マッドロック

ミズーラ氷河湖粘土岩

ノバスコシア州カンバーランド盆地のラギッドリーフ層（ペンシルベニア紀）の赤色泥岩

泥岩は、細粒珪質堆積岩の一種です。泥岩には、シルト岩、粘土岩、泥岩、頁岩など様々な種類があります。泥岩を構成する粒子のほとんどは1 ⁄ 16  mm（0.0625 mm、0.00246インチ）未満であり、野外で容易に研究するには小さすぎます。一見すると、これらの岩石の種類は非常によく似ていますが、組成と命名法には重要な違いがあります。

泥岩の分類については、多くの意見の相違があります。分類における重要な障害としては、以下のようなものがあります。

1. 泥岩は最も理解が進んでおらず、現在まで最も研究が進んでいない堆積岩の 1 つです。
2. 泥岩の成分を研究することは、その小ささと露頭での風化の影響を受けやすいことから困難です。
3. そして最も重要なのは、科学者は複数の分類体系を受け入れているということです。

泥岩は地質学上の記録にある堆積岩の 50% を占め、地球上で最も広範囲に分布している堆積物です。細粒堆積物は侵食によって最も多く生じた産物であり、これらの堆積物は泥岩がいたるところに見られることに貢献しています。^{[ 1 ]}時間の経過とともに圧力が増加すると、板状の粘土鉱物が整列し、平行な層状（分裂性）の外観を呈することがあります。このように細かく層状に分裂しやすく、容易に薄い層に分かれる物質は泥岩とは異なり、頁岩と呼ばれます。泥岩に分裂性や層状性がない理由は、圧密の際に組織を乱す非板状粒子の存在などの元々の組織によるもの、^{[ 2 ]}または石化の前に堆積物中に潜む生物によって層状性が乱れたものによるものと考えられます。

文明の始まり、陶器や日干しレンガが手作業で作られていた時代から現在に至るまで、泥岩は重要な存在でした。泥岩に関する最初の書籍であるミロ著『Geologie des Argils 』は1964年に出版されましたが、バージェス頁岩の発見と泥岩と石油の関連性が明らかにされて以来、科学者、技術者、そして石油生産者は泥岩の重要性を理解するようになりました。このどこにでも存在する岩石に関する文献は近年増加しており、技術の進歩により分析精度が向上しています。

スロバキアの粘土岩

命名法

泥岩は、定義上、少なくとも50%が泥粒の大きさの粒子で構成されています。具体的には、泥は直径1/16～1/256ミリメートル（(1/16) ^{2 ）の}シルト粒の大きさの粒子と、1/256ミリメートル未満の 粘土粒の大きさの粒子で構成されています。

泥岩は主に粘土鉱物、石英、長石で構成されています。また、63マイクロメートル未満の粒子（方解石、ドロマイト、菱鉄鉱、黄鉄鉱、白鉄鉱、重鉱物、さらには有機炭素など）も含まれることがあります。^{[ 1 ]}

構成成分の50%以上が1/256ミリメートル未満である細粒珪砕岩には、様々な同義語があります。泥岩、頁岩、リュータイト、粘板岩は一般的な修飾語、あるいは包括的な用語ですが、堆積地質学者や著述家の間では、泥岩という用語がますます好んで使われるようになっています。

「泥岩」という用語は、シルト岩、粘土岩、泥岩、粘板岩、頁岩へとさらに細分化されます。例えば、シルト岩は、1/16～1/256ミリメートルに相当する粒子が50%以上を占めます。「頁岩」は裂開性を示し、容易に分裂したり、層理に沿って破断したりする性質を意味します。シルト岩、泥岩、粘土岩は、裂開性のない岩石化した、あるいは硬化した堆積物を指します。^{[ 3 ]}

全体的に見て、「泥岩」は最も有用な修飾語である可能性があります。なぜなら、泥岩は、シルト、粘土、泥など、構成粒子の最大割合とそれぞれの粒子サイズによって分類できるからです。

タイプ	最小粒度	最大粒度
粘土岩	0μm	4μm
泥岩	0μm	64μm
シルトストーン	4μm	64μm
シェール	0μm	64μm
スレート	な	な

粘土岩

粘土岩は、岩石化した非劈開性の泥岩です。岩石が粘土岩とみなされるためには、少なくとも50%の粘土（層状珪酸塩）で構成され、その粒子の大きさが1/256ミリメートル未満である必要があります。粘土鉱物は泥岩に不可欠な要素であり、体積比で第1位または第2位を占めます。粘土鉱物は泥岩に粘着性と可塑性を与え、流動性を与えます。粘土鉱物は通常非常に細粒であり、泥岩中に存在する最小の粒子です。しかし、石英、長石、酸化鉄、炭酸塩も風化によって典型的な粘土鉱物の粒子の大きさになることがあります。^{[ 4 ]}

大きさを比較すると、粘土粒子は砂粒の1/1000の大きさです。これは、粘土粒子は一定の水流速度で1000倍の距離を移動するため、沈降にはより静かな条件が必要となることを意味します。^{[ 3 ]}

粘土の形成はよく理解されており、土壌、火山灰、氷河作用などから生じます。古代の泥岩も、風化して容易に崩壊するため、粘土の供給源となります。長石、角閃石、輝石、火山ガラスは、粘土鉱物の主な供給源です。^{[ 4 ]}

泥岩

泥岩は、シルトと粘土サイズの粒子（それぞれ少なくとも1/3）の混合物を含む珪質堆積岩です。 ^{[ 5 ]}

「泥岩」という用語は、ダナムの石灰岩の分類体系と混同しないでください。ダナムの分類では、泥岩とは炭酸塩粒子を10%未満含む石灰岩を指します。ただし、珪砕岩泥岩は炭酸塩粒子を含まないことに注意してください。Friedman、Sanders、およびKopaska-Merkel（1992）は、珪砕岩との混同を避けるため、「石灰泥岩」という用語の使用を推奨しています。

シルトストーン

エストニア、UATのシルトストーン

シルト岩は、岩石化した、割れにくい泥岩です。岩石をシルト岩と呼ぶには、シルト粒の物質が50%以上含まれている必要があります。シルトとは、砂（1/16ミリメートル）より小さく、粘土（1/256ミリメートル）より大きい粒子のことです。シルトは、凍結融解、熱膨張、圧力解放などを伴う物理的風化の産物であると考えられています。物理的風化は岩石の化学変化を伴わず、岩石の物理的な崩壊と要約するのが最も適切でしょう。

地球上でシルトが最も多く含まれる地域の一つはヒマラヤ山脈で、千枚岩は年間最大5～10メートル（16～33フィート）の降雨量にさらされています。シルト層を構成する主な成分は石英と長石で、シルトは非粘着性で非塑性ですが、容易に液状化します。

岩石がシルト岩かどうかを判断するための、現場でできる簡単なテストがあります。それは、岩石を歯に当ててみることです。もし歯に「ザラザラ」とした感触があれば、それはシルト岩です。

黄鉄鉱を含む黒色頁岩

シェール

マーセラス頁岩、ニューヨーク

頁岩は、粘土鉱物、石英、長石シルトからなる、細粒で硬い層状の泥岩です。頁岩は岩石化しており、劈開性があります。粒子の少なくとも50%が0.062mm未満である必要があります。この用語は、粘土質、つまり粘土を含む岩石に限定されます。

頁岩には、石灰質や有機物を豊富に含むものなど多くの種類があるが、黒色頁岩、あるいは有機物を豊富に含む頁岩については、さらに評価する価値がある。頁岩が黒色頁岩であるためには、1%以上の有機炭素を含んでいなければならない。炭化水素の良質な根源岩は、最大20%の有機炭素を含むことができる。一般的に、黒色頁岩は藻類から炭素の流入を受け、藻類は腐敗して腐泥と呼ばれる泥を形成する。この泥が、深さ3～6キロメートル（1.8～3.7マイル）、温度90～120℃（194～248°F）で所定の圧力で加熱されると、ケロジェンが形成される。ケロジェンを加熱することで、岩石1トンあたり最大10～150米ガロン（0.038～0.568 m3）の天然石油および天然ガス製品が得^られる。^{[ 3 ]}

スレート屋根

スレート

粘板岩は、変成作用を受けた硬い泥岩で、よく発達した劈開を有しています。200～250℃（392～482℉）の温度で変成作用を受け、極端な変形を受けています。粘板岩は、圧力と温度に基づく変成作用の下部領域で形成されるため、成層構造を保持しており、硬く細粒の岩石として定義されます。^{[ 4 ]}

スレートは屋根材、床材、あるいは昔ながらの石壁によく使われます。美しい外観を持ち、理想的な劈開性と滑らかな質感が魅力です。

泥と泥岩の生成

泥岩のほとんどは海や湖で形成されます。これらの環境は堆積に必要な静かな水を提供するからです。泥岩は地球上のあらゆる堆積環境で見られますが、その大部分は湖と海で見られます。

泥の輸送と供給

豪雨は、泥、粘土、シルトの輸送に必要な運動エネルギーを生み出します。バングラデシュやインドを含む東南アジアでは、モンスーンによる多量の雨が降り、ヒマラヤ山脈とその周辺地域から堆積物がインド洋へと流れ出ます。

温暖で湿潤な気候は岩石の風化に最も適しており、熱帯沿岸沖の海棚には温帯や極地の海棚よりも多くの泥が存在します。例えば、アマゾン川流域は地球上で3番目に大きな堆積物量を有し、降雨によってペルー、エクアドル、ボリビアのアンデス山脈から粘土、シルト、泥が供給されています。^{[ 6 ]}

河川、波、沿岸流は、その落下速度によって泥、シルト、粘土を砂や砂利から分離します。勾配が緩やかで流域が広い長い河川は、泥の運搬能力が最も優れています。ミシシッピ川は、水量が多く、勾配が緩やかな長い河川の好例であり、その最北端から泥を運び、泥が優勢なデルタ地帯に堆積させます。

泥岩堆積環境

以下は、泥岩の発生源、海洋への輸送手段、堆積環境となるさまざまな環境のリストです。

沖積環境

インドのガンジス川、中国の黄河、そしてアメリカ合衆国のミシシッピ川下流域は、沖積谷の好例です。これらの地域は水源が絶えず供給されており、洪水時に泥やシルトが堤防を越えて堆積する越流堆積作用や、かつては使われていなかった河川が泥で埋め立てられる三日月堆積作用によって、泥流を生じさせることがあります。^{[ 4 ]}

沖積谷が存在するためには、活発な地殻変動によって隆起した高地と、海への水と堆積物の導管として機能する低地が存在する必要があります。

氷河

氷河作用によって大量の泥や氷河堆積物が生成され、陸上に氷河堆積物として堆積したり、湖に堆積したりします。^{[ 4 ]}氷河は、すでに侵食されやすい泥岩層を侵食することがあり、このプロセスによって氷河による粘土やシルトの生産が増加します。

北半球には、直径500 km（310マイル）を超える世界の湖の90%が存在し、その多くは氷河によって形成されました。氷河作用によって形成された湖底堆積物（深部氷河浸食を含む）は豊富です。^{[ 4 ]}

非氷河湖

北半球の湖の90%は氷河によって形成されましたが、古代湖の形成は氷河によるものではありません。古代湖は世界最大かつ最深であり、今日の石油貯留層の最大20%を収容しています。また、海泥岩に次いで2番目に豊富な泥岩の供給源でもあります。^{[ 4 ]}

古代の湖に泥岩が豊富に存在するのは、その長い歴史と厚い堆積物によるものです。これらの堆積物は酸素と降雨量の変化の影響を受けやすく、古気候の一貫性を強力に説明しています。

デルタ

ミシシッピ・デルタ

デルタとは、河川や小川が堆積物を水域に堆積させた場所に形成される、陸上または水中の堆積物です。ミシシッピ川やコンゴ川などのデルタは、堆積物の堆積ポテンシャルが非常に高く、堆積物を深海へと移動させる可能性があります。デルタ環境は河口付近に見られ、河川の水流が海に流れ込む際に速度が遅くなり、シルトや粘土が堆積します。

低エネルギーデルタは泥を大量に堆積させるもので、湖、湾、海、小海域に位置し、沿岸流も弱い。砂利や砂利を多く含むデルタは高エネルギーデルタであり、波が支配的となり、泥やシルトは河口からはるかに遠くまで運ばれる。^{[ 4 ]}

海岸線

沿岸流、泥の供給、そして波は、海岸線の泥堆積において重要な要素です。アマゾン川は、主に粘土からなる5億トンの堆積物を南アメリカ北東部の沿岸地域に供給しています。この堆積物のうち250トンが海岸沿いを移動し、堆積します。ここに堆積した泥の多くは厚さ20メートル（65フィート）以上で、海底30キロメートル（19マイル）まで広がっています。^{[ 4 ]}

アマゾン川が運ぶ堆積物の多くはアンデス山脈から来ており、堆積物が最終的に移動した距離は6,000 km（3,700マイル）です。^{[ 4 ]}

海洋環境

地球の表面の70%は海に覆われており、海洋環境は世界で最も高い割合で泥岩が見られる場所です。大陸のように限られた範囲にとどまっているのとは対照的に、海洋には横方向の連続性が非常に多く見られます。

それに比べて、大陸は泥やシルトの一時的な管理人であり、泥岩堆積物の必然的な生息地は海洋です。様々な粒子の埋没と再生を理解するために、以下の泥岩サイクルを参照してください。

海洋には、深海溝、深海平原、火山性海山、収束型プレート境界、発散型プレート境界、トランスフォーム型プレート境界など、さまざまな環境があります。[ ^{7 ]陸地}が海洋堆積物の主要な供給源であるだけでなく、海中に生息する生物も寄与しています。

世界の河川は、懸濁物質および溶解物質を含む粘土やシルトを最も多く海へ運び、海棚に堆積させます。極地では、氷河や浮遊氷床が海底に直接堆積します。風は乾燥地域から細粒物質を供給し、爆発的な火山噴火も堆積に寄与します。これらの発生源は、それぞれ寄与率が異なります。^{[ 7 ]}

堆積物は重力によって海の深部へ移動し、海中でのプロセスは陸上のプロセスと似ています。

海洋環境における泥岩の種類は、場所によって大きく異なります。例えば、アメリカ合衆国の亜熱帯地域を流れるアパラチコラ川は、最大60～80%のカオリナイト泥を含んでいますが、ミシシッピ川はわずか10～20%しかカオリナイトを含んでいません。^{[ 8 ]}

泥岩サイクル

泥岩の起源は、山頂の堆積物にあると考えられます。これはプレートテクトニクスによって隆起したか、火山から噴き出したと考えられます。この堆積物は雨、風、そして重力にさらされ、風化によって岩石は激しく砕かれます。風化によって生じた粘土、シルト、小石、玉石などの粒子は、下の盆地へと運ばれ、そこで様々な堆積性泥岩の種類の1つへと固まります。

最終的に、泥岩は地下数キロメートルまで移動し、そこで圧力と温度によって変成片麻岩へと変化します。変成片麻岩は母岩、あるいは火山のマグマとして再び地表に現れ、このプロセスが再び始まります。^{[ 4 ]}

重要な特性

色

泥岩は、赤、紫、茶、黄、緑、灰色、そして黒など、様々な色で形成されます。灰色の色合いは泥岩で最も一般的で、黒の濃い色は有機炭素に由来します。緑色泥岩は還元条件下で形成され、有機物は鉄（III）とともに分解します。また、海洋環境でも見られ、外洋性、つまり浮遊性の生物が水から沈殿し、泥岩の中で分解します。^{[ 9 ]} 赤色泥岩は、泥岩中の鉄が酸化されると形成され、赤色の濃さによって岩石が完全に酸化されているかどうかを判断できます。^{[ 3 ]}

化石

バージェス頁岩

泥岩層では、細粒の岩石が化石を侵食、溶解、その他の侵食作用から守るため、化石は良好な状態で保存されます。化石は過去の環境を記録する上で特に重要です。古生物学者は、泥岩層中の化石の種類と存在量から、特定の地域を観察し、塩分濃度、水深、水温、濁度、堆積速度などを判断することができます。

最も有名な泥岩層の一つは、カナダ西部にあるバージェス頁岩で、カンブリア紀に形成されたものです。この場所では、海の泥の活動によって、軟体生物が、中には丸ごと保存されていました。一般的に、古代の生命の残骸として保存されるのは硬い骨格だけですが、バージェス頁岩には、骨、骨格、歯などの硬い体の部分だけでなく、筋肉、エラ、消化器系などの柔らかい体の部分も含まれています。バージェス頁岩は地球上で最も重要な化石の場所の一つで、5億年前の種の無数の標本を保存しており、その保存状態は泥岩の保護によるものです。^{[ 10 ]}

もう一つの注目すべき地層はモリソン層である。この地域はアメリカ合衆国のモンタナ州からニューメキシコ州にかけて広がり、150万平方マイルの広さがある。ここは世界で最も重要な恐竜の埋葬地の一つと考えられており、多くの化石が世界中の博物館に収蔵されている。^{[ 11 ]}この場所ではアロサウルス、ディプロドクス、ステゴサウルス、ブロントサウルスなど数種の恐竜の化石が発見されている。また肺魚、淡水軟体動物、シダ植物、針葉樹も見つかっている。この堆積層は湖、沼地、川のある湿潤な熱帯気候によって泥岩が堆積して形成された。必然的に泥岩には約1億5000万年前のジュラ紀後期の無数の標本が保存されていた。 ^{[ 11 ]}

石油と天然ガス

泥岩、特に黒色頁岩は、世界中で貴重な石油資源^{[ 12 ]}の源であり、その容器となっています。泥岩と有機物は堆積に静かな水質条件を必要とするため、泥岩は石油資源として最も有望です。泥岩は多孔性が低く、不浸透性であるため、黒色頁岩でなくても石油・天然ガス貯留層のシールとして有用であることが多いです。貯留層で発見された石油の場合、石油を取り囲む岩石は根源岩ではありませんが、黒色頁岩は根源岩です。

重要性

前述の通り、泥岩は地球の堆積地質学的記録の50%を占めています。泥岩は地球上に広く分布しており、様々な産業にとって重要な役割を果たしています。

変成頁岩にはエメラルドや金が含まれることがあり^{[ 6 ]} 、泥岩には鉛や亜鉛などの金属鉱石が含まれることがあります。泥岩は多孔性が低いため、石油や天然ガスの保存に重要であり、技術者は埋立地からの有害な液体の漏出を防ぐためによく利用しています。

砂岩と炭酸塩岩は、地球の歴史における高エネルギー事象を記録しており、研究がはるかに容易です。高エネルギー事象の間には、地球の歴史におけるより穏やかで平常な状態を記録した泥岩層が重なり合っています。私たちがまだ理解していないのは、地質史におけるより穏やかで平常な事象です。砂岩はテクトニクスの全体像と水深の指標を提供し、泥岩は酸素含有量、一般的により豊富な化石の豊富さと多様性、そしてはるかに有益な地球化学を記録しています。^{[ 6 ]}

泥と泥岩が地球科学において時として過小評価されている重要性を認識し、ロンドン地質学会は2015年を「泥の年」と名付けました。^{[ 13 ]}

参考文献

1. Boggs, S. (2005). 『堆積学と層序学の原理（第4版）』アッパーサドルリバー、ニュージャージー州: プレンティスホール. ISBN 0-13-099696-3。
2. ウィルキンソン、スティーブン (2011).英国泥岩の微細構造. インペリアル・カレッジ・ロンドン土木環境工学部.
3. ストウ、DAV（2005年）『野外での堆積性岩石』（第1版）バーリントン、マサチューセッツ州：アカデミック・プレス。ISBN 0-13-099696-3。
4. Potter, PE; Maynard, JB; Depetris, PJ (2005). Mud and Mudstones: Introduction and Overview (1st ed.). Berlin, Germany: Springer. ISBN 3-540-22157-3。
5. Blatt, H.; Middleton, G.; Murray, R. (1980). 『堆積岩の起源』（第2版）. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. ISBN 0-13-642710-3。
6. シーバー、J.;ジンメル、W.セティ、P. (1998)。頁岩と泥岩(第 1 版)。シュトゥットガルト、ドイツ: E. Schweizerbartsche Verlagsbuchhandlung。ISBN 3-510-65183-9。
7. Pye, K. (1994). 『堆積物の輸送と堆積過程』（第1版）. ベルリン: ブラックウェル. ISBN 0-632-03112-3。
8. ブラット、ハーヴェイ。2005年。「堆積岩の起源」プレンティス・ホール、ニュージャージー州。
9. タッカー, ME (1994).堆積岩石学：堆積岩の起源入門（第3版）. マサチューセッツ州マールデン: ブラックウェル. ISBN 0-632-05735-1。
10. バージェス・シェール地質科学財団 (2010). 「バージェス・シェールの化石とその重要性」 . 2010年10月25日閲覧。
11. Nudds, JR; Selden, PA (2008). 『北米の化石生態系：遺跡とその驚くべき生物相へのガイド』（第1版）シカゴ：シカゴ大学出版局. ISBN 978-0-226-60722-1。
12. Ferriday, Tim; Montenari, Michael (2016). 「根源岩類似体の化学層序と化学相：下部シルル紀フォルミゴソ層（カンタブリア山脈、スペイン北西部）の黒色頁岩の連続体の高解像度解析」 . Stratigraphy & Timescales . 1 : 123–255 . doi : 10.1016/bs.sats.2016.10.004 – Elsevier Science Direct経由.
13. 「2015年：泥の年」地質学会。