סלעים

פצלי



פצלי הוא הסלע המשקעי השופע ביותר ונמצא באגני משקע ברחבי העולם.


פצלי: פצלי נשבר לחתיכות דקות עם קצוות חדים. הוא מופיע במגוון רחב של צבעים הכוללים אדום, חום, ירוק, אפור ושחור. זהו הסלע המשקע הנפוץ ביותר ונמצא באגני משקע ברחבי העולם.

מה זה פצלי?

פצלי הוא סלע משקע עדין, הנוצר מתוך דחיסת חלקיקי מינרלים אדניים וחרסיים, שבדרך כלל אנו מכנים "בוץ". קומפוזיציה זו מציבה פצלים בקטגוריה של סלעי משקע המכונים "אבני בוץ". פצלים נבדלים מאבני בוץ אחרות מכיוון שהיא בקעית ומרובדת. "למינציה" פירושה שהסלע מורכב משכבות דקות רבות. "פיסיל" פירושו שהסלע מתפצל בקלות לחתיכות דקות לאורך הלמינציות.

שימושים של פצלי

בחלק מהצליקים יש תכונות מיוחדות ההופכות אותם למשאבים חשובים. פצלים שחורים מכילים חומר אורגני שמתפרק לעיתים ליצירת גז טבעי או שמן. פצלים אחרים ניתנים לריסוק ולערבב עם מים כדי לייצר חימרים הניתנים לייצור למגוון חפצים שימושיים.

מאגר נפט וגז טבעי קונבנציונאלי: ציור זה ממחיש "מלכודת אנטי-קלינית" המכילה נפט וגז טבעי. יחידות הסלע האפורות הן פצלים בלתי חדירים. נפט וגז טבעי נוצרים בתוך יחידות פצלים אלה ואז נודדים כלפי מעלה. חלק מהנפט והגז נלכדים באבן החול הצהובה ליצירת מאגר נפט וגז. זהו מאגר "קונבנציונאלי" - כלומר הנפט והגז יכולים לזרום בחלל הנקבוביות של אבן החול ולהיווצר מהבאר.

שמן קונבנציונאלי וגז טבעי

פצלים אורגניים שחורים הם סלע המקור לרבים ממרבצי הנפט והגז הטבעי החשובים בעולם. פצלים אלה משיגים את צבעם השחור מחלקיקים זעירים של חומר אורגני שהופקדו בבוץ ממנו נוצר הפצלים. בזמן שהבוץ נקבר ומחומם בתוך האדמה, הופך חלק מהחומר האורגני לשמן וגז טבעי.

הנפט והגז הטבעי היגרו מהפצלים ומעלה דרך מסת המשקעים בגלל צפיפותם הנמוכה. הנפט והגז נלכדו לעיתים קרובות בחללי הנקבוביות של יחידת סלע שמונחת כמו אבן חול (ראו איור). סוגים אלה של מרבצי נפט וגז מכונים "מאגרים קונבנציונליים" מכיוון שהנוזלים יכולים בקלות לזרום דרך נקבוביות הסלע ואל תוך בור המיצוי.

על אף שקידוח יכול לחלץ כמויות גדולות של נפט וגז טבעי מסלע המאגר, חלק גדול ממנו נותר כלוא בתוך הצלע. נפט וגז זה קשה מאוד להסרה מכיוון שהוא נכלא בתוך חללי נקבוביות זעירים או נספג על חלקיקי מינרלים מחימר המרכיבים את הפצלים.

מאגר נפט וגז לא שגרתי: רישום זה ממחיש את הטכנולוגיות החדשות המאפשרות פיתוח שדות נפט וגז טבעי לא שגרתיים. בשדות הגז הללו הנפט והגז מוחזקים במפצלים או ביחידת סלע אחרת שהיא בלתי חדירה. כדי לייצר נפט או גז זה, יש צורך בטכנולוגיות מיוחדות. האחת היא קידוח אופקי, ובו חורג באר אנכית לאופקית כך שתחדור למרחק רב של סלע מאגר. השנייה היא שבר הידראולי. בעזרת טכניקה זו, חלק מהבאר אטום ונשאבים מים כדי לייצר לחץ גבוה מספיק כדי לשבור את הסלע שמסביב. התוצאה היא מאגר שבר מאוד שחדרו אורך ארוך של נשא באר.

שמן לא שגרתי וגז טבעי

בסוף שנות התשעים פיתחו חברות קידוחי הגז הטבעי שיטות חדשות לשחרור נפט וגז טבעי שנכלאים בחללי הנקבוביות הזעירים של פצלים. תגלית זו הייתה משמעותית מכיוון שהיא פתחה חלק ממפקדות הגז הטבעי הגדולות בעולם.

פצפית ברנט מטקסס הייתה שדה הגז הטבעי העיקרי שפותח בסלע מאגרי פצלים. הפקת דלק משכונת ברנט הייתה אתגר. חללי הנקבוביות בפצלים הם כה זעירים עד שהגז מתקשה לעבור דרך הפצלים ולתוך הבאר. מקדחים גילו כי הם יכולים להגדיל את חדירות הפצלים על ידי שאיבת מים במורד הבאר תחת לחץ שהיה מספיק גבוה בכדי לשבור את הפצלים. שברים אלה שיחררו חלק מהגז מחללי הנקבוביות ואפשרו לאותו גז לזרום לבאר. טכניקה זו ידועה בשם "שבר הידראולי" או "הידרופרינגינג".

המקדחים למדו גם כיצד לקדוח למפלס הפצלים ולהפוך את הבאר ב -90 מעלות לקידוח אופקית דרך יחידת הסלע פצלי. זה ייצר באר עם "אזור שכר" ארוך מאוד דרך סלע המאגר (ראה איור). שיטה זו ידועה בשם "קידוח אופקי."

קידוחים אופקיים ושבר הידראולי חוללו מהפכה בטכנולוגיית הקידוח וסללו את הדרך לפיתוח מספר שדות ענק בגז טבעי. אלה כוללים את פצלי מרסלוס באפלאצ'ים, פצלי היינסוויל בלואיזיאנה ושפת פייטוויל בארקנסו. מאגרי פצלים אדירים אלה מחזיקים מספיק גז טבעי שישרת את כל צרכיה של ארצות הברית במשך עשרים שנה ויותר.

פצלי לבנים ואריחים: פצלי משמש כחומר גלם לייצור סוגים רבים של לבנים, אריחים, צינורות, כלי חרס ומוצרים אחרים המיוצרים. לבנים ואריחים הם חלק מהחומרים המשומשים ביותר והמבוקשים ביותר לבניית בתים, קירות, רחובות ומבנים מסחריים.

פצלים נהגו לייצר טיט

לכל אחד יש קשר עם מוצרים העשויים מפצלים. אם אתם גרים בבית לבנים, נוהגים בדרך לבנים, גרים בבית עם גג רעפים או שומרים על צמחים בעציצי "טרה קוטה", יש לך קשר יומיומי עם פריטים שכנראה היו עשויים מפצלים.

לפני שנים רבות אותם פריטים היו עשויים מחימר טבעי. עם זאת, השימוש הכבד התרוקן למרבית מרבצי החימר הקטנים. היצרנים זקוקים למקור חדש של חומרי גלם, וגילו עד מהרה כי ערבוב של פצלים טחונים דקים עם מים יפיק חימר שלעתים קרובות היה לו תכונות דומות או מעולות. כיום, רוב הפריטים שהופקו בעבר מחימר טבעי הוחלפו בפריטים כמעט זהים המיוצרים מחימר המיוצרים על ידי ערבוב של פצלים טחונים דק עם מים.

ערכות רוק ומינרלים: השג ערכת סלע, ​​מינרלים או מאובנים כדי ללמוד יותר על חומרי כדור הארץ. הדרך הטובה ביותר ללמוד על סלעים היא לספק דגימות לבדיקה ובדיקה.

פצלים נהגו לייצר מלט

מלט הוא חומר נפוץ נוסף שלרוב מיוצר בעזרת פצלים. כדי לייצר מלט מחממים אבן גיר ושפצלים לטמפרטורה גבוהה מספיק בכדי להתאדות מכל המים ולפרק את הגיר לתחמוצת סידן ופחמן דו חמצני. הפחמן הדו-חמצני אבוד כפליטה, אך תחמוצת הסידן בשילוב פצלי המחומם הופכת אבקה שתתקשה אם תתערבב במים ותאפשר לייבשה. מלט משמש לייצור בטון ומוצרים רבים אחרים לענף הבנייה.

פצלי שמן: סלע המכיל כמות משמעותית של חומר אורגני בצורת קרוגן מוצק. עד 1/3 מהסלע יכול להיות חומר אורגני מוצק. דגימה זו רוחבה כארבעה סנטימטרים.

פצלי שמן

פצלי שמן הוא סלע המכיל כמויות משמעותיות של חומר אורגני בצורה של קרוגן. עד 1/3 מהסלע יכול להיות קרוגן יציב. ניתן לחלץ פחמימנים נוזלים וגזים מפצלי שמן, אך יש לחמם את הסלע ו / או לטפל בו בממסים. זה בדרך כלל יעיל הרבה פחות מקידוח סלעים שיניבו נפט או גז ישירות לבאר. מיצוי הפחמימנים מפצלי שמן מייצר פליטות ומוצרי פסולת הגורמים לחששות סביבתיים משמעותיים. זו אחת הסיבות לכך שלא נעשה שימוש אגרסיבי במפקדי פצלי השמן הנרחבים בעולם.

פצלי שמן עונים בדרך כלל להגדרת תשחץ "פצלים" בכך שהוא "סלע למינציה המורכב לפחות מ -67% מינרלים מחימר." עם זאת, לעיתים הוא מכיל מספיק חומר אורגני ומינרלים קרבונטיים שמינרלים מחימר מהווים פחות מ- 67% מהסלע.

דגימות ליבת פצלי: כשנקדחים פצלים לצורך הערכה של נפט, גז טבעי או משאבים מינרליים, לרוב מחלים ליבת מהבאר. לאחר מכן ניתן לבדוק את הסלע בליבה כדי ללמוד על הפוטנציאל שלו וכיצד עשוי המשאב להתפתח בצורה הטובה ביותר.

הרכב פצלי

פצלי הוא סלע המורכב בעיקר מדגני מינרלים בגודל חימר. הדגנים הזעירים הללו הם בדרך כלל מינרלים מחימר כמו אילייט, קאוליניט וסמיטיט. פצלי בדרך כלל מכילים חלקיקים מינרליים אחרים בגודל חימר, כגון קוורץ, צ'רט וכדורי שדה. מרכיבים אחרים עשויים לכלול חלקיקים אורגניים, מינרלים קרבונט, מינרלים של תחמוצת ברזל, מינרלים גופרתיים ודגני מינרלים כבדים. "המרכיבים האחרים" הללו בסלע נקבעים לרוב על ידי סביבת התמקדות של פצלים, ולעתים קרובות הם קובעים את צבע הסלע.

פצלי שחור: פצלי שחור עשירים אורגניים. גז ושמן טבעי נלכדים לעיתים בחללי הנקבוביות הזעירות של פצלי מסוג זה.

צבעי פצלי

כמו רוב הסלעים, צבע הפצלים נקבע לרוב על ידי נוכחותם של חומרים ספציפיים בכמויות קלות. רק אחוזים בודדים מחומרים אורגניים או ברזל יכולים לשנות באופן משמעותי את צבע הסלע.

גז פצלים מנגן: מאז סוף שנות התשעים פותחו בהצלחה עשרות פצלים אורגניים שחורים שלא היו מניבים בעבר לשדות גז יקרי ערך. עיין במאמר: "מה זה פצלי גז?"

פצלי שחור ואפור

צבע שחור בסלעי משקע כמעט תמיד מצביע על נוכחות של חומרים אורגניים. רק חומרים אורגניים של אחוז או שניים יכולים להעניק לסלע צבע אפור כהה או שחור. בנוסף, צבע שחור כמעט תמיד מרמז על כך שהפצלים שנוצרו משקעים שהופקדו בסביבה חסרת חמצן. כל חמצן שנכנס לסביבה הגיב במהירות עם הפסולת האורגנית המתרקבת. אם הייתה כמות גדולה של חמצן, הרי שהפסולת האורגנית הייתה מתפוררת. סביבה דלה בחמצן מספקת גם את התנאים המתאימים ליצירת מינרלים גופרתיים כמו פיריט, עוד מינרל חשוב שנמצא ברוב הפצלים השחורים.

נוכחותם של פסולת אורגנית בשפצלים שחורים הופכת אותם למועמדים לייצור נפט וגז. אם החומר האורגני נשמר ומחומם כראוי לאחר הקבורה, עשוי להפיק שמן וגז טבעי. פצלי ברנט, פצלי מרקלוס, פצלי היינסוויל, פיילת פייטוויל וסלעים אחרים המייצרים גז הם כולם פצלים אפורים כהים או שחורים שמניבים גז טבעי. לייק-לייק של צפון דקוטה ופיילד הנשר של טקסס הם דוגמאות לשפצלים המניבים נפט.

פצלים אפורים מכילים לפעמים כמות קטנה של חומר אורגני. עם זאת, פצלים אפורים יכולים להיות גם סלעים המכילים חומרים רעילים או פשוט מינרלים מחימר המביאים לצבע אפור.

אוטיקה ומרקלוס לייק: שניים מפצלי אורגניים שחורים באגן אפלאצ'י, נחשבים להכיל מספיק גז טבעי בכדי לספק את ארצות הברית למשך מספר שנים. אלה הם פצלי מרסלוס ואיילה פצלי.

אדום, חום וצהוב

מפצלים המופקדים בסביבות עשירות חמצן מכילים לעתים קרובות חלקיקים זעירים של תחמוצת ברזל או מינרלים מהידרוקסיד ברזל כמו המטיט, גתיט או לימוניט. רק אחוזים בודדים מהמינרלים הללו המופצים דרך הסלע יכולים לייצר את הצבעים האדומים, החומים או הצהובים המוצגים על ידי סוגים רבים של פצלים. נוכחות המטיט יכולה לייצר פצלי אדום. נוכחות של לימוניט או גתיט יכולה לייצר פצלי צהוב או חום.

פצלי ירוק

לעתים מופיעים פצלים ירוקים. זה לא אמור להפתיע מכיוון שחלק ממינרלי החימר והמיקרונים המרכיבים חלק גדול מנפח הסלעים הללו הם בדרך כלל צבע ירקרק.

פצלי גז טבעי: בתוך פחות מעשר שנים, פצלי הרקיעה זכו לגדולה בתחום האנרגיה. שיטות קידוח ופיתוח בארות חדשות כמו שבר הידראולי וקידוח אופקי יכולות להקיש על הנפט והגז הטבעי שנלכד בתוך המטריקס הצפוף של פצלים אורגניים.

תכונות הידראוליות של פצלי

תכונות הידראוליות הן מאפיינים של סלע כמו חדירות ונקבוביות המשקפות את יכולתו להחזיק ולהעביר נוזלים כמו מים, נפט או גז טבעי.

לפצלי גודל חלקיקים קטן מאוד, כך שהמרווחים הביניים הם קטנים מאוד. למעשה הם כה קטנים עד כי נפט, גז טבעי ומים מתקשים לעבור דרך הסלע. לפיכך, פצלים יכולים לשמש סלע כובע למלכודות נפט וגז טבעי, וזה גם אזור מים החוסם או מגביל את זרימת מי התהום.

למרות שהמרחבים הביניים בתחלוחי פצלים הם קטנים מאוד, הם יכולים לתפוס נפח משמעותי של הסלע. זה מאפשר לפצלי להחזיק כמויות משמעותיות של מים, גז או נפט, אך לא יוכל להעביר אותם ביעילות בגלל החדירות הנמוכה. תעשיית הנפט והגז מתגברת על מגבלות פצלים אלה באמצעות קידוחים אופקיים ושברים הידראוליים ליצירת נקבוביות וחדירות מלאכותית בתוך הסלע.

לחלק ממינרלי החימר המופיעים בפצלים יש יכולת לספוג או לספוג כמויות גדולות של מים, גז טבעי, יונים או חומרים אחרים. מאפיין זה של פצלים יכול לאפשר לו להחזיק או לשחרר נוזלים או יונים באופן סלקטיבי ועקשני.

מפת קרקע רחבה: הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית הכין מפת קרקע רחבה כללית עבור 48 המדינות התחתונות.

מאפיינים הנדסיים של קרקעות פצלים

מפצלים וקרקעות הנגזרים מהם הם חלק מהחומרים הבעייתיים ביותר שניתן לבנות עליהם. הם נתונים לשינויים בנפח ובמיומנות ההופכים אותם בדרך כלל למצעי בנייה לא מהימנים.

מפולת אדמה: פצלי הוא סלע שנוטה למפולות אדמה.

קרקע רחבה

למינרלי החימר בכמה קרקעות הנגזרים מפצלים יש יכולת לספוג ולשחרר כמויות גדולות של מים. שינוי זה בתכולת הלחות מלווה בדרך כלל בשינוי נפח שיכול להגיע לכמה אחוזים. חומרים אלה נקראים "קרקעות מתרחבות". כאשר קרקעות אלה נרטבות הם מתנפחים, וכשהם מתייבשים הם מתכווצים. בניינים, כבישים, קווי שירות או מבנים אחרים המונחים על חומרים אלה או בתוכם יכולים להיחלש או להיפגע על ידי הכוחות ותנועת שינוי הנפח. קרקעות נרחבות הן אחד הגורמים השכיחים ביותר לפגיעה בבסיס במבנים בארצות הברית.

דלתא פצלי: דלתא היא משקע משקע שנוצר כאשר נחל נכנס לגוף מים עומד. מהירות המים של הנחל יורדת לפתע והמשקעים המובלים מתיישבים לתחתית. הדלטות הן היכן שהופק הנפח הגדול ביותר של בוץ כדור הארץ. התמונה למעלה היא תצפית לווינית על הדלתא של מיסיסיפי, המציגה את ערוצי התפוצה שלה ואת מרבצי הבין-חלוקה. המים הכחולים הבהירים המקיפים את הדלתא עמוסי משקעים.

יציבות מדרון

פצלי הוא הסלע הקשור לרוב במפולות אדמה. בליה הופכת את הפצלים לאדמה עשירה בחימר שבדרך כלל חוזק גזירה נמוך במיוחד - במיוחד כשהוא רטוב. כאשר חומרים אלה בעלי חוזק נמוך הם רטובים על צלע תלולה, הם יכולים לנוע לאט או במהירות במורד המדרון. עומס יתר או חפירה על ידי בני אדם יגרמו לרוב לכישלון.

פצלים על מאדים: פצלי הוא גם סלע נפוץ מאוד במאדים. תמונה זו צולמה על ידי מצלמת התורן של רובר הסקרנות של מאדים. זה מראה פצפלי שקע דקים עם מצע המצטבר במכתש גייל. הסקרנות קידחה חורים בסלעי מכתש גייל וזיהתה מינרלים מחימר בגזם. תמונת נאס"א.

סביבות של תמצית פצלים

הצטברות בוץ מתחילה עם בליה כימית של סלעים. בליה זו מפרקת את הסלעים למינרלים מחימר וחלקיקים קטנים אחרים שהופכים לרוב לחלק מהאדמה המקומית. סופת גשמים עשויה לשטוף חלקיקי אדמה זעירים מהאדמה ולנחלים ולהעניק לזרמים מראה "בוצי". כאשר הנחל מאט או נכנס לגוף עומד של מים כמו אגם, ביצה או אוקיינוס, חלקיקי הבוץ מתיישבים לתחתית. אם לא יפריעו ונקברו, הצטברות בוץ זו עשויה להפוך לסלע משקע המכונה "אבן בוץ". כך נוצרים מרבית הפצלים.

תהליך יצירת הפצלים אינו מוגבל לכדור הארץ. שוחרי מאדים מצאו המון גושים על מאדים עם יחידות סלע משקע שנראות ממש כמו פצלים שנמצאו על כדור הארץ (ראו תמונה).