工程地质第2版：沉积岩的特征和分类

沉积岩一般是指由地壳上原有的岩石遭风化、剥蚀作用破坏所形成的各种松散物质和溶解于水的化合物质，经搬运、沉积和成岩作用而形成的层状岩石。此外，还有一些是由火山喷出的碎屑物质和由生物遗体组成的特殊沉积岩。

沉积岩分布很广，占大陆面积的 3/4 左右。沉积岩是在地壳表面常温常压条件下形成的，故在物质成分、结构构造、产状等方面都不同于岩浆岩，而具有自己的特征。

1.沉积岩的物质组成

沉积岩的物质成分来源有三个方面，其中主要是母岩风化的产物，其次是火山喷发的物质和生物及其作用的产物。

（1）母岩风化产物。

母岩是指早已形成的岩浆岩、变质岩和沉积岩。当这些母岩出露地表后，由于风化作用使母岩遭到破坏，形成新的物质，这就是母岩风化产物。这些物质主要是碎屑物质、新生成的矿物和溶于水的物质。碎屑物质是母岩破碎后的岩屑和比较稳定的矿物碎屑，如石英、长石等；新生成的矿物有黏土矿物、褐铁矿、蛋白石等；溶于水的物质有 K＋、Na＋、Mg2＋、P3－、S2－、I－、B3＋、Br－ 等。

（2）火山喷发物质。

火山喷发物质主要是指由于火山喷发作用而形成的火山碎屑物质，如火山弹、熔岩和矿物碎屑及火山灰等。

（3）生物及其作用产物。

生物及其作用产物为生物的作用直接或间接形成的产物，如贝壳、煤、石油等。

2.沉积岩的结构

沉积岩的结构是指构成沉积岩颗粒的性质、大小、形态及其相互关系。常见的沉积岩结构有以下几种：

（1）碎屑结构。

碎屑结构是由胶结物将碎屑胶结起来而形成的一种结构，是碎屑岩的主要结构。碎屑物成分可以是岩石碎屑、矿物碎屑、石化的生物有机体或碎片以及火山碎屑等。按粒径大小，碎屑可分为砾（粒径大于 2 mm）、砂（粒径为 2～0.075 mm）和粉砂（粒径为 0.075～0.005 mm）等。胶结物常见的有硅质、黏土质、钙质和火山灰等。

（2）泥质结构。

泥质结构主要由极细的黏土矿物颗粒（粒径小于 0.005 mm）组成，外表呈致密状，是黏土岩的主要结构。

（3）结晶粒状结构。

结晶粒状结构主要由结晶的矿物组成，是化学岩的主要结构。

（4）生物结构。

生物结构是由未经搬运的生物遗体或原生生物活动遗迹组成的结构，是生物化学岩的主要结构。

3.沉积岩的构造

沉积岩的构造是指沉积岩各组成部分的空间分布和配置关系，如层理、层面构造、结核等。

（1）层理构造。

层理是沉积岩中由于物质成分、结构、颜色不同而在垂直方向上显示出来的成层现象，它是沉积岩最典型、最重要的特征之一。层理按形态分为水平层理、波状层理和斜层理三种（图 1.29），它反映了当时的沉积环境和介质运动强度及特征。水平层理的各层层理面平直且互相平行，是在水动力较平稳的海、湖环境中形成的；波状层理的层理面呈波状起伏，显示沉积环境的动荡，在海岸、湖岸地带表现明显；斜层理的层理面倾斜与大层层面斜交，倾斜方向表示介质（水或风）的运动方向。根据层的厚度，层理可划分为巨厚层状（大于 1.0 m）、厚层状（1.0～0.5 m）、中厚层状（0.5～0.1 m）和薄层状（小于 0.1 m）。

图1.29　沉积岩三种典型层理构造

（2）层面构造。

层面构造是指在沉积岩的层面上保留有一些外力作用的痕迹，最常见的有波痕和泥裂（图 1.30）。波痕是指岩石层面上保存原沉积物受风和水的运动影响形成的波浪痕迹；泥裂是指沉积物露出地表后干燥而裂开的痕迹。这种痕迹一般上宽下窄，为泥沙所充填。

（3）结核。

岩石中成分与周围物质有显著不同的呈圆球或不规则状的无机物包裹体叫结核，如石灰岩中含有燧石结核，砂岩中含有铁质结核等。

4.沉积岩的分类

沉积岩按成因、物质成分和结构特征分为碎屑岩、黏土岩、化学和生物化学岩三大类（表1.6）。

图1.30　泥裂

表1.6　沉积岩分类

注：d 为岩石中组成颗粒的粒径。

5.常见沉积岩

（1）碎屑岩。

碎屑岩是沉积岩中常见的岩石之一，其中碎屑物质（包括岩石碎屑、矿物碎屑及火山喷发的碎屑）不能少于 50%。按其成因，碎屑岩可以分为火山碎屑岩和正常沉积碎屑岩。

①火山碎屑岩。

火山碎屑岩主要由火山喷发的碎屑物质在地表经短距离搬运或就地沉积而成。由于它在成因上有火山喷出和沉积的双重特性，因此是介于喷出岩和沉积岩之间的过渡类型。火山碎屑物质包括熔岩碎屑（岩屑）、矿物碎屑（晶屑）和火山玻璃（玻屑）3 种，一般火山碎屑岩含火山碎屑物在 50% 以上。常见的火山碎屑岩有：

火山集块岩：粒径大于 100 mm 的火山碎屑物质的质量分数超过 50%，碎屑大部分是带棱角的，但也有经过搬运磨圆的。火山集块岩的碎屑成分往往以一种火山岩为主，根据碎屑成分可称安山集块岩、流纹集块岩等；胶结物主要为火山灰及熔岩，有时候被 CaCO3、SiO2 泥质等所胶结。

火山角砾岩：粒径在2～100 mm 的火山碎屑物的质量分数超过 50%，碎屑具棱角或稍经磨圆。根据碎屑成分，火山角砾岩可分为安山火山角砾岩、流纹火山角砾岩等，其胶结物与火山集块岩相同。(www.xing528.com)

火山凝灰岩：粒径小于 2 mm 的火山碎屑物质的质量分数超过 50%，即主要由火山灰所构成的岩石。火山凝灰岩分选很差，碎屑多具棱角，层理不十分清楚。凝灰岩的碎屑可能是细小的岩屑、玻屑或晶屑，在晶屑中可以发现石英、长石、云母等晶体，但外形多为棱角状。凝灰岩因碎屑成分不同，常有黄、灰、白、棕、紫等各种颜色。

②正常沉积碎屑岩。

正常沉积碎屑岩是母岩风化和剥蚀的碎屑物质，经搬运、沉积、胶结而成的岩石。碎屑物可以是岩屑，也可以是矿物碎屑。由于搬运介质和搬运距离等不同，碎屑形状可以是带棱角的，或是浑圆的。碎屑岩的胶结物主要有铝、铁质物质和黏土。根据碎屑颗粒大小，碎屑岩可分为砾岩、砂岩和粉砂岩等。

砾岩及角砾岩：沉积砾石胶结而成的岩石，即粒径大于2 mm 的砾石的质量分数大于 50% 的岩石，砾石大部分由岩石碎屑组成。砾石形状呈次圆状或圆状的叫砾岩［图1.31（a）］，砾石形状呈棱角状的叫角砾岩。

砂岩：沉积砂粒经胶结而成的岩石，即粒径在 2～0.075 mm 的砂粒的质量分数大于 50% 的岩石，见图1.31（b）。砂粒成分主要是石英、长石、云母等岩石碎屑。

按粒度，砂岩又分为粗砂岩（粒径为 2～0.5 mm 的砂粒的质量分数大于 50%）、中粒砂岩（粒径为 0.5～0.25 mm 的砂粒的质量分数大于 50%）和细砂岩（粒径为0.25～0.075 mm 的砂粒的质量分数大于 50%）。

砂岩按成分进一步分为石英砂岩（石英碎屑占 90% 以上）、长石砂岩（长石碎屑的质量分数在 25% 以上）和硬砂岩（岩石碎屑的质量分数在25% 以上）。

粉砂岩：粒径在 0.075～0.005 mm 的碎屑的质量分数大于 50% 的碎屑岩叫粉砂岩。粉砂岩的成分以矿物碎屑为主，大部分是石英；胶结物以黏土质为主，常发育有水平层理。

图1.31　陆源碎屑物

（2）黏土岩。

黏土岩是指粒径小于 0.005 mm 的颗粒的质量分数大于 50% 的岩石，主要由黏土矿物组成，其次有少量碎屑矿物、自生的非黏土矿物及有机质。黏土矿物有高岭石、蒙脱石和伊利石等，碎屑矿物有石英、长石、绿泥石等，自生非黏土矿物有铁和铝的氧化物和氢氧化物、碳酸盐（方解石、白云石、菱铁矿等）、硫酸盐、磷酸盐、硫化物等，有机质主要是煤和石油的原始物质。

黏土岩具有典型的泥质结构，质地均匀，有细腻感，断口光滑。

常见的黏土岩有页岩和泥岩［图1.31（c）］。页岩是页片构造发育的黏土岩，其特点是能沿层理面分裂成薄片或页片，常具有清晰的层理，风化后是碎片状。泥岩是一种呈厚层状的黏土岩，岩层中层理不清，风化后呈碎块状。

（3）化学岩和生物化学岩。

本类岩石大部分是各种母岩在化学、风化和剥蚀作用中所形成的溶液和胶体溶液，经化学作用或生物化学作用沉淀而成，按照成分不同可分为：铝质岩、铁质岩、锰质岩、硅质岩、磷质岩、碳酸盐岩、盐岩和可燃有机岩。这类岩石除碳酸盐岩外，一般分布较少，但大部分是具有经济价值的有用矿产。

①碳酸盐岩。

碳酸盐岩主要包括石灰岩、白云岩、泥灰岩等（表 1.7），实物见图 1.32。

石灰岩：主要由方解石（50% 以上）组成；质纯者呈灰白色，含杂质呈灰色到灰黑色；具结晶结构、生物结构和内碎屑结构，遇冷稀盐酸可产生大量气泡。

白云岩：主要由白云石（50% 以上）组成；颜色为灰白色、灰色和灰黑色；加冷稀盐酸不起泡，而加热的稀盐酸起泡。在白云岩和石灰岩之间还有些过渡的岩石，通常把含有白云石25%～50% 的灰岩称白云质灰岩。

表1.7　碳酸盐岩的分类

图1.32　碳酸盐岩分类

泥灰岩：石灰岩中泥质成分增加到 25%～50% 的称泥灰岩。它是黏土岩和石灰岩之间的过渡类型；颜色一般较浅，有灰色、淡黄色、浅灰色、紫红色等；岩石呈致密状。

②铁质岩。

铁质岩是富含铁矿物的沉积岩，其主要铁矿物有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁的硫化物及硅酸盐。铁质岩的结构主要是豆状及鲭状、隐晶质结构。

③铝质岩。

富含三氧化二铝（Al2O3）的岩石称为铝质岩，因含杂质不同，颜色种类很多，有白、灰、黄等。铝质岩的常见结构有鲡状、豆状和致密状。

④锰质岩。

锰质岩是富含锰的沉积岩，主要含锰矿物有硬锰矿、软锰矿和菱锰矿等。

⑤磷质岩。

通常把含有五氧化二磷在 5% 以上的沉积岩称作磷质岩或磷块岩。磷质岩主要由各种磷灰石及非晶胶磷矿组成。

⑥硅质岩。

硅质岩是由溶于水的 SiO2 在化学及生物化学作用下形成的富含 SiO2（70%～90%）的沉积岩。硅质岩石中的矿物成分有非晶质的蛋白石、隐晶质的玉髓和结晶质的石英。硅质岩按其成因可分为生物成因（硅藻土、海绵岩、放射虫岩）和非生物成因（板状硅藻土、蛋白石、碧玉、罐石、硅华）两大类。

⑦盐岩。

盐岩是一种纯化学成因的岩石，由蒸发沉淀而成。盐岩主要由钾、钠、镁的卤化物和硫酸盐组成，如食盐（NaCl）、钾盐（KCl）、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）、钾盐镁钒（K2Mg（SO4）2·3H2O）、芒硝（Na2SO4·10H2O）、硬石膏（CaSO4）、石膏（CaSO4·2H2O）等。盐岩有原生结晶粒状、纤维状、次生的交代结构和变晶结构，构造有层状、透镜状和致密块状。

⑧可燃有机岩。

可燃有机岩是煤、油页岩和石油及天然气等含有可燃性有机岩石的总称。

煤：由植物转变而来的可燃岩石。由高等植物转化而形成腐植煤，由低等植物残体转化而形成腐泥煤。腐泥煤少见。腐植煤又可分为泥灰、褐煤、烟煤和无烟煤。

油页岩：多呈薄层状，颜色多为棕黑色、黑色。油页岩质地细致，具弹性，坚韧不易破碎。

石油：一种可燃的液体矿产。天然石油也称原油，一般是绿色、棕色、黑色或稍带黄色的油脂状液体。