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Esquisto
Roca sedimentaria
ShaleUSGOV.jpg
Esquisto
Composición
Minerales arcillosos y cuarzo

La lutita es una roca sedimentaria clástica de grano fino, formada a partir de lodo que es una mezcla de escamas de minerales arcillosos y pequeños fragmentos ( partículas del tamaño de limo ) de otros minerales, especialmente cuarzo y calcita . [1] La lutita se caracteriza por su tendencia a dividirse en capas delgadas ( láminas ) de menos de un centímetro de espesor. Esta propiedad se llama fisibilidad . [1] La lutita es la roca sedimentaria más común. [2]

El término lutita a veces se aplica de manera más amplia, como esencialmente un sinónimo de mudrock , en lugar de en el sentido más estrecho de mudrock fisible rico en arcilla. [3]

Textura [ editar ]

La lutita típicamente exhibe diversos grados de fisibilidad , rompiéndose en capas delgadas, a menudo astilladas y generalmente paralelas al plano del lecho de otra manera indistinguible debido a la orientación paralela de las escamas de arcilla mineral. [1] Las rocas no fisionables de composición y tamaño de partícula similares (menos de 0,0625 mm) se describen como lutitas (1/3 a 2/3 de partículas de limo) o arcillas (menos de 1/3 de limo). Las rocas con tamaños de partículas similares pero con menos arcilla (más de 2/3 de limo) y por lo tanto más arenosas son limolitas . [1] [2]

Muestra de recortes de esquisto de perforación durante la perforación de un pozo de petróleo en Louisiana , Estados Unidos . Grano de arena = 2 mm de diámetro

Composición y color [ editar ]

Carta de colores para lutita basada en el estado de oxidación y el contenido de carbono orgánico

Las lutitas se componen típicamente de minerales arcillosos y granos de cuarzo, y son típicamente grises. La adición de cantidades variables de constituyentes menores altera el color de la roca. Los colores rojo, marrón y verde son indicativos de óxido férrico ( hematita - rojos), hidróxido de hierro ( goethita - marrones y limonita - amarillo) o minerales micáceos ( clorita , biotita e illita - verdes). [1] El color cambia de rojizo a verdoso a medida que el hierro en estado oxidado ( férrico ) se convierte en hierro en estado reducido ( ferroso ). [4]La lutita negra resulta de la presencia de más del uno por ciento de material carbonoso e indica un ambiente reductor. [1] Las lutitas de azul pálido a azul verdoso suelen ser ricas en minerales de carbonato. [5]

Las arcillas son el componente principal de las lutitas y otras rocas de barro. Los minerales arcillosos representados son principalmente caolinita , montmorillonita e illita. Los minerales arcillosos de las lutitas del Terciario Tardío son esmectitas expandibles, mientras que en las rocas más antiguas, especialmente en las lutitas del Paleozoico medio o temprano, predominan las ilitas. La transformación de la esmectita en illita produce sílice , sodio, calcio, magnesio, hierro y agua. Estos elementos liberados forman cuarzo autigénico , sílex , calcita , dolomita , ankerita , hematita y albita., todos tienen trazas de minerales menores (excepto el cuarzo) que se encuentran en las lutitas y otras rocas de barro. [1] Una pizarra típica se compone de aproximadamente 58% de minerales arcillosos, 28% de cuarzo, 6% de feldespato, 5% de minerales de carbonato y 2% de óxidos de hierro. La mayor parte del cuarzo es detrítico (parte de los sedimentos originales que formaron la lutita) en lugar de autigénico (cristalizado dentro de la lutita después de la deposición). [6]

Las lutitas y las rocas de barro contienen aproximadamente el 95 por ciento de la materia orgánica en todas las rocas sedimentarias. Sin embargo, esto equivale a menos del uno por ciento en masa en una lutita promedio. Las lutitas negras, que se forman en condiciones anóxicas, contienen carbono libre reducido junto con hierro ferroso (Fe 2+ ) y azufre (S 2− ). El sulfuro de hierro amorfo junto con el carbono producen la coloración negra. [1] Debido a que el sulfuro de hierro amorfo se convierte gradualmente en pirita , que no es un pigmento importante, las lutitas jóvenes pueden ser bastante oscuras por su contenido de sulfuro de hierro, a pesar de un contenido modesto de carbono (menos del 1%), mientras que un color negro en una pizarra antigua indica un alto contenido de carbono. [5]

La mayoría de las lutitas son de origen marino, [7] y el agua subterránea en las formaciones de lutitas es a menudo muy salina. Existe evidencia de que la lutita actúa como un medio semipermeable, permitiendo el paso del agua mientras retiene las sales disueltas. [8] [9]

Formación [ editar ]

Las partículas finas que componen la lutita pueden permanecer suspendidas en el agua mucho tiempo después de que se hayan depositado las partículas más grandes de arena. Como resultado, las lutitas se depositan típicamente en aguas de movimiento muy lento y a menudo se encuentran en lagos y depósitos lagunares , en deltas de ríos , en llanuras aluviales y en alta mar debajo de la base de las olas . [10] Se encuentran depósitos gruesos de pizarra cerca de los antiguos márgenes continentales [10] y cuencas de antepaís. [11] Algunas de las formaciones de lutitas más extendidas fueron depositadas por mares epicontinentales . Las lutitas negras son comunes en los estratos del Cretácico en los márgenes del Océano Atlántico, donde fueron depositadas encriticar cuencas alféizar -bounded asociados con la apertura del Atlántico durante la desintegración de Pangea . Estas cuencas eran anóxicas, en parte debido a la circulación restringida en el estrecho Atlántico, y en parte porque los mares muy cálidos del Cretácico carecían de la circulación del agua fría del fondo que oxigena los océanos profundos de hoy. [12]

La mayor parte de la arcilla debe depositarse como agregados y flóculos, ya que la velocidad de sedimentación de las partículas de arcilla individuales es extremadamente lenta. [13] La floculación es muy rápida una vez que la arcilla se encuentra con agua de mar altamente salina. [14] Mientras que las partículas de arcilla individuales tienen un tamaño inferior a 4 micrones, los grupos de partículas de arcilla producidos por floculación varían en tamaño desde unas pocas decenas de micrones hasta más de 700 micrones de diámetro. Los flóculos comienzan siendo ricos en agua, pero gran parte del agua se expulsa de los flóculos a medida que los minerales arcillosos se unen más estrechamente con el tiempo (un proceso llamado sinéresis ). [15] Peletización de arcilla por organismos que filtran el alimento.es importante donde se inhibe la floculación. Los alimentadores de filtro producen un estimado de 12 toneladas métricas de gránulos de arcilla por kilómetro cuadrado por año a lo largo de la costa del Golfo de EE. UU. [dieciséis]

A medida que los sedimentos continúan acumulándose, los sedimentos más antiguos y enterrados más profundamente comienzan a sufrir diagénesis . Esto consiste principalmente en la compactación y litificación de las partículas de arcilla y limo. [17] [18] Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a poca profundidad (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por bioturbación y cambios mineralógicos en los sedimentos, con solo una ligera compactación. [19] La pirita puede formarse en el lodo anóxico en esta etapa de diagénesis. [20]

El entierro más profundo va acompañado de mesogénesis , durante la cual tiene lugar la mayor parte de la compactación y litificación. A medida que los sedimentos se ven sometidos a una presión cada vez mayor de los sedimentos superpuestos, los granos de sedimentos se mueven hacia arreglos más compactos, los granos dúctiles (como los granos de arcilla mineral ) se deforman y el espacio poroso se reduce. Además de esta compactación física, la compactación química puede tener lugar a través de una solución a presión . Los puntos de contacto entre los granos están sometidos a la mayor tensión y el mineral filtrado es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, permitiendo que los granos entren en contacto más estrecho. [18]

Es durante la compactación que la lutita desarrolla su fisibilidad, probablemente a través de la compactación mecánica de la estructura abierta original de partículas de arcilla. Las partículas se orientan fuertemente en capas paralelas que le dan a la lutita su tejido distintivo. [21] Es probable que la fisibilidad se desarrolle temprano en el proceso de compactación, a una profundidad relativamente poco profunda, ya que la fisibilidad no parece variar con la profundidad en las formaciones gruesas. [22] Las escamas de caolinita tienen menos tendencia a alinearse en capas paralelas que otras arcillas, por lo que es más probable que la arcilla rica en caolinita forme lutitas no fisionables que las lutitas. Por otro lado, las lutitas negras a menudo tienen una fisibilidad muy pronunciada ( las lutitas de papel) debido a la unión de moléculas de hidrocarburos a las caras de las partículas de arcilla, lo que debilita la unión entre partículas. [23]

La litificación sigue de cerca a la compactación, ya que el aumento de las temperaturas en profundidad acelera la deposición del cemento que une los granos. La solución a presión contribuye a la cementación, ya que el mineral disuelto de los puntos de contacto tensos se vuelve a depositar en los espacios porosos no tensados. Los minerales arcillosos también se pueden alterar. Por ejemplo, la esmectita se modifica a illita a temperaturas de aproximadamente 55 a 200 ° C (130 a 390 ° F), liberando agua en el proceso. Otras reacciones de alteración incluyen la alteración de la esmectita a clorita y de la caolinita a illita a temperaturas entre 120 y 150 ° C (250 y 300 ° F). Debido a estas reacciones, la illita compone el 80% del precámbrico.lutitas, frente al 25% de las lutitas jóvenes. [24]

El destecho de lutitas enterradas se acompaña de telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. [19] A medida que la erosión reduce la profundidad del entierro, la exposición renovada al agua meteórica produce cambios adicionales en la lutita, como la disolución de parte del cemento para producir una porosidad secundaria . La pirita se puede oxidar para producir yeso . [18]

Las 'lutitas negras' son oscuras, como resultado de ser especialmente ricas en carbono no oxidado . Común en algunos estratos del Paleozoico y Mesozoico , las lutitas negras se depositaron en ambientes anóxicos y reductores, como en las columnas de agua estancada. Algunas lutitas negras contienen abundantes metales pesados ​​como molibdeno , uranio , vanadio y zinc . [25] [26] [27] Los valores enriquecidos son de origen controvertido, ya que se han atribuido alternativamente a la entrada de fluidos hidrotermales durante o después de la sedimentación o a la acumulación lenta del agua de mar. durante largos períodos de sedimentación. [26] [28] [29]

  • Esquisto en Potokgraben, Karawanks , Austria

  • División de esquisto (esquisto bituminoso de Messel ) con un cuchillo grande para revelar fósiles

  • Esquisto erosionado en una carretera cortada en el sureste de Kentucky

Los fósiles , huellas de animales o madrigueras e incluso impresiones de gotas de lluvia a veces se conservan en las superficies de los lechos de lutitas. Las lutitas también pueden contener concreciones que consisten en pirita, apatita o varios minerales de carbonato. [30]

Las lutitas que están sujetas al calor y la presión del metamorfismo se transforman en una roca dura, fisible y metamórfica conocida como pizarra . Con un aumento continuo en el grado metamórfico, la secuencia es filita , luego esquisto y finalmente gneis . [31]

Como roca fuente de hidrocarburos [ editar ]

La lutita es la roca generadora más común de hidrocarburos ( gas natural y petróleo ). La falta de sedimentos gruesos en la mayoría de los lechos de lutitas refleja la ausencia de fuertes corrientes en las aguas de la cuenca depositacional. Estos podrían haber oxigenado las aguas y destruido la materia orgánica antes de que pudiera acumularse. La ausencia de roca carbonatada en los lechos de lutitas refleja la ausencia de organismos que podrían haber secretado esqueletos de carbonato, probablemente también debido a un ambiente anóxico. Como resultado, alrededor del 95% de la materia orgánica de las rocas sedimentarias se encuentra en lutitas y otras rocas de barro. Los lechos de lutitas individuales suelen tener un contenido de materia orgánica de aproximadamente el 1%, pero las rocas generadoras más ricas pueden contener hasta un 40% de materia orgánica. [32]

La materia orgánica en la pizarra se convierte con el tiempo de las proteínas, polisacáridos, lípidos y otras moléculas orgánicas originales en kerógeno , que a las temperaturas más altas que se encuentran a mayores profundidades de enterramiento se convierte en grafito y petróleo. [33]

Terminología histórica de minería [ editar ]

Antes de mediados del siglo XIX, los términos pizarra , lutita y esquisto no se distinguían claramente. [34] En el contexto de la minería subterránea de carbón , el esquisto se denominaba pizarra hasta bien entrado el siglo XX. [35] El esquisto negro asociado con vetas de carbón se llama metal negro. [36]

Ver también [ editar ]

  • Formación Bakken  : formación rocosa geológica conocida por la producción de petróleo crudo
  • Barnett Shale  - Formación geológica en Texas, Estados Unidos
  • Formación Bearpaw
  • Burgess Shale  : formación rocosa en las Montañas Rocosas canadienses con una preservación excepcional de las partes blandas de los fósiles
  • Formación Marcellus
  • Camas fósiles de Mazon Creek  - Conservación lagerstätte en Illinois en el Registro Nacional de Lugares Históricos
  • Esquisto bituminoso  : roca sedimentaria de grano fino rica en materia orgánica que contiene kerógeno
  • Gas de esquisto
  • Wheeler Shale
  • Esquisto de Wianamatta

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c d e f g h Blatt, Harvey y Robert J. Tracy (1996) Petrología: ígnea, sedimentaria y metamórfica , 2ª ed., Freeman, págs. 281-292 ISBN  0-7167-2438-3
  2. ^ a b "Rocas: materiales de la litosfera - Resumen" . prenhall.com. Archivado desde el original el 15 de marzo de 2021 . Consultado el 31 de julio de 2007 .
  3. ^ Boggs, Sam (2006). Principios de sedimentología y estratigrafía (4ª ed.). Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall. pag. 139. ISBN 0131547283.
  4. ^ Potter, Paul Edwin; Maynard, J. Barry; Pryor, Wayne A. (1980). Sedimentología de lutitas: guía de estudio y fuente de referencia . Nueva York: Springer-Verlag. págs. 54–56. ISBN 0387904301.
  5. ↑ a b Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 56.
  6. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , págs. 47-49.
  7. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 72.
  8. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 59.
  9. ^ Berry, FA (1960). "Evidencia de campo geológico que sugiere propiedades de membrana de lutitas" . Boletín AAPG . 44 (6): 953–954 . Consultado el 13 de abril de 2021 .
  10. ↑ a b Blatt y Tracy , 1996 , p. 219.
  11. ^ Fillmore, Robert (2010). Evolución geológica de la meseta de Colorado del este de Utah y el oeste de Colorado, incluido el río San Juan, los puentes naturales, las tierras de cañones, los arcos y los acantilados del libro . Salt Lake City: Prensa de la Universidad de Utah. pag. 222-223, 236-241. ISBN 9781607810049.
  12. ^ Blatt y Tracy 1996 , págs. 287-292.
  13. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 8.
  14. ^ McCave, IN (1975). "Flujo vertical de partículas en el océano". Investigación en aguas profundas y resúmenes oceanográficos . 22 (7): 491–502. doi : 10.1016 / 0011-7471 (75) 90022-4 .
  15. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 9.
  16. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 10.
  17. ^ Blatt y Tracy 1996 , págs. 265-280.
  18. ↑ a b c Boggs , 2006 , págs. 147-154.
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  20. ^ Boggs , 2006 , p. 148.
  21. ^ Latigazo, GG; Blood, DR (1 de enero de 2004). "Origen de la tela de pizarra por compactación mecánica de arcilla floculada: evidencia de la pizarra Rhinestreet del Devónico superior, oeste de Nueva York, Estados Unidos". Revista de investigación sedimentaria . 74 (1): 110-116. doi : 10.1306 / 060103740110 .
  22. ^ Sintubin, Manuel (1994). "Telas de arcilla en relación con la historia de enterramiento de lutitas". Sedimentología . 41 (6): 1161-1169. doi : 10.1111 / j.1365-3091.1994.tb01447.x .
  23. ^ Blatt, Harvey; Middleton, Gerard; Murray, Raymond (1980). Origen de las rocas sedimentarias (2ª ed.). Englewood Cliffs, Nueva Jersey: Prentice-Hall. págs. 398–400. ISBN 0136427103.
  24. ^ Boggs 2006 , págs. 142, 145-154.
  25. ^ R. Zangerl y ES Richardson (1963) La historia paleoecológica de dos lutitas de Pensilvania , Fieldiana Memoirs v. 4, Museo Field de Historia Natural, Chicago
  26. ↑ a b J.D. Vine y EB Tourtelot (1970). "Geoquímica de depósitos de pizarra negra - un informe resumido". Geología económica . 65 (3): 253-273. doi : 10.2113 / gsecongeo.65.3.253 .
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  28. ^ RM Coveney (2003) "Lutitas negras del Paleozoico metalífero y estratos asociados" en DR Lenz (ed.) Geoquímica de sedimentos y rocas sedimentarias , Geotexto 4, Asociación Geológica de Canadá págs. 135-144
  29. ^ HD Holanda (1979). "Metales en lutitas negras - Una reevaluación". Geología económica . 70 (7): 1676–1680. doi : 10.2113 / gsecongeo.74.7.1676 .
  30. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , págs. 22-23.
  31. ^ Potter, Maynard y Pryor 1980 , p. 14.
  32. ^ Blatt, Middleton y Murray 1980 , págs. 396-397.
  33. ^ Blatt, Middleton y Murray 1980 , págs.397.
  34. ^ RW Raymond (1881) "Pizarra" en un glosario de términos mineros y metalúrgicos , Instituto Americano de Ingenieros de Minas. pag. 78.
  35. ^ Albert H. Fay (1920) "Pizarra" en un glosario de la industria minera y de minerales , Oficina de Minas de Estados Unidos. pag. 622.
  36. ^ Herbert, Bucksch (1996). Diccionario de ingeniería geotécnica: inglés alemán . Springer . pag. 61. ISBN 978-3540581642.

Enlaces externos [ editar ]

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