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地質學
第一章 概論
第十二章 河流與河流的地質作用
第十三章 地下水
第十四章 風的地質作用
第十五章 冰川與冰川的地質作用
第十六章 湖泊和沼澤的地質作用
第十七章 海洋
第十八章 海水的地質作用 - 海水的剝蝕和搬運作用
第十九章 板塊構造學說
第十一章 地質圖與地質圖的判讀
第十章 地層與地質時間
第二章 我們居住的地球
第三章 礦物
第四章 岩石概論
第五章 火山與火山作用
第六章 風化和土壤
第七章 地質作用、地殼變動與構造運動
第八章 化石與古生物學
第九章 地殼與生物進化的歷程概述
第二十章 環境地質學
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4-13 沈積岩和沈積作用
沉積岩(Sedimentary Rocks)一詞來自英文字Sediment,其字源又來自拉丁文“Sedimentum”(a settling),是沈澱的意思。也就是由沈澱物堆積而造成之岩石。沉積岩大部分是由已造成的岩石經過風化破損後所成的碎屑,再由各種營力搬運到不同的地點和環境,堆積下來,再經過固結所造成的岩石。小部分是由生物生長,活動作用及化學沈澱所造成。地球的表面約有百分之七十五是由沉積岩組成的,但是在地球外表十五公里之內,沉積岩只有占到百分之五的體積。層理(Stratification)是沉積岩最主要的特性。沉積岩的造成或是由於岩石、礦物的碎屑經堆積膠結而成,或是由於海水或其他溶液中的物質沉澱而成,或是由於生物的生長與活動作用或其遺骸堆積而成。
 
沈積岩的造成 
 
沉積岩都是在地表常溫常壓的環境下所造成的。造成沈積岩的主要作用有下列幾項:(一)原岩的風化、侵蝕作用;(二)搬運作用;(三)沉積作用;(四)岩化作用。
 
一、風化、侵蝕作用(Weathering and Erosion) 
 
所有沉積岩的基本來源都是火成岩,其直接來源還包括變質岩和其他的沉積岩。這類岩石先經過風化與侵蝕作用變為碎石和碎屑。原岩的性質、氣候、植物、外力的侵蝕和地形都是風化和侵蝕的主要因素。風化和侵蝕下來的物質就造成各種沉積物(Sediment)。風化作用與各種侵蝕作用將在第六章、第十二章、第十五章、第十六章、第十七章與第十八章中再詳細討論。
 
構成沉積岩的物質有三種來源。一種是原來岩石經風化侵蝕後所造成的碎塊堆積而成,有泥、黏土、粉砂、砂、礫等,這類名叫碎屑沉積物(Detrital or 
Clastic Sediments)。一種是由於化學作用所造成者,名叫化學沉積物(Chemical Sediments),這是由於溶解在水中的物質因化學物理環境的變化沉澱而成,如岩鹽的沉積;另一種是由於生物的生長、活動與堆積所形成,如礁灰岩,石灰岩或煤等。
 
二、搬運作用(Transportation) 
岩石風化下來的碎塊再經搬運作用運送到其他地方堆積為沉積物。搬運作用的主要營力有水(河流、海洋、冰川、地下水)、風、及山崩(重力作用)。
 
三、沉積作用(Sedimentation) 
1.機械的沈積作用
使得碎屑沉積物在搬運途中停留下來而堆積起來的作用。碎屑沉積物的沉積是因為搬運它們的營力沒有足夠的能力時所發生的。例如,洪水在搬運沈積物,帶向海盆時,能量漸漸消滅,於是大的礫石先沈積下來,再是小的礫石,然後是砂,最後是泥。所以我們也可以知道,礫石沈積離海岸較近,泥砂沈積離海岸較遠。
 
2.化學的沈澱作用
化學沉積物是原來溶解在水中的物質,因為發生化學作用或物理條件的變化而沉澱下來變為固體的。有些是由無機化學作用改變溶液的濃度而造成的。如海水或湖水經過蒸發作用後,可以有鹽類的沉積,造成化學沉積物。
 
3.生物的沈積作用
生物沈積物是由生物的活動、生長與堆積所造成,如由動植物的生長所造成的,例如海水中動植物的鈣質或砂質外殼生長可以生成石灰岩或燧石等,海中生活的小植物可以影響海水中二氧化碳的溶解量,而使碳酸鈣沉澱下來造成石灰岩,這一類也可以由微生物的活動所引起的,例如海水中因微生物的活動沉澱而成的碳酸鹽類岩石;熱泉中因菌類,藍綠藻等的活動,可以沉積蛋白石和方解石,名為泉華。
 
沉積的環境不同(如海洋、河流、湖泊、沙漠等)和古氣候的不同,常常可以影響沉積岩的性質。另一方面,由沉積岩的性質,也可以研究當時的沉積環境和古氣候的情形。
 
四、成岩作用(Diagenesis) 
成岩作用是指沉積物堆積下來以後,在變成岩石的過程中所發生的一切物理、化學或生物的變化。其中岩化作用(Lithification)也被認為是成岩作用中最重要的一種作用。其他溶解作用,再結晶作用都是成岩作用的一部分。

岩化作用(Lithification),把疏鬆沒有膠結的沉積物固結而變為沉積岩的作用名叫岩化作用,主要有下列三種作用:
 
(一)膠結作用(Cementation)
在碎屑沉積物的孔隙中,常有地下水的運行。地下水中溶解的物質常可以沉澱充填在孔隙之中,把鬆散未固結的碎屑膠結成堅固的岩石。最常見的膠結物有矽質(SiO2),如石英、蛋白石、燧石等,其他有石灰質(CaCO3,多為方解石)和鐵質(如氧化鐵Fe2O3)。
 
(二)壓實作用(Compaction)
由於沈積物本身重量的壓力,可以排除擠掉顆粒和顆粒間的水分,使沉積物中孔隙減少,乃被壓密結合成為岩石,有時地殼運動也可以產生這種作用。如黏土大小的顆粒被埋蓋到一千公尺的深度,因為上覆岩石重量的壓力,可以因壓實作用而體積縮小到只有原來的百分之六十,這樣黏土就可以壓密結合成為泥岩(或黏土岩)。
 
(三)乾化作用(Desiccation)
含在黏土或粉砂孔隙中的水分可以直接因為曝露在空氣中而被蒸發消失,這就叫做乾化作用。這類岩化作用以細粒的沉積物如黏土或粉砂等為主,因為它們顆粒間的孔隙太細小,地下水不能自由流通。
 
(四)結晶作用(Crystallization)
 
沉積岩的分類(見表4-5,表4-6) 
 
沉積岩的分類是依據其所含的礦物成分和岩理兩個因素來決定。沉積岩的最主要組成礦物是黏土、石英、和方解石,其他較多者有白雲石、長石、雲母、赤鐵礪、褐鐵礦、岩鹽、石膏、岩石碎屑、和有機物貿。
 
沉積岩的岩理決定於組成顆粒的性質和它們以何種方式結合在一起,通常可以分為二大類:一為碎屑狀岩理(Clastic Texture),係由岩石碎屑或生物遺骸堆積後經膠結而成的岩石。一為非碎屑狀岩理,又可分為二種:一為化學沉澱岩理(Chemical Texture),或化學與結晶狀(Chemical or Crystalline)兩種岩理。一為由生物作用所造成的,為有機質(Organic)。事實上要對這三大岩理做一個明顯的劃分,非常困難,因為有些沉積岩中,其沉積物中所含的碎屑狀成分,係再經化學沉澱作用而形成的。同樣的在生物作用沉積過程中,也可以有碎屑物質的沉積作用存在。在沉積岩中,其膠結物多數係由化學沉澱作用所促成的。
 
根據上述岩理的不同,可以把沉積岩分為兩大類:
 
一.碎屑狀岩石(Clastic Rocks)
 
為地表原有的岩石,經風化侵蝕等作用.將它破壞。在所產生的破碎物質中,除部分可溶性鹽類溶解在水中之外,餘下的礫石、砂、泥土等,可以因流水、重力、風力、及冰川等搬運而沉積在其他地方。這類沉積物最初堆積時很疏鬆,以後經過長期上部岩層重力所壓,或遇有石灰質CaCO2,、矽質SiO2,或鐵質Fe2O3等物質所成水溶液流經砂粒的孔隙中間,逐漸沉澱,使之膠固,日久以後,就可以變為緻密堅硬的岩石。
 
二.非碎屑狀岩石(Nonclastic Rocks)
 
又分為化學沈澱岩石與生物沈積岩石。化學沈澱岩石係由溶解在水中的無機物質經過化學沉澱作用所造成者,共有兩種方式。一為溶液中的溫度壓力改變,而其所含礦物質直接沉澱結晶而成的沉積岩;或者為海水或湖水因蒸發作用消失,其所含礦物質沉澱而成者;或者是溶液中所含某種礦物質的飽和度發生變化因而沉積所成的岩石。
 
生物沈積岩石為由生物的作用或生長及其組成物堆積而成者,主為石灰岩,例如珊瑚石灰岩(Coralline Limestone)係由珊瑚類生物的生長或骨骼的堆積所造成,海水中的微生植物也可以使溶解於水中的二氧化碳減少而形成碳酸鈣的沈澱而造成石灰岩。
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