【每日一题】沉积岩堆积的松散沉积物固结

沉积岩概述

沉积岩

成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。曾称水成岩。是组成地壳的三大岩类火成岩、沉积岩和变质岩)之一。沉积物指陆地或水盆地中的松散碎屑物，如砾石、砂、粘土、灰泥和生物残骸等。主要是母岩风化的产物，其次是火山喷发物、有机物和宇宙物质等。沉积岩分布在地壳的表层。在陆地上出露的面积约占75％，火成岩和变质岩只有25％但是在地壳中沉积岩的体积只占5％左右，其余两类岩石约占95％。沉积岩种类很多，其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩，它们占沉积岩总数的95％。这三种岩石的分配比例随沉积区的地质构造和古地理位置不同而异。总的说，页岩最多,其次是砂岩,石灰岩数量最少。沉积岩地层中蕴藏着绝大部分矿产，如能源、非金属、金属和稀有元素矿产等。 #

沉积岩是由风化的碎屑物和溶解的物质经过搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的。形成过程受到地理环境和大地构造格局的制约。古地理对沉积岩形成的影响是多方面的。最明显的是陆地和海洋，盆地外和盆地内的古地理影响。陆地沉积岩的分布范围比海洋沉积岩的分布范围小；盆地外沉积岩的分布范围或能保存下来的范围，比盆地内沉积岩的分布或能保存下来的范围要小一些。大地构造环境对沉积岩的形成及其以后的变化有多方面的制约。例如在陆内造山带形成山前粗碎屑砾岩层序；在陆内断陷盆地、洼地和山前拗陷盆地，可形成湖泊、干盐湖或湖沼沉积；在稳定大陆块或克拉通之上的陆表海内，常形成厚度不大的砂质岩或碳酸盐岩组合；在大陆与火山岛弧之间或弧后海沟一带，可形成厚度很大而且包含火山岩和火山碎屑岩的韵律层状沉积岩；在大陆架到深海的斜坡带形成滑塌堆积岩或混杂岩等。 #

古气候对沉积岩的形成的影响在陆地范围内非常明显。在干旱古气候条件下，形成大面积的陆相红色粗细碎屑岩，这是由于沉积物中的氧化铁常氧化为三氧化二铁。潮湿气候条件下，有机质丰富，进入沉积物中使沉积岩颜色成为暗灰或黑色。盐类在炎热干旱气候形成，煤炭在温暖潮湿气候聚集，都说明古气候对沉积岩形成是有制约作用的。生物在地质历史时期的进化，繁盛或衰亡对沉积岩的形成有明显影响，元古宙时期还未出现大量的海生动物群，因此，世界各地的中、晚元古代地层都包含大量叠层石藻灰岩，据认为在显生宙以后大量海生动物出现并以食藻为生，因而叠层石灰岩大为减少。在石炭纪,全球性的植物繁茂,形成了大量煤炭层。古水动力条件对沉积岩的形成的影响表现为不同的水流条件形成不同的沉积或造成不同的结构构造。山前和河流的水流主要是由高处流向低处的定向水流，常形成分选差的、具单向交错层理的洪积和冲积沉积。在滨海带，潮汐带主要是往复流动的双向水流，常形成分选好的、具鱼骨状交错层理的滨海和潮汐沉积。在海洋中还有风暴流、浊流等深流造成碎屑岩的结构、构造和造岩成分的差异。此外，有些沉积岩形成后还受到地下潜水流的影响,使石灰岩发生白云岩化和硅化等次生变化。此外,冰川和风也可搬运碎屑物，在特定条件下，形成冰碛岩和风成岩。 #

沉积岩分类考虑岩石的成因、造岩组分和结构构造3个因素。一般沉积岩的成因分类比较粗略,按岩石的造岩组分和结构特点的分类比较详细。 #

外生和内生实际上是指盆地外和盆地内的两种成因类型。盆地外的，主要形成陆源的硅质碎屑岩，但是陆地的河流等定向水系可将陆源碎屑物搬运到湖、海等盆地内部而沉积、成岩；盆地内的，形成的内生沉积岩的造岩组分,除了直接由湖、海中析出的化学成分外,也可能有一部分来自陆地的化学或生物组分。因此，可简单地概分为2类：①陆源碎屑岩,主要由陆地岩石风化、剥蚀产生的各种碎屑 #

物组成。按颗粒粗细分为砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质岩。②内积岩，主要指在盆地内沉积的化学岩、生物-化学岩,也可由风浪、风暴、地震和滑塌作用将未充分固结的岩石破碎再堆积，成为内碎屑岩。内积岩按造岩成分分为铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩、硅质岩、蒸发岩、可燃有机岩（褐煤、煤、油页岩）和碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等）。此外，由不同性质的水流可形成不同沉积岩。如浊流作用形成浊积岩，风暴流作用形成风暴岩，平流作用形成平流岩，滑塌作用可形成滑积岩，造山作用前后常可分别形成复理石和磨拉石。

#

浊积岩()

#

浊流沉积形成的各类沉积岩的统称。常见的有硬砂岩质浊积岩、碎屑灰岩质浊积岩，还有多种浊流成因的岩石类型。典型浊积岩的特征如下：①较粗砂级浊积岩常有粒级递变层理。这种层理特征为由下向上变细，但各部分分选都不好，都有极细的充填物质。由水流逐渐减弱形成的向上变细的层理称分选层理，以各部分分选均好，底部较粗粒部分没有极细粒成分，可以区别于浊流型的递变层理。 #

②浊积砂岩及粉砂岩层段，不发育大、中型交错层理和不保存波痕。但可有波纹交错层理，常发育变形层理。主要反映密度较高和沉积较迅速。③浊积岩层的底面上常发育各种突出形状的底面铸模。最突出的特征为槽模。浊流头部富粗物质，流速大，有较强的侵蚀力，常在流经底部泥质表面时形成一系列有方向性的各种伸长形态的冲槽，而短时间即被砂级等浊积物充填，因而在砂岩层等底面形成这种铸模，而且其细而低的一端指向上游。还常见由于迅速而整体沉积的浊积砂在底部软泥上的不均匀荷重而形成不规则的荷重模，有些砂还深陷软泥中形成泥岩层中的荷重囊。还有浊流底部携带的硬物体在稍硬化的泥底上拖曳或跳跃形成各种零星的铸模，如沟模、跳槽等。④浊积砂岩的岩石类型多系暗色富粘土基质的硬砂岩，显示深水性、浑浊和迅速沉积的特征。⑤浊积岩中的粗碎屑一般不形成砾岩；因富泥、砂，仅形成含砾泥岩、含砾砂岩，有时还有含砾灰岩等。 #

A.H.鲍马根据复理石中极其发育而且分布范围广的典型浊积岩层的研究，把浊积岩单元分为5个段,通常称为鲍马层序或鲍马序列：Ta 为正粒级递变段，由较粗的含砾砂岩或碎屑灰岩等组成，向上略细的正递变层理发育，还常发育各种底面铸模，以槽模为特征；Tb为下部中粒质平行纹层段，系高流态下的平层底形形成，表示浊流已具牵引流性质；Tc为水流波纹纹层段，后改称变形纹层段；Td为上部细粒质平行纹层段，纹层由清到不清楚，反映流速变缓；Te为泥质段，上部可能为泥灰质。实际上很少见到完整的鲍马层序。对此，鲍马以浊流依次呈圆锥状沉积来解释,近基浊积岩常发育完整序列,远基浊积岩下部层序依次缺失。此外，高密度流一般为阵发性的，前一次浊流沉积的上部可被后一次浊流的侵蚀作用所剥蚀。因而，鲍马又区分3种情况:缺失底部的序列、削蚀顶部的序列、底部缺失和顶部削蚀联合序列。 #

硅藻土

以蛋白石为主要矿物组分的硅质生物沉积岩。主要由硅藻的遗骸组成。硅藻在生长繁衍的过程中，吸取水中胶态的二氧化硅,形成由蛋白石构成的硅藻壳,而硅藻土即由80～90％甚至90％以上的硅藻壳组成。此外，含有大量的粘土矿物铁的氧化物和炭有机质等。硅藻土的外形为块状或页岩状，颜色有白色、灰绿色、暗绿色及蓝灰色等，硅藻含量越大、杂质越少，则颜色愈白，质愈轻，其比重一般为0.4～0.9。 #

由于硅藻体具有很多的壳体孔洞，使硅藻土具多孔质构造，孔隙度达90～92％，吸水性强。硅藻颗粒细小约为0.001～0.5mm，使硅藻土细腻、润滑。硅藻土不溶于HC1、H2SO4和HNO3,但溶于HF和KOH。 #

风暴岩()

#

在风暴影响下在海洋和水盆地中形成的沉积岩。过去所称的浪成浊积岩实属风暴岩。风暴岩是一种密度流沉积，但常含很多风浪破坏下伏的正常天气沉积物所产生的撕裂片或内碎屑，还有被破坏的生物碎屑等。海洋中飓风等风暴可掀起涌浪，造成大片海面升高，海水流速增大，波浪传播加深；近岸的风暴潮常比正常高潮高出数米，潮差可比一般的大潮差大一倍多；波浪传播的深度常达几十米以上，远远超过好天气的正常浪基面的深度,甚至还导致近200米深的外陆棚的底流。风暴潮退潮可产生向海密度流，携有陆棚边缘的沉积物质，至潮下或陆棚上形成粒级递变层或在浅处形成发育丘状洼状等交错层理等的沉积层。

风暴作用特点为不但有高速流动，还有强的往复运动，方向时常改变，或有旋卷，而能量则在不太长时间内很快衰减。所以，风暴作用常将底部细物质簸出，常使风暴流形成密度流，在风暴衰减期迅速沉积。早期风暴作用对下伏沉积有侵蚀作用，形成侵蚀基底面砂岩与中风化岩的区别，有冲蚀和侵蚀坑，形成充填构造。同时还可挖掘出浅埋藏物质，尤其生物体，使用底部物质混合，并形成混杂的生物组合。底部的大和重的个体生物在风暴作用中还可聚集成滞留层。常见的风暴岩如风暴介壳岩，含大部分破碎和少量完整的介壳，形成介壳灰岩，介壳砂岩，介壳粉砂岩等。多腕足类，双壳类，软体动物和海百合茎等化石，常具混杂的特征。组成的岩层厚几毫米到几厘米，或达十多米，常呈透镜状、口袋状。多位于侵蚀硬底上。常有寒武系的层内钙质砾岩，或称砾屑灰岩，竹叶状灰岩等。其刚性扁平内碎屑常呈杂乱状或涡卷状排列，无一定方位，表明受强烈振荡水流影响。 #

蒸发岩() #

在封闭、半封闭的环境中，由于干旱炎热气候条件下强烈的蒸发作用而形成的化学沉积岩。又称盐岩。蒸发岩中最常见的盐类矿物有天然碱、苏打、芒硝、无水芒硝、钙芒硝、石膏、硬石膏、石盐、泻利盐、杂卤石、光卤石和钾石盐；有的盐湖中还有固体硼砂矿物或含硼、溴、碘的卤水。

#

蒸发岩一般具有结晶结构，有时可再结晶为数毫米甚至数厘米的巨晶结构。一般是层状构造，往往也呈角砾状、泥砾状的次生构造，并形成盐溶角砾岩。蒸发岩的形成是由于封闭条件下水体蒸发、金属离子和酸根富集的结果。把一盆海水放在阳光下自然蒸发，随着盐类矿化度的升高，会顺次结晶出方解石、白云石、石膏、硬石膏、石盐等蒸发盐类矿物。 #

蒸发岩的主要类型有石膏岩－硬石膏岩、钙芒硝泥岩、石盐岩、光卤石岩和钾石盐岩等。由于不同地区或不同成岩时代陆地水和海水的化学性质不同（如氯化物型、硫酸盐型和混合型等），产生了含不同盐类的矿物组合的现代盐湖和不同盐类组成的古代盐类矿床。碎屑岩 #

由母岩经物理崩解作用形成的碎屑岩物质，通过机械搬运、沉积，成岩作用而形成的岩石。全称陆源碎屑岩。如将泥质岩划归这类岩石，则其总量约占全部沉积岩的65～89％。陆源碎屑岩包括4种基本组成部分:碎屑（颗粒）、杂基、胶结物和孔隙。杂基和胶结物又合称为填隙物。它们之间的组合关系，反映了沉积物形成时的流体的类型、沉积物的形成过程，以及沉积环境的某些特征。

本类岩石按碎屑粒度可划分为砾岩（角砾岩）、砂岩、粉砂岩和泥质岩。这些岩石在物质组成、结构、构造，以及岩石组合和岩体特征诸方面均有明显差导。深入研究这些内容对恢复古环境具有重要意义。此外，许多矿产资源,如煤、石油、天然气、地下水、砂矿床、层控矿床，以及若干非金属矿床，都与陆源碎屑岩密切相关。

#

粉砂岩() #

粒径为0.0625～0.0039毫米的粉砂占全部碎屑50％以上的碎屑岩。按颗粒的大小，粉砂岩又可分为粒径为0.0625～0.015毫米的粗粉砂岩和粒径为0.015～0.0039毫米的细粉砂岩。粉砂岩的主要碎屑成分是石英，还有长石、云母、绿泥石、粘土矿物和多种重矿物，但很少岩屑。 #

粉砂岩中的碎屑颗粒一般为棱角状，圆化的少见，这是因为颗粒太小，不易磨圆。粉砂岩常具薄的水平层理及至显微水平层理，以及小型沙纹层理、包卷层理等。粉砂岩形成于弱的水动力条件下，常堆积于湖、湖泊、沼泽、河漫滩、三角洲和海盆地环境。 #

砾岩() #

粒径大于2毫米的圆状和次圆状的砾石占岩石总量30％以上的碎屑岩。砾岩中碎屑组分主要是岩屑，只有少量矿物碎屑，填隙物为砂、粉砂、粘土物质和化学沉淀物质。根据砾石大小，砾岩分为漂砾（>256毫米）砾岩、大砾（64～256毫米）砾岩、卵石（4～64毫米）砾岩和细砾(2～4毫米)砾岩。根据砾石成分的复杂性，砾岩可分为单成分砾岩和复成分砾岩。根据砾岩在地质剖面中的位置，可分为底砾岩和层间砾岩。底砾岩位于海侵层序的底部,与下伏岩层呈不整合或假整合接触,代表了一定地质时期的沉积间断。如河北唐山震旦系底部长城统石英岩质砾岩。层间砾岩整合地产于地层内部，不代表任何侵蚀间断。如中国北方寒武系和奥陶系的竹叶状灰岩。 #

砾岩的形成决定于3个条件:有供给岩屑的源区；有足以搬运碎屑的水流；有搬运能量逐渐衰减的沉积地区。因此，地形陡峭、气候干燥的山区，活动的断层崖和后退岩岸是砾岩形成的有利条件。巨厚的砾岩层往往形成于大规模的造山运动之后，是强烈地壳抬升的有力证据。砾岩的成分、结构、砾石排列方位，砾岩体的形态反映陆源区母岩成分、剥蚀和沉积速度、搬运距离、水流方向和盆地边界等自然条件。愈靠近盆地边界，沉积物的粒度愈大，其中陆源碎屑总含量也愈高。这些对岩相古地理的研究都是非常重要的。此外，古砾石层常是重要的储水层，砾岩的填隙物中常含金、铂、金刚石等贵重矿产，砾岩还可作建筑材料。 #

泥质岩( rocks)

粒径小于0.0039毫米的细碎屑含量大于50％、并含有大量粘土矿物的沉积岩。又称粘土岩，疏松的称为粘土，固结的称为页岩和泥岩。泥质岩是分布最广的一类沉积岩。地球表面大陆沉积物中的69％是页岩，在整个地质时期所产生的沉积物中，页岩占80％。因此，泥质岩的系统研究，对地壳物质成分的演化，追溯地壳表层的发展史，推论古沉积环境都是非常重要的。大多数泥质岩是母岩风化产物中的细碎屑，呈悬浮状态被搬运到水盆地中，以机械方式沉积而成。由铝硅酸盐矿物的分解产物在原地堆积或在水盆地中通过胶体凝聚作用而形成的泥质岩是比较少见的。因此，从形成机理来看，泥质岩应属于陆源碎屑岩。 #

泥质岩常见结构有：①泥质结构。主要由小于4微米的颗粒组成,因而岩石致密均一。当含粉砂和砂时，则形成各种过渡类型结构，如粉砂泥质结构、砂泥质结构等。②鲕粒和豆粒结构。粘土质点围绕核心凝聚而成，直径小于2毫米的称鲕粒，大于2毫米的称豆粒，常见于胶体成因的粘土岩中。③同生砾屑结构。粘土物质沉积后，尚未完全固结，受到流水冲刷形成砾屑，又被粘土物质胶结而成。粘土岩的构造分宏观构造和显微构造。宏观构造中最显著的是由于粘土矿物的定向排列而呈现出的剥裂性，在页岩中最常见。常见的显微构造有：由极细小的鳞片状粘土矿物杂乱分布而成的鳞片构造，多见于泥岩中；由纤维状粘土矿物错综交织而成的毡状构造和由片状粘土矿物定向排列而成的定向构造。常在静水环境中形成，也可以是压实作用的结果。

泥质岩的主要岩类有下列几种： #

①高岭石粘土（岩），又称高岭土，因首先发现于中国江西景德镇附近的高岭村而得名。 #

②蒙脱石粘土（岩）,主要由蒙脱石组成,常含少量白云母、绿泥石、碳酸盐矿物、石膏、有机质以及未分解的火山凝灰物质等。岩石常呈白、粉红、淡绿、浅黄等色。

#

③伊利石粘土（岩），是以伊利石为主的分布最广的一类粘土(岩)，但经常含有其他粘土矿物，以及石英、长石、云母等碎屑和有机质。岩石常呈灰、黄褐等色，水平层理发育。 #

④泥岩和页岩。泥岩是块状的不具纹理或页理的泥质岩，页岩是具纹理或页理的泥质岩。

#

砂岩()

粒径为2～0.0625毫米的砂占全部碎屑 50％以上的碎屑岩。砂岩由碎屑和填隙物组成。碎屑成分以石英为主，其次是长石、岩屑、白云母、绿泥石、重矿物等。碎屑主要有三个来源：陆源的、盆内的（大部分为碳酸盐砂）和火山源的，其中以陆源的数量最多。砂岩占沉积物总体积的1/4,仅次于泥质岩。砂岩能提供许多地质历史的重要信息。砂岩的碎屑成分是探索物源区的线索，它们的定向构造指示古水流方向，砂体几何形态反映沉积环境。砂和砂岩构成了石油、天然气和地下水的重要储集层。磁铁矿、钛铁矿等砂矿都是重要的沉积矿产。许多砂和砂岩都可应用于磨料、玻璃原料、建筑材料等。

#

砂岩的主要类型有石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩。 #

①石英砂岩,石英及硅质岩屑的含量占砂级碎屑总量95%以上，仅含少量或不含长石、岩屑和重矿物。碎屑颗粒常以单晶石英为主，磨圆度和分选性都比较好，成分成熟度和结构成熟度都是最高的。 #

②长石砂岩，长石碎屑含量占砂级碎屑总量25％以上。其中石英含量

#

③岩屑砂岩，岩屑含量占砂级碎屑总量25%以上。其中石英含量

石灰岩()

主要由方解石组成的碳酸盐岩。常简称灰岩。古代石灰岩则是由低镁方解石组成。石灰岩成分中经常混入有白云石、石膏、菱镁矿、黄铁矿、蛋白石、玉髓、石英、海绿石、萤石、磷酸盐矿物等。此外还常含有粘土、石英碎屑、长石碎屑和其他重矿物碎屑。现代碳酸钙沉积物由文石、高镁方解石组成。 #

分类主要有两种：一种是化学成分的分类，多被化工等部门采用；另一种是结构多级分类，多被地质、石油等部门采用。 #

20世纪50年代末至60年代初提出的石灰岩结构分类主要有：①福克分类。该分类根据异化颗粒、泥晶基质、亮晶胶结物为三角图的三端员组分，将石灰岩划分为淀晶粒屑灰岩、泥晶粒屑灰岩和以泥晶方解石为主的正常化学灰岩。此外还划分出原地礁灰岩和重结晶灰岩。②顿哈姆的结构分类。是以颗粒和泥晶（或灰泥）为两端员组分的分类。将石灰岩分为4类,即颗粒岩、泥质颗粒岩、颗粒质泥岩、泥岩。③中国学者的结构成因分类方案。

#

油页岩(oil shale)

#

又称油母页岩，一种高矿物质的腐泥煤，为低热值固态化石燃料。色浅灰至深褐，含有机质和矿物质；有机质的绝大部分不溶于溶剂，称油母。油页岩是人造石油的重要原料。经低温干馏可得页岩油、干馏气和页岩半焦。

油页岩主要是由藻类等低等浮游生物经腐化作用和煤化作用而生成。一些微小动物、高等水生或陆生植物的残体，如孢子、花粉、角质等植物组织碎片，也参与油页岩的生成。

油页岩外观多呈褐色泥岩状，其相对密度为1.4～2.7。油页岩中的矿物质常与有机质均匀细密地混合，难以用一般选煤的方法进行选矿。含有大量粘土矿物的油页岩砂岩与中风化岩的区别，往往形成明显的片理。 #

硅质岩( rocks) #

由化学或生物化学作用形成的以二氧化硅为主要造岩成分的沉积岩。也称燧石岩。一般含SiO2在80％以上，常可达95％以上。其中SiO2矿物不是来自碎屑，而是来自生物的硅质骨骼、壳体或碎片，由化学作用直接沉淀或交代作用产生。火山活动可提高海洋中的硅质含量，也是硅质岩中硅的主要物源。硅质岩中主要矿物是蛋白石、玉髓和自生石英。硅质岩有两大类结构。一类是生物结构，在硅质岩中显微镜下可看到放射虫、硅藻或硅质交代残留的钙藻等。另一类是非生物的化学沉淀结构。原生沉淀的硅质一般是非晶质结构，但是经过成岩作用，非晶质蛋白石转变为结晶质玉髓和石英，成为结晶质结构。硅质岩分为层状硅质岩和结核状硅质岩，以及不规则交代的硅质岩等构造。硅质岩有由硅质壳生物堆积的、化学沉淀的、成岩结核化的和硅质交代碳酸盐岩的等数种成因。但是海水中硅质的富集往往与火山活动带来的硅质有联系。 #

硅质岩分为3类： #

①生物硅质岩,如由放射虫球状体堆积而成的放射虫硅质岩；主要由硅质海绵骨针堆积并由化学沉淀的SiO2胶结形成的海绵硅质岩；主要由硅藻组成，并由粘土质充填或混杂胶结而成的硅藻土。放射虫硅质岩又可分两大类,一类是地槽型放射虫硅质岩,与深海洋壳型蛇绿岩、混杂岩共生，在中国西藏的三叠系—侏罗系、新疆的寒武系—奥陶系和内蒙的泥盆系中都有这类放射虫硅质岩;另一类是地台型放射虫硅质岩,与浅海碳酸盐岩和碎屑岩共生，出现在地台的裂陷带，在中国广东下二叠统的当冲组和江浙一带的鸡山组都有这类放射虫硅质岩。硅藻土在陆相湖泊中沉积较丰富，在中国的山东、吉林和云南等地，有多处第三纪沉积的硅藻土矿床。

②化学硅质岩，由沉积的或交代碳酸盐或其他矿物的SiO2为主要成分的岩石，质地坚硬，一般称为燧石岩。含氧化铁杂质的,称铁质碧玉岩,常呈红色、绿色或黄色；含有机炭的，称炭质碧玉岩，常呈黑色；燧石岩和碧玉岩在元古宙的地层中经常出现。

③凝灰硅质岩，由脱玻化玻屑为主要造岩成分的蛋白石岩，又称瓷土岩。其中蛋白石呈超显微状球体集聚状，孔隙多，质地较轻，含少量粘土成分，是火山灰沉积在湖、海中改造而成的一种特殊的硅质岩。凝灰硅质岩或瓷土岩常出现在中生代以后的地层中，例如在黑龙江、嫩江一带有其分布。