Contente
- O que é o xisto?
- Usos do xisto
- Óleo convencional e gás natural
- Óleo não convencional e gás natural
- Xisto usado para produzir argila
- Xisto usado para produzir cimento
- Xisto de óleo
- Composição do xisto
- Cores do xisto
- Xisto preto e cinza
- Xisto vermelho, marrom e amarelo
- Xisto Verde
- Propriedades hidráulicas do xisto
- Propriedades de engenharia de solos de xisto
- Solos expansivos
- Estabilidade da inclinação
- Ambientes de deposição de xisto
Xisto: O xisto se quebra em pedaços finos com bordas afiadas. Ocorre em uma ampla gama de cores que incluem vermelho, marrom, verde, cinza e preto. É a rocha sedimentar mais comum e é encontrada em bacias sedimentares em todo o mundo.
O que é o xisto?
O xisto é uma rocha sedimentar de granulação fina que se forma a partir da compactação de partículas minerais do tamanho de lodo e argila que comumente chamamos de "lama". Essa composição coloca o xisto em uma categoria de rochas sedimentares conhecidas como "pedras da lama". O xisto se distingue de outros pedras da lama por ser físsil e laminado. "Laminado" significa que a rocha é composta de muitas camadas finas. "Físsil" significa que a rocha se divide rapidamente em pedaços finos ao longo das laminações.
Usos do xisto
Alguns folhelhos têm propriedades especiais que os tornam recursos importantes. O xisto preto contém material orgânico que às vezes se decompõe para formar gás natural ou óleo. Outros folhelhos podem ser triturados e misturados com água para produzir argilas que podem ser transformadas em uma variedade de objetos úteis.
Reservatório Convencional de Óleo e Gás Natural: Este desenho ilustra uma "armadilha anticlinal" que contém óleo e gás natural. As unidades de rocha cinza são de xisto impermeável. O petróleo e o gás natural se formam nessas unidades de xisto e depois migram para cima. Parte do petróleo e gás fica presa no arenito amarelo para formar um reservatório de petróleo e gás. Este é um reservatório "convencional" - o que significa que o petróleo e o gás podem fluir através do espaço poroso do arenito e ser produzido a partir do poço.
Óleo convencional e gás natural
O xisto orgânico preto é a fonte de rochas para muitos dos mais importantes depósitos de petróleo e gás natural do mundo. Esses folhelhos obtêm sua cor preta a partir de pequenas partículas de matéria orgânica depositadas na lama da qual o folhelho se formou. Como a lama foi enterrada e aquecida dentro da terra, parte do material orgânico foi transformado em petróleo e gás natural.
O petróleo e o gás natural migraram do xisto e para cima através da massa de sedimentos devido à sua baixa densidade. O petróleo e o gás costumavam ficar presos nos espaços porosos de uma unidade de rocha sobreposta, como um arenito (veja a ilustração). Esses tipos de depósitos de petróleo e gás são conhecidos como "reservatórios convencionais" porque os fluidos podem fluir facilmente através dos poros da rocha e para o poço de extração.
Embora a perfuração possa extrair grandes quantidades de petróleo e gás natural da rocha do reservatório, grande parte dela permanece presa no xisto. Esse óleo e gás é muito difícil de remover, pois fica preso em pequenos espaços porosos ou adsorvido em partículas minerais de argila que compõem o xisto.
Reservatório não convencional de petróleo e gás: Este desenho ilustra as novas tecnologias que permitem o desenvolvimento de campos não convencionais de petróleo e gás natural. Nesses campos de gás, o petróleo e o gás são mantidos em folhelhos ou em outra unidade de rocha impermeável. Para produzir esse óleo ou gás, são necessárias tecnologias especiais. Uma é a perfuração horizontal, na qual um poço vertical é desviado para a horizontal, de modo que penetre uma longa distância da rocha do reservatório. O segundo é o fraturamento hidráulico. Com esta técnica, uma parte do poço é selada e a água é bombeada para produzir uma pressão alta o suficiente para fraturar a rocha circundante. O resultado é um reservatório altamente fraturado, penetrado por um longo comprimento de poço.
Óleo não convencional e gás natural
No final dos anos 90, as empresas de perfuração de gás natural desenvolveram novos métodos para liberar petróleo e gás natural presos nos minúsculos espaços de poros do xisto. Essa descoberta foi significativa porque liberou alguns dos maiores depósitos de gás natural do mundo.
O Barnett Shale do Texas foi o primeiro grande campo de gás natural desenvolvido em uma rocha de reservatório de xisto. A produção de gás do Barnett Shale foi um desafio. Os espaços dos poros no xisto são tão pequenos que o gás tem dificuldade de se mover através do xisto e para dentro do poço. Os perfuradores descobriram que podiam aumentar a permeabilidade do xisto bombeando água pelo poço sob pressão alta o suficiente para fraturar o xisto. Essas fraturas liberaram parte do gás dos espaços porosos e permitiram que o gás fluísse para o poço. Essa técnica é conhecida como "fraturamento hidráulico" ou "hidrofracing".
Os perfuradores também aprenderam como perfurar até o nível do xisto e girar o poço 90 graus para perfurar horizontalmente a unidade de rocha de xisto. Isso produziu um poço com uma "zona de pagamento" muito longa através da rocha do reservatório (veja a ilustração). Este método é conhecido como "perfuração horizontal".
A perfuração horizontal e o fraturamento hidráulico revolucionaram a tecnologia de perfuração e abriram o caminho para o desenvolvimento de vários campos gigantes de gás natural. Isso inclui o Marcellus Shale nos Apalaches, o Haynesville Shale na Louisiana e o Fayetteville Shale no Arkansas. Esses enormes reservatórios de xisto mantêm gás natural suficiente para atender a todas as necessidades dos Estados Unidos por vinte anos ou mais.
Xisto em tijolo e azulejo: O xisto é usado como matéria-prima para a fabricação de muitos tipos de tijolos, ladrilhos, canos, cerâmica e outros produtos manufaturados. Tijolos e ladrilhos são alguns dos materiais mais amplamente utilizados e altamente desejados para a construção de casas, muros, ruas e estruturas comerciais. Direitos autorais da imagem iStockphoto / Guy Elliott.
Xisto usado para produzir argila
Todo mundo tem contato com produtos feitos de xisto. Se você mora em uma casa de tijolos, dirige em uma estrada de tijolos, mora em uma casa com telhado de telha ou mantém plantas em vasos de terracota, você tem contato diário com itens que provavelmente foram feitos de xisto.
Muitos anos atrás, esses mesmos itens eram feitos de argila natural. No entanto, o uso pesado esgotou a maioria dos pequenos depósitos de argila. Precisando de uma nova fonte de matérias-primas, os fabricantes logo descobriram que misturar xisto finamente moído com água produziria uma argila que geralmente possuía propriedades semelhantes ou superiores. Hoje, a maioria dos itens que antes eram produzidos a partir de argila natural foram substituídos por itens quase idênticos feitos de argila fabricada pela mistura de xisto finamente moído com água.
Kits de rochas e minerais: Obtenha um kit de rochas, minerais ou fósseis para aprender mais sobre os materiais da Terra. A melhor maneira de aprender sobre rochas é ter amostras disponíveis para teste e exame.
Xisto usado para produzir cimento
O cimento é outro material comum que geralmente é feito com xisto. Para fazer cimento, o calcário e o xisto esmagados são aquecidos a uma temperatura alta o suficiente para evaporar toda a água e decompor o calcário em óxido de cálcio e dióxido de carbono. O dióxido de carbono é perdido como uma emissão, mas o óxido de cálcio combinado com o xisto aquecido produz um pó que endurece se misturado com água e deixa secar. O cimento é usado para fabricar concreto e muitos outros produtos para a indústria da construção.
Xisto de óleo: Rocha que contém uma quantidade significativa de material orgânico na forma de querogênio sólido. Até 1/3 da rocha pode ser material orgânico sólido. Este espécime tem aproximadamente 10 cm de diâmetro.
Xisto de óleo
O xisto betuminoso é uma rocha que contém quantidades significativas de material orgânico na forma de querogênio. Até 1/3 da rocha pode ser querogênio sólido. Hidrocarbonetos líquidos e gasosos podem ser extraídos do xisto betuminoso, mas a rocha deve ser aquecida e / ou tratada com solventes. Isso geralmente é muito menos eficiente do que perfurar rochas que produzirão petróleo ou gás diretamente no poço. A extração dos hidrocarbonetos do xisto betuminoso produz emissões e resíduos que causam importantes preocupações ambientais. Essa é uma das razões pelas quais os extensos depósitos de xisto de petróleo do mundo não foram utilizados agressivamente.
O xisto betuminoso geralmente atende à definição de "xisto", pois é "uma rocha laminada que consiste em pelo menos 67% de minerais argilosos". No entanto, às vezes contém material orgânico e minerais carbonáticos suficientes para que os minerais argilosos representem menos de 67% da rocha.
Amostras de núcleo de xisto: Quando o xisto é perfurado para avaliação de petróleo, gás natural ou recursos minerais, um núcleo é frequentemente recuperado do poço. A rocha no núcleo pode ser testada para aprender sobre seu potencial e como o recurso pode ser melhor desenvolvido.
Composição do xisto
O xisto é uma rocha composta principalmente de grãos minerais do tamanho de argila. Esses grãos minúsculos são geralmente minerais argilosos como ilita, caulinita e esmectita. O xisto geralmente contém outras partículas minerais do tamanho da argila, como quartzo, chert e feldspato. Outros constituintes podem incluir partículas orgânicas, minerais de carbonato, minerais de óxido de ferro, minerais de sulfeto e grãos minerais pesados. Esses "outros constituintes" na rocha são freqüentemente determinados pelo ambiente de xisto da deposição e geralmente determinam a cor da rocha.
Xisto preto: Xisto preto rico em orgânicos. Às vezes, o gás natural e o petróleo ficam presos nos minúsculos espaços porosos desse tipo de xisto.
Cores do xisto
Como a maioria das rochas, a cor do xisto é frequentemente determinada pela presença de materiais específicos em pequenas quantidades. Apenas uma pequena porcentagem de materiais orgânicos ou ferro pode alterar significativamente a cor de uma rocha.
Peças de gás de xisto: Desde o final dos anos 90, dezenas de folhelhos orgânicos pretos anteriormente improdutivos foram desenvolvidos com sucesso em valiosos campos de gás. Veja o artigo: "O que é gás de xisto?"
Xisto preto e cinza
Uma cor preta nas rochas sedimentares quase sempre indica a presença de materiais orgânicos. Apenas um ou dois por cento de materiais orgânicos podem conferir uma cor cinza escura ou preta à rocha. Além disso, essa cor preta quase sempre implica que o xisto formado a partir de sedimentos depositados em um ambiente deficiente em oxigênio. Qualquer oxigênio que entrasse no ambiente reagiria rapidamente com os restos orgânicos em decomposição. Se uma grande quantidade de oxigênio estivesse presente, todos os detritos orgânicos teriam se deteriorado. Um ambiente pobre em oxigênio também fornece as condições adequadas para a formação de minerais de sulfeto, como a pirita, outro mineral importante encontrado na maioria dos folhelhos pretos.
A presença de detritos orgânicos no xisto preto os torna candidatos à geração de petróleo e gás. Se o material orgânico for preservado e adequadamente aquecido após o enterro, poderá ser produzido petróleo e gás natural. O xisto Barnett, o xisto Marcellus, o xisto Haynesville, o xisto Fayetteville e outras rochas produtoras de gás são todos xistos cinza-escuros ou pretos que produzem gás natural. O xisto Bakken de Dakota do Norte e o xisto Eagle Ford do Texas são exemplos de folhelhos que produzem petróleo.
Por vezes, os folhelhos cinzentos contêm uma pequena quantidade de matéria orgânica. No entanto, os folhelhos cinzentos também podem ser rochas que contêm materiais calcários ou simplesmente minerais argilosos que resultam em uma cor cinza.
Utica e Marcellus Shale: Pensa-se que dois folhelhos orgânicos pretos na Bacia dos Apalaches contenham gás natural suficiente para abastecer os Estados Unidos por vários anos. Estes são o xisto de Marcellus e o xisto de Utica.
Xisto vermelho, marrom e amarelo
Os folhelhos depositados em ambientes ricos em oxigênio geralmente contêm pequenas partículas de óxido de ferro ou minerais de hidróxido de ferro, como hematita, goethita ou limonita. Apenas uma pequena porcentagem desses minerais distribuídos pela rocha pode produzir as cores vermelho, marrom ou amarelo exibidas por muitos tipos de xisto. A presença de hematita pode produzir um xisto vermelho. A presença de limonita ou goethita pode produzir um xisto amarelo ou marrom.
Xisto Verde
Os folhelhos verdes são encontrados ocasionalmente. Isso não deve surpreender, porque alguns dos minerais e micas de argila que compõem grande parte do volume dessas rochas são tipicamente esverdeados.
Xisto de gás natural bem: Em menos de dez anos, o xisto subiu proeminentemente no setor de energia. Novos métodos de perfuração e desenvolvimento de poços, como fraturamento hidráulico e perfuração horizontal, podem explorar o petróleo e o gás natural presos dentro da matriz apertada de folhelhos orgânicos. Direitos autorais da imagem iStockphoto / Edward Todd.
Propriedades hidráulicas do xisto
Propriedades hidráulicas são características de uma rocha, como permeabilidade e porosidade, que refletem sua capacidade de reter e transmitir fluidos, como água, óleo ou gás natural.
O xisto tem um tamanho de partícula muito pequeno, portanto os espaços intersticiais são muito pequenos. De fato, são tão pequenos que o petróleo, o gás natural e a água têm dificuldade em se mover através da rocha.O xisto pode, portanto, servir como uma rocha capilar para as armadilhas de petróleo e gás natural, e também é um filtro que bloqueia ou limita o fluxo das águas subterrâneas.
Embora os espaços intersticiais em um xisto sejam muito pequenos, eles podem absorver um volume significativo da rocha. Isso permite que o xisto retenha quantidades significativas de água, gás ou óleo, mas não seja capaz de transmiti-los efetivamente devido à baixa permeabilidade. A indústria de petróleo e gás supera essas limitações do xisto usando perfuração horizontal e fraturamento hidráulico para criar porosidade artificial e permeabilidade dentro da rocha.
Alguns minerais da argila que ocorrem no xisto têm a capacidade de absorver ou adsorver grandes quantidades de água, gás natural, íons ou outras substâncias. Essa propriedade do xisto pode permitir que ele mantenha seletivamente e tenazmente ou libere livremente fluidos ou íons.
Mapa de solos expansivos: O Serviço Geológico dos Estados Unidos preparou um mapa de solos expansivos generalizados para os 48 estados inferiores.
Propriedades de engenharia de solos de xisto
Os xistos e os solos deles derivados são alguns dos materiais mais problemáticos para se construir. Eles estão sujeitos a alterações de volume e competência que geralmente os tornam substratos de construção não confiáveis.
Deslizamento de terra: O xisto é uma rocha propensa a deslizamentos de terra.
Solos expansivos
Os minerais argilosos em alguns solos derivados de xisto têm a capacidade de absorver e liberar grandes quantidades de água. Essa mudança no teor de umidade geralmente é acompanhada por uma alteração no volume que pode chegar a vários por cento. Esses materiais são chamados de "solos expansivos". Quando esses solos ficam úmidos, eles incham e, quando secam, encolhem. Edifícios, estradas, linhas de serviço público ou outras estruturas colocadas sobre ou dentro desses materiais podem ser enfraquecidas ou danificadas pelas forças e movimentos da mudança de volume. Solos expansivos são uma das causas mais comuns de danos de fundações em edifícios nos Estados Unidos.
Delta do xisto: Um delta é um depósito de sedimentos que se forma quando um riacho entra em um corpo de água parado. A velocidade da água da corrente diminui repentinamente e os sedimentos transportados se depositam no fundo. Os deltas são onde o maior volume de lama terrestre é depositado. A imagem acima é uma vista de satélite do delta do Mississippi, mostrando seus canais de distribuição e depósitos interdistributivos. A água azul brilhante que circunda o delta está repleta de sedimentos.
Estabilidade da inclinação
O xisto é a rocha mais frequentemente associada a deslizamentos de terra. O intemperismo transforma o xisto em um solo rico em argila, que normalmente possui uma resistência ao cisalhamento muito baixa - especialmente quando molhado. Quando esses materiais de baixa resistência estão molhados e em uma encosta íngreme, eles podem lenta ou rapidamente descer a ladeira. Sobrecarga ou escavação por seres humanos geralmente desencadeiam falhas.
Xisto em Marte: O xisto também é uma rocha muito comum em Marte. Esta foto foi tirada pela câmera do mastro do Mars Curiosity Rover. Mostra afloramentos de folhelhos cindíveis finos na Cratera Gale. A curiosidade perfurou as rochas da cratera Gale e identificou minerais argilosos nas estacas. Imagem da NASA.
Ambientes de deposição de xisto
Um acúmulo de lama começa com o desgaste químico das rochas. Esse intemperismo quebra as rochas em minerais argilosos e outras pequenas partículas que frequentemente se tornam parte do solo local. Uma tempestade pode lavar minúsculas partículas de solo da terra e em correntes, dando a elas uma aparência "lamacenta". Quando o fluxo diminui a velocidade ou entra em um corpo de água parado, como um lago, pântano ou oceano, as partículas de lama se depositam no fundo. Se não for perturbado e enterrado, esse acúmulo de lama pode ser transformado em uma rocha sedimentar conhecida como "lama da lama". É assim que a maioria dos folhelhos é formada.
O processo de formação de xisto não está confinado à Terra. Os rovers de Marte encontraram muitos afloramentos em Marte com unidades de rochas sedimentares que se parecem com os folhelhos encontrados na Terra (veja a foto).