Contenido
- ¿Qué es el esquisto?
- Usos de esquisto
- Petróleo convencional y gas natural
- Petróleo no convencional y gas natural
- Esquisto usado para producir arcilla
- Esquisto usado para producir cemento
- Esquisto bituminoso
- Composición de esquisto
- Colores de pizarra
- Esquisto negro y gris
- Esquisto rojo, marrón y amarillo
- Pizarra verde
- Propiedades hidráulicas del esquisto
- Propiedades de ingeniería de suelos de esquisto bituminoso
- Suelos expansivos
- Estabilidad de taludes
- Entornos de deposición de esquisto
Esquisto: El esquisto se rompe en pedazos delgados con bordes afilados. Ocurre en una amplia gama de colores que incluyen rojo, marrón, verde, gris y negro. Es la roca sedimentaria más común y se encuentra en cuencas sedimentarias en todo el mundo.
¿Qué es el esquisto?
El esquisto es una roca sedimentaria de grano fino que se forma a partir de la compactación de partículas minerales de limo y arcilla que comúnmente llamamos "lodo". Esta composición coloca el esquisto en una categoría de rocas sedimentarias conocidas como "lutitas". El esquisto se distingue de otras piedras de lodo porque es fisionable y laminado. "Laminado" significa que la roca está formada por muchas capas delgadas. "Fisible" significa que la roca se divide fácilmente en trozos delgados a lo largo de las laminaciones.
Usos de esquisto
Algunas lutitas tienen propiedades especiales que las convierten en recursos importantes. Las lutitas negras contienen material orgánico que a veces se descompone para formar gas natural o petróleo. Otras lutitas se pueden triturar y mezclar con agua para producir arcillas que se pueden convertir en una variedad de objetos útiles.
Depósito convencional de petróleo y gas natural: Este dibujo ilustra una "trampa anticlinal" que contiene petróleo y gas natural. Las unidades de roca gris son esquisto impermeable. El petróleo y el gas natural se forman dentro de estas unidades de lutitas y luego migran hacia arriba. Parte del petróleo y el gas quedan atrapados en la piedra arenisca amarilla para formar un depósito de petróleo y gas. Este es un depósito "convencional", lo que significa que el petróleo y el gas pueden fluir a través del espacio de los poros de la piedra arenisca y ser producidos desde el pozo.
Petróleo convencional y gas natural
Las lutitas orgánicas negras son la roca fuente de muchos de los depósitos de petróleo y gas natural más importantes del mundo. Estas lutitas obtienen su color negro de pequeñas partículas de materia orgánica que se depositaron en el lodo del cual se formó la lutita. A medida que el lodo fue enterrado y calentado dentro de la tierra, parte del material orgánico se transformó en petróleo y gas natural.
El petróleo y el gas natural migraron fuera de la lutita y hacia arriba a través de la masa de sedimentos debido a su baja densidad. El petróleo y el gas a menudo estaban atrapados dentro de los espacios porosos de una unidad de roca suprayacente, como una piedra arenisca (ver ilustración). Estos tipos de depósitos de petróleo y gas se conocen como "depósitos convencionales" porque los fluidos pueden fluir fácilmente a través de los poros de la roca y al pozo de extracción.
Aunque la perforación puede extraer grandes cantidades de petróleo y gas natural de la roca del yacimiento, gran parte queda atrapada dentro de la lutita. Este petróleo y gas es muy difícil de eliminar porque está atrapado dentro de pequeños espacios de poros o adsorbido en partículas minerales de arcilla que forman el esquisto.
Depósito de petróleo y gas no convencional: Este dibujo ilustra las nuevas tecnologías que permiten el desarrollo de campos no convencionales de petróleo y gas natural. En estos campos de gas, el petróleo y el gas se mantienen en lutitas u otra unidad de roca que es impermeable. Para producir ese petróleo o gas, se necesitan tecnologías especiales. Una es la perforación horizontal, en la cual un pozo vertical se desvía a horizontal para que penetre una gran distancia de la roca del yacimiento. El segundo es la fractura hidráulica. Con esta técnica, una parte del pozo se sella y se bombea agua para producir una presión lo suficientemente alta como para fracturar la roca circundante. El resultado es un reservorio altamente fracturado penetrado por una gran longitud de pozo.
Petróleo no convencional y gas natural
A fines de la década de 1990, las compañías de perforación de gas natural desarrollaron nuevos métodos para liberar petróleo y gas natural que está atrapado dentro de los pequeños espacios porosos del esquisto bituminoso. Este descubrimiento fue significativo porque desbloqueó algunos de los depósitos de gas natural más grandes del mundo.
El Barnett Shale de Texas fue el primer gran campo de gas natural desarrollado en una roca de depósito de esquisto. Producir gas del esquisto de Barnett fue un desafío. Los espacios porosos en el esquisto son tan pequeños que el gas tiene dificultad para moverse a través del esquisto y hacia el pozo. Los perforadores descubrieron que podían aumentar la permeabilidad de la lutita bombeando agua por el pozo bajo una presión lo suficientemente alta como para fracturar la lutita. Estas fracturas liberaron parte del gas de los espacios porosos y permitieron que ese gas fluyera al pozo. Esta técnica se conoce como "fractura hidráulica" o "hidrofracing".
Los perforadores también aprendieron a perforar hasta el nivel del esquisto y girar el pozo 90 grados para perforar horizontalmente a través de la unidad de roca de esquisto. Esto produjo un pozo con una "zona de pago" muy larga a través de la roca del embalse (ver ilustración). Este método se conoce como "perforación horizontal".
La perforación horizontal y la fracturación hidráulica revolucionaron la tecnología de perforación y allanaron el camino para desarrollar varios campos gigantes de gas natural. Estos incluyen el esquisto de Marcellus en los Apalaches, el esquisto de Haynesville en Louisiana y el esquisto de Fayetteville en Arkansas. Estos enormes depósitos de esquisto contienen suficiente gas natural para satisfacer todas las necesidades de los Estados Unidos durante veinte años o más.
Esquisto en ladrillo y teja: El esquisto se utiliza como materia prima para fabricar muchos tipos de ladrillos, baldosas, tuberías, cerámica y otros productos manufacturados. El ladrillo y los azulejos son algunos de los materiales más utilizados y deseados para la construcción de viviendas, muros, calles y estructuras comerciales. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Guy Elliott.
Esquisto usado para producir arcilla
Todos tienen contacto con productos hechos de esquisto. Si vives en una casa de ladrillos, conduces por un camino de ladrillos, vives en una casa con techo de tejas o mantienes plantas en macetas de "terracota", tienes contacto diario con artículos que probablemente fueron hechos de esquisto.
Hace muchos años, estos mismos artículos estaban hechos de arcilla natural. Sin embargo, el uso intensivo agotó la mayoría de los pequeños depósitos de arcilla. Al necesitar una nueva fuente de materias primas, los fabricantes pronto descubrieron que mezclar el esquisto finamente molido con agua produciría una arcilla que a menudo tenía propiedades similares o superiores. Hoy en día, la mayoría de los artículos que alguna vez fueron producidos a partir de arcilla natural han sido reemplazados por artículos casi idénticos hechos de arcilla fabricada mediante la mezcla de lutita finamente molida con agua.
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Esquisto usado para producir cemento
El cemento es otro material común que a menudo se hace con esquisto. Para hacer cemento, la piedra caliza triturada y el esquisto se calientan a una temperatura lo suficientemente alta como para evaporar todo el agua y descomponer la piedra caliza en óxido de calcio y dióxido de carbono. El dióxido de carbono se pierde como emisión, pero el óxido de calcio combinado con el esquisto calentado forma un polvo que se endurecerá si se mezcla con agua y se deja secar. El cemento se utiliza para fabricar hormigón y muchos otros productos para la industria de la construcción.
Esquisto bituminoso: Una roca que contiene una cantidad significativa de material orgánico en forma de kerógeno sólido. Hasta 1/3 de la roca puede ser material orgánico sólido. Este espécimen mide aproximadamente cuatro pulgadas (diez centímetros) de ancho.
Esquisto bituminoso
El esquisto bituminoso es una roca que contiene cantidades significativas de material orgánico en forma de kerógeno. Hasta 1/3 de la roca puede ser kerógeno sólido. Los hidrocarburos líquidos y gaseosos pueden extraerse del esquisto bituminoso, pero la roca debe calentarse y / o tratarse con solventes. Esto suele ser mucho menos eficiente que perforar rocas que producirán petróleo o gas directamente en un pozo. La extracción de los hidrocarburos del esquisto bituminoso produce emisiones y productos de desecho que causan importantes preocupaciones ambientales. Esta es una razón por la cual los extensos depósitos de esquisto bituminoso del mundo no se han utilizado agresivamente.
El esquisto bituminoso generalmente cumple con la definición de "esquisto bituminoso" en el sentido de que es "una roca laminada que consiste en al menos 67% de minerales arcillosos". Sin embargo, a veces contiene suficiente material orgánico y minerales de carbonato que los minerales de arcilla representan menos del 67% de la roca.
Muestras de núcleo de esquisto: Cuando se perfora lutita para la evaluación de petróleo, gas natural o recursos minerales, a menudo se recupera un núcleo del pozo. La roca en el núcleo se puede probar para conocer su potencial y cómo se puede desarrollar mejor el recurso.
Composición de esquisto
El esquisto es una roca compuesta principalmente de granos minerales del tamaño de una arcilla. Estos pequeños granos son generalmente minerales arcillosos como illita, caolinita y esmectita. El esquisto generalmente contiene otras partículas minerales del tamaño de una arcilla, como el cuarzo, el chert y el feldespato. Otros componentes pueden incluir partículas orgánicas, minerales de carbonato, minerales de óxido de hierro, minerales de sulfuro y granos minerales pesados. Estos "otros componentes" en la roca a menudo están determinados por el entorno de deposición de las lutitas, y a menudo determinan el color de la roca.
Lutita negra: Esquisto negro rico en materia orgánica. El gas natural y el petróleo a veces quedan atrapados en los pequeños espacios porosos de este tipo de lutita.
Colores de pizarra
Como la mayoría de las rocas, el color del esquisto suele estar determinado por la presencia de materiales específicos en pequeñas cantidades. Solo un pequeño porcentaje de materiales orgánicos o hierro puede alterar significativamente el color de una roca.
Juegos de shale gas: Desde fines de la década de 1990, docenas de lutitas orgánicas negras previamente improductivas se han desarrollado con éxito en valiosos campos de gas. Vea el artículo: "¿Qué es el gas de esquisto?"
Esquisto negro y gris
Un color negro en las rocas sedimentarias casi siempre indica la presencia de materiales orgánicos. Solo uno o dos por ciento de materiales orgánicos pueden impartir un color gris oscuro o negro a la roca. Además, este color negro casi siempre implica que la lutita se formó a partir de sedimentos depositados en un ambiente deficiente en oxígeno. Cualquier oxígeno que ingresó al medio ambiente reaccionó rápidamente con los desechos orgánicos en descomposición. Si hubiera una gran cantidad de oxígeno, los desechos orgánicos se habrían descompuesto. Un ambiente pobre en oxígeno también proporciona las condiciones adecuadas para la formación de minerales de sulfuro como la pirita, otro mineral importante que se encuentra en la mayoría de las lutitas negras.
La presencia de desechos orgánicos en las lutitas negras los convierte en candidatos para la generación de petróleo y gas. Si el material orgánico se conserva y se calienta adecuadamente después del entierro, se podría producir petróleo y gas natural. El esquisto de Barnett, el esquisto de Marcellus, el esquisto de Haynesville, el esquisto de Fayetteville y otras rocas productoras de gas son lutitas de color gris oscuro o negro que producen gas natural. El esquisto Bakken de Dakota del Norte y el esquisto Eagle Ford de Texas son ejemplos de lutitas que producen petróleo.
Las lutitas grises a veces contienen una pequeña cantidad de materia orgánica. Sin embargo, las lutitas grises también pueden ser rocas que contienen materiales calcáreos o simplemente minerales arcillosos que resultan en un color gris.
Esquisto de Utica y Marcellus: Se cree que dos lutitas orgánicas negras en la cuenca de los Apalaches contienen suficiente gas natural para abastecer a los Estados Unidos durante varios años. Estos son el esquisto de Marcellus y el esquisto de Utica.
Esquisto rojo, marrón y amarillo
Las lutitas que se depositan en ambientes ricos en oxígeno a menudo contienen pequeñas partículas de óxido de hierro o minerales de hidróxido de hierro como hematita, goetita o limonita. Solo un pequeño porcentaje de estos minerales distribuidos a través de la roca puede producir los colores rojo, marrón o amarillo exhibidos por muchos tipos de lutitas. La presencia de hematita puede producir una lutita roja. La presencia de limonita o goethita puede producir una lutita amarilla o marrón.
Pizarra verde
Las lutitas verdes se encuentran ocasionalmente. Esto no debería sorprender porque algunos de los minerales arcillosos y las micas que componen gran parte del volumen de estas rocas son típicamente de un color verdoso.
Gas natural de esquisto bituminoso: En menos de diez años, el esquisto se ha disparado a la fama en el sector energético. Los nuevos métodos de perforación y desarrollo de pozos, como la fractura hidráulica y la perforación horizontal, pueden aprovechar el petróleo y el gas natural atrapados dentro de la apretada matriz de las lutitas orgánicas. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Edward Todd.
Propiedades hidráulicas del esquisto
Las propiedades hidráulicas son características de una roca, como la permeabilidad y la porosidad, que reflejan su capacidad para retener y transmitir fluidos como el agua, el petróleo o el gas natural.
El esquisto tiene un tamaño de partícula muy pequeño, por lo que los espacios intersticiales son muy pequeños. De hecho, son tan pequeños que el petróleo, el gas natural y el agua tienen dificultades para moverse a través de la roca.Por lo tanto, el esquisto puede servir como una capa de roca para las trampas de petróleo y gas natural, y también es un acuicludo que bloquea o limita el flujo de agua subterránea.
Aunque los espacios intersticiales en una lutita son muy pequeños, pueden ocupar un volumen significativo de la roca. Esto permite que el esquisto retenga cantidades significativas de agua, gas o petróleo, pero no pueda transmitirlos de manera efectiva debido a la baja permeabilidad. La industria del petróleo y el gas supera estas limitaciones del esquisto utilizando perforaciones horizontales y fracturas hidráulicas para crear porosidad artificial y permeabilidad dentro de la roca.
Algunos de los minerales arcillosos que se encuentran en el esquisto tienen la capacidad de absorber o adsorber grandes cantidades de agua, gas natural, iones u otras sustancias. Esta propiedad del esquisto puede permitirle retener selectivamente y tenazmente o liberar libremente fluidos o iones.
Mapa expansivo de suelos: El Servicio Geológico de los Estados Unidos ha preparado un mapa generalizado de suelos expansivos para los 48 estados más bajos.
Propiedades de ingeniería de suelos de esquisto bituminoso
Las lutitas y los suelos derivados de ellas son algunos de los materiales más problemáticos para construir. Están sujetos a cambios en volumen y competencia que generalmente los convierten en sustratos de construcción poco confiables.
Deslizamiento de tierra: El esquisto es una roca propensa a deslizamientos de tierra.
Suelos expansivos
Los minerales arcillosos en algunos suelos derivados del esquisto tienen la capacidad de absorber y liberar grandes cantidades de agua. Este cambio en el contenido de humedad suele ir acompañado de un cambio en el volumen que puede ser de hasta varios por ciento. Estos materiales se denominan "suelos expansivos". Cuando estos suelos se humedecen, se hinchan y cuando se secan se encogen. Los edificios, carreteras, líneas de servicios públicos u otras estructuras colocadas sobre o dentro de estos materiales pueden debilitarse o dañarse por las fuerzas y el movimiento del cambio de volumen. Los suelos expansivos son una de las causas más comunes de daños en los cimientos de edificios en los Estados Unidos.
Delta de esquisto: Un delta es un depósito de sedimentos que se forma cuando una corriente entra en un cuerpo de agua estancado. La velocidad del agua de la corriente disminuye repentinamente y los sedimentos transportados se depositan en el fondo. Los deltas son donde se deposita el mayor volumen de lodo de la Tierra. La imagen de arriba es una vista satelital del delta del Mississippi, que muestra sus canales de distribución y depósitos interdistribuidores. El agua azul brillante que rodea el delta está cargada de sedimentos.
Estabilidad de taludes
El esquisto es la roca más frecuentemente asociada con deslizamientos de tierra. La intemperie transforma la lutita en un suelo rico en arcilla que normalmente tiene una resistencia al corte muy baja, especialmente cuando está mojado. Cuando estos materiales de baja resistencia están húmedos y en una ladera empinada, pueden moverse lenta o rápidamente cuesta abajo. La sobrecarga o excavación por parte de los humanos a menudo provocará fallas.
Pizarra en Marte: El esquisto también es una roca muy común en Marte. Esta foto fue tomada por la cámara del mástil del Mars Curiosity Rover. Muestra afloramientos de lutitas fisionables de lecho fino en el cráter Gale. Curiosity perforó agujeros en las rocas del cráter Gale e identificó minerales de arcilla en los esquejes. Imagen de la NASA.
Entornos de deposición de esquisto
Una acumulación de lodo comienza con la erosión química de las rocas. Esta meteorización descompone las rocas en minerales arcillosos y otras partículas pequeñas que a menudo se convierten en parte del suelo local. Una tormenta puede lavar pequeñas partículas de tierra de la tierra y en los arroyos, dándoles un aspecto "fangoso". Cuando la corriente se ralentiza o entra en un cuerpo de agua estancado, como un lago, un pantano o un océano, las partículas de lodo se depositan en el fondo. Si no se altera y se entierra, esta acumulación de lodo podría transformarse en una roca sedimentaria conocida como "piedra de lodo". Así es como se forman la mayoría de las lutitas.
El proceso de formación de lutitas no se limita a la Tierra. Los rovers de Marte han encontrado muchos afloramientos en Marte con unidades de rocas sedimentarias que se parecen a las lutitas encontradas en la Tierra (ver foto).