké množstvo vody, zemného plynu, iónov alebo iných látok. Táto vlastnosť bridlíc mu umožňuje selektívne a vytrvalo držať alebo voľne uvoľňovať tekutiny alebo ióny.
Mapa expanzívnych pôd: Geologický prieskum Spojených štátov pripravil všeobecnú mapu rozsiahlych pôd pre dolných 48 štátov.
Technické vlastnosti pôd bridlíc
Bridlice a z nich odvodené pôdy sú jedny z najťažších materiálov, na ktorých je možné stavať. Podliehajú zmenám objemu a spôsobilosti, ktoré ich spravidla robia nespoľahlivými stavebnými substrátmi.
lavína: Shale je sklon náchylný na zosuv pôdy.
Expanzívne pôdy
Hlinité minerály v niektorých pôdach pochádzajúcich z bridlice majú schopnosť absorbovať a uvoľňovať veľké množstvo vody. Táto zmena obsahu vlhkosti je zvyčajne sprevádzaná zmenou objemu, ktorá môže byť až niekoľko percent. Tieto materiály sa nazývajú „expanzívne pôdy“. Keď tieto pôdy zmoknú, napučia a keď vyschnú, zmršťujú sa. Budovy, cesty, inžinierske siete alebo iné stavby umiestnené na týchto materiáloch alebo v nich môžu byť oslabené alebo poškodené silami a pohybom zmeny objemu. Expanzívna pôda je jednou z najbežnejších príčin poškodenia budov v Spojených štátoch.
Shale delta: Delta je sediment, ktorý sa vytvára, keď prúd vstúpi do stojatého telesa vody. Rýchlosť vody v prúde náhle klesá a usadeniny sa usadzujú na dne. Delty sú miestom, kde sa ukladá najväčší objem bahna Zeme. Na obrázku vyššie je satelitný pohľad na deltu Mississippi, zobrazujúci jej distribučné kanály a medzistribučné vklady. Jasne modrá voda obklopujúca deltu je zaťažená sedimentom.
Stabilita svahu
Shale je skala najčastejšie spojená so zosuvmi pôdy. Počasie je premenené na ílovitú pôdu bohatú na hlinu, ktorá má normálne veľmi nízku šmykovú pevnosť - najmä za mokra. Ak sú tieto materiály s nízkou pevnosťou mokré a na strmom svahu, môžu sa pomaly alebo rýchlo pohybovať po svahu. Preťaženie alebo hĺbenie ľuďmi často spôsobí zlyhanie.
Shale on Mars: Shale je tiež veľmi bežná skala na Marse. Túto fotografiu nasnímal stožiarový fotoaparát značky Mars Curiosity Rover. Ukazuje jemne uloženú štiepnu bridlicu, ktorá vyrastá v kráteri Gale. Z zvedavosti vyvŕtali diery do hornín kráteru Gale a v odrezkoch identifikovali ílové minerály. Obrázok NASA.
Prostredie ukladania bridlíc
Hromadenie bahna začína chemickým zvetrávaním hornín. Toto počasie rozdeľuje horniny na ílové minerály a ďalšie malé častice, ktoré sa často stávajú súčasťou miestnej pôdy. Dažďová búrka by mohla z pôdy a do potokov umyť malé častice pôdy, čo by dalo tokom „zablatený“ vzhľad. Keď sa prúd spomalí alebo vstúpi do stojatého vodného útvaru, ako je jazero, močiar alebo oceán, častice blata sa usadia na dne. Ak bude táto vrstva bahna narušená a zakopaná, môže sa zmeniť na sedimentárnu horninu známu ako „bahenný kameň“. Takto sa tvorí väčšina bridlíc.
Proces formovania bridlíc nie je obmedzený na Zem. Vodorovi Marsu sa na Marse našlo veľa východísk so sedimentárnymi skalnými jednotkami, ktoré vyzerajú rovnako ako bridlice nájdené na Zemi (pozri fotografiu).