シェール（頁岩）とは｜形成・特徴・泥岩との違い・黒色頁岩の解説

シェール（頁岩）の形成メカニズム・特徴・泥岩との違い、黒色頁岩の成因と資源性を図解でわかりやすく解説。

シェールは、泥から形成された細粒の堆積岩である。泥は、粘土鉱物のフレークと、他の鉱物（特に石英と方解石）の小さな断片（シルトサイズの粒子）が混ざったものである。粘土と他の鉱物の割合は様々である。シェールは、厚さ1cm以下の薄い層や平行な層、あるいは敷き詰められたものに沿って壊れているのが特徴で、「フィシリティ」（＝～分裂）と呼ばれる。一方、泥岩は組成が似ていますが、フィシリティは見られません。

シェール（頁岩）とマッドロック（泥岩）には、全堆積岩中の有機物の約95％が含まれている。しかし、平均的な頁岩では、この有機物は質量比で1％にも満たない。黒色頁岩は、無酸素状態で形成される。黒い頁岩は無酸素状態で形成され、遊離炭素と黄鉄鉱などの硫化鉄を含む。これが黒い色を作り出している。

形成環境と堆積作用

シェールは、エネルギーの低い環境（穏やかな海底、深海堆積盆、湖底、ラグーンなど）で微細な粒子がゆっくり沈降して堆積することで形成される。細粒物質は水中で長時間浮遊し、酸素供給が乏しい底層では有機物が分解されずに保存されやすい。その結果、微細な層理（薄層）が発達し、長期の堆積と圧密・ダイアジェネシスにより固結してシェールとなる。

物理的・鉱物学的特徴

• フィシリティ（分裂性）：粘土ミネラルのフレーク状粒子が平行に配列するため、薄い板状に割れやすい。これがシェールを特徴づける性質で、泥岩との明確な違いの一つ。
• 鉱物組成：主に粘土鉱物（イライト、モンモリロナイト、カオリナイトなど）、石英、方解石や有機物、場合によっては有色鉱物や硫化物（例えば黄鉄鉱）を含む。
• 色と有機物：黒色や暗灰色は有機物や硫化鉄の多さを示し、緑や赤色は還元・酸化条件や含有する鉄鉱物の違いを反映する。
• 力学的性質：層理方向と直交方向で強さや透水性が大きく異なり、建設やトンネル掘削時には注意が必要。

泥岩（マッドロック）との違い

泥岩はシェールと組成的には類似するが、層に沿って薄く剥がれるフィシリティが発達していないため、破砕すると塊状（ブロック状）に崩れることが多い。つまり、同じ「泥」の起源でも、粒子配列の向きや圧密・再結晶の過程の違いでシェールか泥岩かが区別される。

黒色頁岩（有機質頁岩）の意義

黒色頁岩は還元的（無酸素）な環境で堆積し、有機物が良く保存されるため、炭化水素の母岩（ソースロック）として重要である。保存された有機物（ケロゲン）は地温・埋没深度の増加に伴って熱分解・成熟し、石油や天然ガスを生成する。黒色頁岩は総有機炭素（TOC）が高くなることがあり、特に豊富な例では数％〜10％以上のTOCを示す場合がある（平均的な頁岩は1％未満という記述もあるが、地域差が大きい）。また、黄鉄鉱などの硫化物が生成され黒色化に寄与する。

経済的・実用的側面

• 黒色頁岩は石油・天然ガスの源となるため、探鉱対象として重要。近年の水平掘削＋水圧破砕（フラッキング）技術の発展により、頁岩層自体が貯留層として開発されるケース（シェールガス、シェールオイル）が増えている。
• 一方で採掘・開発には水質汚染、廃水処理、地震誘発などの環境問題が伴うため、管理と規制が重要。
• 建設材料としては、シェールは劣化や膨張が起こる場合があり、不適切な利用は構造上の問題を引き起こす。

鑑定・研究におけるポイント

• 野外では、薄い層理、割れ方、色、触ったときのざらつきや粘土の感触で区別できることが多い。
• 室内分析では薄片観察、X線回折（XRD）による粘土鉱物同定、TOC測定、無機成分の化学分析などが行われる。
• 油ガス生成の評価には有機物の種類（ケロゲン型）や成熟度（Vitrinite反射率、ロックイージーなど）が重要。

まとめ（注意点）

シェールは粒子が非常に細かく、粘土鉱物のフレークが平行配列することで薄く割れる性質を持つ堆積岩であり、泥岩と似て非なるものです。黒色頁岩は有機物と硫化物を多く含み、地球の炭化水素サイクルやエネルギー資源として重要です。取扱いや開発には地質学的理解と環境保護の両面からの検討が不可欠です。

質問と回答

Q: シェールとは何ですか?

Q: 粘土と他の鉱物の比率は?

Q:頁岩の特徴は何ですか?

Q: 頁岩と泥岩の違いは何ですか?

Q: 他の堆積岩と比べて、頁岩や泥岩にはどれくらいの有機物が含まれていますか?

Q: 黒い頁岩ができる原因は何ですか?

Q:黒色頁岩に含まれる有機物の質量は平均どのくらいですか?

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