从文物保护角度来说，首先值得讨论的沉积岩是砂岩和石灰岩。然而在不同地域，其他沉积岩也可能占据重要的地位，比如火山碎屑凝灰岩。

砂岩

砂岩属于碎屑（来自希腊语κλаστó，破碎的）沉积岩。砂岩这个称谓并非来自其坚实紧密的岩层，而是因为其粒径范围在0.063～2mm，该范围的颗粒在沉积学中称为“砂”。砂岩的成分取决于母岩，通常能通过其矿物成分推断出其产地。从产地开始的运输距离越长，沉积岩中容易风化的成分如片状岩石碎片、碳酸盐和长石消失得越多。最终只剩下纯净的石英砂，几乎全部由最能抵抗风化的石英矿物组成。由于沉积条件的差异，很多砂岩具有典型的粗细交替的沉积层理。对于沉积物不同纹理结构的精细度，这里不展开讨论。

各类砂岩的组成可通过石英、长石和岩屑的三组分图表示（图1.2.5）。

图1.2.5　砂岩组成及其（对应）名称

石英含量90%以上的砂岩称为“石英砂岩”。长石在长石-石英占比中超过25%的砂岩叫“长石砂岩”。主要由岩屑和长石组成的砂岩为“杂砂岩” （Grauwacken，字面意思为灰色玄武土）。玄武土（Wacke）这个名词由玄岩石（Wackerstein）派生出来。杂砂岩在莱茵地区的板岩山脉十分常见。岩屑由片麻岩、石英脉、花岗岩，以及源自板岩的含黏土矿物的岩屑等组成。其中，含黏土矿物的岩屑对于杂砂岩的耐候性有重要的影响，因为黏土含量高总是意味着耐候性差。

在上述三组分图中，砂岩中十分重要的碳酸盐矿物，如方解石和白云石并未包含在内。但它们和包姆贝格砂岩（Baumberger Sandstein）或雷根斯堡地区的绿砂岩一样，在众多的文物石材中占有重要地位。在这些砂岩中，碳酸盐矿物部分源自碳酸盐岩母岩（砂）；部分在成岩过程中由孔隙溶液结晶形成（胶结物）。因此在命名含碳酸盐的砂岩时，人们自然就引入进一步的解释，比如“含碳酸盐和长石的砂岩”或“含长石的石灰砂岩”。

一般来说，碳酸盐对于砂岩的耐候性是一种威胁，因为碳酸盐与大气中的其他物质无法共存，会自行转化成石膏。尤其在二氧化硫排放量较高的时候，碳酸盐石材中会大量形成石膏，这是一个严重的问题。

几乎所有砂岩或多或少都有鲜艳的颜色（图1.2.6） ，主要是类似赭色、红色和绿色的色调。色调主要来自孔隙中的黏土矿物，其通过少量分布的三氧化二铁-氢氧化物着色形成，或者来自黏土矿物本身的颜色，比如绿泥石。黏土含量高通常也提高了风化的危险，但它能通过某种结构调整得到平衡，这种现象存在于一种耐风化的红砂岩中。

图1.2.7展示了颗粒支撑结构和胶结物支撑结构之间的区别。在颗粒支撑结构中，即使在胶结物被风化的情况下，稳定组分之间的直接接触也能防止石材的瓦解；在胶结物支撑结构中，砂岩的稳定性取决于胶结物类型及其孔隙度。致密的碳酸盐胶结能使砂石具有较高的耐候性，然而，多孔结构的碳酸盐胶结或黏土胶结的砂岩则易风化。

砂岩孔隙度在5%～25%，平均值为15%，个别情况下甚至更高。但较大的孔隙度本身并不意味着较高的风化危险。孔隙度大的砂岩通常更能耐冻融和水溶盐腐蚀。比较重要的影响砂岩耐久性的指标是孔隙半径的分布。孔隙半径呈双峰分布，即最高峰对应的孔径在微孔范围内，且第二高峰对应的孔径在粗孔范围内的砂岩尤其脆弱。这类砂岩，即使其含水率低于饱水状态，也容易发生冻融病害，因为当粗孔中的水结冰时，微孔中的水分可进入粗孔的冰晶中，使原粗孔中的冰晶长大。若微孔在总孔隙中占比重足够大，液态水的补给使冰晶量不断增加，直至充满并撑爆粗孔。

石灰岩

石灰岩的外观比砂岩更多样，原因在于其成因多样，可以是无机化学式、碎屑式或生物式的。

无机化学式沉积的石灰岩成因是方解石从过饱和溶液，比如从潟湖中析出。沉积的石灰泥浆浓缩压实，形成晶粒十分细腻的石灰岩层。其孔隙度很低，但还不具有抗冻融能力。这种石材的典型代表是索尔恩霍芬石灰岩（Solnhofer Kalkstein） ，能加工成地板和墓穴板。另一个化学沉积石灰岩的代表是钙华和石灰华，形成于含碳酸氢盐的水域。(www.daowen.com)

生物石灰岩源自死去的海洋生物，比如贝类、螺类、腕足动物、海胆、有孔虫类的硬质部位，或来自能形成礁石的珊瑚和海绵。被机械粉碎的外壳由洋流运送，并堆积于沿海地区，形成在德国被用作重要建筑石材的贝壳灰岩。被用作铺路石的所谓大块石灰岩则来自能形成石灰的藻类和细菌（叠层石）。

碎屑石灰岩包含石灰岩碎屑或礁石（比如珊瑚和海绵）的岩屑。很多装饰石材都属于礁石碎屑石灰岩。

图1.2.6　砂岩举例

图1.2.7　砂岩结构

图1.2.8展示了索尔恩霍芬石灰岩颗粒细腻、轻微带状的结构。这种结构十分紧密，可用于石版画的制作。而在特罗伊希林根石灰岩中可以看到海绵的横截面和细小的礁石碎片斑点，包括褐铁矿析出物。

图1.2.8　石灰岩举例

非生物无机式成因的代表性石灰岩是鲕粒灰岩，其由通过结核作用形成的晶核，以及在海洋环境中沉积发育的方解石小颗粒组成。鲕粒灰岩主要分布在英国和法国。而在德国，从法国进口的萨芬尼尔石灰岩（Savonnierekalk）是除本土的艾尔姆石灰岩（Elmkalk）外的重要石材。世界范围内广泛使用的所谓的红色大理岩（Rotmarmor）或块状大理岩（Knollenmarmor）均为鲕粒灰岩，分布在意大利（维罗纳红色大理岩、红色菊石瘤状灰岩）、奥地利（阿德内特红色大理岩）、德国（鲁波尔丁大理岩）、希腊、土耳其、印度和中国。它们由致密的、颗粒度十分细腻的石灰岩块组成，通常嵌于由石灰和黏土构成的深色基质中。这些石材在环境中的抗风化能力差，因为含黏土的基质风化后，圆形的石灰岩块也就失去了结合力。

对石灰岩有极其重要影响的是方解石基质。方解石基质可以是多孔的，也可以是致密的；可以是粗晶粒的，也可以是细晶粒的。在地球演化的进程中，经常发生基质溶解再重新胶结的过程，因此熟练的岩相学家通常能区分多代基质。晶粒支撑结构比基质支撑结构更加稳定，这对石灰岩亦适用，尤其当基质中存在良好流通的孔隙水分时。

石灰岩的孔隙度变化很大，范围可从最小值1%到最大值35%。因此，总是需要重视石灰岩的孔隙度。用作建材的石灰岩的耐候性通常很不错。这类石灰岩大多密度高，其病害（一般）只有表面风化，但这种风化并不损坏内部结构。

结论

为评估岩石的耐候性和可处置性，矿物组成和结构并非是唯一需要注意的重点。孔隙比例及分布更为重要。若岩石含有黏土矿物，总存在风化的风险。对于碳酸盐类石材，其耐候性与晶粒的粗细、吸水性能等有关。还需注意的是，孔径分布是否使之具有快速吸水能力。具有呈双峰孔径分布的石材其耐冻融及盐溶胀能力总是比较低。若石材中主要的孔隙为微孔隙，那么其吸收防腐剂的量就会很低，防腐效果也会打折扣。因此，强烈建议在保护石材前全面研究其相应特性，石材的特性决定了石材是否易风化、需要采用哪种保存保护措施。