Turinys
- Kas yra skalūnas?
- Skalūnų panaudojimas
- Įprasta nafta ir gamtinės dujos
- Netradicinė nafta ir gamtinės dujos
- Molis gaminti naudojamas skalūnas
- Skalūnas, naudojamas cementui gaminti
- Naftos skalūnas
- Skalūnų kompozicija
- Skalūnų spalvos
- Juodas ir pilkas skalūnas
- Raudonas, rudas ir geltonas skalūnas
- Žalioji skalūna
- Skalūno hidraulinės savybės
- Skalūnų dirvožemio inžinerinės savybės
- Dideli dirvožemiai
- Šlaito stabilumas
- Skalūnų nusėdimo aplinka
Skalūnas: Skalūnas suskaidomas į plonus gabalus su aštriais kraštais. Tai būna įvairių spalvų, įskaitant raudoną, rudą, žalią, pilką ir juodą spalvas. Tai yra labiausiai paplitusi nuosėdinė uoliena, randama nuosėdiniuose baseinuose visame pasaulyje.
Kas yra skalūnas?
Skalūnas yra smulkiagrūdės nuosėdinės uolienos, susidarančios sutankėjus dumblui ir molio dydžio mineralinėms dalelėms, kurias mes paprastai vadiname „purvu“. Ši kompozicija skalūną priskiria nuosėdinių uolienų kategorijai, vadinamai „purvo akmenimis“. Skalūnas išsiskiria iš kitų purvo akmenų tuo, kad yra skaldomas ir sluoksniuotas. „Laminuotas“ reiškia, kad uoliena sudaryta iš daugelio plonų sluoksnių. „Skilioji“ reiškia, kad uoliena lengvai suskaidoma į plonus gabalus išilgai laminavimo.
Skalūnų panaudojimas
Kai kurie skalūnai turi ypatingų savybių, kurios jiems daro svarbius išteklius. Juodųjų skalūnų sudėtyje yra organinių medžiagų, kurios kartais suskyla į gamtines dujas ar naftą. Kiti skalūnai gali būti susmulkinti ir sumaišyti su vandeniu, kad susidarytų moliai, kurie gali būti paversti įvairiais naudingais objektais.
Įprastinis naftos ir gamtinių dujų rezervuaras: Šis piešinys iliustruoja „antiklinės spąstus“, kuriuose yra naftos ir gamtinių dujų. Pilkųjų uolienų vienetai yra nepralaidūs skalūnai. Šiuose skalūnų blokuose susidaro nafta ir gamtinės dujos, kurios vėliau migruoja aukštyn. Dalis naftos ir dujų patenka į geltoną smiltainį ir sudaro naftos ir dujų rezervuarą. Tai yra „įprastas“ rezervuaras - tai reiškia, kad nafta ir dujos gali tekėti per smiltainio porų erdvę ir būti gaminamos iš šulinio.
Įprasta nafta ir gamtinės dujos
Juodi organiniai skalūnai yra šaltinis daugeliui svarbiausių naftos ir gamtinių dujų telkinių pasaulyje. Šie skalūnai įgauna juodą spalvą iš mažų organinių medžiagų dalelių, nusodintų su purvu, iš kurio susidarė skalūnas. Kai purvas buvo palaidotas ir sušilęs žemėje, dalis organinių medžiagų buvo paversta nafta ir gamtinėmis dujomis.
Nafta ir gamtinės dujos dėl mažo tankio migdo iš skalūnų ir aukštyn per nuosėdų masę. Nafta ir dujos dažnai būdavo įstrigę viršutinių uolienų, tokių kaip smiltainis, porų vietose (žr. Iliustraciją). Šios naftos ir dujų telkinių rūšys yra žinomos kaip „įprasti rezervuarai“, nes skysčiai gali lengvai tekėti per uolienų poras ir į ištraukimo šulinį.
Nors gręžiant iš rezervuaro uolienų gali būti išgaunami dideli naftos ir gamtinių dujų kiekiai, didžioji jų dalis lieka įstrigusi skalūnu. Šią alyvą ir dujas labai sunku pašalinti, nes jos yra įstrigusios mažose porų vietose arba adsorbuotos ant molio mineralinių dalelių, kurios sudaro skalūną.
Netradicinis naftos ir dujų rezervuaras: Šis piešinys iliustruoja naujas technologijas, leidžiančias vystyti netradicinius naftos ir gamtinių dujų telkinius. Šiuose dujų telkiniuose nafta ir dujos laikomos skalūnuose ar kitame nelaidžiame uolienų bloke. Norint gauti tą naftą ar dujas, reikalingos specialios technologijos. Vienas iš jų yra horizontalus gręžimas, kurio metu vertikalus šulinys nukrypsta į horizontalų taip, kad jis prasiskverbtų per ilgą rezervuaro uolieną. Antrasis yra hidraulinis ardymas. Taikant šią metodą, dalis šulinio uždaroma ir vanduo pumpuojamas, kad susidarytų pakankamai aukštas slėgis, kad būtų galima suskaidyti supančią uolieną. Rezultatas - labai suskaidytas rezervuaras, prasiskverbiantis per ilgą šulinio angą.
Netradicinė nafta ir gamtinės dujos
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje gamtinių dujų gręžimo įmonės sukūrė naujus metodus, kaip išlaisvinti naftą ir gamtines dujas, kurios yra įstrigusios mažose skalūnų porų vietose. Šis atradimas buvo reikšmingas, nes atrado keletą didžiausių pasaulyje gamtinių dujų telkinių.
Teksaso „Barnett“ skalūnas buvo pirmasis pagrindinis gamtinių dujų telkinys, išvystytas skalūnų rezervuaro uolienoje. Gaminti dujas iš „Barnett“ skalūno buvo iššūkis. Skalūno porų tarpai yra tokie maži, kad dujoms sunku judėti per skalūną ir į šulinį. Gręžėjai išsiaiškino, kad jie gali padidinti skalūno pralaidumą siurbdami vandenį žemyn iš šulinio, kai slėgis buvo pakankamai didelis, kad skalūnas suskaidytų. Šie lūžiai iš dujų porų išlaisvino dalį dujų ir leido toms dujoms tekėti į šulinį. Ši technika yra žinoma kaip „hidraulinis ardymas“ arba „hidrofrakcija“.
Gręžėjai taip pat išmoko gręžti iki skalūno lygio ir pasukti šulinį 90 laipsnių kampu, kad gręžtųsi horizontaliai per skalūnų uolieną. Taip susidarė šulinys su labai ilga „užmokesčio zona“ per rezervuaro uolą (žr. Iliustraciją). Šis metodas yra žinomas kaip „horizontalus gręžimas“.
Horizontalus gręžimas ir hidraulinis ardymas sukėlė gręžimo technologiją ir padėjo sukurti kelis milžiniškus gamtinių dujų telkinius. Tai apima Marcellus skalūną Apalachuose, Haynesville skalūną Luizianoje ir Fayetteville skalūną Arkanzase. Šie milžiniški skalūnų rezervuarai turi pakankamai gamtinių dujų, kad patenkintų visus JAV poreikius dvidešimt ar daugiau metų.
Skalūnas plytose ir plytelėse: Skalūnas yra naudojamas kaip žaliava gaminant daugelio rūšių plytas, plyteles, vamzdžius, keramiką ir kitus gaminius. Plyta ir plytelės yra keletas plačiausiai naudojamų ir labai pageidaujamų medžiagų statant namus, sienas, gatves ir komercinius statinius. Vaizdo autorių teisės „iStockphoto“ / Guy Elliott.
Molis gaminti naudojamas skalūnas
Visi turi kontaktą su produktais, pagamintais iš skalūno. Jei gyvenate plytiniame name, važiuojate plytiniu keliu, gyvenate name su plytelėmis ar laikote augalus „tera cotta“ vazonuose, kasdien kontaktuojate su daiktais, kurie tikriausiai buvo pagaminti iš skalūnų.
Tie patys dirbiniai buvo gaminami iš natūralaus molio prieš daugelį metų. Tačiau intensyvus naudojimas eikvojo didžiąją dalį mažų molio nuosėdų. Reikalingi nauji žaliavų šaltiniai, gamintojai netrukus sužinojo, kad sumaišius susmulkintus skalūnus su vandeniu, gaunamas molis, kuris dažnai turėjo panašių ar geresnių savybių. Šiandien dauguma daiktų, kurie kadaise buvo gaminami iš natūralaus molio, buvo pakeisti beveik vienodais daiktais, pagamintais iš molio, pagaminto maišant smulkiai sumaltus skalūnus su vandeniu.
Roko ir mineralų rinkiniai: Norėdami sužinoti daugiau apie Žemės medžiagas, įsigykite uolienų, mineralų ar iškasenų rinkinį. Geriausias būdas sužinoti apie akmenis yra turėti egzempliorius, kuriuos būtų galima išbandyti ir apžiūrėti.
Skalūnas, naudojamas cementui gaminti
Cementas yra dar viena įprasta medžiaga, dažnai gaminama su skalūnu. Norėdami pagaminti cementą, susmulkintas kalkakmenis ir skalūnas kaitinami iki pakankamai aukštos temperatūros, kad išgaruotų visas vanduo ir kalkakmenis suskaidytų į kalcio oksidą ir anglies dioksidą. Anglies dioksidas prarandamas kaip išmetimas, tačiau kalcio oksidas kartu su pašildytu skalūnu sudaro miltelius, kurie sukietėja, jei sumaišomi su vandeniu ir paliekami išdžiūti. Cementas naudojamas betonui ir daugeliui kitų gaminių, skirtų statybų pramonei, gaminti.
Naftos skalūnai: Uola, kurioje yra didelis kiekis organinių medžiagų kietojo kerogeno pavidalu. Iki 1/3 uolienų gali būti kieta organinė medžiaga. Šis pavyzdys yra maždaug keturių colių (dešimt centimetrų) skersmens.
Naftos skalūnas
Naftos skalūnas yra uoliena, kurioje yra didelis kiekis organinių medžiagų kerogeno pavidalu. Iki 1/3 uolienų gali būti kietas kerogenas. Skystieji ir dujiniai angliavandeniliai gali būti išgaunami iš naftos skalūnų, tačiau uoliena turi būti šildoma ir (arba) apdorojama tirpikliais. Paprastai tai yra daug mažiau efektyvu nei gręžiant akmenis, iš kurių naftos ar dujų pateks tiesiai į šulinį. Iš naftos skalūnų išgaunant angliavandenilius susidaro išmetami teršalai ir atliekos, kurios kelia didelį susirūpinimą aplinkai. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl pasaulyje nėra plačiai naudojami degalų skalūnų telkiniai.
Naftos skalūnas paprastai atitinka „skalūno“ apibrėžimą, nes tai yra „sluoksniuota uoliena, sudaryta iš ne mažiau kaip 67% molio mineralų“. Tačiau kartais jame yra pakankamai organinių medžiagų ir karbonatinių mineralų, kad molio mineralai sudaro mažiau nei 67% uolienų.
Skalūnų šerdies pavyzdžiai: Gręžiant skalūną naftai, gamtinėms dujoms ar mineraliniams ištekliams įvertinti, šulinys dažnai išgaunamas iš šulinio. Tuomet galima išbandyti šerdyje esančią uolieną, kad sužinotumėte apie jos potencialą ir kaip būtų galima geriausiai išplėsti išteklius.
Skalūnų kompozicija
Skalūnas yra uoliena, sudaryta daugiausia iš molio dydžio mineralinių grūdų. Šie maži grūdai paprastai yra molio mineralai, tokie kaip illitas, kaolinitas ir smektitas. Skaloje paprastai yra kitų molio dydžio mineralinių dalelių, tokių kaip kvarcas, chertas ir lauko špagas. Kitos sudedamosios dalys gali būti organinės dalelės, karbonato mineralai, geležies oksido mineralai, sulfido mineralai ir sunkieji mineraliniai grūdai. Šias „kitas sudedamąsias dalis“ uolienoje dažnai lemia skalūnų nusėdimo aplinka ir jos dažnai lemia uolienos spalvą.
Juodasis skalūnas: Ekologiškai turtingas juodasis skalūnas. Gamtinės dujos ir nafta kartais būna įstrigę mažose šios skalūnų rūšies vietose.
Skalūnų spalvos
Kaip ir dauguma uolienų, skalūno spalvą dažnai lemia tam tikros medžiagos nedideliais kiekiais. Tik keli procentai organinių medžiagų arba geležies gali žymiai pakeisti uolienos spalvą.
Skalūnų dujos vaidina: Nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos dešimtys anksčiau negamintų juodųjų organinių skalūnų buvo sėkmingai paversti vertingais dujų telkiniais. Žr. Straipsnį: "Kas yra skalūnų dujos?"
Juodas ir pilkas skalūnas
Juoda nuosėdinių uolienų spalva beveik visada rodo organinių medžiagų buvimą. Vos vienas ar du procentai organinių medžiagų uolienai gali suteikti tamsiai pilką ar juodą spalvą. Be to, ši juoda spalva beveik visada reiškia, kad skalūnas, susidaręs iš nuosėdų, esančių deguonies trūkumo aplinkoje. Bet koks deguonis, patenkantis į aplinką, greitai reagavo su pūvančiomis organinėmis šiukšlėmis. Jei būtų didelis kiekis deguonies, visos organinės šiukšlės būtų suirusios. Deguonies neturinti aplinka taip pat sudaro tinkamas sąlygas susidaryti sulfidiniams mineralams, tokiems kaip piritas, kitas svarbus mineralas, randamas daugumoje juodųjų skalūnų.
Dėl juodųjų skalūnų organinių šiukšlių jie gali tapti naftos ir dujų gavybos kandidatais. Jei organinė medžiaga bus konservuota ir tinkamai pašildyta po palaidojimo, gali susidaryti nafta ir gamtinės dujos. Barnetto skalūnas, Marcellus skalūnas, Haynesville skalūnas, Fayetteville skalūnas ir kitos dujas gaminančios uolienos yra tamsiai pilkos arba juodos spalvos skalūnai, iš kurių gaunamos gamtinės dujos. Šiaurės Dakotos „Bakken“ skalūnas ir Teksaso „Eagle Ford“ skalūnas yra aliejų gaunančių skalūnų pavyzdžiai.
Pilkuosiuose skalūnuose kartais yra nedidelis organinių medžiagų kiekis. Tačiau pilki skalūnai taip pat gali būti uolienos, turinčios kalkingų medžiagų, arba paprasčiausiai molio mineralai, kurių rezultatas yra pilka.
Utica ir Marcellus skalūnai: Manoma, kad dviejuose juoduosiuose organiniuose skalūnuose Apalačų baseine yra pakankamai gamtinių dujų, kad kelerius metus jie galėtų tiekti JAV. Tai yra Marcellus skalūnas ir Utica skalūnas.
Raudonas, rudas ir geltonas skalūnas
Šalavijuose, kuriuose yra daug deguonies, dažnai būna mažų geležies oksido ar geležies hidroksido mineralų, tokių kaip hematitas, goetitas ar limonitas, dalelių. Tik keli procentai šių mineralų, pasiskirstančių per uolienas, gali suteikti raudoną, rudą ar geltoną spalvas, kurias demonstruoja daugelio rūšių skalūnai. Dėl hematito susidaro raudonas skalūnas. Esant limonitui ar goetitui, gali susidaryti geltonas arba rudas skalūnas.
Žalioji skalūna
Retkarčiais aptinkama žalių skalūnų. Tai neturėtų stebinti, nes kai kurie molio mineralai ir micos, kurie sudaro didžiąją šių uolienų tūrį, paprastai yra žalsvos spalvos.
Gamtinių dujų skalūnų šulinys: Per mažiau nei dešimt metų skalūnas išpopuliarėjo energetikos sektoriuje. Nauji gręžimo ir gręžinių tobulinimo metodai, tokie kaip hidraulinis ardymas ir horizontalus gręžimas, gali patekti į naftą ir gamtines dujas, įstrigusias sandarių organinių skalūnų matricoje. Vaizdo autorių teisės „iStockphoto“ / Edwardas Toddas.
Skalūno hidraulinės savybės
Hidraulinės savybės yra tokios uolienos savybės kaip pralaidumas ir poringumas, kurios atspindi jos sugebėjimą sulaikyti ir perduoti skysčius, tokius kaip vanduo, nafta ar gamtinės dujos.
Skalūnas turi labai mažą dalelių dydį, todėl tarpueiliai yra labai maži. Iš tikrųjų jie yra tokie maži, kad naftai, gamtinėms dujoms ir vandeniui sunku judėti per uolą.Todėl skalūnas gali būti naudojamas kaip uoliena naftos ir gamtinių dujų gaudyklėms, be to, tai yra akvariumas, blokuojantis arba ribojantis požeminio vandens srautą.
Nors skalės tarpueiliai yra labai maži, jie gali užimti nemažą uolienų tūrį. Tai leidžia skalūnui išlaikyti nemažą kiekį vandens, dujų ar naftos, tačiau dėl mažo pralaidumo jie negali efektyviai jų perduoti. Naftos ir dujų pramonė įveikia šiuos skalūno apribojimus naudodama horizontalų gręžimą ir hidraulinį ardymą, kad būtų sukurtas dirbtinis akmuo ir akvarumas.
Kai kurie skalūnų mineraliniai mineralai turi savybę absorbuoti arba adsorbuoti didelį kiekį vandens, gamtinių dujų, jonų ar kitų medžiagų. Ši skalūno savybė gali leisti selektyviai ir atkakliai laikyti ar laisvai išleisti skysčius ar jonus.
Išsamių dirvožemių žemėlapis: Jungtinių Valstijų geologijos tarnyba parengė apibendrintą ekspansinių dirvožemių žemėlapį žemiausioms 48 valstijoms.
Skalūnų dirvožemio inžinerinės savybės
Skalos ir iš jų gautas dirvožemis yra viena iš labiausiai varginančių medžiagų, kuria reikia remtis. Jie gali keistis apimtimi ir kompetencija, dėl kurių jie paprastai tampa nepatikimais statybiniais pagrindais.
Nuošliaužos: Skalūnas yra nuošliaužų uola.
Dideli dirvožemiai
Kai kuriuose skalūnų dirvožemiuose esantys molio mineralai turi savybę absorbuoti ir išleisti didelį vandens kiekį. Šis drėgmės pokytis paprastai būna lygus tūrio pokyčiui, kuris gali būti net keli procentai. Šios medžiagos vadinamos „ekspansyviu dirvožemiu“. Kai šie dirvožemiai sušlapę, jie išsipučia, o išdžiūvę susitraukia. Ant šių medžiagų ar jų viduje pastatytus pastatus, kelius, komunalines linijas ar kitus statinius gali susilpninti ar sugadinti jėgos ir tūrio pokyčiai. Išsiplėtę dirvožemiai yra viena dažniausių pastatų pamatų pažeidimo priežasčių JAV.
Skalūnų delta: Delta yra nuosėdų sankaupos, susidarančios, kai upelis patenka į stovinčią vandens telkinį. Vandens srovės greitis staiga sumažėja, o nešamos nuosėdos nusėda į dugną. Deltos yra ten, kur nusėda didžiausias Žemės purvo tūris. Aukščiau pateiktas vaizdas yra Misisipės deltos vaizdas iš palydovo, rodantis jos platinimo kanalus ir paskirstomuosius indėlius. Ryškiai mėlynas, deltą supantis vanduo apkrautas nuosėdomis.
Šlaito stabilumas
Skalūnas yra uoliena, dažniausiai siejama su nuošliaužomis. Dėl oro sąlygų skalūnai virsta molio turinčiu dirvožemiu, kurio šlyties stipris paprastai yra labai mažas - ypač šlapias. Kai šios mažo stiprumo medžiagos yra šlapios ir ant stataus šlaito, jos gali lėtai arba greitai judėti žemyn šlaitu. Žmonių perkrovos ar kasinėjimai dažnai sukels gedimą.
Skalūnas ant Marso: Skalūnas taip pat yra labai paplitusi uola ant Marso. Ši nuotrauka padaryta „Mars Curiosity Rover“ stiebo kamera. Tai rodo plonasluoksnius daliuosius skalūnus, kylančius iš Gale kraterio. Smalsumas išgręžė skylutes į Gale kraterio uolienas ir auginiuose nustatė molio mineralus. NASA vaizdas.
Skalūnų nusėdimo aplinka
Purvo kaupimasis prasideda nuo cheminių uolienų poveikio. Dėl oro sąlygų uolienos suskaidomos į molio mineralus ir kitas mažas daleles, kurios dažnai tampa vietinio dirvožemio dalimi. Lietaus audra gali išplauti mažas dirvožemio daleles iš sausumos ir į upelius, suteikdama srautams purvo. Kai upelis sulėtėja arba patenka į stovinčią vandens telkinį, pavyzdžiui, ežerą, pelkę ar vandenyną, purvo dalelės nusėda į dugną. Jei tai netrukdoma ir palaidojama, šis purvo kaupimasis gali būti paverstas nuosėdine uoliena, vadinama „purvo akmeniu“. Taip susidaro dauguma skalūnų.
Skalūnų formavimo procesas neapsiriboja žeme. Marso roveriai Marse rado daugybę atodangų su nuosėdinių uolienų vienetais, kurie atrodo lygiai taip pat kaip Žemėje randami skalūnai (žr. Nuotrauką).