셰일

3. 성분 및 색상

3. 1. 점토 광물 구성

4. 형성

셰일은 일반적으로 매우 느리게 움직이는 물에 퇴적되며, 종종 호수와 석호 퇴적물, 강 삼각주, 범람원, 그리고 파랑 저면 아래 해양에서 발견된다.^[9] 두꺼운 셰일 퇴적층은 고대 대륙붕과 전방 분지 근처에서 발견된다.^[9] 가장 널리 분포하는 셰일 지층 중 일부는 대륙붕 해에 의해 퇴적되었다. 흑색 셰일^[7]은 백악기 지층에서 대서양 가장자리에 흔히 나타나는데, 이는 단층으로 경계가 지어진, 좁은 대서양의 순환 제한과 매우 따뜻한 백악기 바다에 오늘날 심해를 산소화하는 차가운 저층수 순환이 부족했던 부분으로 인해 빈산소성이었다.^[7] 판게아(Pangaea)의 분열 동안 대서양이 열리는 것과 관련된 분지에서 퇴적되었다.

대부분의 점토는 개별 점토 입자의 침강 속도가 매우 느리기 때문에 응집체와 플록으로 퇴적되어야 한다.^[10] 점토가 고염분 해수를 만나면 플록 형성이 매우 빠르게 일어난다.^[10] 개별 점토 입자의 크기는 4마이크로미터 미만이지만, 플록 형성에 의해 생성된 점토 입자 덩어리는 크기가 수십 마이크로미터에서 700마이크로미터 이상까지 다양하다. 플록은 처음에는 수분이 풍부하지만, 시간이 지남에 따라 점토 광물이 더욱 단단하게 결합함에 따라 플록의 물이 많이 배출된다(탈수 작용).^[10] 여과 섭식자에 의한 점토 펠릿화는 플록 형성이 억제되는 곳에서 중요하다. 여과 섭식자는 미국 걸프만 연안을 따라 연간 1제곱킬로미터당 약 12톤의 점토 펠릿을 생성한다.^[10]

퇴적물이 계속 축적됨에 따라 더 오래되고 더 깊이 매몰된 퇴적물은 다이아제네시스를 겪기 시작한다. 이것은 주로 점토와 실트 입자의 압밀과 암석화로 구성된다.^[11] '초기 생성'으로 묘사되는 다이아제네시스의 초기 단계는 얕은 깊이(수십 미터)에서 발생하며, 약간의 압밀만을 동반한 퇴적물의 생흔과 광물학적 변화가 특징이다.^[11] 이 단계의 다이아제네시스에서 황철석이 무산소성 진흙에서 형성될 수 있다.^[7]

더 깊은 매몰은 대부분의 압밀과 암석화가 일어나는 '중기 생성'을 동반한다. 퇴적물이 상부 퇴적물로부터 증가하는 압력을 받으면 퇴적물 입자는 더욱 압축된 배열로 이동하고, 연성 입자(점토 광물 입자와 같이)가 변형되고 공극이 감소한다.^[12] 이러한 물리적 압밀 외에도 압력 용해를 통해 화학적 압밀이 일어날 수 있다. 입자 사이의 접촉점은 가장 큰 변형을 받으며, 변형된 광물은 나머지 입자보다 더 용해성이 높다. 결과적으로 접촉점이 용해되어 입자가 더 가까이 접촉할 수 있다.^[12]

셰일은 압밀 과정에서 원래의 열린 점토 입자 골격의 기계적 압밀을 통해 쪼개짐을 발달시킨다. 입자들은 셰일의 독특한 구조를 부여하는 평행한 층으로 강하게 배열된다.^[13] 쪼개짐은 두꺼운 지층에서 깊이에 따라 다르지 않기 때문에 쪼개짐은 비교적 얕은 깊이에서 압밀 과정 초기에 발달하는 것 같다.^[14] 고령토 조각은 다른 점토보다 평행한 층으로 정렬되는 경향이 적기 때문에 고령토가 풍부한 점토는 셰일보다 비쪼개짐 이암을 형성할 가능성이 더 높다. 반면에 흑색 셰일은 점토 입자의 표면에 탄화수소 분자가 결합하여 입자 사이의 결합이 약해지기 때문에 매우 뚜렷한 쪼개짐('종이 셰일')을 갖는 경우가 많다.^[15]

깊이에 따른 온도 증가는 입자를 서로 결합시키는 시멘트의 침전을 촉진하여 압밀에 이어 암석화가 진행된다. 변형된 접촉점에서 용해된 광물이 변형되지 않은 공극에 재침전되므로 압력 용해는 시멘팅에 기여한다. 점토 광물도 변할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트는 약 55~200°C의 온도에서 일라이트로 변하여 그 과정에서 물을 방출한다.^[7] 다른 변형 반응에는 120~150°C 사이의 온도에서 스멕타이트가 클로라이트로, 고령토가 일라이트로 변하는 것이 포함된다.^[7] 이러한 반응으로 인해 일라이트는 젊은 셰일의 약 25%와 달리 선캄브리아기 셰일의 80%를 구성한다.

매몰된 셰일의 지표 노출은 다이아제네시스의 세 번째이자 마지막 단계인 '말기 생성'을 동반한다.^[11] 침식으로 매몰 깊이가 감소함에 따라 대기수에 대한 새로운 노출은 일부 시멘트의 용해로 2차 공극을 생성하는 것과 같이 셰일의 추가적인 변화를 일으킨다. 황철석은 석고를 생성하기 위해 산화될 수 있다.

화석, 동물 발자국 또는 굴 심지어 빗방울 자국도 때때로 셰일 층리면에 보존된다. 셰일에는 황철석, 아파타이트 또는 다양한 탄산염 광물로 구성된 구상체가 포함될 수도 있다.

• *'''흑색 셰일'''''은 특히 산화되지 않은 탄소가 풍부하기 때문에 어둡다. 일부 고생대와 중생대 지층에 흔히 나타나는 흑색 셰일은 정체된 수주와 같은 무산소성 환원 환경에서 퇴적되었다.^[7] 일부 흑색 셰일에는 몰리브덴, 우라늄, 바나듐, 아연과 같은 풍부한 중금속이 포함되어 있다.^{[7][16][17][18]} 풍부한 값은 퇴적 중 또는 후에 열수 유체로부터의 유입 또는 장기간의 퇴적에 걸쳐 해수로부터의 느린 축적에 기인한다는 대체적인 주장이 있는 논란의 여지가 있는 기원을 가지고 있다.^[17][19][20]

4. 1. 쪼개짐(엽리)의 형성

5. 화석

셰일은 미세한 입자로 구성되어 있어 생물 화석이 잘 보존되는 경우가 많다. 특히 틈이 없어 산소를 통과시키지 않는 성질 때문에 생물의 유해가 화석화 과정에서 썩기 어렵고, 연체부나 내장까지 완벽하게 보존되기도 한다. 고생대 캄브리아기의 아노말로카리스 등이 발견된 캐나다의 버제스 셰일이 대표적인 예시이며, 중국의 청장 동물군(청장)이나 그린란드의 시리우스 파셋 등에서도 셰일 화석이 발견된다.

6. 오일셰일

셰일은 탄화수소(천연가스와 원유)의 가장 흔한 원암이다.^[7] 대부분의 셰일층에 거친 퇴적물이 없는 것은 퇴적 분지의 물에 강한 해류가 없었음을 반영한다. 이러한 해류는 물에 산소를 공급하고 유기물이 축적되기 전에 파괴했을 수 있다. 셰일층에 탄산염암이 없는 것은 탄산염 골격을 분비했을 수 있는 유기체가 없었음을 반영하며, 이 또한 산소가 없는 환경 때문일 가능성이 높다. 결과적으로 퇴적암에 있는 유기물의 약 95%가 셰일과 다른 이암에서 발견된다. 개별 셰일층은 일반적으로 약 1%의 유기물 함량을 가지고 있지만, 가장 풍부한 원암은 최대 40%의 유기물을 포함할 수 있다.

셰일의 유기물은 시간이 지남에 따라 원래의 단백질, 다당류, 지질, 및 기타 유기 분자에서 케로젠으로 변환되며, 더 깊은 매몰 깊이에서 발견되는 더 높은 온도에서는 더욱 흑연과 원유로 변환된다. 유기물이 풍부한 셰일은 상압에서 촉매를 사용하지 않고 건류하면 석유를 회수할 수 있으므로 오일셰일이라고 불린다.

7. 한국의 셰일 지층

7. 1. 조선 누층군

7. 2. 평안 누층군

7. 3. 경상 누층군

8. 셰일과 국제 정세

셰일은 탄화수소(천연가스와 원유)의 가장 흔한 원암이다.^[7] 대부분의 셰일층에는 거친 퇴적물이 없고 탄산염암도 발견되지 않는데, 이는 퇴적 당시 산소가 부족한 환경이었음을 시사한다. 셰일층의 유기물은 시간이 지나면서 케로젠으로 변환되고, 더 깊은 곳에서는 고온으로 인해 흑연과 원유로 변환된다.

9. 같이 보기

참조

_[1] 서적 Petrology: Igneous, Sedimentary and Metamorphic Freeman 1996
_[2] 웹사이트 Rocks: Materials of the Lithosphere – Summary http://wps.prenhall.[...] prenhall.com 2007-07-31
_[3] 서적 Principles of sedimentology and stratigraphy Pearson Prentice Hall 2006
_[4] 서적 Petrology: Igneous, Sedimentary and Metamorphic Freeman 1996
_[5] 웹사이트 Rocks: Materials of the Lithosphere – Summary http://wps.prenhall.[...] prenhall.com 2007-07-31
_[6] 서적 Sedimentology of shale: study guide and reference source Springer-Verlag 1980
_[7] 논문 Chemostratigraphy and Chemofacies of Source Rock Analogues: A High-Resolution Analysis of Black Shale Successions from the Lower Silurian Formigoso Formation (Cantabrian Mountains, NW Spain) https://www.scienced[...] 2016
_[8] 논문 Geologic field evidence suggesting membrane properties of shales http://archives.data[...] 1960-01-01
_[9] 서적 Geological evolution of the Colorado Plateau of eastern Utah and western Colorado, including the San Juan River, Natural Bridges, Canyonlands, Arches, and the Book Cliffs University of Utah Press 2010
_[10] 논문 Vertical flux of particles in the ocean 1975
_[11] 논문 Geologic Nomenclature and Classification of Porosity in Sedimentary Carbonates 1970
_[12] 논문 Assessing shale gas reservoir potential using multi-scaled SEM pore network characterizations and quantifications: The Ciñera-Matallana pull-apart basin, NW Spain https://www.scienced[...] 2020
_[13] 논문 Origin of Shale Fabric by Mechanical Compaction of Flocculated Clay: Evidence from the Upper Devonian Rhinestreet Shale, Western New York, U.S.A. 2004-01-01
_[14] 논문 Clay fabrics in relation to the burial history of shales 1994
_[15] 서적 Origin of sedimentary rocks Prentice-Hall 1980
_[16] 서적 The paleoecologic history of two Pennsylvanian shales Field Museum of Natural History 1963
_[17] 논문 Geochemistry of black shale deposits – A summary report 1970
_[18] 논문 Zinc concentrations in mid-continent Pennsylvanian black shales of Missouri and Kansas 1979
_[19] 서적 Metalliferous Paleozoic black shales and associated strata Geological Association of Canada 2003
_[20] 논문 Metals in black shales – A reassessment 1979
_[21] 서적 A Glossary of Mining and Metallurigical Terms https://books.google[...] American Institute of Mining Engineers 1881
_[22] 서적 A Glossary of the Mining and Mineral Industry https://books.google[...] United States Bureau of Mines 1920
_[23] 서적 Dictionary geotechnical engineering: English German https://books.google[...] Springer 1996
_[24] 서적 퇴적암의 이해 - 퇴적암을 통해서 지구의 역사를 이해해 보자 한국학술정보 2007-05