概论地球科学 2026-11-07 09:18:29
碎屑岩、化学岩、有机岩——沉积岩家族三大支系,划分标准只有一条:物质从哪里来。
是风化剥蚀下来的矿物碎屑,是溶液里沉淀出的矿物,还是没有完全腐烂的植物残体。
分清这条主线,十几类沉积岩的名字就不再是死记硬背。
一、先分家:三大类与两种"长法"
沉积岩有三个物质来源,对应三大类:碎屑岩(母岩的碎屑)、化学岩(低温溶液中沉淀的矿物)、有机岩(植物的有机残体)。
大多数沉积岩属于碎屑岩。
它们"长成岩石"的方式也分两种,看纹理便知:
● 碎屑结构:颗粒被胶结物粘成刚性骨架,胶结物很少填满孔隙,所以岩石里常留有孔隙空间——这正是地下水、石油的藏身之处;
● 结晶结构:晶体从溶液里长出来、互相咬合,没有胶结物,孔隙也极小。
还有一种"改行"叫重结晶:岩石埋藏后,原碎屑颗粒被新长出的晶体取代、摧毁。
重结晶是沉积岩的"橡皮擦",常把原始结构和化石一并抹掉,让后来的地质学家头疼不已。
二、碎屑岩:粒径定名字,成分讲故事
碎屑岩由基岩风化剥蚀的碎屑(detritus)胶结而成,所以也叫陆源碎屑岩。按粒径从粗到细,主要成员如下:
角砾岩与砾岩是一对"近亲冤家":搬运中砾石很快就被磨圆,所以角砾岩的棱角状碎屑一定离母岩不远——陡坡脚下机械风化崩落的堆积累、滑坡堆积累结成岩,都可能形成角砾岩,这类岩石并不常见。
砾岩的砾石虽然圆了,但也未必走了多远:悬崖落石被河水搬运几公里、或在海滩上被浪一砸,很快就圆了。
砂岩的沉积场所五花八门:河床、沙丘、海滩、浅海乃至深海海底,因此成分、分选、磨圆变化极大。
教材按成分分出三种:
细粒岩家族里,页岩的名气最大——它的绝活是可劈性(fissility):能沿内部极薄的纹层(laminations)劈开。
这身本领是压实压出来的:湿泥刚沉积时,孔隙里可能灌了多达 80% 的水,片状粘土矿物杂乱无章;上覆沉积物一压,水被挤走、体积猛缩,粘土片被迫垂直于压力方向排列——像一副码齐的扑克牌,页理就沿着牌与牌之间的薄弱面裂开。
不过压实本身通常压不出岩石,页岩成岩的主力仍是胶结。
家族里还有几位"不成器"的兄弟:粒度相近但没有劈性和纹层的,叫泥岩(块状);以粉砂为主的叫粉砂岩,以粘土为主的叫粘土岩。
三、化学沉积岩:从溶液里"长"出来的岩石
化学沉积岩从低温水溶液中沉淀而成,要么靠无机过程,要么靠生物帮忙,主要包括碳酸盐岩、燧石和蒸发岩。
石灰岩:一半靠生物,一半靠化学
石灰岩的主要成分是方解石(CaCO₃),按沉淀方式分两大类:
生物化学石灰岩多形成于温暖浅水的陆棚。
一类是礁灰岩——珊瑚、包壳钙藻等造礁生物直接在礁核里沉淀碳酸钙,化石还保持着生长姿势原封未动(图11)。但绝大多数生物化学灰岩是生物碎屑灰岩(bioclastic limestone):浪打碎的藻类、珊瑚、贝壳碎屑,被波浪和海流搬运、分选、磨圆后再胶结成岩——骨子里是"生物做的碎屑岩"。
名目由此展开:粗粒显化石的(图13-16)、钙藻贡献的细粒灰泥的;介壳灰岩(coquina)由近岸浅海堆积的贝壳及碎片胶结而成,粗粒到一眼认出壳片;白垩(chalk)则由漂浮在海面的微体海洋生物遗骸沉到海底堆成,色浅、多孔、极细。
无机石灰岩的代表是鲕状灰岩:温暖浅海里无机沉淀出的砂粒级小圆球——鲕粒(ooids),被强潮流来回滚动,越滚越圆、边滚边长(图17)。
淡水系统里还有两位:泉水或地下水中沉淀的钙华(tufa,多孔),以及洞穴里富碳酸盐水逸失 CO₂ 后生成的石灰华(travertine,致密),两者都是结晶结构。
要特别提防石灰岩的"易改体质":方解石极易重结晶,尤其在有水、有上覆压力时——新晶体又大又亮(宽解理面上泛反光),代价是原始结构和化石被毁,岩石的沉积环境从此难以判读。
白云岩:被镁"改名"的石灰岩
白云岩(矿物 CaMg(CO₃)₂,有些地质学家把岩石叫 dolostone)通常是石灰岩"改"出来的:含镁溶液流经灰岩,钙被镁部分置换。区域性的白云岩层有两种成因:①海水蒸发形成的富镁卤水向下渗流过灰岩层;②淡的地下潜水与海水交界处的化学反应,随海平面升降让镁离子在灰岩层里迁移。
白云石化伴随重结晶,产物坚硬、晶粒极细——粒径、化石、沉积构造常常荡然无存。
燧石:几乎纯 SiO₂ 的硬骨头
燧石致密坚硬、极细粒,几乎全由二氧化硅组成,有两种产状:①其他岩石(常见于石灰岩)里不规则的结核,多半是地下水把围岩部分置换成硅的无机沉淀;②像普通沉积岩一样成层,由微体海洋生物玻璃质硅壳沉底堆积而成。
硅质微体化石在一些燧石里很丰富,但燧石同样容易重结晶,原始化石常被抹掉——许多燧石的身世至今成谜。
蒸发岩:晒出来的岩石
水体蒸发时沉淀出的晶体堆积,就是蒸发岩——海水或盐湖(如犹他州大盐湖)晒干的产物。常见的有石膏(CaSO₄·2H₂O)组成的岩石膏,蒸发继续则形成石盐(NaCl)组成的岩盐;此外还有硼酸盐、钾盐、镁盐等。蒸发岩全是结晶结构。
过去大量岩盐、岩石膏形成于炎热干旱气候下的浅陆表海;今天正现身上演的是波斯湾和红海,以及死亡谷干盐湖这样的现代版本。
下表把化学岩总归成两类,翻译如下:
四、有机沉积岩:煤——没烂完的植物
煤由未完全腐烂的植物残体压实而成。
它的诞生需要两个苛刻条件同时满足:植物快速生长、植物遗体落入低氧水体——所以温带或热带的浅沼泽、泥潭是最可能的沉积环境。
煤里的植物化石(叶、茎、树干,甚至根系仍扎在下伏页岩里的树桩)表明,大多数煤就形成在植物当年生长的地方。
过程并不神秘:植物遗体大量堆积,腐烂过程耗光了沼泽水里的氧,腐烂就此刹车,有机质得以保存;随后被沉积物掩埋压实,水分和挥发分逐渐被挤出,碳含量一路走高,颜色从褐到黑。
煤通常由泥炭——湿地里堆积的褐色、疏松植物残体——经压实转变而来。
本节记忆主线:按物质来源三分——碎屑、化学、有机;按结构两看——碎屑结构(颗粒+胶结+孔隙)与结晶结构(晶体互嵌无孔隙)→ 碎屑岩粒径定名:角砾岩(棱角、近源)与砾岩(磨圆)分家,砂岩按成分三分(石英砂岩/长石砂岩/杂砂岩),页岩靠压实把粘土"码成扑克牌"长出劈性 → 化学岩里石灰岩最庞大(生物碎屑、礁、鲕粒、钙华石灰华),白云岩是灰岩被镁改造,燧石分结核与层状,蒸发岩是晒出来的 → 煤是缺氧沼泽里没烂完的植物压实增碳的产物 → 重结晶是沉积岩的橡皮擦,读它要趁"字迹"还在。
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发布时间:2026-11-07 07:05:47
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