沉积岩（sedimentary rock）是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结硬化而成的岩石，是地壳表面分布最广的一种层状岩石。

（1）沉积岩的形成过程

沉积岩的形成过程一般可分为沉积物的生成、搬运、沉积和固结成岩四个过程。

1）沉积物质的生成

沉积物质的来源主要是先期岩石的风化产物。在外因作用下，岩石发生机械崩解或化学分解，变为松散的碎屑及土壤，为风化作用。岩石因机械作用或化学作用而被剥蚀，如河岸的岩石被流水冲刷，为剥蚀作用。

2）沉积物的搬运

风化、剥蚀后的产物经过风、流水、冰川和重力等原因被搬运到其他地方，分为物理搬运和化学搬运。以机械方式破坏的产物是以机械方式进行搬运。以化学方式破坏的产物是通过真溶液或胶体容易进行搬运。

3）沉积物的沉积

搬运物在适宜的地方发生沉积，分为机械沉积、化学沉积和生物沉积。机械沉积作用受重力支配，重的物质先沉积且搬运距离近，轻的物质后沉积且搬运距离远。化学沉积作用受化学反应的规律支配，包括真溶液和胶体沉积。生物沉积作用主要是由生物活动引起的活生物遗体的沉积。

4）固结成岩阶段

固结成岩作用较为复杂，固结脱水作用是上覆沉积物的挤压导致排水固结，孔隙空间减小。胶结作用是碎屑岩成岩作用的重要环节，将松散碎屑颗粒连接起来，固结成岩石。

（2）沉积岩的物质成分

组成沉积岩的物质成分中最常见的有：矿物、岩屑、化学沉淀物、有机质和胶结物。

矿物成分是指母岩风化后经搬运沉积下来的碎屑物质，如石英、长石、白云母等，以及由风化作用形成的黏土矿物；另一种是沉积过程中的新生矿物，如方解石、白云石、石膏、岩盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等，它们也是化学沉淀物。岩屑是母岩风化剥蚀搬运沉积下来的岩石碎屑。有机质包括动物物质和植物物质。有些岩石本身就是有机体或由有机体的碎屑组成，如煤、珊瑚礁、碎屑灰岩等。此外，还有其他方式生成的一些物质，如火山喷发产生的火山灰等。碎屑岩中的矿物碎屑或岩石碎屑由胶结物（cement）黏结起来，常见的胶结物成分有钙质（CaCO3）、硅质（SiO2）、铁质（FeO或Fe2O3）、泥质等。

（3）沉积岩的结构与构造

1）沉积岩的结构

沉积岩的结构是指组成岩石成分的颗粒形态、大小和连接形式。一般分为碎屑结构、泥质结构、结晶结构及生物结构四种。

①碎屑结构（clastic）　碎屑物质被胶结物胶结起来的一种结构，是沉积岩所特有的结构。按碎屑颗粒粒径的大小，可分为砾状结构（gravelly），粒径大于2 mm，最大可达0.5 m，甚至更大；沙状结构（sandy），粒径为0.05～2 mm；粉沙状结构（silty），粒径为0.005～0.05 mm；

胶结物的类别可分为硅质、钙质、铁质、泥质和石膏质等，其中硅质的胶结物成分为SiO2，钙质胶结物成分为钙、镁的碳酸盐，铁质胶结物成分为铁的氧化物和氢氧化物，泥质胶结物成分为黏土，石膏质胶结物成分为CaSO4。根据胶结物类别的不同，岩石强度依次降低。

胶结类型指的是胶结物与碎屑颗粒含量及其相互之间的关系。常见的有三种类型（图1.23）：基底式胶结，胶结物含量大，碎屑颗粒散落在胶结物中，这是最牢固的胶结方式；孔隙式胶结，碎屑颗粒紧密劫持，胶结物充填在孔隙中间；接触式胶结，碎屑颗粒相互接触，胶结物很少，只存在颗粒接触处，这是最不牢固的胶结方式。

图1.23　胶结类型

由此可见，胶结物的含量是逐渐减少的，相应岩石的储水能力逐渐增强。

②泥质结构（clayey）　它是黏土矿物组成的结构，矿物颗粒粒径小于0.005 mm，也是泥岩、页岩等黏土岩的主要结构。

③结晶结构（crystalline）　它是化学沉淀的结晶矿物组成的结构，又可分为结晶粒状结构和隐晶质致密结构。结晶结构是石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。

④生物结构（organic）　它由生物遗体或碎片所组成的结构，也是生物化学岩所具有的结构。

2）沉积岩的构造

沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造和层面构造。它不仅反映了沉积岩的形成环境，而且是沉积岩区别于岩浆岩和某些变质岩的构造特征。

①层理构造（stratification）　它是先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上的不同所显示出来的成层现象。层理是沉积岩成层的性质。层与层之间的界面，称为层面（bedding plane）。上下两个层面间成分基本均匀一致的岩石，称为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上下层面之间的垂直距离，称为岩层的厚度。在短距离内岩层厚度的减小，称为变薄；厚度变薄以至消失，称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层。沉积岩内岩层的变薄、尖灭和透镜体（详见3.2节中图3.24），可使其强度和透水性在不同的方向发生变化。软弱夹层，容易引起上覆岩层发生顺层滑动。

图1.24　沉积岩的层理

由于形成层理的条件不同，层理有各种不同的形态类型，按形态层理可分为平行层理（图1.24（a））、斜层理（图1.24（b））、波状层理（图1.24（c））等。根据层理可以推断沉积物的沉积环境和搬运介质的运动特征。

②层面构造（feature of bedding surface）　在层面上有时还保留有沉积岩形成时的某些特征，如波痕、泥裂、结核及生物成因构造，称为层面构造。(www.daowen.com)

a.波痕：在湖滨、海滩及干旱地区的沙丘表面上，常形成一种由流水、波浪、风力作用产生的波浪状构造，称为波痕（图1.25）。这种构造是沉积介质动荡的标志，常保留在沉积岩层的层面上。当介质作定向运动时所形成的波痕为非对称状，顺流坡较陡，逆流坡较缓，这是由流水或风引起的。当介质式来回运动的波浪形成对称波痕时，其两坡坡角相等。

b.泥裂：出现在河滩、湖滨、海边等泥质沉积物上，常可见到多角形的裂纹，称为泥裂（图1.26）。

图1.25　波痕

图1.26　泥裂

泥裂是在沉积当时沉积物未固结就露出水面，受到日晒，水分蒸发，体积收缩产生的。裂纹常具有上宽下窄的形态（图1.27），其中被泥沙充填，充填物与上覆岩层的成分相当。

图1.27　泥裂的形态

c.结核：在沉积岩中常含有与围岩成分有明显区别的某些矿物质团块，称为结核（图1.28）。常为圆球形、椭球形、透镜状及不规则形态。石灰岩中常见的燧石结核主要是SiO2，在沉积物沉积的同时以胶体凝聚方式形成的，部分燧石结核是在固结过程中由沉积物中的SiO2自行聚集而形成的。含煤沉积物中常有黄铁矿结核，它是固结过程中沉积物中的FeS2自行聚集形成的，一般为球形，黄土中的铁锰结核是地下水从沉积物中溶解CaCO3或Fe、Mn的氧化物后在适当的地点再沉积而形成的，其形状多不规则。

d.生物成因构造：在沉积岩中，特别是在古生代以来的沉积岩中，常保存着大量的种类繁多的生物化石，如图1.29所示。这是沉积岩区别于其他岩类的重要特征之一。借助化石不仅可以确定沉积岩的形成时代，研究生物的演化规律，而且还可以了解和恢复沉积当时的地理环境。

图1.28　结核

图1.29　生物成因构造

沉积岩的层理构造、层面构造和化石，是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。

（4）沉积岩的分类及常见的沉积岩

根据沉积岩物质组成的特点，沉积岩一般分为下面三类：

①碎屑岩类　主要由碎屑物质组成的岩石。其中：由先成岩石风化破坏产生的碎屑物质形成的，称为沉积碎屑岩（如沙岩、沙岩及粉沙岩等）；由火山喷出的碎屑物质形成的，称为火山碎屑岩（如火山角砾岩、凝灰岩等）。

②黏土岩类　主要由黏土矿物组成的岩石，如泥岩、页岩等。

③化学及生物化学岩类　主要由方解石、白云石等碳酸盐类的矿物及部分有机物组成的岩石，如石灰岩、白云岩等。

沉积岩的分类见表1.4。

常见的沉积岩有：

a.砾岩（conglomerate）：由粒径大于2 mm的粗大碎屑和胶结物组成。岩石中大于2 mm的碎屑含量在50%以上，碎屑呈浑圆状，成分一般为坚硬而化学性质稳定的岩石或矿物，如脉石英、石英岩等。胶结物的成分有钙质、泥质、铁质及硅质等。依据成因可分为河成砾岩和海成砾岩等。

表1.4　沉积岩的分类表

b.角砾岩（breccia）：与砾岩一样，碎屑粒径大于2 mm在50%以上，但碎屑有明显棱角。角砾岩的岩性成分多种多样，胶结物的成分有钙质、泥质、铁质及硅质等。依据成因可分为火山角砾岩、断层角砾岩、溶解角砾岩、冰川角砾岩等。

c.沙岩（sandstone）：由粒径2～0.05 mm的沙粒胶结而成，且这种粒径的碎屑含量超过50%。按沙粒的矿物组成，可分为石英沙岩、长石沙岩和岩屑沙岩等。按沙粒粒径的大小，可分为粗粒沙岩、中粒沙岩和细粒沙岩。胶结物的成分对沙岩的物理力学性质有重要影响。根据胶结物的成分，又可将沙岩分为硅质沙岩、铁质沙岩、钙质沙岩及泥质沙岩几类。硅质沙岩的颜色浅，强度高，抵抗风化的能力强。泥质沙岩一般呈黄褐色，吸水性大，易软化，强度差。铁质沙岩常呈紫红色或棕红色，钙质沙岩呈白色或灰白色，强度介于硅质与泥质沙岩之间。沙岩分布很广，易于开采加工，是工程上广泛采用的建筑石料。

d.粉沙岩（siltstone）：由粒径0.005～0.05 mm的碎屑胶结而成，且这种粒径的碎屑含量超过50%。矿物成分与沙岩近似，但黏土矿物的含量一般较高。胶结物的成分有钙质、泥质、铁质及硅质等。其结构较疏松，强度不高。

e.页岩（shale）：由黏土脱水胶结而成，以黏土矿物为主，大部分有明显的薄层理，呈页片状。依据胶结物可分为硅质页岩、黏土质页岩、沙质页岩、钙质页岩及碳质页岩。除硅质页岩强度稍高外，其余岩性软弱，易风化成碎片，强度低，与水作用易于软化而降低其强度。

f.泥岩（mudstone）：成分与页岩相似，常成厚层状。以高岭石为主要成分的泥岩，常呈灰白色或黄白色，吸水性强，遇水后易软化。以微晶高岭石为主要成分的泥岩，常呈白色、玫瑰色或浅绿色，表面有滑感，可塑性小，吸水性高，吸水后体积急剧膨胀。泥岩夹于坚硬岩层之间，形成软弱夹层，浸水后易于软化，致使上覆岩层发生顺层滑动。

g.石灰岩（limestone）：石灰岩简称灰岩。矿物成分以方解石为主，其次含有少量的白云石和黏土矿物。常呈深灰、浅灰色，纯质灰岩呈白色。由纯化学作用生成的石灰岩具有结晶结构，但晶粒极细。经重结晶作用即可形成晶粒比较明显的结晶灰岩。由生物化学作用生成的灰岩，常含有丰富的有机物残骸。石灰岩分布相当广泛，岩性均一，易于开采加工，它是一种用途很广的建筑石料。

h.白云岩（dolomite）：矿物成分主要为白云石，也含方解石和黏土矿物。一般为白色或灰色，主要是结晶粒状结构。性质与石灰岩相似，但强度比石灰岩高，它是一种良好的建筑石料。白云岩的外观特征与石灰岩近似，在野外难于区别，可用盐酸起泡程度辨认，石灰岩的起泡程度强于白云岩。