셰일(Shale) 암석 관찰 탐구 (3)

셰일(Shale)은 지질학에서 매우 중요한 미세 입자 퇴적암으로,
에너지 자원·환경·지층 해석 등 다양한 분야에서 핵심 역할을 합니다.
셰일은 쇄설성 퇴적암 이암(점토암)의 일종으로,
얇은 층 하나하나가 과거 환경 기록를 담고 있습니다.
셰일의 특징인 '층리(層理, Bedding)'를 통해서
과거 자연 생태와 지질 환경의 단면을 엿볼 수 있습니다.
셰일은 미세 입자로 형성되어 생물 흔적을 잘 보존하고 있습니다.
지질학자들은 셰일을 '지구의 역사책', '책처럼 쌓인 암석'이라 부릅니다.

'Shale'은 고대 영어 scealu 또는 scalu에서 유래.
의미: 껍질, 얇게 벗겨지는 것.
이름 그대로 얇은 판처럼 잘 쪼개지는 성질(층리, 박리)을 반영.

- 셰일(Shale)의 특징

· 미세 입자 퇴적암
· 조용한 환경에서 형성
· 지구 역사 기록을 담은 암석 (화석 형성 가능)
· 얇게 쪼개지는 특징 (층리, 박리성)
· 에너지 자원으로 매우 중요 (셰일가스·오일셰일 등 저류암 기능)

셰일은 심해나 호수 바닥에 퇴적된 유기물들이 분해되면서 생성되는
석유나 천연가스 자원을 저장하고 있기도 합니다.
이러한 암석 종류들을 '저류암(貯留巖, Reservoir Rock)'이라고 하는데요.
저류암은 석유나 천연가스를 보유할 수 있는 다공질의 암석을 말합니다.
셰일은 사암, 석회암과 더불어 대표적인 저류암에 속합니다.

'셰일혁명(Shale Revolution)' 들어보셨죠?
근래 셰일이 세계적인 주목을 받고 있는 이유는
'셰일가스(Shale Gas)·오일셰일(Oil Shale)' 때문입니다.
셰일 가스와 오일 셰일은 석유, 천연가스와 함께
미래 세계 3대 에너지 자원 중 하나로 부상했습니다.
그 양이 전세계에 분포하는 기존의 석유와 천연가스 매장량을
훨씬 능가하는 것으로 알려졌습니다.
'셰일가스'와 '오일셰일'의 존재는 과거에도 이미 알고는 있었습니다.
하지만 채굴하는데 있어서 기술적인 난제가 많아서 답보 상태였습니다.
근래에 이르 채굴하는 첨단 기술과 장비가 상당히 발전하면서,
세계 각국이 본격적으로 개발에 뛰어들게 되었습니다.
특,히 미국에서 수압파쇄(Fracking) 기술의 발전으로
과거의 기술적 난제들이 극복됐습니다.
이는 세계 에너지 판도를 바꾼 역사적인 사건으로 평가되고 있습니다.
21세기 들어 셰일가스·셰일오일 개발로 에너지 산업의 대변화를 촉발했기 때문입니다.
이를 21세기 '셰일혁명(Shale Revolution)'이라고 부릅니다.
 

탐구할 암석표본은 '셰일(Shale)' 천연원석입니다.
사이즈는 크기 8.3 X 2.8 X 1.9 Cm, 무게 58g 입니다.
셰일 표본으로는 최상급 품질이라할만 합니다.
구성 성분은 아주 미세한 점토 입자입니다.
고밀도이므로 부피에 비해서 무게감이 있는 편입니다.
미니(Mini), 귀엽고, 깜찍한 사이즈입니다.
색상은 층리에 따라 녹색~연녹색~연회색으로 다양한데요.
안정감과 포근한 느낌을 주는 밝은 파스텔톤이 유난히 아름답습니다.
셰일의 특징이라 할 수 있는 층리(層理, Bedding)가 확연하게 잘 발달돼 있습니다.
셰일은 진흙(泥)이 굳어진 퇴적암으로,
미세한 입자가 얇게 쌓여 형성된 층리가 특징입니다.
이 표본 셰일의 포인트라고 할 만큼 층리가 세련되고 화려하기까지 합니다.
흔히 층리는 엽리(葉理, lamination/Foliation)와 혼동이 되는데요.
층리는 퇴적암에서 나타나는 평행한 줄무늬를 말하는 반면,
엽리는 열과 압력에 의해 생기는 변성암에서 나타나는 반복되는 면 구조를 말합니다. 
*층리(層理, Bedding):
퇴적암 등의 퇴적 구조에서 보이는 평행한 줄무늬.
*엽리(葉理, lamination/Foliation):
변성암에서 나타나는 반복되는 면 구조로, 층리와 밀접한 관계.
또한 셰일은 평행한 줄무늬 층리 구조가 발달하여,
얇은 판 모양으로 쉽게 쪼개지는 박리성(Fissility)을 가집니다.
이러한 박리성은 셰일의 특징 중 하나입니다.
*박리성((剝離性, Fissility):
셰일이 얇은 층리를 따라 쉽게 쪼개지거나 벗겨지는 성질.
표본의 외형은 전체적으로 길쭉한 타원형의 곡면이며,
표면은 자연 수마가 잘되서 매우 부드럽습니다.
*수마(Waterworn 계곡이나 강, 해변에서 물의 흐름에 의한 자연적인 연마 현상)
아담한 사이즈로 아동 공부방 책상 장식 소품으로 제격입니다.
평소 아름다운 천연 원석 하나쯤 책상 위에 두고 관찰하는 습관은
공부할 때 안정감과 집중력 향상에도 도움이 됩니다.

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 1

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 2

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 3

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 4

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 5

발견 당시 화제됐던 칼사이트 결정 천연원석 SSA-179 : 스톤 스토리

다이아몬드 감별기 DIAMOND SELECTOR Ⅱ + 고속충전용 9V 전용 배터리 패키지 SSC-790 : 스톤 스토

투명 크리스탈 수정 (히말라야산) 천연원석 SSA-269 : 스톤 스토리

 
- 셰일(Shale, 泥板岩, 이판암, 頁岩, 혈암, 엽암)

셰일은 입자가 매우 고운 퇴적물로 매우 고요한 환경에서 생성됩니다.
이는 퇴적 당시의 에너지도 낮다는 것을 의미합니다.
이 때문에 생물 유해가 보존되기 용이한 조건을 가지고 있습니다.
화석이 가장 잘 보존될 수 있는 환경에 속합니다.
실제로 보존 상태가 양호한 많은 화석들이 셰일에서 발견됩니다.

셰일은 이암(泥岩, Mudstone, 점토암)에 포함되는 암석입니다.
즉, 셰일은 이암의 한 종류입니다.
이암은 점토(진흙)나 미사로 이루어진 세립질의 쇄설성 퇴적암으로
점토암, 실트암, 셰일, 아질라이트의 총칭입니다.
*아질라이트(Argillite): 점토암, 실트암, 셰일 등이 변성 작용에 의해 경화한 암석.

이암 중에서 층리가 발달돼 있는 것을 셰일로 분류합니다.
층리를 기준으로 이암과 셰일을 구분하기도 하지만,
셰일은 층리가 반드시 있어야 된다는 것을 의미하지는 않습니다.

- 셰일 생성 지질 환경 및 형성 과정

셰일은 주로 다음 환경에서 생성됩니다.
조용한 수환경, 호수 바닥, 깊은 바다, 삼각주 등입니다.
이러한 환경의 특징은 물의 흐름이 느리기 때문에,
이때 미세한 입자(점토, 실트)가 가라앉으면서 형성이 시작됩니다.

셰일 형성 과정은 '풍화 → 운반 → 퇴적 → 압밀 & 교결' 단계로 나누어 볼 수 있습니다.

· 풍화: 지표면 암석들이 풍화되어 점토·미세 입자 생성
↓
· 운반: 강, 바람에 의해 이동
↓
· 퇴적: 잔잔한 환경에서 층층이 쌓임
↓
· 압밀 & 교결: 압력으로 물 빠짐, 입자들이 결합
↓
· 셰일 형성

- 셰일 구성 광물

셰일은 일정한 단일 화학식이 없는 혼합 암석입니다.

셰일 주요 구성 성분:
SiO₂ (이산화규소) → 가장 많음
Al₂O₃ (산화알루미늄)
Fe₂O₃, CaO, MgO 등

셰일의 주요 구성 물질은 주로 점토 광물(Clay Minerals)입니다.
일라이트(Illite)
카올리나이트(Kaolinite)
스멕타이트(Smectite)
석영(Quartz)
장석(Feldspar)
유기물(특히 셰일가스의 근원)

- 셰일 색상

셰일의 색깔은 보통 회색, 붉은색, 녹색, 검은색 등을 보입니다.
· 회색: 일반적
· 검정색: 유기물 많음 (산소 부족 환경)
· 적색: 산화철 많음 (산소 풍부 환경)
· 녹색: 환원 환경 + 철 성분

- 셰일 경도 & 밀도

· 경도: 약 2~3 (모스 경도 기준)
· 밀도: 약 2.2~2.8 g/cm³

▲ 셰일(Shale)의 물리적 특성

- 셰일 파쇄 특성

셰일의 가장 중요한 특징은 '박리성'이라고 할 수 있습니다.
*박리성((剝離性, Fissility): 셰일이 얇은 층리를 따라 쉽게 쪼개지거나 벗겨지는 성질.
층 방향: 쉽게 쪼개짐
수직 방향: 비교적 단단
이유는 점토 입자가 층리를 이루며 평행하게 배열되기 때문입니다.

이암의 경우 많은 양의 점토가 한번에 눌러 암석화되었고
셰일은 입자의 크기가 63㎛보다 작은 진흙이 층층이 퇴적되어
굳어진 암석이라 층리가 발달했습니다.
일반적으로 이암은 '깨짐' 특성이 있습니다.
셰일은 층리, 엽리, 박리성(Fissility)) 때문에 '쪼개짐' 특성이 있습니다.
성층면(成層面)을 따라 평행하게 얇은 층으로 쪼개지는데,
이것은 입자의 크기 또는 구성 광물이 층에 따라 차이가 나는 경우에 나타납니다.
이처럼 이암과 셰일은 층리와 쪼개짐에서 차이가 있습니다.

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 6

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 7

열전도율 테스트. 셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 8

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 9

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 10

셰일(Shale) 암석표본 천연원석 - 11

- 셰일 분포 지역

셰일은 전 세계적으로 매우 널리 분포합니다.
셰일 지층은 퇴적물이 유기성 탄화물을 많이 함유될 경우 셰일 가스와 오일 셰일 등을 생성하여 저장하게 되는데요.
세계적으로 보면 석유 유전 지대와 많이 겹쳐서 분포하고 있습니다.
미국(셰일가스·셰일오일 중심지), 캐나다, 러시아, 멕시코, 브라질, 중국 등에 많이 분포돼 있습니다.
한국에서는 한반도 전역 일부 지역에서 발견되는데요.
고생대 캄브리아기-오르도비스기 조선 누층군 묘봉층, 화절층,
두무동층과 직운산층은 조선 누층군의 대표적인 셰일 지층입니다.
특히 직운산층의 경우 셰일 내에서 다수의 화석이 발견되고 있습니다.

- 셰일 사용 용도

셰일은 자원, 산업적, 지질학적으로 중요합니다.
· 에너지 자원: 셰일 가스, 셰일 오일
· 건축 재료: 벽돌, 시멘트 원료
· 산업 원료: 도자기, 타일
· 환경 & 지질 연구: 고환경 복원, 기후 변화 연구
 

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