شیل مطابق تعریفسنگ آواریدانه ریزی است که خیلی به سهول تورقه ورقه و یا در امتداد سطوح معینی خرد و شکسته میشود .باید توجه داشت که در سنگهای رسوبی (غیر آهکی) معمولا مقدار پتاسیم بیشتر از سدیم است، مقدار CO در آنها کم میباشد و مقدار Al2O3 معمولا زیاد است. در شیلها مقادیر متفاوتی کلریت ، سیلیس آواری یا کلوئیدی ، مقدار کمی کلسیت به صورت سیمان و گاهی هم فسیل وجود دارد. کانیهای فرعی آواری به صورت سوزنهای روتیل ، زیرکن و غیره نیز در شیلها دیده میشود. سدیم به صورت آلبیت آواری و در آب همزاد دلفل رسوبات و همچنین یونهای جانشین شده در سایر کانیها وجود دارد.
اولین تغییر مشهود در کانیهای شیل معمولی تبلور مجدد ایلیت و کانیهای رسی کلریتی و پیدایش موسکویت و کلریت است و همزمان با آن کلسیت با کانیهای رسی ترکیب شده و اپیدوت و زوئیزیت میدهد (که نوع آن بستگی به مقدار آهن موجود دارد). کوارتز ، آلبیت و کانیهای فرعی تبلور مجدد یافته، اثر فابریک رسوبی از بین می رود. در مرحله بعد موسکویت و کلریت ترکیب شده و بیوتیت به وجود می آید. در مرحله پیشرفته تر کلریت باقیمانده به آلماندن تبدیل میشود و در نتیجه آن در مراحل اول MgO آزاد میگردد. باید توجه داشت که در هر تغییری کلیه کانیهای سنگ وارد فعل وانفعال میشود و هیچ واکنشی که از ترکیب دو کانی یا تجزیه یک کانی نتیجه میگردد، خودکفا نیست.
تقسیم بندی شیلها
شیلها را از روی کانیهای سیلتی موجود در آنها طبقه بندی میکنند و از اینرو میتوان آنها را به چهار دسته تقسیم کرد. در مورد شیلهای ریز دانه که فاقد دانههای سیلتی است، یا تجزیه شیمیایی آنها را مبنای تقسیم بندی قرار میدهند و یا این که آنها را از روی طبقات ماسه سنگی که همراه آنها وجود دارد طبقه بندی میکنند و اگر بخواهیم آنها را خیلی دقیق طبقه بندی کنیم بایستی بوسیله اشعه ایکس نوع کانی رسی آنها را معلوم کرده از روی آن طبقه بندی نماییم. مهمترین انواع شیل عبارتند از :
● شیلهای سیلیسی (Quartzose Shale)
قسمت عمده این سنگها از دانههای ریز کوارتز که دارای ابعاد سیلت میباشد، تشکیل شده است. دانههای فلدسپاتی معمولا نادر است ولی سیمان این شیلها ممکن است آهکی ، گلوکونیتی ، آهندار و یا کربندار باشد. رنگ این شیلها معمولا سبز تا خاکستری است و گاهی هم به رنگهای قهوهای، قرمز و سیاه دیده میشود. این شیلها معمولا مثل ارتوکوارتزیتهای سیلیسی معرف پیشروی دریاست.
● شیلهای فلدسپاتی (Feldspathic Shales)
شیلهای فلدسپاتی که گاهی هم آنها را شیلهای کائونیتی مینامند همیشه دارای بیش از ۱۰% فلدسپات است و ماتریکس آنها از کائولنیت یا کانیهای رسی تشکیل شده است. این شیلها از نظر اندازه در حد سنگها سیلتی ماسهای تا سیلتهای رسی میباشند و گاهی هم دانهها درشت تر هستند. این شیلها از نظر اندازه معمولا همراه با آرکوزوها دیده میشود. رنگ این سنگها معمولا خاکستری ، سبز ، قرمز و شکلاتی است.
فلدسپاتها
فلدسپاتها مهمترین کانیهای سنگی آذرین محسوب میشوند. فلدسپاتها به سه گروه کلسیت ، پتاسیک و سدیک تقسیمبندی میشوند. آنورتیت به فرمول شیمیایی (CaAl2Si2O8) فلدسپات نوع کلسیت استو آلبیت به فرمول شیمیایی (NaAlSi3O8) فلدسپات نوع سدیک و پتاسیم فلدسپات به فرمول شیمیایی (KAlSi3O8) فلدسپات نوع پتاسیک آن است.
چند ریختیهای پتاسیم فلدسپات عبارتند از : سانیدین ، ارتوکلاز ، سیکروکلین و آدولاریا. آنوتیت و آلبیت به این امتیاز که میتوانند جانشین شوند و در ساختمان کانی پلاژیوکلاز شرکت میکنند، میان فلدسپات سدیم (آلبیت) و فلدسپات پتاسیم ، جانشینی محدرودی وجود دارد و فلدسپاتهای این سری به انواع آلکانی فلدسپاتها شهرت دارند.
ساختار فلدسپاتها
ساختار فلدسپات همانند ساختار چند ریختیهای گوناگون SiO4 و همچنین AlO4 تشکیل شده است. ساختار فلدسپاتها را میتوان حالت پرشده ساختارهای SiO2 از راه ورود AL به شبکه چهاروجهی و همزمان با آن جایگزینی Na+ (یا K+ یا Ca2+) در حفرههای موجود فرض کرد. هنگامی که فقط یک Si4+ بوسیله Al3+ جانشین میشود، ساختار میتواند با ورود یک K+ یا یک Na+ خنثی شود.
به همین ترتیب وقتی Si4+ توسط Al3+ جانشین میشود، بار الکترواستاتیکی شبکه میتواند توسط یک کاتیون دوظرفیتی مانند Ca2+ موازنه شود. اینکه یک فلدسپات دمای بالای اولیه خاصی ، ساختار دمای بالای (بینظم) خود را حفظ کرده یا (در اثر سرد شدن) به ساختار دمای پایینتر (منظمتر) تبدیل میشود، تا حد زیادی تحت تاثیر آهنگ سرد شدن فرآیند است. میکروکلین در واقع مشخصه سنگهای عمیق و پگماتیتها ، ارتوکلاز مشخصه سنگهای نفوذی شکلیافته در دماهای حد واسط و سانیدین مشخصه گدازهای خروجی دما بالاست. ساختار عمومی اعضا سری پلاژیوکلاز بسیار شبیه میکروکلین است.
ترکیب فلدسپاتها
سری فلدسپاتهای قلیایی (NaAlSi3O8 تا KAlSi3O8) محلول جامد کاملی را فقط در دماهای بالا نشان میدهند. برای مثال اعضای سری سانیدین- آلبیت دمابالا ، در دماهای زیاد پایدار است، اما در دماهای پایین دو فاز مجزای آلبیت دماپایین و میکروکلین پایدار میشوند. تنها محلول بسیار محدودی بین KAlSi3O2 (میکروکلین) و CaAl2Si2O8 (آنورتیت) وجود دارد. با این حالب یک محلول جامد اساسا کامل در دمای بالا در سری پلاژیوکلاز (NaAlSi3O8 تا CaAl2Si2O8)وجود دارد.
فلدسپاتهای پتاسیم
میکروکلین
دارای فرمول شیمیایی KAlSi3O8 میباشد. میکروکلین یکی از سازندههای مهم در سنگهای آذرینی مانند گرانیتها و سینیتها که به کندی و در عمق زیاد سرد شدهاند، میباشد. در سنگهای رسوبی در آرکوز و کنگلومرا و در سنگهای دگرگونی در گناسیها یافت میشود. ارتوکلاز
دارای فرمول شیمیایی KAlSi3O8 میباشد. یکی از سازندههای اصلی در گرانیتها ، گرانودیوریتها و سینیتهایی است که در عمق متوسط و نسبتا سریع سرد شدهاند. در گرانیتها و سینیتهایی که کندتر سرد شدهاند، میکروکلین فلدسپات پتاسیم شاخص است.
سانیدین
دارای فرمول شیمیایی K,Na)AlSi3O8) میباشد. محلول جامد کاملی در دمای بالا بین سانیدینو آلبیت دمابالا وجود دارد. به صورت متوکرسیت در سنگهای آذرین بیرونی مانند ریولیتها و تراکیتها یافت میشود. سانیدین مشخصه سنگهایی است که در هنگام فوران ، دمای بالایی داشته و به سرعت سرد شدهاند. بسیاری از سانیدینها نهان پرتیتی هستند.
فلدسپاتهای پلاژیوکلاز
فلدسپاتهای پلاژیوکلاز در دماهای بالا، سری محلول جامد اساس کاملی از آلبیت (Ab)خالص ، Na AlSi3O8 ، تا آنورتیت (An) خالص ، CaAl2Si2O8 ، تشکیل میدهند. فلدسپاتهای پلاژیوکلاز به عنوان کانیهای سنگ ساز ، نسبت به فلدسپاتهای پتاسیم توزیع گستردهای داشته و فراوانتر هستند و در سنگهای آذرین ، دگرگونی و کمتر از آنها در سنگهای رسوبی یافت میشوند.
موارد مصرف فلدسپاتها
آلکانی فلدسپاتها مصارف صنعتی فراوانی دارند، ولی کاربرد صنعتی پلاژیوکلازها اندک است. آلکانی فلدسپاتها همراه با گرانیتها ، آپلیتها ، آراسکیتها و رگههای کوارتز فلدسپات پیدا میشوند. آلکانی فلدسپاتها از پگماتیتها به روش نمک جوری جدا میشوند. در حالی که تهیه آنها از گرانیتها، آپلیتها و الاسکیتها به روش فلوتاسیون انجام میگیرد. میکاوتورمالین از جمله کانیهای مزاحم آنها به حساب میآیند.
از فلدسپات سدیک به سبب این که دمای ذوب پایین ( cْ 115 ) چسبندگی مکم و سایر موارد در تهیه انواع لباسها و شیشه استفاده میکنند، حال آنکه فلدسپات پتاسیک در اکثر موارد به عنوان کمک ذوب و ماده اصلی سازنده ساختههای سرامیکی کاربرد دارد. از آن جا که میزان مصرف فلدسپات پتاسیک در سطح بالاتری قرار دارد، ارزش اقتصادی آن نیز از فلدسپات سدیک بیشتر است.
در حدود 65 درصد از آلکالی فلدسپاتها در صنایع شیشه سازی ، 30 درصد در صنایع سرامیک و 5 درصد دیگر به عنوان پرکننده و دیگر موارد به مصرف میرسد. در صنایع شیشه سازی از فلدسپات برای تامین آلومینیوم و سدیم مورد نیاز شیشه استفاده میشود. در ساخت انواع محصولات سرامیکی از آلکانی فلدسپات بهره میبرند
شیلهای کلریتی (Chloritic shales)
این سنگها نظیر فیلارنایتها بوده اکثرا همراه آنها دیده میشوند. در این شیلها همیشه فلدسپات وجود دارد و مقدار آن ممکن است بیش از کوارتز باشد و کلریت در ماتریکس سنگ دیده شود. این سنگها معرف فرسایش شدید در مناطق کوهزایی هستند.
| کلریت - تجمع فلس های ظریف آبی تیره |
| کلریت(Chlorite) | Fe-Mg | مونوکلینیک | سیستمتبلور | سیلیکات | رده بندی | /بسیار خوب - /001 | رخ | شیشهای - صدفی | جلا | | شکستگی | شفاف- نیمه شفاف | شفافیت | | نوعسختی | | خاصیت مغناطیسی | بلور- تجمع توده ای- فلسی - دانه ای | اشکال ظاهری | فراوان ; مانند کانیهای تشکیل دهنده سنگها | ژیزمان | | خواص شیمیایی | ناپایدار | ترکیب شیمیایی | سبز- سبز تیره - قرمز - بنفش - سفید | رنگکانی | سفید تا سبز روشن | رنگاثر خط | | تفاوت با کانی های مشابه | | تشابه کانی شناسی | کلسیت - روتیل - کوارتز و غیره | پاراژنز | ماگمائی- دگرگونی- هیدروترمال- رسوبی | منشا تشکیل | ورقهای | شکلبلورها | | کاربرد | Zillertal اتریش | محل پیدایش | .قابل انعطاف ولی غیر قابل ارتجاع | سایر مشخصات | .به معنی سبز گرفته شده استKhloros از کلمهیونانی | وجهتسمیه |
|
سختی | چگالی | حداقل | حداکثر | حداقل | حداکثر | 2 | 2.5 | 2.5 | 4.8 |
|
شیلهای کلریتی (Micaceous Shales)
این سنگها نظیر ساب فیلارنایتها هستند و اکثرا هم همراه آنها دیده میشود. مقدار زیادی ورقههای میکا در این سنگها دیده میشود که غالبا با سریسیت همراه است. رنگ این سنگها معمولا خاکستری یا خاکستری قهوهای است ولی گاهی نیز به رنگهای قرمز و سبز نیز دیده میشوند.
میکا
اعضای گروه میکا از روی رخ قاعدهای کامل خود به آسانی قابل تشخیص هستند. ترکیب شیمیایی هر یک از نمونهها میتواند بسیار پیچیده باشد، اما فرمول کلی را میتوان برای تمام اعضای گروه نوشت. در این فرمول W معمولا پتاسیم است (در پاراگونیت ) ، و نشان دهنده و ، ، ، و نشان دهنده و و نسبت به عمدتا حدود 3 به 1 است. انواع مختلف میکا معمولا گروههای ایزومورف (همشکل) تیپیکی را نشان میدهند، اما روابط فازی این گروهها تا به حال بطور کامل تعیین نشده است.
انواع میکا
در بیشتر موارد دو عضو از گروه به موازات یکدیگر متبلور میشوند. در این رابطه بیوتیت با مسکویت متبلور میشود. مسکویت و لپیدولیت و به همین ترتیب الی آخر. در لیستی که به دنبال میآید، فرمولها بطور ایدهآل ساده شدهاند تا بتوانند با ساختار تعیین شده در مطالعات اشعه ایکس جور در بیایند.
مسکویت
پاراگونیت
فلوگوپیت
بیوتیت
لپیدولیت
شمای ساختاری میکاها
واحدهای اصلی ، یعنی چهار وجهیهای هر کدام از سه راس به چهار وجهیهای مجاور متصل بوده و تشکیل یک صفحه را میدهند. بنابراین هر چهار وجهی دارای 3 اکسیژن متصل و یک اکسیژن آزاد است. بدین ترتیب ترکیب و ظرفیت را میتوان به صورت نمایش داد. دو صفحه از این چهار وجهیها طوری به یکدیگر متصل میشوند که نوک چهار وجهیها به طرف داخل قرار داشته باشند. نوک برجسته این چهار وجهیها در مسکویت به وسیله Al و در فلوگوپیت و بیوتیت به وسیله Fe و Mg به یکدیگر وصل میشود.
گروههای هیدروکسیل در ساختار جای گرفته و به Al و Mg و یا فقط Fe متصل میشوند. بدین ترتیب که یک جفت صفحه محکم بوجود میآید که قاعده چهار وجهیها در دو طرف بیرونی صفحات میباشد. ساختمان میکا یک توالی از این گونه جفت صفحات است که بین هر دو جفت صفحه پتاسیم قرار میگیرد.
سنگهای محتوی میکا
میکای رایج سنگهای آذرین بیوتیت است.
مسکویت در بعضی از گرانیتها وجود دارد.
لپیدولیت در محدودی از گرانیتها گزارش شده است، اما توزیع تیپیک آن در پگماتیتهای گرانیتی است.
فلوگوپیت گاهی اوقات در سنگهای غنی از منیزیم و فقیر در آهن مانند پریدوتیتها یافت میشود، اما در سنگ آهکهای دگرگون شده و در برخی از پگماتیتها بطور رایجتری یافت میشود.
پاراگونیت کانی کمیاب در شیستها است.
علت فراوانی بیوتیت در سنگهای آذرین
علت رخداد رایج بیوتیت در سنگهای آذرین که در مقابل محدود بودن مسکویت به پگماتیتها و بعضی از سنگهای آذرین قرار دارد و به وسیله تحقیقات یودر (yoder) و یوگستر (Eugster) مشخص شده است. این دو محقق دریافتند که منحنی پایداری فلوگوپیت حدود 300 درجه سانتیگراد بالاتر از منحنی پایداری مسکویت قرار داشته و بسیار بالاتر از منحنی حداقل نقطه ذوب گرانیت قرار دارد. معنای این حرف این است که بلور فلوگوپیت (و بیوتیت) میتوانند بطور مستقیم در دماهای عادی تبلور از ماگما متبلور شوند.
از طرف دیگر ، منحنی پایداری مسکویت زیر منحنی حداقل نقطهای ذوب گرانیت در فشار پایین قرار داشته و این منحنی را در حدود 700 درجه سانتیگراد و 1500 اتمسفر فشار بخار آب قطع میکند. بنابراین حضور مسکویت در گرانیتها مبین تبلور در فشار زیاد بخار آب ، یا به عبارت دیگر ، عمق قابل ملاحظه میباشد. تفسیر دیگر حضور مسکویت این است که بگوییم مسکویت پس از تبلور سنگ در آن بوجود آمده است.
ترکیب شیمیایی بیوتیت
ترکیب شیمیایی بیوتیتهای سنگهای آذرین به شدت متغیر است. منیزیم و آهن فرو میتوانند بطور کامل جانشین یکدیگر شوند و تمام انواع این گونه بیوتیت شناخته شده است، از بیوتیت بدون آهن (فلوگوپیت) گرفته، تا انواعی که تمام منیزیم در آنها به وسیله آهن جایگزین شده است. آهن فریک میتواند نصف یا مقدار بیشتری از آلومینیوم دارای کوردیناسیون شش را جایگزین شود.
بخشی از هیدروکسیل میتواند به وسیله فلوئور جایگزین شود. اگر چه آنالیز اکثر بیوتیتهای آذرین فقط مقدار کمی از این عنصر را نشان میدهد، مقادیر ناچیزی از Ca ، Na ، Li ، Ti ، Mn نیز از تجزیه بیوتیتها گزارش شدهاند. در مورد عناصر نادرتر Cs ، Rb ، Ni ، Cr ، Ba نیز دیده شدهاند. روند عمومی از بیوتیتهای غنی در منیزیم سنگهای اولترا بازیک تا بیوتیتهای غنی در آهن گرانیتها و سیانیتهای نفلیندار وجود دارد.
آلومینیوم در میکا
مقدار آلومینیوم در بیوتیت گرانیتها و پگماتیتها در بیشترین حد خود و در بیوتیت سنگهای اولترا بازیک در کمترین حد خود است، سیلسیم رابطه معکوس با آلومینیوم دارد.
شیلهاي نفتی Oil Shales
شیلهای نفتی (Oil Shales) گروه متنوعی از سنگها هستند که دارای مواد آلی بوده و بیشتر در حلالهای آلی غیر قابل حل میباشند، ولیکن میتوان بوسیله حرارت دادن (تقطیر) آنها را استخراج کرد. مواد آلی عمدتا کروژن است، ولیکن ممکن است بیتومن نیز داشته باشند. مقدار نفتی که میتوان استخراج کرد از حدود ۴% تا بیش از ۵۰ درصد وزن سنگ در تغییر است، یعنی بین ۱۰ و ۱۵۰ گالن نفت در هر تن سنگ یا ۵۰ تا ۷۰ لیتر در هر هزار کیلوگرم است. شیلهای نفتی دارای مقادیر قابل توجهی مواد غیر آلی هستند که عمدتا از کوارتز در اندازه سلیت و کانیهای رسی تشکیل شدهاند.
بیشتر مواد آلی در شیلهای نفتی ، به صورت ذرات پراکنده میباشد و به نحوی دگرسان شدهاند، موجوداتی که آنها را تشکیل دادهاند قابل تشخیص نیستند. در بسیاری از شیلهای نفتی بقایای جلبک و اسپورهای جلبکی فراوانند. بنابراین ، فرض بر این است که بیشتر مواد آلی دارای منشا جلبکی باشند. در حال حاضر توجه نسبتا زیادی به شیلهای نفتی میشود چون آنها یک منشا سوخت فسیلی هستند و ممکن است به جایگزینی ذخائر نفتی که انتظار اتمام آن میرود، کمک کند. شیلهای نفتی همچنین پتانسیل سنگهای مولد نفت هستند.
مواد آلی تشکیل دهنده شیلهای نفتی
بیشتر مواد آلی در شیلهای نفتی ، بقایای جلبک و اسپورهای جلبکی فراوانند. بنابراین ، فرض بر این است که بیشتر مواد آلی دارای منشا جلبکی باشند. خردههای دانه ریز گیاهان کاملتر و مگااسپورها نیز ممکن است یک جز تشکیل دهنده مهم باشند. شکل تیپیک رسوبی در بسیاری از شیلهای نفتی وجود لامیناسیون مشخص ، در مقیاس میلیمتر ، تناوبی از لامینههای آواری و آلی میباشد.
شکوفایی فصلی یا سالیانه جلبکهای پلانکتونیک ، غالبا به عنوان بوجود آورنده لامیناسیون ریتمیک در نظر گرفته میشود. همانند تشکیل زغال ، شرایط هوازی برای ممانعت از اکسیداسیون مواد آلی و احیا تجزیه باکتریائی مورد نیاز است. بنابراین بیشتر شیلهای نفتی در تودههای آبی لایهلایه در جایی که آبهای سطحی اکسیژندار اجازه رشد پلانکتونها و آبهای احیایی کف اجازه حفظ شدن مواد آلی را میدهد، تشکیل میشوند.
نوع کروژن در شیلهای نفتی
کروژن در شیلهای نفتی عمدتا از نوع I است که دارای نسبت بالای H/C و نسبت پایین O/C است و عمدتا از مواد جلبکی لیپید (چربیها و اسیدهای چرب) سرچشمه گرفته است، تا اینکه از کربوهیدراتها ، لیگینها یا صمغها باشد. برخی از کروژنها در شیلهای نفتی ، ممکن است از نوع II باشد که از خردههای گیاهان آوندی تشکیل شدهاند. برخی فلزات ، نظیر وانادیوم ، نیکل ، اورانیوم و مولیبدنیوم در شیلهای نفتی فراوانند که با کروژن مخلوط شده یا اینکه به صورت کلات در کروژن هستند.
محیطهای رسوبی شیلهای نفتی
شیلهای نفتی ، در محیطهای دریاچهای و دریایی رسوب کردهاند. شیلهای نفتی در سازند گرین ریور ائوسن حاوی دولومیت و کلسیت بیشتری بوده و به صورت لامینهها یا واروهای ریتمیک هستند. اگر چه قبلا به منشا آبهای نسبتا عمیق نسبت داده میشد، ولیکن در حال حاضر ، تصور بر این است که رسوبگذاری در دریاچههای موقتی ، نسبتا کم عمق که اغلب در معرض خشک شدگی قرار گرفتهاند، صورت گرفته باشد. سیکلهای کوچک مقیاس شیلهای نفتی که به طرف بالا به تبخیریها تبدیل میشود منعکس کننده گسترش مداوم یک دریاچه لایهلایه غیرشور ، به یک دریاچه شور میباشد.
شیل نفتی تشکیل شده از یک گونه منفرد جلبکی در چندین افق در کربونیفر تحتانی دره میدلند در اسکاتلند دریافت میشود. این افقها ، در دریاچههای آب شیرین در یک کمپلکس دلتایی که زغالهای هومیکی نیز گسترش دارند، یافت میشود. چون جلبکهای پلانکتونیک ، منشا اصلی مواد آلی هستند و اینها دارای یک تاریخچه زمین شناسی طولانی هستند، لذا شیلهای نفتی در کامبرین یافت میشوند. برای مثال ، شیل ناساج در میشیگان و وسیکانسین سنی در حدود 1100 میلیون سال دارد.
اهمیت شیل های نفتی از نظر اقتصادی
در حال حاضر ، توجه نسبتا زیادی به شیلهای نفتی میشود چون آنها یک منشا سوخت فسیلی هستند و ممکن است به جایگزینی ذخایر نفتی که انتظار اتمام آن میرود، کمک کند. رسوبات گستردهای از شیلهای نفتی در روسیه ، چین و رزیل یافت میشود و رسوبات با عیار پایین که ممکن است از نظر اقتصادی باارزش شود در تعداد زیادی از کشورهای دیگر جهان یافت میشود. شیلهای نفتی همچنین پتانسیل سنگهای مولد نفت هستند.
منابع:
1-http://daneshnameh.roshd.ir
2-وب سایت مهندسی اکتشاف نفت در ایران
3-http://forum.parsigold.com
4-http://aftab.ir
5-http://iran-eng.com/خ