第二章 沉积岩的成因 沉积岩的形成一般要经过三个阶段，首先要有沉积岩的原始物质，第二，这些物质要经过搬运和沉积作用，最后这些沉积物还要发生沉积后作用第一节 沉积岩原始物质的形成沉积岩原始物质是形成沉积岩的物质基础，其来源有四种，即陆源物质、生物源物质、深源物质及宇宙源物质一、陆源物质地壳上先形成的出露（或曾出露）的岩石叫做母岩,可以是岩浆岩、变质岩或沉积岩；母岩分布的地区叫做母岩区陆源物质是母岩风化作用的产物，是沉积岩原始物质最主要的来源一） 风化作用的概念沉积岩的原始物质有母岩的风化产物、火山物质、有机物质以及宇宙物质等，其中母岩的风化产物是最主要的风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用引起岩石破坏的外界因素有温度的变化、水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等在这些因素的共同影响下，地壳表层的岩石就处于新的不稳定状态，逐渐地遭受破坏，转变为风化产物这些风化产物就是最主要的沉积岩的原始物质成分风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用及生物风化作用1. 物理风化作用岩石主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用，称为物理风化作用引起物理风化作用的主要因素有：温度的变化、晶体生长、重力作用、生物的生活活动，水，冰及风的破坏作用。
物理风化的总趋势是使母岩崩解，产生碎屑物质，其中包括岩石碎屑和矿物碎屑等2. 化学风化作用在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新矿物的过程称为化学风化作用化学风化作用不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变它们在适当的条件下就形成粘土物质和化学沉淀物质（真溶液及胶体溶液物质）3. 生物风化作用 在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部，几乎到处都有生物的存在故生物，特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用生物对岩石的破坏方式既有机械作用，又有化学作用和生物化学作用；既有直接的作用，也有间接的作用生物的作用可以促进和加速化学作用的进行实际上，几乎所有的化学风化作用均有生物的参与，在许多情况下，岩石的风化作用是由生物的活动开始的菌类、藻类及其它微生物对岩石的破坏作用是巨大的，它不仅直接对母岩进行机械破坏、化学分解（吸收某些元素，生成新矿物），而且本身分泌出的有机酸，有利于分解岩石或吸取某些元素转变成有机化合物生物对大气的组分（如CO2 、、N2 、O2）也有很大的影响，也影响着风化作用的强度生物的作用愈来愈受到重视，生物风化作用也随着地质历史发展而愈来愈显著。
二）各种造岩矿物的风化及其产物各种造岩矿物抵抗风化作用的能力，亦即它们在风化条件下的稳定性是很不相同的石英是岩石的主要造岩矿物石英在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用在长期的风化作用以及搬运和沉积作用的过程，风化稳定性较低的一些矿物就逐渐破坏从而相对地减少了，而风化稳定性高的石英却逐渐地相对地富集起来因此，石英就成了碎屑沉积岩的最主要的造岩矿物长石的风化稳定性次于石英在长石中，钾长石的稳定性较高，多钠的酸性斜长石次之，中性斜长石又次之，多钙的基性斜长石最低因此，在沉积岩中钾长石多于斜长石钾长石的风化过程及其产物如下：K[AISi3O8]→K<1Al2[(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O（钾长石） （水白云母）SiO2·nH2O（蛋白石）→Al4[Si4O10](OH)8→{ Al2O3·nH2O（铝土矿）（高岭石）在钾长石的风化过程中，最先析出的成分是钾，其次是硅，最后才是铝与此同时，OH或H2O也参加到矿物的晶格中来随着钾、硅、铝的逐渐析出和水的加入，原来的钾长石就逐步地转变为水白云母、高岭石、蛋白石和铝土矿。
钾长石是富钾的无水的铝硅酸盐矿物，架状构造，铝位于硅酸根的结晶格架中水白云母中的钾已比钾长石中的钾少了，硅也有所减少，部分的铝已从硅酸根的晶格中释放出来变为一般的阳离子，其结晶构造已不是架状而是层状的了；但仍然还是铝硅酸盐高岭石与水白云母相比，又有了进一步的变化，钾已完全没有了，铝已完全从硅酸根中释放出来变为一般的阳离子，但高岭石仍然还是层状构造的硅酸盐矿物蛋白石和铝土矿不是硅酸盐矿物，而是含水的氧化物矿物由此可知，由原来的钾长石，到水白云母、高岭石，以至最后的蛋白石和铝土矿，是一个由量变到质变的、逐步的、有阶段性的风化过程这一过程的总趋势是原来的钾长石不断地遭受破坏，最终变为在风化带中最为稳定的新矿物铝土矿是风化带中很稳定的矿物，它是钾长石风化的最终产物但是，只有在十分有利的条件下，钾长石才能完全风化成铝土矿；在一般情况下，钾长石大都转变为水白云母和高岭石斜长石的风化情况与钾长石类似斜长石风化时，除一些成分（如钙、钠、硅等）从矿物中转移出去以外，常形成一些在风化带中相对较稳定的新矿物，如各种沸石、绿帘石、黝帘石、蒙脱石、蛋白石、方解石等；当然，这些新矿物在风化带中也不是十分稳定，也还会继续发生变化。
基性斜长石的风化稳定性比酸性斜长石低，因此在沉积岩中，基性斜长石很少见到在云母类中，白云母的抗风化能力较强，所以它在沉积岩中相当常见白云母在风化过程中，主要是析出钾和加入水，先变为水白云母，最后可变为高岭石黑云母的抗风化能力比白云母差得多黑云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，常转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物，它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多；其中以橄榄石最易风化，辉石次之，角闪石又次之这些矿物在风化产物中保留较少，故在沉积岩中较少见这些矿物在遭受风化时，铁、镁、钙等易溶元素首先析出，硅也部分地或全部地析出，大部分元素呈溶液状态流失走，一部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等粘土矿物如高岭石、蒙脱石、水云母等，本来就是在风化条件下或者沉积环境中生成的，在风化带中相当稳定；但是，在一定的条件下，它们也还要发生变化，转变为更加稳定的矿物，如铝土矿、蛋白石等碳酸盐矿物如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，很易溶于水并顺水转移，因此在碎屑沉积岩中很难看到它们；只有在干旱的气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积中，才可能看到由它们组成的岩屑。
硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等，它们的风化稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状流失走最后，在岩浆岩及变质岩中常见的一些次要矿物或副矿物，其风化稳定性的差别是很大的风化稳定性较大的一些，如柘榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等，在沉积岩中常作为重矿物出现用矿物的化学成分及其晶体构造的特征去寻求它们在风化作用过程中的相对稳定性，已经取得了一定的成果例如有人已经定量地计算出鲍文反应系列中的各种矿物的氧和阳离子之间的键强度的总数（cal/mo1），见图2－1从数字可以看出，鲍文反应系列下端的矿物，其键强度总数较大，所以其风化稳定性较高当然，在这些数字中也有一定的矛盾现象，即白云母的键强度总数与序列中的顺序不符，这可能是由于氢氧根存在的原因，因为氢氧根的能量效应还是未知的三）岩石的风化及其产物岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其产物主要是由组成它的矿物的风化情况决定的花岗质的岩浆岩（包括花岗岩、花岗闪长岩等）及变质岩（如花岗片麻岩等）是分布最广的岩浆岩及变质岩，它们的风化是具有代表性的（见表2－1）表2－1 花岗岩的风化作用矿物成分化学组分所发生的变化风化产物石 英SiO2残留不变砂 粒钾长石KAlSi3O8K2O成为碳酸盐、氧化物进入溶液溶解物质Al2O3水化后成为含水铝硅酸盐粘 土6SiO2少部分SiO2游离出来，溶于水中溶解物质斜长石NaAlSi3O8CaAl2Si2O83Na2O成为碳酸盐，氯化物进入溶液溶解物质CaO成为碳酸盐，溶于含CO2的水中溶解物质4Al2O3同钾长石粘 土20SiO2溶解物质白云母KAl2[AlSi3O10][OH]22H2OK2O3Al2O320SiO2残留不变云母碎片黑云母K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2H2O水溶液水溶液K2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质Al2O3生成含水铝硅酸盐粘 土2(Mg,Fe)O成为碳酸盐、氯化物进入溶液，碳酸盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等溶解物质及色素3SiO2部分SiO2游离出来溶于水中溶解物质锆英石ZrSiO4ZrO2SiO2残留不变砂粒（重矿物）磷灰石Ca5[PO4]3FCa5[PO4]3ClCa5(PO4)3(F、Cl、OH)溶 解或残留不变溶解物质或砂粒（重矿物）中性和碱性侵入岩的风化情况与花岗质岩石相似。
基性和超基性侵入岩主要由较易风化的橄榄石、辉石、基性斜长石组成，远较花岗质岩石易风化风化后，除部分易溶元素转移流失外，常在原地形成一些化学残余矿物，如蛇纹石、滑石、绿泥石、褐铁矿等火山岩及火山碎屑岩由于含有相当的甚至大量的玻璃质或火山灰，故其风化速度大都相当快如玄武岩在遭受风化时，除一部分易溶元素流失外，常形成蒙脱石、高岭石、铝土矿、褐铁矿等化学残余矿物；如风化较彻底，可形成风化残余的富铁的红土层沉积岩的风化情况比较简单，因为它们本身就主要是由母岩的风化产物组成的其中，以蒸发岩（主要由卤化物及硫酸盐矿物组成）最易溶解、最易风化；碳酸盐岩次之；粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化四）母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性波雷诺夫（1934，1952）在对比岩浆岩的平均化学成分和流经该岩石分布地区的河流流水溶解物质的平均化学成分以后，得出十分重要的数据（表2－2）表2－2中前两列数字是实验数字，后一列数字是根据前两行数字按下列计算出来的假定Cl－的转移能力最高，为100如果SO42－的转移能力也和Cl－一样高，则河水溶解物质中SO42－的含量应为Cl－的三倍，因为母岩中SO24－的含量为Cl－的三倍，即3×6.75%=20.25%；但实际情况并非如此，在河水溶解物质中，SO42－仅为11.60%，即只有该数值的57%，此57就是SO42－的相对转移能力或相对转移性。
表2－2第三列中的其他数字也是这样计算出来的由此可见，母岩的各种化学成分在风化作用过程中的转移性的差别是很大的以后，波雷诺夫又根据其他一些事实，作了一定的修正和补充，拟定出母岩的元素或化合物在风化作用过程中的转移顺序及其数量级别，见表2－3表2－2 岩浆岩平均化学成分与流经该地区的河流流水溶解物质平均化学成分的对比（据波雷诺夫，1934，1952）岩 浆 岩平均化学成分（%）流经岩浆岩地区的河流流水溶解物质的平均成分（%）元素及化合物的相对转移性SiO2Al2O3Fe2O3CaMgNaKCl－SO42－CO32－59.0915.357.293.002.112.972.570.050.15－－－12.800.900.4014.794.909.504.406.7511.6038.500.200.020.043.001.302.401.25100.0057.00－－。