Schiste argileux

roche sédimentaire _{clastique à grain fin, formée à partir de boue composée d'un mélange de paillettes de minéraux argileux (phyllosilicates d'aluminium hydratés, par exemple le kaolin, Al₂Si₂O₅(OH)₄} ) et de _minuscules fragments ( particules de la taille du limon ) d' autres minéraux , _notamment le quartz et la calcite . [ schiste bitumineux se caractérise par sa tendance à se cliver en fines couches ( lamelles ) de moins d'un centimètre d'épaisseur. Cette propriété est appelée fissilité . Le schiste bitumineux est la roche sédimentaire la plus courante.

Le terme schiste est parfois appliqué de manière plus large, essentiellement comme synonyme de mudrock , plutôt que dans le sens plus restreint de mudrock fissile riche en argile.

Les schistes sont généralement gris et composés de minéraux argileux et de grains de quartz. L'ajout de quantités variables de constituants mineurs modifie la couleur de la roche. Les couleurs rouge, brune et verte sont indicatives de la présence d'oxyde ferrique ( hématite – rouge), d'hydroxyde de fer ( goethite – brun et limonite – jaune) ou de minéraux micacés ( chlorite , biotite et illite – vert). La couleur passe du rougeâtre au verdâtre lorsque le fer à l' état oxydé ( ferrique ) est réduit ( ferreux ). Les schistes noirs résultent de la présence de plus de 1 % de matière carbonée et indiquent un milieu réducteur. Les schistes bleu pâle à bleu-vert sont généralement riches en minéraux carbonatés .

Les argiles constituent le principal composant des schistes bitumineux et autres roches argileuses. Les minéraux argileux les plus présents sont la kaolinite , la montmorillonite et l'illite. Les minéraux argileux des roches argileuses du Tertiaire supérieur sont des smectites expansibles, tandis que dans les roches plus anciennes (notamment les schistes bitumineux du Paléozoïque moyen à inférieur ), les illites prédominent. La transformation de la smectite en illite produit de la silice , du sodium , du calcium , du magnésium , du fer et de l'eau. Ces éléments libérés forment du quartz authigène , du chert , de la calcite , de la dolomite , de l'ankérite , de l'hématite et de l'albite , tous présents à l'état de traces dans les minéraux mineurs (à l'exception du quartz) des schistes bitumineux et autres roches argileuses. Un schiste bitumineux typique est composé d'environ 58 % de minéraux argileux, 28 % de quartz, 6 % de feldspath , 5 % de minéraux carbonatés et 2 % d'oxydes de fer . La majeure partie du quartz est détritique (provenant des sédiments originaux qui ont formé le schiste) plutôt qu'authigène (cristallisé dans le schiste après son dépôt).

Les schistes et autres roches argileuses contiennent environ 95 % de la matière organique de toutes les roches sédimentaires. Cependant, cela représente moins de 1 % de la masse d'un schiste moyen. Les schistes noirs, qui se forment en conditions anoxiques , contiennent du carbone libre réduit ainsi que du fer ferreux (Fe²⁺ ⁾ et du soufre (S²⁻ ⁾ . Le sulfure de fer amorphe , associé au carbone, est responsable de la coloration noire. Le sulfure de fer amorphe se transformant progressivement en pyrite , un pigment mineur, les jeunes schistes peuvent présenter une couleur très foncée due à leur teneur en sulfure de fer, malgré une faible teneur en carbone (moins de 1 %), tandis qu'une couleur noire dans un schiste ancien indique une forte teneur en carbone.

La plupart des schistes sont d'origine marine , et les eaux souterraines des formations schisteuses sont souvent très salines . Il est démontré que le schiste se comporte comme un milieu semi-perméable, laissant passer l'eau tout en retenant les sels dissous [

Les fines particules qui composent le schiste peuvent rester en suspension dans l'eau longtemps après le dépôt des particules de sable plus grosses. De ce fait, les schistes se déposent généralement dans des eaux très calmes et se rencontrent souvent dans les lacs et les lagunes , les deltas fluviaux , les plaines d'inondation et au large, sous la limite d'action des vagues . D'épais dépôts de schiste se trouvent près des anciennes marges continentales et des bassins d'avant-pays . Certaines des formations de schiste les plus répandues se sont déposées dans des mers épicontinentales . Les schistes noirs sont fréquents dans les strates du Crétacé en bordure de l' océan Atlantique , où ils se sont déposés dans des bassins à sills limités par des failles , associés à l'ouverture de l'Atlantique lors de la fragmentation de la Pangée . Ces bassins étaient anoxiques, en partie à cause de la circulation restreinte dans l'Atlantique étroit, et en partie parce que les mers très chaudes du Crétacé ne bénéficiaient pas de la circulation d'eaux froides de fond qui oxygène aujourd'hui les océans profonds

La majeure partie de l'argile se dépose sous forme d'agrégats et de flocons, car la vitesse de sédimentation des particules individuelles est extrêmement lente. La floculation est très rapide dès que l'argile entre en contact avec de l'eau de mer très salée. Alors que les particules d'argile individuelles mesurent moins de 4 microns, les agglomérats de particules d'argile produits par floculation ont une taille variable, allant de quelques dizaines de microns à plus de 700 microns de diamètre. Les flocons sont initialement riches en eau, mais une grande partie de cette eau est expulsée des flocons à mesure que les minéraux argileux se lient plus étroitement au fil du temps (un processus appelé synérèse ). La granulation de l'argile par les organismes filtreurs est importante là où la floculation est inhibée. On estime que les organismes filtreurs produisent 12 tonnes de granules d'argile par kilomètre carré et par an le long de la côte du golfe du Mexique, aux États-Unis .

À mesure que les sédiments s'accumulent, les plus anciens et les plus profondément enfouis subissent une diagenèse . Celle-ci consiste principalement en une compaction et une lithification des particules d'argile et de limon. Les premiers stades de la diagenèse, appelés éogenèse , se déroulent à faible profondeur (quelques dizaines de mètres) et sont caractérisés par une bioturbation et des modifications minéralogiques des sédiments, avec une compaction légère. De la pyrite peut se former dans la boue anoxique à ce stade de la diagenèse.

L'enfouissement plus profond s'accompagne d' une mésogenèse , au cours de laquelle se produisent la majeure partie de la compaction et de la lithification. Sous l'effet d'une pression croissante exercée par les sédiments sus-jacents, les grains sédimentaires s'organisent de manière plus compacte, les grains ductiles (comme les grains de minéraux argileux ) se déforment et la porosité diminue. Outre cette compaction physique, une compaction chimique peut se produire par dissolution sous pression . Les points de contact entre les grains sont soumis à la plus grande contrainte, et le minéral ainsi contraint est plus soluble que le reste du grain. Par conséquent, les points de contact se dissolvent, permettant aux grains de se rapprocher.

C’est lors de la compaction que le schiste acquiert sa fissilité, probablement par compaction mécanique de la structure ouverte initiale des particules d’argile. Ces particules s’orientent fortement en couches parallèles, conférant au schiste sa texture caractéristique. La fissilité se développe vraisemblablement au début du processus de compaction, à une profondeur relativement faible, car elle ne semble pas varier avec la profondeur dans les formations épaisses. Les paillettes de kaolinite ont moins tendance à s’aligner en couches parallèles que les autres argiles ; ainsi, une argile riche en kaolinite est plus susceptible de former une mudstone non fissile qu’un schiste. En revanche, les schistes noirs présentent souvent une fissilité très prononcée ( schistes papier ) en raison de la fixation de molécules d’hydrocarbures à la surface des particules d’argile, ce qui affaiblit la liaison entre elles.

La lithification succède de près à la compaction, car l'augmentation de la température en profondeur accélère le dépôt de ciment qui lie les grains entre eux. La dissolution sous pression contribue à la cimentation, le minéral dissous aux points de contact contraints se redéposant dans les espaces poreux non contraints. Les minéraux argileux peuvent également être altérés. Par exemple, la smectite se transforme en illite à des températures d'environ chlorite et de la kaolinite en illite à des températures comprises entre précambriens , contre environ 25 % des schistes jeunes.

La mise à nu des schistes enfouis s'accompagne de la télogénèse , troisième et dernière étape de la diagenèse. À mesure que l'érosion réduit la profondeur d'enfouissement, la nouvelle exposition aux eaux météoriques induit des modifications supplémentaires du schiste, telles que la dissolution partielle du ciment et la création d'une porosité secondaire . La pyrite peut s'oxyder pour produire du gypse .

carbone non oxydé . Fréquents dans certaines strates du Paléozoïque et du Mésozoïque , ils se sont déposés dans des environnements anoxiques et réducteurs, comme dans des colonnes d'eau stagnante. Certains schistes noirs contiennent des métaux lourds en abondance, tels que le molybdène , l'uranium , le vanadium et le zinc . L'origine de ces concentrations élevées est controversée : elles ont été attribuées soit à des apports de fluides hydrothermaux pendant ou après la sédimentation, soit à une lente accumulation à partir d'eau de mer sur de longues périodes de sédimentation.