Schiste argileux

Schiste argileux est un clastique laminé ou fissile Roche sédimentaire celle composée à prédominance de limon et d'argile autre minéraux , notamment quartz ainsi que calcite. Les propriétés caractéristiques du schiste sont les ruptures le long de fines lamelles ou de stratifications ou de stratifications parallèles appelées fissilité. C'est le plus abondant Roche sédimentaire. La composition (limon et argile) du schiste dans une catégorie de roches sédimentaires connu comme argile. Différence entre le schiste et le mudstone, Il est fissile et laminé vu. Roche de schiste facilement en morceaux minces le long des stratifications.

Origine: Détritique/Clastique

Couleur : Noir, Gris

Réservation de groupe: Roche sédimentaire clastique

Texture:     Clastique; Schistes limoneux à grains très fins (< 0.004 mm) . Schistes argileux. Schiste sableux

Composition minéralogique: Schistes feldspathiques, Schistes quartzeux, Schistes micacés

Minéraux: Des minéraux argileux, Quartz

Matériaux de cimentation. Schiste calcaire . Schistes ferrugineux. Schiste siliceux

Environnement de dépôt Plaine inondable, lac (loin du rivage), plateau continental moyen, delta, plat de marée, lagune ou mer profonde

Classement des schistes

Les schistes sont sédimentaires clastiques fissiles roches formé par le transport, le dépôt et le compactage de matériaux détritiques de limon et d'argile. La fissilité de l'argile est sa principale caractéristique distinctive des autres roches sédimentaires. La fissilité est définie comme la propriété d'une roche à se fendre facilement le long de fines couches parallèles étroitement espacées (< 10 mm environ). Ce facteur de fissilité est mis en évidence dans ce qui montre la classification des sédiments et des roches sédimentaires en fonction de la taille des fragments.

Classification basée sur la texture

Les schistes contiennent généralement des particules de limon et d'argile à grains fins (< 0.063 mm). Ils sont donc classés en schistes limoneux ou en schistes argileux, selon que les limons ou les argiles dominent dans les constituants de la roche. Le schiste limoneux et le schiste argileux peuvent être appelés collectivement schistes argileux. Parfois, les schistes peuvent également contenir des quantités appréciables de sable, auquel cas ils peuvent être appelés schistes sableux ou schistes arénacés.

 Classification basée sur la composition minéralogique

Les schistes peuvent être classés en schistes quartzeux, feldspathiques ou micacés selon la prédominance des minéraux quartz, feldspath or petit, respectivement, dans la roche après une analyse XRD appropriée (Pettijohn, 1957).

 Classification basée sur le type de cimentation/matériaux de cimentation.

Les schistes, comme les autres roches sédimentaires, sont cimentés par certains minéraux ou éléments après dépôt et compactage. Le type dominant de matériau de cimentation peut être utilisé dans la classification du schiste, car cela peut affecter les propriétés ou les performances du schiste lorsqu'il est utilisé comme matériau d'ingénierie. Les matériaux de cimentation courants sont la silice, fonte oxyde et calcite ou chaux. En conséquence, les schistes peuvent être classés comme siliceux, ferrugineux ou calcaires (parfois aussi appelés calcaires), respectivement.

Classification basée sur l'environnement de dépôt

 L'environnement sédimentaire de toute roche sédimentaire (y compris le schiste) est une entité géographique naturelle dans laquelle les sédiments sont accumulés et ensuite transformés en roche (Reineck et Singh, 1980). Trois environnements sédimentaires de dépôt sont reconnus, à savoir continental, transitionnel ou marginal et marin. Chaque environnement de dépôt a diverses subdivisions. Les schistes sont généralement déposés dans des environnements de dépôt lacustres (continentaux), deltaïques (de transition) et marins et peuvent donc être classés comme tels ; c'est-à-dire des schistes lacustres, deltaïques et marins (Compton, 1977; Boggs, 1995). Lacustre Cautions se caractérisent par un mélange d'argile, de limon et de sables ; précipités de carbonate inorganique; et divers organismes invertébrés d'eau douce, y compris les bivalves, les ostracodes, les gastéropodes, les diatomées et divers dépôts végétaux. La plupart des dépôts lacustres ont moins de 10 m d'épaisseur. Les dépôts deltaïques sont généralement paraliques (constitués de séquences ordonnées de schistes et de grès formés à la suite d'alternances de transgressions et de régressions marines). Ils sont également caractérisés par une faible profondeur et une concentration de minéraux argileux kaolinite/illite/montmorillonite. Les dépôts du milieu marin sont caractérisés par des séquences rocheuses homogènes (non paraliques), une grande profondeur, un manque d'oxygène et une concentration d'illite/montmorillonite des minéraux argileux. Les schistes de l'environnement de dépôt marin sont généralement de couleur plus foncée et plus riches en plancton marin fossiles que les schistes déposés dans les milieux lacustres et deltaïques.

Classification basée sur la teneur en matière organique

Les schistes peuvent être classés comme carbonés ou bitumineux sur la base de leur teneur en matière organique (Krumbein et Sloss, 1963). La teneur en matière organique des schistes carbonés et bitumineux est généralement supérieure à 10 %. La matière organique induit une coloration noire ou grise des schistes. La couleur noire de certains schistes peut également être due à la présence de sulfure de fer. Lorsque la teneur dominante en matière organique provient de fragments de plantes tels que les grains de pollen, les tiges et les feuilles, le schiste est classé comme carboné et l'environnement de dépôt est généralement continental (lacustre) ou transitionnel (deltaïque ou lagon). Lorsque la teneur dominante en matière organique du schiste provient de fragments d'animaux tels que des fossiles, le schiste est classé comme bitumineux et son environnement de dépôt est généralement deltaïque ou marin. Les schistes carbonés et bitumineux sont des roches mères importantes pour la génération de pétrole pétrole et gaz en fonction de leur quantité / type de teneur en kérogène. Le kérogène est ce schiste de boue lorsqu'il est laminé

Composition du schiste

Les schistes sont composés de limon, de minéraux argileux et de grains de quartz. Généralement typiquement couleur crey. Dans certains cas, la couleur de la roche est différente. Un constituant mineur altère la couleur de la roche. Le résultat du schiste noir contient plus d'un pour cent de matière carbonée et indique un environnement réducteur. Les couleurs rouge, marron et verte indiquent l'oxyde ferrique (hématite – rouges), hydroxyde de fer (goethite – les bruns et limonite – jaune), ou des minéraux micacés (chlore, biotite ainsi que illite – verts).

Les minéraux argileux sont un composant majeur du schiste et d'autres roches similaires. Les minéraux argileux représentés sont pour la plupart kaolinite, montmorillonite et illite. Les minéraux argileux des mudstones du Tertiaire supérieur sont des smectites expansibles alors que dans les roches plus anciennes, en particulier dans les schistes du Paléozoïque moyen à précoce, les illites prédominent. La métamorphose de smectite à l'illite produit de la silice, du sodium, du calcium, du magnésium, du fer et de l'eau. Ces éléments libérés forment du quartz authigène, chert, calcite, dolomite, ankérite, hématite et albite, tous des minéraux traces à mineurs (sauf le quartz) trouvés dans les schistes et autres mudrocks

Matière organique

Matériau carboné composant très important dans les roches schisteuses. C'est la matière organique qui se trouve généralement dans les roches sous forme de kérogène (un mélange de composés organiques à haut poids moléculaire). Bien que le kérogène ne forme pas plus d'environ 1% de tous les schistes, la grande majorité du kérogène se trouve dans les mudstones. Les schistes riches en matière organique (>5%) sont appelés schistes noirs. La couleur noire est donnée à ces roches par la matière organique. La matière organique devrait être décomposée dans des conditions normales par des bactéries, mais une productivité élevée, un dépôt et un enfouissement rapides ou un manque d'oxygène peuvent la préserver. Pyrite est un minéral sulfuré commun dans les schistes noirs. La matière organique et pyrite se produisent ensemble dans la même roche car les deux ont besoin de conditions sans oxygène pour leur formation.

Certains schistes particulièrement riches en matière organique. Ce type de nom de roche est Schiste bitumineux. Le schiste bitumineux peut être utilisé comme combustible fossile, bien qu'il s'agisse d'un combustible relativement "sale" car il contient généralement de nombreux minéraux indésirables (qui ne brûlent pas).

Les schistes et les mudrocks contiennent environ 95% de la matière organique de toutes les roches sédimentaires. Cependant, cela équivaut à moins d'un pour cent en masse dans un schiste moyen. Les schistes noirs, qui se forment dans des conditions anoxiques, contiennent du carbone libre réduit ainsi que du fer ferreux (Fe2+) et soufre (S2−). La pyrite et le sulfure de fer amorphe ainsi que le carbone produisent la coloration noire.

Formation de schiste

La formation de schiste est constituée de fines particules qui peuvent rester en suspension dans l'eau longtemps après que les plus grosses particules de sable se soient déposées. Les schistes sont généralement déposés dans des eaux à mouvement très lent et se trouvent souvent dans les lacs et les dépôts lagunaires, dans les deltas des rivières, dans les plaines inondables et au large des plages de sable. Ils peuvent également se déposer dans des bassins sédimentaires et sur le plateau continental, dans des eaux calmes relativement profondes.

Les «schistes noirs» sont sombres, car ils sont particulièrement riches en carbone non oxydé. Communs dans certaines strates paléozoïques et mésozoïques, les schistes noirs se sont déposés dans des environnements anoxiques et réducteurs, comme dans les colonnes d'eau stagnante. Certains schistes noirs contiennent de nombreux métaux lourds tels que le molybdène, uranium, vanadiumet zinc.

Des fossiles, des pistes/terriers d'animaux et même des cratères d'impact de gouttes de pluie sont parfois préservés sur les surfaces de litière de schiste. Les schistes peuvent également contenir des concrétions constituées de pyrite, apatite, ou divers minéraux carbonatés.

Les schistes qui sont soumis à la chaleur et à la pression du métamorphisme se transforment en un matériau dur, fissile, Roche métamorphique connue sous le nom ardoise. Avec une augmentation continue du grade métamorphique, la séquence est phyllite, puis schiste et enfin gneiss.

Diagenèse et hydrocarbures

Le processus d'illitisation (la smectite est transformée en illite) est un changement majeur qui se produit dans les mudstones au cours de la diagenèse. L'illitisation consomme du potassium (fourni généralement par le feldspath potassique détritique) et libère du fer, du magnésium et du calcium, qui peuvent être utilisés par les autres minéraux en formation comme la chlorite et la calcite. La plage de température d'illitisation est d'environ 50-100°C3. La teneur en kaolinite diminue également avec l'augmentation de la profondeur d'enfouissement. La kaolinite se forme en climat chaud et humide. Le climat tempéré plus sec a tendance à favoriser la smectite. La raison en est que de nombreuses précipitations éliminent les ions solubles de la roche, tandis qu'un climat plus sec n'accomplit pas cette tâche aussi efficacement. La kaolinite est favorisée en climat humide car elle ne contient que aluminium en plus de la silice et de l'eau. L'aluminium est fortement résiduel tandis que les constituants de la smectite (magnésium et calcium, en plus de l'aluminium et du fer) s'emballent plus facilement.

Un autre processus majeur et économiquement très important qui se déroule pendant la diagenèse (parfois cette étape est appelée catagenèse) est la maturation du kérogène en hydrocarbures. Le kérogène est une substance cireuse emprisonnée dans la roche, mais il mûrira en hydrocarbures plus légers capables de sortir du schiste et de migrer vers le haut. Ce processus peut avoir lieu à des températures comprises entre environ 50 et 150°C4 (fenêtre à huile). Cela correspond généralement à 2 à 4 kilomètres de profondeur d'enfouissement. Les hydrocarbures plus légers libérés lors des procédés (connus sous le nom de craquage catalytique et thermique) sont désormais libres de migrer vers le haut. Ils peuvent former des réservoirs de pétrole et de gaz exploitables s'ils sont arrêtés par une sorte de piège structurel qui peut être un anticlinal ou un faute frontière. La couche rocheuse qui arrête le mouvement ascendant est dans de nombreux cas une autre couche de schiste, car le schiste compacté est une barrière résistante pour les liquides et les gaz. Le schiste peut également former un aquiclude entre les couches aquifères pour la même raison - il ne permet pas à l'eau de s'écouler facilement à travers la roche (a une faible perméabilité).

C'est également la raison pour laquelle certains des hydrocarbures formés ne sont pas capables de migrer hors des roches mères. Cette ressource nous reste au moins en partie disponible si nous forons des trous et injectons de l'eau sous pression dans la roche qui va provoquer sa fracture. Cette méthode est connue sous le nom de fracturation hydraulique (fracking). Les fissures formées seront maintenues ouvertes par les grains de sable injectés avec l'eau et les hydrocarbures piégés dans les roches deviendront récupérables. La fracturation est en fait un processus courant dans la croûte. Les veines minérales et les dykes sont des fissures dans la croûte ouvertes et scellées par un fluide ou un magma hautement pressurisé.

Importance des schistes pour l'industrie pétrolière

Selon Okeke (2003), l'industrie pétrolière englobe l'exploration, la production, le transport, le traitement et la commercialisation du pétrole et du gaz. La génération et l'accumulation de pétrole impliquent trois étapes, à savoir la génération dans les roches mères, la migration à travers les formations géologiques et le stockage dans des réservoirs rocheux. Les roches mères pétrolières sont des formations géologiques capables de générer du pétrole Charbon, le mudstone et le schiste sont les roches mères reconnues en raison de leur teneur en carbone organique. Ces contenus organiques, selon leur nature, l'environnement de dépôt, la température, la pression et la profondeur d'enfouissement sont capables de générer du pétrole. Généralement, le gaz de pétrole est produit dans des sédiments organiques à haute température/pression, humiques et à dominante végétale tels que le charbon, tandis que le pétrole est produit à partir de schistes marins moins humiques, à dominante fossile et à température/pression modérée. Les roches mères ont une porosité et une perméabilité très faibles, et donc le pétrole une fois formé est piégé dans la roche mais peut se déplacer en raison des conditions de pression hydrodynamique dans une roche poreuse voisine d'où il continue de se déplacer ou de migrer jusqu'à ce qu'il soit piégé ou stocké dans un formation de réservoir géologique appropriée. L'huile de pétrole ou le gaz piégé dans les réservoirs peut ensuite être exploité en forant des puits dans les réservoirs. Ces réservoirs comprennent des grès, des calcaires ainsi que des schistes fracturés. Les schistes en tant que roches imperméables sont également des joints importants dans les pièges stratigraphiques et structurels. Les schistes sont donc importants en tant que roches mères, réservoirs et roches de phoque. Selon Roegiers (1993), environ 90% de toutes les formations forées dans l'industrie pétrolière sont des schistes et des calcaires. Il est également connu que les schistes peuvent être problématiques dans l'industrie pétrolière. Selon Roegiers (1993), environ 75 % des problèmes de forage/complétion de puits sont liés aux formations de schiste. Les détails des aspects positifs et négatifs du schiste pour l'industrie pétrolière sont maintenant passés en revue.

Caractéristiques et propriétés du schiste

Voici différents niveaux de définitions.

• roche sédimentaire tendre et finement stratifiée qui s'est formée à partir de boue ou d'argile consolidée et peut être facilement fractionnée en dalles fragiles.
• une roche fissile qui est formée par la consolidation d'argile, de boue ou de limon, a une structure finement stratifiée ou stratifiée et est composée de minéraux essentiellement inchangés depuis le dépôt.
• une roche de structure fissile ou feuilletée formée par la consolidation d'un matériau argileux ou argileux.

Aucun de ceux-ci n'a quoi que ce soit à voir avec la production de pétrole et de gaz dit "de schiste". Les vrais schistes, comme ci-dessus, sont principalement des minéraux argileux qui sont également définis comme une classe de taille (taille de l'argile) et sont communément appelés schistes gris. Les réservoirs producteurs d'hydrocarbures contiennent moins de 50 % de minéraux argileux (parfois beaucoup moins), répondent à la définition de la taille des particules et sont riches en matières organiques. L'un des «schistes» les plus prolifiques aux États-Unis est la formation de Woodford. Il contient un niveau très élevé de matières organiques et est généralement composé d'environ 30% de minéraux argileux. Le reste est du sable/clastique dans la plupart des régions. D'autres «schistes» sont plus riches en carbonates que les argiles.

Utilisations du schiste

• Le schiste a de nombreuses utilisations commerciales. C'est un matériau source dans l'industrie de la céramique pour fabriquer des briques, des carreaux et de la poterie. Le schiste utilisé pour fabriquer de la poterie et des matériaux de construction nécessite peu de traitement en plus du broyage et du mélange avec de l'eau.
• Le schiste est broyé et chauffé avec calcaire fabriquer du ciment pour l'industrie de la construction. Le chauffage chasse l'eau et décompose le calcaire en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est perdu sous forme de gaz, laissant de l'oxyde de calcium et de l'argile, qui durcit lorsqu'il est mélangé avec de l'eau et qu'on le laisse sécher.
• L'industrie pétrolière utilise la fracturation hydraulique pour extraire le pétrole et le gaz naturel du schiste bitumineux. La fracturation consiste à injecter un liquide à haute pression dans la roche pour expulser les molécules organiques. En règle générale, des températures élevées et des solvants spéciaux sont nécessaires pour extraire les hydrocarbures, ce qui entraîne des déchets qui suscitent des inquiétudes quant à l'impact environnemental.

Point clé

• Le schiste est la roche sédimentaire la plus courante, qui représente environ 70 % de la croûte terrestre.
• Le schiste est une roche à grains fins composée de boue et d'argile comprimées.
• La caractéristique déterminante des schistes est sa fragilité. En d'autres termes, le schiste se divise facilement en couches minces.
• Les schistes noirs et gris sont courants, mais la roche peut apparaître dans n'importe quelle couleur.
• Le schiste est commercialement important. Il est utilisé dans la construction de briques, de céramiques, de tuiles et de ciment Portland. Le diable naturel et le pétrole peuvent être retirés du schiste bitumineux.
• La roche peut se produire dans les playas, les rivières, les bassins et les océans.
• Il est courant de trouver du calcaire et grès gisant près du schiste.
• Le schiste se produit généralement sur les feuilles.
• Environ 55% de toutes les roches sédimentaires sont du schiste.
• Certains schistes sont probablement riches en calcium en raison des fossiles qu'ils contiennent.
• Le schiste à haute teneur en alumine est utilisé dans la production de ciment.
• Le schiste à haute teneur en gaz naturel a récemment été utilisé comme source d'énergie.
• Le quartz et d'autres minéraux se trouvent généralement dans le schiste.
• Bien que le schiste soit normalement gris, il peut être noir s'il contient trop de carbone.
• Environ 95% de la matière organique de la roche sédimentaire se trouve dans le schiste ou la boue.
• Le schiste est créé par un processus appelé compression.
• Le schiste exposé à une chaleur et une pression extrêmes peut varier sous forme d'ardoise.
• Une fois formé, le schiste est généralement rejeté dans les lacs et les rivières aux eaux lentes.
• L'argile est un composant important des roches schisteuses.

Un bref aperçu des noms de roches utilisés pour décrire les mudstones ou les roches qui en sont dérivées :

Roche boueuse	Description
Schiste argileux	Une roche laminée et compactée. L'argile devrait dominer sur le limon.
Argile	Comme le schiste mais n’a pas sa fine stratification ou sa fissilité. L'argile devrait dominer sur le limon.
Roche argileuse	Synonyme d'argile.
Argillite	Un type de roche plutôt mal défini. Il s'agit d'une roche compacte et indurée enfouie plus profondément que la plupart des mudrocks et peut être considérée comme un mudstone faiblement métamorphisé. L'argilite n'a pas de clivage ardoisier et n'est pas laminée aussi bien que le schiste typique.
Pierre de boue	Une boue indurée dépourvue de laminage fin caractéristique des schistes. Le mudstone contient des proportions à peu près égales d’argile et de limon. « Mudstone » peut être traité comme un terme général qui inclut toutes les variétés de roches principalement composées de boue compactée.
Siltite	Un mudstone dans lequel le limon prédomine sur l'argile.
Roche de boue	Synonyme de mudstone.
Luthite	Synonyme de mudstone bien que rarement utilisé indépendamment. Généralement en combinaison avec un modificateur (la calcilutite est un calcaire à grain très fin).
Pélite	Un autre synonyme de mudstone. Peut être utilisé pour décrire des sédiments non consolidés à grains fins. Est également utilisé pour décrire les carbonates à grains fins, tout comme la lutite.
Marne	Une boue calcaire. C'est un mélange de grains d'argile, de limon et de carbonate en proportions variables. Peut être consolidé mais dans ce cas on l'appelle souvent marne.
Sarl	Semblable à la marne mais contient des grains biogènes siliceux au lieu de boue carbonatée.
Petit	Un mélange de sarl et de smarl.
Schiste noir	Schistes carbonés noirs qui doivent leur couleur à la matière organique (>5%). Il est riche en minéraux sulfurés et contient des concentrations élevées de plusieurs métaux (V, U, Ni, Cu).
Schiste bitumineux	Une variété de schiste riche en matière organique. Il produira des hydrocarbures lors de la distillation.
Schiste d'alun	Semblable au schiste noir, mais la pyrite s'est partiellement décomposée, formant de l'acide sulfurique qui a réagi avec les minéraux constitutifs de la roche pour former de l'alun (sulfate de potassium-aluminium hydraté). Il est riche en plusieurs métaux, tout comme le schiste noir, et a été exploité comme source d'uranium.
Olistostrome	Une masse chaotique de boue et des clastes plus gros se sont formés sous l’eau sous la forme d’une coulée de boue provoquée par la gravité. Il manque de literie.
Turbidité	Sédiment ou roche déposé par un courant de turbidité. Ces dépôts se forment sous l’eau sous la forme d’un mélange d’argile, de limon et d’eau glissant le long de la pente continentale (dans la plupart des cas). La turbidite est souvent composée d'une alternance de couches limoneuses et argileuses.
Flysch	Un terme ancien aujourd'hui largement remplacé par turbidite.
Diamictite	Terme purement descriptif utilisé pour décrire toute roche sédimentaire contenant des clastes plus gros dans une matrice à grains fins. La diamictite peut se former de plusieurs façons, mais elle semble être un till glaciaire lithifié dans la majorité des cas.
Tillite	Sédiment lithifié mal trié (clastes plus gros dans une matrice boueuse) déposé par un glacier. La Tillite est un till lithifié.
Slate	Roche métamorphique à grain fin qui peut être divisée en fines feuilles (clivage ardoisier). L'ardoise est dans la grande majorité des cas un schiste/mudstone métamorphisé.
Métapélite	Tout mudstone métamorphisé. L'ardoise, la phyllite et divers schistes sont des métapélites courantes.
Phyllite	Une roche métamorphique dont la teneur est supérieure à celle de l'ardoise et inférieure à celle du schiste. Il présente un éclat caractéristique sur les surfaces de clivage que lui confèrent le mica lamellaire et/ou graphite des cristaux.

Bibliographie

• En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
• Okeke, OC et Okogbue, CO (2011). Shales: Un examen de leurs classifications, propriétés et importance pour l'industrie pétrolière. Journal mondial des sciences géologiques, 9(1), 75-83.
• Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018, 22 octobre). Shale Rock : géologie, composition, utilisations. Extrait de https://www.thoughtco.com/shale-rock-4165848
• Contributeurs Wikipédia. (2019, 26 avril). Schiste argileux. Dans Wikipédia, L'Encyclopédie Libre. Extrait le 02 mai 01 à 9 h 2019 de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Shale&oldid=894256126