页岩是什么?关于页岩的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:28:52

页岩(Shale)是一种沉积岩,成分复杂,但都具有薄页状或薄片层状的节理,主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石,常含有石英、长石、云母等矿物碎屑。质地致密、硬度低、不透水、易于风化。由于页岩形成的沉积环境平静,物质细密、隔水, 易保存各种化石。页岩具有明显的页片状层理(页理),大部分失去可塑性。

页岩常按混入物的成分或岩石颜色命名,前者如钙质页岩、碳质页岩及油页岩等;后者如黑色页岩、紫色页岩等。

概述

页岩(Shale)是一种沉积岩,成分复杂,但都具有薄页状或薄片层状的节理,主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石,但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质,根据其混入物的成分,可分为:钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、炭质页岩、黑色页岩、油母页岩等其中铁质页岩可能成为铁矿石,油母页岩可以提炼石油,黑色页岩可以作为石油的指示地层。

页岩不透水,在地下水分布中往往成为隔水层。页岩抵抗风化的能力弱,在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。

页岩常形成于静水的环境中,泥沙经过长时间的沉积,所以经常存在于湖泊、河流三角洲地带,在海洋大陆架中也有页岩的形成。页岩中经常包含有古代动植物的化石,有时也有动物的足迹化石,甚至古代雨滴的痕迹都可能在页岩中保存下来。由于页岩颗粒微,因此含有多种保存细微构造的化石,如腕足动物化石。黑色页岩中常保存软体动物,如菊石、双壳类和腹足类化石,此外也见节肢动物、三叶虫和笔石,它们的细微构造在黑色页岩中得以保存,还含植物和脊椎动物化石。

目前全球共发现大约50个布尔吉斯页岩型(BST)化石产地,寒武纪大爆发的三大生物群,分别是加拿大布尔吉斯生物群、中国云南澄江生物群、中国贵州凯里生物群,化石都是保存在页岩中。近期中国科学家发现的华南早寒武世特异埋藏软躯体化石库——清江生物群,化石主要以原生碳质薄膜形式保存在页岩中,未经明显的成岩作用和风化作用改造,具有重大研究意义。

常见类型

根据其混入物的成分和颜色,可分为:

  • 钙质页岩:一种含有大量CaCO3的页岩,但其含量不超过25%,钙质页岩分布较广,常见于陆相、过渡相的红色岩系中,也见于海相。

  • 铁质页岩:一种含少量铁的氧化物、氢氧化物、碳酸盐(菱铁矿)及铁的硅酸盐(鲕绿泥石、鳞绿泥石)的页岩,常呈红色或灰绿色,产于红层、煤系地层及海相砂泥质岩系中。

  • 硅质页岩:一般含有较多的玉髓、蛋白石等,SiO2含量在85%以上,硬度较高。

  • 炭质页岩:含有大量已碳化的有机质,常见于煤系地层的顶底板。

  • 黑色页岩:含较多的有机质与细分散状的硫化铁,有机质含量达3—10%,外观与碳质页岩相似,其别在于黑色页岩不染手。

  • 油母页岩:含一定数量干酪根(>10%),黑棕色,浅黄褐色等,层理发育,燃烧有沥青味。

  • ……

此外,还有混入一定砂质成分者,称为砂质页岩。

形成过程

页岩是由黏土矿物、泥质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成,其中最主要的是压实作用。

压实作用:是指沉积物在上覆沉积重荷作用下,水分不断排出,孔隙度不断降低,体积不断缩小而成为固结的岩石。这种作用主要对细粒的粘土物质成岩起作用。

页岩气

页岩气以游离或吸附状态藏身于页岩层和泥岩层的一种非常规天然气。页岩气常分布在富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中,由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙,使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。

与常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气。这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。据估算,中国的页岩气可采储量居世界首位,俄国次之、美国紧跟在后。美国最早开始对页岩气进行开采,大幅降低其对进口石油的依赖。因此,页岩气引起全世界的重视,成为影响世界能源市场结构的强大力量。

随着其他各国纷纷加入页岩气勘探开发研究的队伍中,非常规天然气的开发利用技术日趋成熟,将成为常规天然气最现实的替代资源。我国的勘探和开采技术处于起步阶段,尚不成熟,仍需要借鉴国外先进技术和经验。

由于在页岩气生产过程中要使用大量的水用于压裂,在生产过程中还会在地层中注入化学试剂,这将可能导致开采区的淡水供应短缺和地下水污染,因而页岩勘探开发中的环境问题引起广泛关注,还有研究认为页岩气开采可能触发4级以下的地震。