04 沉积岩的分类与主要沉积岩-备战高考地理之探讨大学地理知识

一、沉积岩的分类和主要沉积岩

沉积岩按成因及组成，可分为两类，即碎屑岩类、化学和生物化学岩类。还有一些特殊条件下形成的特殊沉积岩。

(一)碎屑岩类

分沉积碎屑岩和火山碎屑岩2个亚类。

1.沉积碎屑岩亚类

母岩风化和剥蚀作用的碎屑物质所形成，又称陆源碎屑岩。小部分在原地沉积，大部分经过搬运、沉积。根据碎屑颗粒大小可分为:

砾岩类--碎屑直径在2mm以上。  

砂岩类--碎屑直径在2~0.05mm。

粉砂岩类--碎屑直径在0.05~0.005 mm

黏土岩类--碎屑直径小于0.005mm。

粒级碎屑含量必须占碎屑总量的50%以上，如砾岩中大于2mm的砾石碎屑含量应占一半以上;如还含有25%~50%的砂，则称砂质砾岩;如含有5%~25%的砂，则可称为含砂砾岩。其余类推。

(1)砾岩类:直径在2mm以上的碎屑(大于50%)组成的岩石。砾是较坚硬的岩石碎屑。根据磨圆程度可分角砾岩和砾岩。

①角砾岩由带有棱角的砾组成，分选情况不好或未经分选，多为搬运距离很近或未经搬运堆积成。可能是山崩重力堆积、海浪冲击海岸、母岩风化在原地残积、冰川搬运的冰碛堆积(冰碛岩)或断层作用而成(断层角砾岩,碎屑多呈尖棱状)。

②砾岩由次圆状或圆状的砾组成。若是海滨潮间带海浪反复冲刷、磨蚀、堆积而成的，分选和磨圆度好，成分较单纯;河流短距离搬运而成的分选和磨圆度较差，成分较复杂。砾岩中很少有化石，或只含贝壳等生物碎屑化石。

(2)砂岩类:由2~0.05mm的碎屑(大于50%)胶结而成。矿物成分以石英颗粒为主，次为长石、白云母、黏土矿物以及各种岩屑。据粒级大小砂岩可以分为:

粗粒砂岩(2~0.5mm)

中粒砂岩(0.5~0.25mm)

细粒砂岩(<0.25mm)

根据矿物成分可分为:

①石英砂岩——石英颗粒含量占90%以上，砂粒纯净，SiO2含量可达95%以上，磨圆度高，分选性好。常为白、黄白、灰白、粉红等色。是原岩长期破坏、冲刷、分选而成。

②长石砂岩——石英和长石颗粒组成，长石颗粒含量一般在25%以上。常为粗粒或中粒，常呈淡红、米黄色，碎屑多棱角或次棱角状，胶结物多为碳酸盐或铁质。多为花岗岩类岩石经风化残积而成，或在构造上升地区强烈风化、迅速堆积而成。

砂岩可作建筑材料，纯净石英砂岩可做玻璃工业原料；孔隙度、渗透率较高的砂岩是地下水或石油、天然气的重要储、产层。

(3)粉砂岩类:0.05~0.005mm的碎屑胶结而成。矿物成分较复杂，以石英为主，次为长石，并有较多的云母和黏土类矿物，显微镜下观察多具棱角。胶结物以铁质、钙质、黏土质为主。

①粉砂岩质地致密，颜色多样，随胶结物和混入物而变异。具轻微砂感，或贝壳状断口。湖成粉砂岩常具极薄的水平层理(纹理)，河成粉砂岩或具细斜层理，海成粉砂岩具复杂层理。

粉砂岩多是细颗粒悬浮物质在水动力微弱条件下，缓慢沉积而成。沉积环境为河漫滩、三角洲、潟湖、沼泽或海、湖的较深水部位。

②黄土是未充分胶结或半固结的黏土粉砂岩。黄灰色或棕色，粉砂含量40%~60%，其次为黏土，多含10%以下的砂粒。矿物成分以石英和长石为主，还有白云母、角闪石等。易分解而未分解的矿物多，说明其形成与干燥气候有关。

胶结物以黏土及CaCO3为主，黄土多钙。一般没有层理，但发育有直立节理，常形成峭壁。中国分布很广，堆积很厚，形成跨越晋、陕、甘等省的黄土高原，有些地区分布有冲积或洪积的次生黄土。

(4)黏土岩类:由直径小于0.005mm的微细颗粒(含量大于50%)组成。矿物成分以黏土矿物为主，如高岭石、水云母、蒙脱石等，结晶微小(0.001~0.002 mm),多呈片状、板状、纤维状。

黏土矿主要源于母岩的风化产物，即陆源碎屑黏土矿物，还有部分沉积或成岩过程中的自生黏土矿物以及粉砂级的陆源碎屑，如石英、长石、白云母等颗粒。

沉积和成岩过程中会形成一些胶体和化学沉积物(如铁、锰、铝的氧化物，碳酸盐、硫酸盐、硅质矿物、硫化物、有机质等)。

黏土岩多为致密均一、质地软的泥质，介于碎屑岩和化学岩之间，是过渡性岩石，在沉积岩中分布最广。

①页岩为黏土岩中固结较强的岩石，具薄层状页理构造，是鳞片状黏土矿物层层累积、平行排列并压紧而成。常含石英、长石、白云母等细小矿物碎屑。

致密，不透水。可有各种颜色，含有机质呈黑色，含氧化铁呈红色，含绿泥石、海绿石呈绿色。性质柔软，抵抗风化能力弱，地形上常为低山低谷。

②泥岩是厚层状、致密、页理不发育的黏土岩。

③黏土是黏土矿物组成、固结程度较差的黏土岩。细腻质软，颜色浅淡。分布较多的为高岭石黏土，简称高岭土，具吸水性(粘舌)、可塑性(加水成泥)、吸收性(从溶液中吸收各种矿物质及有机质)、耐火性(熔点:1350~1770℃) 、烧结性(煅烧后变硬)等特点，是陶瓷、耐火材料工业的重要原料。

还有一种黏土叫膨润土，主要由蒙脱石(胶岭石)组成。为含水层状结构的硅酸盐矿物，化学组成为(Na,Ca)(AlMg)[Si](OH)₂ nH2O，吸水后体积膨胀10~30倍，广泛用于铸模、陶瓷、钻探、纺织工业。

还有漂白土，与膨润土相似，但含钙较多，含钠较少，吸水性和膨胀性较差，而具强吸附力，可吸收色素、胶状物、杂质，在炼制石油和植物油工业中作脱色和漂白剂。

2.火山碎屑岩亚类

火山喷发碎屑由空中坠落就地沉积或经流水冲刷搬运沉积而成。物质与火山活动有关，成岩过程属于沉积岩。有些以火山碎屑为主，有些夹有很多熔岩，火山碎屑为熔岩胶结。

有些由火山碎屑和正常碎屑(砾、砂、粉砂、泥)混合堆积而成，夹有砂、页岩，常含化石。火山碎屑岩与熔岩之间，火山碎屑岩与正常碎屑岩之间，包含许多过渡岩石。

根据火山碎屑的粒度大小可分为:

(1)火山集块岩:由50%以上粗火山碎屑(粒径>64 mm)，如熔岩碎块固结而成。熔岩碎块带棱角或经搬运磨圆，填充物和基质为熔岩、火山灰、泥沙、钙质、硅质等。分选性一般不好，层理不清，常形成厚层和块状层。

根据岩石中熔岩碎块成分，可命名为安山集块岩、流纹集块岩等。质地较坚硬，堆积厚度从数百米可达数千米，中国东部中生代中后期形成大量火山碎屑岩，常形成高山。

(2)火山角砾岩:粒径为2~64mm的熔岩碎块或角砾(含量50%以上)固结而成，多具明显棱角，分选差，大小不等。填充物和基质为熔岩、火山灰或泥砂，也可是钙质、硅质。

根据角砾成分可命名为流纹角砾岩、安山角砾岩、玄武角砾岩等。

(3)凝灰岩:由粒径<2mm的火山灰(岩屑、晶屑、玻屑)及火山碎屑(50%以上)固结而成。分选差，碎屑多具棱角，岩石外貌有粗糙感，可具清楚的层理。根据碎屑成分可分为玻屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、岩屑凝灰岩、混合型凝灰岩等。

玻屑凝灰岩常保存于时代较新的火山碎屑岩中，经脱玻作用和蚀变作用可以形成膨润土或漂白土。凝灰岩可有黄、灰、白、棕、紫等不同颜色。若凝灰岩中含有正常碎屑，则称砂质凝灰岩、凝灰质砂岩。

火山碎屑岩多形成于火山口附近或周围有水盆地。地层剖面中火山碎屑岩可反映地史发展过程中的火山活动和古地理环境。

(二)化学岩及生物化学岩类

岩石风化和剥蚀产物中的溶解物质和胶体物质通过化学作用方式沉积而成的岩石称化学岩。通过生物化学作用或生物生理活动使某种物质聚集而成的属于生物化学岩。

二者大多在海、湖盆地中形成，小部分可以在地下水的作用下形成。成分较单一，具结晶粒状结构、隐晶质结构、豆状结构或生物、生物碎屑结构等。

许多岩石本身就是沉积矿产，如石盐、钾石盐、石膏、石灰石、白云石、铁矿、磷矿、硅藻土等。

根据化学沉积分异的一般顺序简述如下。

1.铝、铁、锰质岩类

AL、Fe、Mn是溶液中活动性较差的元素，往往以胶体形式在原地或海、湖边缘沉积，但深海盆也有大量沉积。

(1)铝土岩:又称铝矾土。主要由三水铝石(AI[OH]3) 、软水铝石和硬水铝石(AIO[OH])等组成。根据成分有一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石之分。常含SiO2、Fe2O3等混入物。

铝土岩和黏土岩外貌、性质相似，但岩性更致密，硬度和相对密度较大，没有可塑性。铝土岩有致密块状、鱼苗状或豆状结构。因杂质不同，有白、灰、黄等色。

成因不一，主要由铝硅酸盐矿物(如长石等)化学风化分解后形成的氧化铝经搬运在海、湖盆中沉积而成，也有一部分是残积而成。是炼铝的主要原料，中国河北、辽宁、山东、河南、贵州、云南等省分布甚广。

(2)铁质岩:富含铁矿物的化学岩或生物化学岩。主要矿物成分有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等。常混入砂质、黏土、硅质等。致密块状、鲕状、豆状或肾状结构。

含铁30%以上即可称铁矿。主要在地质时代的浅海边缘或陆地表面形成。中国中、新元古界、泥盆系、石炭系等地层富含沉积型的铁质岩(铁矿)。

(3)锰质岩:富含锰矿物的沉积岩，一般含锰20%以上即成锰矿。主要矿物有软锰矿、硬锰矿、菱锰矿等，常混入砂、黏土、氧化铁、二氧化硅等杂质。

多呈黑、黑褐、黑紫等色。有的性软、染手、呈土状；有的很硬，呈鲕状、肾状等。在地质时代锰质岩多在海、湖盆边缘形成，也可在风化壳中形成。

目前世界瞩目现代海底形成的金属矿源－锰结核。1873年英国海洋调查船在大西洋发现，但1958年才正式组织调查，开展锰结核的勘探、试采和提炼技术的研究。

锰结核广泛分布于世界各大洋3000至6000m深的洋底表层，估计储量达3x10·10t，太平洋约占一半，其次为印度洋，被称为世界最大的金属资源，被预测是人类21世纪的主要矿产。

据分析，锰结核中含56种元素，其中锰、铜、镍、钴等金属蕴藏总量是陆地储量的几十倍到1000倍。按目前世界年消耗量计，可供全世界使用上千年至数万年。且锰结核形成较快，仅太平洋每年就增长1000万t，相当于一个大型矿床。

锰结核的成因尚未有确切结论，有人认为在洋底淤泥表层因有机物沉降，使底土沉积物中的锰和有色金属层层堆积形成，由于底层淤泥有弹性，把锰结核挤出淤泥，位于底土之上。

还有人认为锰和其他金属来源可能与洋底喷出的热水矿液有关。也有人认为由海洋中脊(裂缝)喷出的高温熔岩，经海水冲洗、析出含金属的热液，形成“重金属泥”，在一定条件下形成锰结核或热液多金属矿床。

2.硅、磷质岩类

硅质岩以二氧化硅为主要成分，通过化学、生物化学沉积或火山作用生成，主要矿物成分是玉髓、蛋白石、石英，常混入碳酸盐、氧化铁、黏土矿物等。

磷质岩富含磷酸盐矿物。主要矿物成分为磷灰石，常混入砂、粉砂黏土、方解石、石英、海绿石等。多为海洋生物化学作用沉积而成。

(1)燧石岩:致密坚硬的硅质岩石，俗称“火石”。主要矿物成分为玉髓、微粒石英、蛋白石等。浅灰至黑灰色，蜡状光泽，贝壳状断口。

主要产于石灰岩中，形成燧石结核、不规则团块或燧石条带(夹层)，很少成为独立稳定的岩层。中国中、新元古界碳酸盐岩层中常含有燧石结核或薄层。多为海洋沉积或成岩交代而成。

(2)碧玉岩:致密坚硬的硅质岩石，主要矿物成分为玉髓、细粒石英，常混入氧化铁，呈红、棕、绿、玫瑰等色，具贝壳状断口，蜡状光泽。

性质和燧石岩基本相同，但碧玉岩常产于火山岩、火山碎屑岩中，成因与火山沉积有关。质佳的碧玉可作工艺品。

(3)硅藻土:疏松粉状，硅藻遗体组成，硅藻含量可达70%～90%。主要成分为蛋白石，常和黏土、碳酸盐混在一起。白或浅黄色，质轻软，孔隙度可达90%，粘舌，吸附力强，可作炼油、制糖的吸附、净化剂，是优良的隔音、隔热材料。多分布于新生代沉积层，中国山东、吉林等地皆产。

(4)磷块岩:含P大于5%~8%的岩石，结构变化大，有砂状、泥状结构等，外表有时似砂岩、页岩或碳酸盐岩。

3.碳酸盐岩类

碳酸盐矿物含量大于50%，主要成分为方解石、白云石等，常混入二氧化硅、氧化铁、黏土、砂等。常具结晶粒状、豆状、生物或碎屑结构。过去认为形成于海、湖盆地中的偏深浅水环境，成因和环境简单。

近来研究认为其沉积环境可以是浅水、较深水，也可是潮上带，有许多是在有丰富生物和极浅水条件下形成。其成因可以是化学沉积、生物化学沉积、生物沉积，也可以是机械作用的碎屑沉积，但碎屑并非源于陆地，而是海盆内形成。

分布广，仅次于黏土岩和其他碎屑岩，约占沉积岩总量的20%，在中国占55%。代表岩石为石灰岩和白云岩，二者间有许多过渡类(表3-13)。

(1)石灰岩类:以方解石为主要组分，有灰、黑、白、浅红、黄等色，性脆，硬度不大，小刀能刻，滴盐酸剧烈起泡。易溶，在发育地常形成石林、溶洞等，称喀斯特地貌。

石灰岩是石灰、水泥的主要原料和冶炼钢铁的熔剂，也是制化肥、电石的原料，广泛用于制碱、制糖、陶瓷、玻璃、印刷等工业中。根据结构和成因，种类有:

①竹叶状灰岩(砾屑)－内碎屑灰岩。也称盆地、同生碎屑，是沉积于水盆地底部的未完全固结或已固结的碳酸盐沉积物，经水流或波浪作用破碎、搬运、磨蚀而成。根据大小可称为砾屑、砂屑、粉屑、泥屑，再沉积形成内碎屑灰岩。

竹叶状灰岩是灰岩扁砾被钙质胶结而成，砾屑为扁圆或长椭圆形，垂直层面切开形似竹叶故名。砾屑大小不一，磨圆度高，表皮常有紫红色或黄色铁质氧化圈，砾屑约占60%~70%。成分单一，多为泥晶方解石(泥状碳酸钙细屑或晶体,即灰泥)；胶结、填充物多为微晶或细晶方解石，约30%~40%。

中国华北寒武系上部和奥陶系下部广泛分布。竹叶状灰岩是潮汐和波浪活动频繁的海滩(潮间带或潮下带)先沉积泥晶灰岩，后被潮汐波浪破坏成碎块，并磨蚀成砾，又被 CaCO3胶结而成。在氧化环境沉积。

有些灰岩由砂或粉屑胶结而成，可称为砂屑灰岩或粉屑灰岩。具交错层理、干裂、波痕等构造。

②生物碎屑灰岩是生物碎屑被碳酸钙胶结而成，常见的有生物贝屑(贝壳)灰岩。多形成于水流或波浪作用强处或生物礁侧翼。

③ 鲕状灰岩(鱼苗状)：鲕粒含量大于50%。鲕粒直径小于2mm，大于2mm者称豆粒。形成条件是海水中溶解的Caco3过饱和，沉积环境为潮汐和波浪作用强烈的浅海，海水富含泥砂等陆源碎屑、内碎屑、生物碎屑，且混浊。

潮汐和波浪引起水介质的搅动，碎屑处悬浮状态，促使CO₂从水中逸出，导致海水中过饱和的 CaCO3沉淀，以细小碎屑为结核中心，层层围绕，形成鲕粒。周而复始鲕粒变大，重量超过波浪、水流能量，便堆积在海底，为Caco3胶结，形成鲕状灰岩。是化学和机械双成因。中国北方中寒武统有典型的鲕状灰岩。

④化学石灰岩：化学及生物化学方式由海、湖中沉淀而成。多具隐晶或细晶结构，致密均一、或具贝壳状断口。多形成于温暖浅海，气候温暖，利于蒸发及水生植物光合作用，使海水中CO2释出或被植物吸收，导致CaCO3沉淀。

另外泉水出口温度升高、压力减小，水中CO2逸出，也导致CaCO3的沉淀、形成疏松多孔的石灰华。

(2)白云岩类：以白云石为主要组分(50%以上)的碳酸盐岩。常混入方解石、黏土矿、石膏等杂质。外貌与石灰岩相似，但硬度略大，坚韧，滴稀盐酸(5%)不起泡、风化面常有白云石粉及纵横交叉的刀砍状溶沟。

按结构有碎屑、微晶、结晶白云岩等。按成因分原生、交代白云岩(次生)。

原生白云岩是在干热气候条件下，高盐度海湾、潟湖、咸化海或内陆咸水湖泊，化学沉淀而成；或咸水中Mg*离子交代置换底部CaCO3灰泥中一部分Ca”离子(同生交代作用)而成。特点是成层稳定，生物化石少，常和石膏共生。

有些白云岩是成岩过程中沉积的碳酸钙和渗透下来的咸水中的硫酸镁、氯化镁反应交代而成，称叫白云岩化作用。条件是水溶液中Mg/Ca比值大。

交代白云岩：层位不稳定，常呈似层状、透镜状、斑块状产于灰岩中，横向常过渡为白云质灰岩或灰岩。方解石被白云石交代后，体积缩小13%，故孔隙发育，可为良好的储油层或矿床。

白云岩在冶金工业中可作熔剂和耐火材料，或提炼金属镁，也可作化肥、陶瓷、玻璃工业的配料和建筑石材。

石灰岩和白云岩二者因含量不同可有多种过渡，如白云质灰岩、灰质白云岩。

(3)泥灰岩类：碳酸盐岩与黏土岩间的过渡类。石灰岩中泥质(黏土)成分增加到25%-50%；若白云岩中泥质(黏土)成分增加到25%~50%，称泥云岩。

岩石致密，呈微粒或泥状结构，黄、灰、绿、紫色。常分布于石灰岩和黏土岩的过渡地带，或夹于薄层灰岩和黏土岩间，多呈薄层状或透镜体状产出。加冷盐酸起泡(泥云岩起泡微弱)，并有泥质残余物出现。

4.蒸发盐岩类

钾、钠、钙、镁等卤化物及碳酸盐矿物为主要组分的纯化学沉积岩，又称盐类岩。广泛分布于闭塞海湾、潟湖、内陆盐湖等沉积中。是在干热气候条件下，海、湖水强烈蒸发，卤水浓度增大，盐类结晶析出沉淀而成。

常见的有石盐(NaCl)、钾石盐(KCI)、石膏(CaSO4·H2O)、硬石膏(CaSO4)、芒硝(Na2S10H2O)、苏打(Na2CO3·H2O)、硼砂(NB·10H2)等，混入黏土、碎屑物及方解石、白云石、氧化铁凝胶，常伴生溴、碘等元素。

蒸发盐岩在沉积岩中所占比重很小、但构成重要矿产。如青海柴达木盆地许多盐湖，盐类储量可达500亿吨，钾盐达1亿吨。新疆吐鲁番盆地艾丁湖是中国最低点(-154m)，是芒硝为主的盐湖。

5.可燃有机岩类

生物(动物、植物)堆积，复杂变化形成，含可燃性有机质的沉积岩，是重要能源矿产。按成分分两类:一是碳质可燃有机岩，包括煤、褐炭、泥炭；一是沥青质可燃有机岩，成分碳氢化合物，包括石油、天然气、地蜡、地沥青。存在形式多样，有固、液、气体。

(三)特殊沉积岩类

特殊地质条件形成，对恢复古地理环境、阐明地球历史有特殊意义:

1.风暴岩

风暴天气影响，水盆地特别是海洋中形成的沉积岩。风暴发生:

(1)海洋掀起强涌浪，海面升高，海水流速增大，波浪加深(达几十米甚至200m)，常将海底沉积物中的细物质簸出，形成混浊密度流;

(2)原海底沉积物受到侵蚀作用，侵蚀基底面形成冲蚀坑，上覆泥砂填充，形成填充构造;

(3)风浪挖掘出海底浅埋藏物质，包括生物化石，加上新冲刷的化石碎片，形成混合的生物组;

(4)沉积物高速流动、往复运动，改变方向，旋卷或杂乱排列;

(5)涌浪在不太长时间内衰减，产生向海密度流，在陆棚或携带陆棚边缘物质在潮下沉积成粒级递变层(泥砂由粗到细逐渐沉积)，海水较浅的底部可形成波状沙垅，沉积物具交错层理;

(6)风暴层多位于侵蚀底面，厚几毫米到十数米，常呈透镜、口袋状;

(7)中国北方上寒武纪的竹叶状灰岩的碳酸盐岩，“竹叶”(扁砾)排列杂乱，无定方向，或涡卷排列，可能是强烈振荡水流形成的风暴岩。

2.浊积岩

浊流沉积。地震、风暴、海底火山爆发，陆棚浅海底上的陆源沉积物搅动，形成阵发性的混浊的高密度流(含大量泥沙物质)，把陆源沉积物冲刷到大陆坡；

大陆坡发育了大冲沟或峡谷，加上重力滑塌作用，陆源物质包括巨大碎屑及陆地和浅海生物化石，又被搬运到大陆坡脚和深海沉积，形成浊积岩。

深海沉积中没有陆源物质的观点被否定；海相沉积岩中不见深海相、半深海相沉之谜解决。浊流理论和浊积岩对于研究沉积模式、恢复古地理面貌有重要意义。

浊积岩特征:

(1)碎屑成分复杂，陆源物质多，碎屑磨圆度不好，分选不太好(海滨物质除外)，常含异地搬运来的浅水动物化石(贝壳、浅水底栖动物)和植物化石碎片。

(2)浊积岩的每个单元(一次阵发泥沙密度流沉积)，下部物质粗，时有砾石，如含砾砂岩，向上物质变细，顶部为泥岩、泥灰岩；下部递变层理，向上渐变为微细水平层理，最上不甚清晰。但顶部往往被后期密度流冲刷，很少存在完整序列。

(3)浊积岩的一个沉积序列厚度不大，但许多单元积累，常形成大厚度，甚至上万米，沉积韵律好(多次重复互层)。

(4)浊流前部富含粗物质，流速大，侵蚀力强，常在流经的底部泥质表面形成一系列有方向性的冲槽、冲沟，并很快被砂等浊积物充填，砂岩层底面形成其铸模，即槽模、沟模；迅速沉积在底部软泥上的浊积砂有不均匀荷重，铸上高低不平的荷重模。

(5)典型浊积岩分布面积广，可达1万至10万米。

(6)厚度大，粗细物质交替，常形成油田。有较好的生(油层)储(油层)盖(层)组合。

(7)风暴岩也可以归入浊积岩，是浪成浊流的产物。