一、沉积岩及其形成过程

沉积岩是在地表或接近地表的常温常压环境下，各种既有岩石在遭受外力地质作用下，经过风化剥蚀、搬运、沉积和硬结成岩过程而形成的岩石。沉积岩广泛分布于地表，覆盖面积约占陆地而积的75%。因此研究沉积岩的形成条件及其性质特征，对工程建设具有重要意义。

沉积岩的形成是一个长期而复杂的地质作用过程，一般可分为四个阶段。

1.风化、剥蚀阶段

地壳表面原来的各种岩石，长期遭受自然界的风化、剥蚀作用，例如风吹、雨淋、冰冻、日晒、水流或波浪的冲刷和淋蚀作用以及生物机械作用和化学作用，使原来坚硬的岩石逐渐破碎，形成大小不同的松散物质，甚至改变原来的物质成分和化学成分，形成一种新风化产物。

2.搬运阶段

岩石经风化、剥蚀后的产物，除一部分残积在原地外，大多数破碎物质在流水、风、冰川、海水和重力等作用下，搬运到其他地方。流水的机械搬运作用，使具有角的碎物不断磨蚀，径粒逐渐变细磨圆。溶解物则随水溶波带到河口和湖海中。

3.沉积阶段当搬运能力减弱或物理化学环境改变时，携带的物质逐渐沉积下来。一般可分为机械沉积、化学沉积和生物化学沉积。沉积物具有明显的分选性，因此，在同一地区便沉积者直径大小相近似的颗粒。河流由山区流向平原时，随着河床坡度的减小，水流速度不断减慢，因此，上游沉积颗粒粗，下游沉积颗粒细，海洋中沉积的颗粒更细。碎屑物是屑岩的物质来源，粘土矿物是泥质岩的主要物质来源，溶解物则是化学岩的物质来源，这些呈松散状态的物质，称为松散沉积物。

4.硬结成岩阶段

最初沉积的松散物质，被后继沉积物所覆盖，在上覆沉积物压力和胶结物质(如胶体颗粒、硅质、钙质、铁质等)的作用下，逐渐把原物质压密，孔踪减小，经水固结或重结晶作用面形成较坚使的岩层。这种作用称为硬结成岩作用或石化作用。

二、沉积者的地质特征

1.沉积岩的物质组成

沉积岩的矿物主要来自各种地表岩石。由于风化作用，使原岩在新的地质环境下形成新的矿物和胶结物质。这些矿物与原岩物质组成既有相同之处，也有不同之处。目前发现的矿物种类很多，而组成沉积岩的90%以上的矿物，仅有20余种，按成因类型可分为:

(1)碎屑矿物

主要来自原岩的原生矿物碎屑，如石英、长石、白云母等一些耐磨且抗风化性较强的和稳定的矿物。

(2)粘土矿物

是原岩经风化分解后生成的次生矿物，如高岭石、蒙脱石、水云母等。

(3)化学沉积矿物

是经化学沉积或生物化学沉积作用面形成的矿物，如方解石、白云石、石青、石盐、铁和锰氧化物或氢氧化物等。

(4)有机质及生物残骸

是由生物残骸或经有机化学变化而形成的矿物，如贝壳、藻土、泥炭、石油等。在沉积岩矿物颗粒之间，还有胶结物质，如硅质、钙质、铁质、泥质和石膏质等。胶结物对沉积岩的颜色、坚硬程度有很大影响，有如下几种胶结物质:

①硅质胶结 胶结成分为SiO₂，岩石呈灰、灰白、黄色等，岩性坚团，抗压强度高抗水性及抗风化性强。

②铁质胶结 胶结成分为fe₂O₃或FeO，多是红色或棕色，岩石强度高。含FeO时岩石星黄色或黄褐色，岩石软弱，易于风化。

③钙质胶结 胶结成分是Ca、Mg的硬酸盐，呈白灰、青灰等色，岩石较坚固，强度较大。但性脆，具有可溶性，遇盐酸作用起泡。

①泥质胶结 胶结成分为粘土，多呈黄褐色，性质松软易破碎，遇水后易软化松散。

⑤石膏质胶结 胶结成分为CaSO₂，硬度小，强度低，具有很大的可塑性。

同一种胶结物胶结的岩石，若胶结方式不同，岩石强度异也很大。所谓胶结方式是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结形式，常见的胶结方式有基底式胶结、孔隙式胶结和接式胶结三种。碎屑颗粒互不接触，散布于胶结物中，称基底式胶结。它胶结紧密，岩石强度高。颗粒之间互相接触，胶结物充满颗粒间孔隙，称孔隙式胶结。它是最常见的胶结方式，其工程性质与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分有关，变化较大。粒之间相互接触，胶结物只在颗粒接触处才有，其余颗粒间孔隙未被胶结物充满，称接触式胶结。这种方式胶结程度最差，孔隙度大，透水性强，强度低。

2.沉积岩的结构

沉积岩的结构是指沉积岩的组成物质的颗粒大小、形状及结晶程度。它不仅决定了沉积岩的岩性特征，也反映了沉积岩的形成条件。沉积岩的结构类型可分为如下几种:

(1)碎屑结构

指碎屑物质被胶结物粘结而形成的一种结构。按碎屑粒径大小不同可分砾状结构(>2.0mm)、砂状结构(2.0~0.05mm)和粉砂状结构(0.05-0.005mm)。

(2)泥状结构

一般由颗粒粒径小于0.005mm的粘土等胶结物质组成的矿物颗粒，显示定向排列的结构。

(3)化学结构

指由化学沉淀或胶体重结品所形成的结构，其中又可分为状、结核状、纤维状、致密块状和粒状结构等。

(4)生物结构

指岩石中几乎全部由生物遗体所组成的结构，如生物碎结构、贝壳结构等。

3.沉积岩的构造沉积岩的构造是指沉积岩的各个组成部分的空间分布和排列方式。层理构造和层面构造是沉积岩最重要的特征，它是区别于岩浆岩和某些变质岩的主要标志，对了解沉积岩的生成及地理环境，有着重要的意义。

(1)层理构造

层理是沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变，所引起沉积物质的成分、粒大小、形状或颜色沿垂直方向发生变化而显示出的成层现象。

沉积物在一个基本稳定的地质环境条件下，连续不断沉积形成的单元岩层简称为层相邻两个层之间的界面叫做层面，层面是由于上下层之间产生较短的沉积间断而造成的一个单元岩层上下层面之间的垂直距离称为岩层厚度。根据单元岩层的厚度可分为巨厚层(>1m)、厚层(1-0.5m)、中厚层(0.5~0.1m)和薄层(<0.lm)。

层理和层面的方向有时不一致，根据两者的关系，可对层理形态进行分类:当层理与层面延长方向相互平行时，称为平行层理。其中，当层理面平直时称为水平层理，当层理面波状起伏时称为波状层理，当层理与层面斜交时称为斜层理。若是多组不同方向的斜交层理相互交错，则称为交错层理。有些岩层一端较厚，而另一端逐渐变薄以至消失，这种现象称为尖灭;若在不大的距离内两端都尖灭，面中间较厚则称为透镜体。

(2)层面构造

指岩层层面上的构造特征，常见的有波痕、泥裂、雨痕等。

①波痕 沉积过程中，沉积物由于受风力或水流的波浪作用，在沉积岩层面上遗留下来的波浪的痕迹。

②泥裂粘土沉积物表面，由于失水收缩而形成不规则的多边形裂缝，称为泥裂裂缝内常被泥砂、石青等物质充填。

③雨痕 沉积物表面经受雨点、冰雹打击后遗留下来的痕迹。

(3)化石

在沉积岩中常可见到古代动植物的遗骸和痕迹，它们经过石化交替作用保存下来而成为化石，如三叶虫、木等。化石是沉积岩的重要特征。根据化石的种类可以确定化石形成的环境和地质时代。

(4)结核

沉积岩中常有圆形或不规则的与周围岩石成分、色、结构不同，大小不一的无机物包裹体，这个包裹体称为结核。结核是由于胶体物质聚集而呈凝块状析出的，也可以是胶体物质围绕某些质点中心聚集，形成具有同心圆结构的团块。如石灰岩中的石结核，粘土岩中的石膏结核、磷质结核及黄土中的钙质结核等。

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