第一部分 沉积岩石学
第一章 概论
第一节 沉积岩的概念和基本特征
一、沉积岩的概念
沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一，它是在地壳表层条件下由母岩（岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质，经过搬运作用、沉积作用和沉积后作用而形成的岩石。从整个岩石圈而言，沉积岩只占其体积的5%，而岩浆岩和变质岩则占95%；但在地壳表层出露最多的则是沉积岩，陆地表面的75%为沉积岩或沉积物所覆盖，平均厚度1.8km，其余的25%是岩浆岩和变质岩；已探明的海底、洋底几乎全部由沉积岩（物）所组成，平均厚1km。因此，沉积岩主要集中分布于地表，然而在地表它不是均匀分布，各处厚度也很不均一。在地槽区厚度大，有的地方沉积岩厚度可达30km，而在地台区则较薄，在岩浆岩、变质岩出露的地方则没有沉积岩的分布。
从整个地壳发展历史来看，目前已经确定的地壳最老岩石的年龄为46亿年，而沉积圈岩石最老的年龄竟达36亿年（前苏联科拉半岛），其中有生命记载的岩石年龄为31亿年（南非）。所以沉积岩是研究地球发展和演变历史不可缺少的宝贵资料。
沉积岩是在地壳表层的条件下形成的。所谓地壳表层指的是大气圈的下部、岩石圈的上部、水圈和生物圈的全部。沉积岩就形成于这个层圈中，称之为沉积圈，有如下特点：
1．温度和压力
同形成岩浆岩的高温高压相比，沉积岩形成于常温、常压之下。地壳表层的温度变化范围不大，根据地理学的资料，地表的年最高温度在非洲中部可达85℃，最低温度在北极圈维尔霍扬斯克附近为－70℃。所以就整个地球而言，每年最大温度差在50～160℃左右，一般在40～50℃之间。现代沉积物一般形成于上述的温度范围之内。由沉积物到沉积岩的转变，
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可位于地球的不同深度，成岩时的温度一般不会超过200℃，否则沉积岩将逐渐变为变质岩。
沉积物形成带的压力在1.01×10～2.02×10pa之间，高山地区不到1.01×10Pa，海平面是1.01×10Pa。由海平面向下压力逐渐增加，按海深每增加10m增加1.01×10Pa压力计算，最深的洋底可达11.11×10Pa压力。压力的大小影响水中气体的含量，也影响沉积物的形成和变化。
2．水和大气的作用
绝大多数的沉积作用是在水中进行的，大多数沉积物和沉积岩也是在水中形成的，水是母岩风化的主要地质营力，也是风化产物、火山物质、宇宙物质等搬运和沉积的主要介质。因此，在沉积学发展的早期曾认为沉积岩都是“水成岩”。大气中的二氧化碳CO2和氧O2也是沉积物、沉积岩形成的主要因素，它们对于母岩的破坏和沉积作用的进行，都起着重要的作用。
3．生物和生物化学作用
生物和生物化学作用对于沉积物和沉积岩的形成具有特殊的意义。有的沉积物和沉积岩本身就是由生物遗体形成的，如能源矿产的煤和石油，生物礁灰岩等。生物和生物化学作用也可间接地参加沉积物和沉积岩的形成，例如在煤的形成过程中细菌起了重要的作用。自地球上生命发生以来，时代愈新，生物对沉积物、沉积岩形成所起的作用就愈大。
图1－1说明了沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类岩石在成因上的关系。
图1－1 沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类岩石在成因上的关系
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二、沉积岩的一般特点 1. 沉积岩的化学成分
同岩浆岩的平均化学成分相比较可以看出，沉积岩的化学成分和岩浆岩是相近似的，但由于沉积岩形成条件的不同，其在化学成分上和岩浆岩仍然有很大的差别，现归纳如下（表1－1）：
表1－1 沉积岩和岩浆岩的平均化学成分（按元素%）
沉 积 岩
（按费尔斯曼，1934；维尔纳茨基，1950）
49.50 27.55 6.93 3.90 3.82 1.53 2.33 0.82 0.34 2.01 0.83 100.00
沉 积 岩 （按魏克曼，1954）
约46.00 28.70 9.50 5.80 0.40 1.40 2.60 1.00 0.60 __ 4.00 100.00
岩 浆 岩
（按华盛顿和克拉克，1924）
46.40 27.70 8.10 5.10 3.60 2.10 2.60 2.80 0.70 __ 1.00 100.00
元 素
O Si Al Fe Ca Mg K Na Ti C 其它 总和
1) Fe2O3和FeO的含量
在沉积岩和岩浆岩中铁的总量是接近的（表1－2），但在岩浆中FeO的含量多于Fe2O3，而在沉积岩中Fe2O3的含量多于FeO。岩浆岩（特别是侵入岩）是在地下深处缺氧的条件下形成的，铁多以亚铁的形式出现；相反，沉积岩是在地表条件下形成的，一般来说自由氧充足，多形成高价铁。
2）K2O和Na2O的含量
在岩浆岩中钠的含量比钾高，沉积岩中则相反。这是因为在沉积岩中富钾的白云母、绢云母相对稳定；岩浆岩风化后生成的胶体分散物（粘土矿物）易吸附钾，就导致沉积岩中钾含量的相对增高；岩浆岩风化后，其中的钠以氧化物、硫酸盐等可溶性盐的形式集聚于海水中，使沉积岩中钠的含量相对减少。
3）Al2O3含量
岩浆岩中铝多以铝硅酸盐的形式出现，而在沉积岩中Al2O3通常剩余而游离，这是沉积岩的主要化学特征之一。在大多数沉积岩中，Al2O3大于K2O+Na2O+CaO之和。
4）Mg和Ca的含量
岩浆岩中Ca的含量大于Mg，在沉积岩中则相反。 5）H2O和CO2的含量
沉积岩形成于地表条件下，其中富含H2O和CO2；岩浆岩形成于高温高压的环境，这两种成分几乎没有。
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表1－2 岩浆岩和沉积岩的平均化学成分（按氧化物%）
SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2H2O 总和
沉 积 岩 （按克拉克，1924）
57.95 0.57 13.39 3.47 3.08 __ 2.65 5.89 1.13 2.86 0.13 5.38 3.23 98.73
59.17 0.77 14.47 6.32 0.99 0.80 1.85 9.99 1.76 2.77 0.22 __ __ 沉 积 岩 （按舒科夫斯基，1952）
岩 浆 岩 （按克拉克，1924）
59.14 1.05 15.34 3.08 3.80 －－ 3.49 5.08 3.84 3.13 0.30 0.10 1.15 99.50
2. 沉积岩的矿物成分
地壳中已知矿物在3000种以上。赋存于沉积岩中的矿物超过160种，但常见的不过20种。在一种沉积岩石中常见的矿物只有5～6种(表1-3)。由于成因、形成条件的不同，沉积岩的矿物有与岩浆岩不同的特点。
表1－3 沉积岩和岩浆岩的平均矿物成分（百分含量）
矿 物 橄榄石 普通角闪石 普通辉石 长石 石英 去母+绿泥石 氧化铁矿物 玉髓 粘土矿物 碳酸盐矿物 石膏 碳质 其它
沉 积 岩 利思与米德(1915)
__ __ __ 15.57 34.80 20.40 4.10 __ 9.22 13.63 0.97 0.73 0.58
沉 积 岩 克里宁(1948)
__ __ __ 7.5 31.50 19.00 3.00 9.00 7.50 20.50 __ __ 3.0
岩 浆 岩 （65%花岗岩+35%玄武岩）
2.65 1.60 12.90 49.29 20.40 7.76 4.6 __ __ __ __ __ 0.88
1） 高温矿物少见
岩浆岩中主要造岩矿物中的铁、镁暗色矿物，如橄榄石、普通辉石等都是在高温条件下形成的。这些成分复杂的硅酸盐矿物，一旦转入地表，极易分解，在极少的情况下，可以重矿物的形式保存于沉积岩中。
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2） 低温矿物富集
如石英和长石。这两种矿物在岩浆岩和沉积岩中的含量都很多。但长石中钙长石、中长石等生成于岩浆结晶的早期和中期，形成时的压力、温度都较高，这些矿物处于地表条件下容易遭受破坏，难以矿物碎屑的形式保存于沉积岩中；长石中的钾、钠长石形成于岩浆结晶的晚期，在地壳中易于呈碎屑保存下来，所以是沉积岩中常见的长石种属。石英的化学性质十分稳定，不仅在岩浆结晶晚期形成的能够保存下来，而且在地表条件下也可以自生形成蛋白石、玉髓和沉积石英，因此在沉积岩中石英的平均含量超过岩浆岩中的平均含量。
3）自生矿物
这类矿物的特点是成分一般比较简单，如各种盐类、氧化物、氢氧化物、粘土矿物、碳酸盐矿物等。岩浆岩中一般不存在这些矿物。
岩浆岩和沉积岩在矿物成分上存在的上述差异，是两者形成条件不同所决定的。岩浆岩中主要造岩矿物是在高温、高压条件下形成的，这些矿物稳定于这样的环境，在常温常压下易分解，这是在沉积岩中少见的原因。沉积岩中的自生矿物，是在地表常温常压环境下形成的，稳定于地表的条件，所以在沉积岩中十分丰富。
3.结构构造的特点
沉积岩的结构要比岩浆岩更为多样，其中碎屑结构、粒屑（颗粒）结构、生物结构都是沉积岩所特有的；晶粒结构虽与岩浆岩的结构相似，但它们形成的热力学条件迥然不同。
极大部分沉积物是流体(空气、水)中进行搬运和沉积的，因此在沉积岩中常常具有成层构造、层内构造以及层面构造。尤其是层理构造，在岩浆岩中除少数情况(层状火成岩)外很少见到，所以层理构是沉积岩的基本构造特征。 此外，各种层面构造、缝合线、叠锥、结核、叠层构造等也都是沉积岩所特有的。
由于沉积岩是在地表或接近地表的压力条件下形成的，因而沉积岩可具有各种各样的孔隙，而结晶岩一般均缺乏孔隙（据曾允孚等，1986）。
第二节 沉积学的发展简史
沉积岩石学是研究沉积岩的特征、形成和分布的一门学科。人类对于沉积岩的认识和利用，早在石器时代就开始了。我国古代科学家对此早有著述，如在《山海经》(约战国年代)、《史记·河渠书》（司马迁，西汉）、《汉书·地理志》（班固，东汉）、《后汉书·郡国志》（范晔，南北朝）、《梦溪笔谈》（沈括，北宋）、《天工开物》（宋应星，明朝）、《徐霞客游记》（徐霞客，明朝）等著作中,都记载了许多珍贵的沉积岩资料。
英国地质学家索比（H·C·Sorby）在1850年首次用显微镜研究沉积岩，使对沉积岩的研究由宏观深入到了微观领域，是沉积岩石学作为一门独立学科产生的标志。
到了二十世纪上半叶，沉积岩石学有了较全面的发展。专著层出不穷，在欧美有哈奇和拉斯泰尔（Hatch and Rastall,1913,1923,1938）的《沉积岩石学》、米尔纳尔（Milner,1922,1927）的《沉积岩石学导论》、米尔纳尔（Milner,1929,1940）的《沉积岩石学》、童豪富（Twenhofel,1925,1932）的《沉积作用文集》、童豪富（Twenhofel,1939.1950）
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的《沉积作用原理》、裴蒂庄（Pettijohn,1949）的《沉积岩》、克鲁宾和施洛斯（Krumbein and Sloss,1950）的《地层学与沉积作用》等书。
1926年在美国成立了经济古生物学家和矿物学家学会SEPM；1933年瓦德尔（Wadall）提出了“沉积学”这一术语，1946年在欧洲成立了国际沉积学家协会IAS,到2002年该协会已召开了16届国际沉积学大会。
在前苏联主要著作有，如普斯托瓦洛夫（Пустовалов，1940）的《沉积岩石学》、什维佐夫（ШвеЦοв，1948）的《沉积岩石学》、鲁欣（РУХИН，1953）的《沉积岩石学原理》、斯塔拉霍夫（СТΡахов，1957）主编的《沉积岩研究法》、鲁欣（РУХИН，1958）主编的《沉积岩石学手册》、斯塔拉霍夫（Страхов，1960）的《沉积岩石学原理》等书，使沉积岩石学又有了新的发展。
五十年代至七十年代是沉积岩石学大发展的时期，主要标志有第一是库南和米格利奥里尼（Kuenen and Migliorini,1950）关于浊流学说的提出；以后，又有鲍玛（Bouma,1962）、鲍玛和布劳威尔（Bouma and Brouwer,1964）、米德顿和汉普顿（Middleton and Hampton,1976）以及沃克（Walker,1973）等，又相继作了许多工作，使浊流沉积学说发展到了重力流沉积学说，这一理论的出现革新了碎屑沉积的许多观念，并促进了深水沉积研究的发展。第二个重大的进展是福克（Folk,1959,1962）关于碳酸盐岩中异化颗粒和异化沉积观点以及石灰岩的新分类方案的提出；以后邓哈姆（Dunham,1962）、奇林格等（Chilingar et al,1967）、巴瑟斯特（Bathurst,1971）等又作了深入的研究，从而使碳酸盐岩岩石学发展到了一个新的阶段。第三是现代沉积调查和水槽实验使得对沉积环境、沉积模式和沉积过程有了很好的动力学解释；另外还有全球海平面变化、地震地层学、板块构造与沉积作用及古生态与遗迹学等与沉积学有关的边缘学科的诞生，由于上述发展，在那个时期要找到一个想成为地层学家的人是困难的，因为他们已成为沉积学家了。
从此，沉积岩石学逐渐发展成了一个新的完整的独立的地质分枝学科—沉积学—一门研究现代和古代沉积物和沉积岩的特征、成因、分类、分布和演化的学科。布拉特等（Blatt et al.,1972,1980）的《沉积岩成因》、裴蒂庄（Pettijohn,1975）的《沉积岩》、塞利（Selley,1976）的《沉积学导论》、里丁（Reading,1978）的《沉积环境和相》、弗里德曼和桑德斯（Friedman and Sanders,1978）的《沉积学原理》和盖洛韦等（Galloway and Hobday,1990）的《陆源碎屑沉积体系》等书，可算作这一新发展起来的沉积学的代表作。
八十年代和九十年代是沉积学平稳发展时期，理论上的进展主要是沉积学与地层学、地震地层学的交叉产生的新进展—层序地层学。技术上的进步表现在各种先进的分析测试手段，如扫描电子显微镜、电子探针、激光拉曼光谱、原子吸收、图象分析等引入沉积岩和沉积物的研究，使得研究领域向超微观、半定量—定量化方向发展；二是计算机模拟技术用于沉积物搬运沉积作用和沉积相研究中，使得由盆地建造的动态再现到油气储层地质建模成为可能。
1953年，中国科学院地质研究所成立了沉积学研究室，这是我国第一个沉积学的研究机构。与此同时，各种沉积矿产如锰、铁、铝、磷、盐类等研究和勘探工作以及油气和煤的研究和勘探工作，也都有了开展。在我国有影响的沉积学方面的教科书有1961年北京石油学院编写出版的《沉积岩石学》，这是我国第一本沉积学方面的教科书。其它重要进展有：1979
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年我国第一次全国沉积学学术会议的召开以及中国矿物岩石地球化学学会沉积学会和中国地质学会沉积地质专业委员会的成立，1980年第一届全国碎屑岩学术会议的召开和第一届全国碳酸盐岩学术会议的召开，1981年第一届全国粘土岩学术会议的召开及第二届全国碳酸盐岩学术会议的召开，1983年我国第一个沉积学刊物《沉积学报》的诞生， 1985年第二届碎屑岩沉积相会议及第一届全国岩相古地理学术会议的召开， 1988年在我国召开的国际沉积矿产学术会议，以及其他众多的国内及国际的沉积学研究项目和学术活动的开展，还有与此相应而出的教科书和专著，如刘宝珺（1980）主编的《沉积岩石学》、华东石油学院（1982）主编的《沉积岩石学》、曾允孚及夏文杰（1986）主编的《沉积岩石学》、何镜宇及孟祥化（1987）主编的《沉积岩和沉积相模式及建造》、方邺森及任磊夫（1987）主编的《沉积岩石学教程》和冯增昭（1993）主编的《沉积岩石学》等；杂志有《沉积学报》（1983年创刊）和《古地理学报》（2000年创刊）等。
第三节 沉积学的研究意义和研究方法
１. 沉积学的研究意义
地球约有46亿年的历史，而最古老的沉积岩年龄达36亿年，因此这36亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。
岩石圈中沉积岩（物）总体积约达4.4×10km(据Pettijohn,1975)。这其中蕴藏着丰富的矿产和能量资源。可燃性矿产（石油、天然气、煤和油页岩）、铝土矿、锰矿、盐矿以及钾盐矿等几乎全为沉积类型；极大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型；在放射性原料、有色金属（铜、铅、锌）、稀有和分散元素、非金属（重晶石、萤石）等矿产中，沉积类型也占很大的比重；不少金、铂、钨、锡、金刚石等矿产也来源于沉积的砂矿。据估计，沉积和沉积变质型矿床可占世界矿产资源总储量的80%。
除了上述沉积矿产外，有些沉积岩本身就是多种工业的主要原料或辅助原料。如石灰岩及白云岩不仅可作为建筑材料而且还是冶金工业中常用的熔剂，石灰岩又是制造水泥和人造纤维的主要原料；白云岩则可作为镁质耐火材料。纯净的粘土岩按性质不同可作为耐火材料、陶瓷原料、钻井泥浆原料、吸收剂、填充剂和净化剂；沉积石英岩及石英砂可作为玻璃原料。
通过沉积学的研究可寻找地下蓄水层，解决水库、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀问题。此外，在国防上如军港的设计、潜艇和海底导弹基地的建设等，均与沉积岩（物）的研究密切相关。
进入20世纪九十年代和21世纪，随着油气勘探领域由中浅层向深层，由构造圈闭向隐蔽圈闭、由盆地边缘向盆地腹地、由海岸浅海向半深海深海的转移，随着石油工程领域由二次采油向三次采油，减少地层伤害、开采剩余油，提高采收率，以效益为中心的转移，沉积学正发挥重大的作用。
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同时沉积学也是与人类生存和可持续发展密不可分的，目前它在地质灾害预测研究和环境保护中正发挥着越来越大的作用，并产生了新的分支学科——环境沉积学。
２. 沉积学的研究方法
沉积学的研究方法可以分为野外和室内两个方面。沉积学是地质学的一个组成部分，沉积岩分布于地壳中成为一种地质体，因此在野外对沉积岩进行研究时首先要使用地质学的方法，即在野外研究沉积岩（物）的物质组分、结构构造、岩体产状、岩层间的接触关系、岩层厚度、各种成因标志和岩性组合在纵向和横向上的变化；并收集古流向资料，从而查明沉积岩体在时间和空间上的分布和演化特点。获得这些资料的最基本方法是系统测制沉积岩相剖面，并进行区域相剖面的分析与对比。
近年来除了这种常规方法外，在沉积学研究中还引进了大量新技术方法。如遥感技术、钻探技术、深海钻探及采取长岩心、各种测井技术和地震勘探技术；此外，航空摄影或地面摄影用的测视雷达以及探测水下地形的测视声纳，也在逐渐应用。
在室内研究中，显微镜薄片法仍是研究沉积岩最基本的方法，作为一个沉积学工作者必须熟练掌握。此外，常用的其他室内方法还有粒度（机械）分析、重矿物分析、不溶残渣分析、热分析、化学分析、光谱分析等。近年来，室内研究中亦引进了不少新的测试手段，如阴极发光显微镜、同位素分析（碳、氧、硫）、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、图像分析仪、电子探针、原子吸收光谱、红外光谱、气相色谱以及激光拉曼光谱和古地磁的研究等。同时计算机技术已广泛应用于沉积学研究中，包括沉积过程和沉积体系的展布及储层分布的模拟和预测等。
这些新技术新方法的应用，是促进沉积学发展的重要原因之一。使得沉积学在宏观领域和微观领域的研究深度、广度和成效大为提高，更使得对于沉积岩的客观规律的研究与认识达到了一个新的水平。应该强调，必须将野外（或岩心）和室内研究密切结合起来，室内研究是野外（或岩心）研究的继续，野外（或岩心）研究是室内研究的基础。此外，在对沉积岩进行研究时，必须要注意沉积形成作用和其它地质作用，特别是与构造作用的关系。要将其他有关地质学科的资料、知识恰当地运用到沉积学的研究上来，这样才能使我们获得有关沉积岩（物）成因的全面的认识。
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第一部分 沉积岩石学
第一章 概论
第一节 沉积岩的概念和基本特征
一、沉积岩的概念
沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一，它是在地壳表层条件下由母岩（岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质，经过搬运作用、沉积作用和沉积后作用而形成的岩石。从整个岩石圈而言，沉积岩只占其体积的5%，而岩浆岩和变质岩则占95%；但在地壳表层出露最多的则是沉积岩，陆地表面的75%为沉积岩或沉积物所覆盖，平均厚度1.8km，其余的25%是岩浆岩和变质岩；已探明的海底、洋底几乎全部由沉积岩（物）所组成，平均厚1km。因此，沉积岩主要集中分布于地表，然而在地表它不是均匀分布，各处厚度也很不均一。在地槽区厚度大，有的地方沉积岩厚度可达30km，而在地台区则较薄，在岩浆岩、变质岩出露的地方则没有沉积岩的分布。
从整个地壳发展历史来看，目前已经确定的地壳最老岩石的年龄为46亿年，而沉积圈岩石最老的年龄竟达36亿年（前苏联科拉半岛），其中有生命记载的岩石年龄为31亿年（南非）。所以沉积岩是研究地球发展和演变历史不可缺少的宝贵资料。
沉积岩是在地壳表层的条件下形成的。所谓地壳表层指的是大气圈的下部、岩石圈的上部、水圈和生物圈的全部。沉积岩就形成于这个层圈中，称之为沉积圈，有如下特点：
1．温度和压力
同形成岩浆岩的高温高压相比，沉积岩形成于常温、常压之下。地壳表层的温度变化范围不大，根据地理学的资料，地表的年最高温度在非洲中部可达85℃，最低温度在北极圈维尔霍扬斯克附近为－70℃。所以就整个地球而言，每年最大温度差在50～160℃左右，一般在40～50℃之间。现代沉积物一般形成于上述的温度范围之内。由沉积物到沉积岩的转变，
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可位于地球的不同深度，成岩时的温度一般不会超过200℃，否则沉积岩将逐渐变为变质岩。
沉积物形成带的压力在1.01×10～2.02×10pa之间，高山地区不到1.01×10Pa，海平面是1.01×10Pa。由海平面向下压力逐渐增加，按海深每增加10m增加1.01×10Pa压力计算，最深的洋底可达11.11×10Pa压力。压力的大小影响水中气体的含量，也影响沉积物的形成和变化。
2．水和大气的作用
绝大多数的沉积作用是在水中进行的，大多数沉积物和沉积岩也是在水中形成的，水是母岩风化的主要地质营力，也是风化产物、火山物质、宇宙物质等搬运和沉积的主要介质。因此，在沉积学发展的早期曾认为沉积岩都是“水成岩”。大气中的二氧化碳CO2和氧O2也是沉积物、沉积岩形成的主要因素，它们对于母岩的破坏和沉积作用的进行，都起着重要的作用。
3．生物和生物化学作用
生物和生物化学作用对于沉积物和沉积岩的形成具有特殊的意义。有的沉积物和沉积岩本身就是由生物遗体形成的，如能源矿产的煤和石油，生物礁灰岩等。生物和生物化学作用也可间接地参加沉积物和沉积岩的形成，例如在煤的形成过程中细菌起了重要的作用。自地球上生命发生以来，时代愈新，生物对沉积物、沉积岩形成所起的作用就愈大。
图1－1说明了沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类岩石在成因上的关系。
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二、沉积岩的一般特点 1. 沉积岩的化学成分
同岩浆岩的平均化学成分相比较可以看出，沉积岩的化学成分和岩浆岩是相近似的，但由于沉积岩形成条件的不同，其在化学成分上和岩浆岩仍然有很大的差别，现归纳如下（表1－1）：
表1－1 沉积岩和岩浆岩的平均化学成分（按元素%）
沉 积 岩
（按费尔斯曼，1934；维尔纳茨基，1950）
49.50 27.55 6.93 3.90 3.82 1.53 2.33 0.82 0.34 2.01 0.83 100.00
沉 积 岩 （按魏克曼，1954）
约46.00 28.70 9.50 5.80 0.40 1.40 2.60 1.00 0.60 __ 4.00 100.00
岩 浆 岩
（按华盛顿和克拉克，1924）
46.40 27.70 8.10 5.10 3.60 2.10 2.60 2.80 0.70 __ 1.00 100.00
元 素
O Si Al Fe Ca Mg K Na Ti C 其它 总和
1) Fe2O3和FeO的含量
在沉积岩和岩浆岩中铁的总量是接近的（表1－2），但在岩浆中FeO的含量多于Fe2O3，而在沉积岩中Fe2O3的含量多于FeO。岩浆岩（特别是侵入岩）是在地下深处缺氧的条件下形成的，铁多以亚铁的形式出现；相反，沉积岩是在地表条件下形成的，一般来说自由氧充足，多形成高价铁。
2）K2O和Na2O的含量
在岩浆岩中钠的含量比钾高，沉积岩中则相反。这是因为在沉积岩中富钾的白云母、绢云母相对稳定；岩浆岩风化后生成的胶体分散物（粘土矿物）易吸附钾，就导致沉积岩中钾含量的相对增高；岩浆岩风化后，其中的钠以氧化物、硫酸盐等可溶性盐的形式集聚于海水中，使沉积岩中钠的含量相对减少。
3）Al2O3含量
岩浆岩中铝多以铝硅酸盐的形式出现，而在沉积岩中Al2O3通常剩余而游离，这是沉积岩的主要化学特征之一。在大多数沉积岩中，Al2O3大于K2O+Na2O+CaO之和。
4）Mg和Ca的含量
岩浆岩中Ca的含量大于Mg，在沉积岩中则相反。 5）H2O和CO2的含量
沉积岩形成于地表条件下，其中富含H2O和CO2；岩浆岩形成于高温高压的环境，这两种成分几乎没有。
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表1－2 岩浆岩和沉积岩的平均化学成分（按氧化物%）
SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2H2O 总和
沉 积 岩 （按克拉克，1924）
57.95 0.57 13.39 3.47 3.08 __ 2.65 5.89 1.13 2.86 0.13 5.38 3.23 98.73
59.17 0.77 14.47 6.32 0.99 0.80 1.85 9.99 1.76 2.77 0.22 __ __ 沉 积 岩 （按舒科夫斯基，1952）
岩 浆 岩 （按克拉克，1924）
59.14 1.05 15.34 3.08 3.80 －－ 3.49 5.08 3.84 3.13 0.30 0.10 1.15 99.50
2. 沉积岩的矿物成分
地壳中已知矿物在3000种以上。赋存于沉积岩中的矿物超过160种，但常见的不过20种。在一种沉积岩石中常见的矿物只有5～6种(表1-3)。由于成因、形成条件的不同，沉积岩的矿物有与岩浆岩不同的特点。
表1－3 沉积岩和岩浆岩的平均矿物成分（百分含量）
矿 物 橄榄石 普通角闪石 普通辉石 长石 石英 去母+绿泥石 氧化铁矿物 玉髓 粘土矿物 碳酸盐矿物 石膏 碳质 其它
沉 积 岩 利思与米德(1915)
__ __ __ 15.57 34.80 20.40 4.10 __ 9.22 13.63 0.97 0.73 0.58
沉 积 岩 克里宁(1948)
__ __ __ 7.5 31.50 19.00 3.00 9.00 7.50 20.50 __ __ 3.0
岩 浆 岩 （65%花岗岩+35%玄武岩）
2.65 1.60 12.90 49.29 20.40 7.76 4.6 __ __ __ __ __ 0.88
1） 高温矿物少见
岩浆岩中主要造岩矿物中的铁、镁暗色矿物，如橄榄石、普通辉石等都是在高温条件下形成的。这些成分复杂的硅酸盐矿物，一旦转入地表，极易分解，在极少的情况下，可以重矿物的形式保存于沉积岩中。
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2） 低温矿物富集
如石英和长石。这两种矿物在岩浆岩和沉积岩中的含量都很多。但长石中钙长石、中长石等生成于岩浆结晶的早期和中期，形成时的压力、温度都较高，这些矿物处于地表条件下容易遭受破坏，难以矿物碎屑的形式保存于沉积岩中；长石中的钾、钠长石形成于岩浆结晶的晚期，在地壳中易于呈碎屑保存下来，所以是沉积岩中常见的长石种属。石英的化学性质十分稳定，不仅在岩浆结晶晚期形成的能够保存下来，而且在地表条件下也可以自生形成蛋白石、玉髓和沉积石英，因此在沉积岩中石英的平均含量超过岩浆岩中的平均含量。
3）自生矿物
这类矿物的特点是成分一般比较简单，如各种盐类、氧化物、氢氧化物、粘土矿物、碳酸盐矿物等。岩浆岩中一般不存在这些矿物。
岩浆岩和沉积岩在矿物成分上存在的上述差异，是两者形成条件不同所决定的。岩浆岩中主要造岩矿物是在高温、高压条件下形成的，这些矿物稳定于这样的环境，在常温常压下易分解，这是在沉积岩中少见的原因。沉积岩中的自生矿物，是在地表常温常压环境下形成的，稳定于地表的条件，所以在沉积岩中十分丰富。
3.结构构造的特点
沉积岩的结构要比岩浆岩更为多样，其中碎屑结构、粒屑（颗粒）结构、生物结构都是沉积岩所特有的；晶粒结构虽与岩浆岩的结构相似，但它们形成的热力学条件迥然不同。
极大部分沉积物是流体(空气、水)中进行搬运和沉积的，因此在沉积岩中常常具有成层构造、层内构造以及层面构造。尤其是层理构造，在岩浆岩中除少数情况(层状火成岩)外很少见到，所以层理构是沉积岩的基本构造特征。 此外，各种层面构造、缝合线、叠锥、结核、叠层构造等也都是沉积岩所特有的。
由于沉积岩是在地表或接近地表的压力条件下形成的，因而沉积岩可具有各种各样的孔隙，而结晶岩一般均缺乏孔隙（据曾允孚等，1986）。
第二节 沉积学的发展简史
沉积岩石学是研究沉积岩的特征、形成和分布的一门学科。人类对于沉积岩的认识和利用，早在石器时代就开始了。我国古代科学家对此早有著述，如在《山海经》(约战国年代)、《史记·河渠书》（司马迁，西汉）、《汉书·地理志》（班固，东汉）、《后汉书·郡国志》（范晔，南北朝）、《梦溪笔谈》（沈括，北宋）、《天工开物》（宋应星，明朝）、《徐霞客游记》（徐霞客，明朝）等著作中,都记载了许多珍贵的沉积岩资料。
英国地质学家索比（H·C·Sorby）在1850年首次用显微镜研究沉积岩，使对沉积岩的研究由宏观深入到了微观领域，是沉积岩石学作为一门独立学科产生的标志。
到了二十世纪上半叶，沉积岩石学有了较全面的发展。专著层出不穷，在欧美有哈奇和拉斯泰尔（Hatch and Rastall,1913,1923,1938）的《沉积岩石学》、米尔纳尔（Milner,1922,1927）的《沉积岩石学导论》、米尔纳尔（Milner,1929,1940）的《沉积岩石学》、童豪富（Twenhofel,1925,1932）的《沉积作用文集》、童豪富（Twenhofel,1939.1950）
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的《沉积作用原理》、裴蒂庄（Pettijohn,1949）的《沉积岩》、克鲁宾和施洛斯（Krumbein and Sloss,1950）的《地层学与沉积作用》等书。
1926年在美国成立了经济古生物学家和矿物学家学会SEPM；1933年瓦德尔（Wadall）提出了“沉积学”这一术语，1946年在欧洲成立了国际沉积学家协会IAS,到2002年该协会已召开了16届国际沉积学大会。
在前苏联主要著作有，如普斯托瓦洛夫（Пустовалов，1940）的《沉积岩石学》、什维佐夫（ШвеЦοв，1948）的《沉积岩石学》、鲁欣（РУХИН，1953）的《沉积岩石学原理》、斯塔拉霍夫（СТΡахов，1957）主编的《沉积岩研究法》、鲁欣（РУХИН，1958）主编的《沉积岩石学手册》、斯塔拉霍夫（Страхов，1960）的《沉积岩石学原理》等书，使沉积岩石学又有了新的发展。
五十年代至七十年代是沉积岩石学大发展的时期，主要标志有第一是库南和米格利奥里尼（Kuenen and Migliorini,1950）关于浊流学说的提出；以后，又有鲍玛（Bouma,1962）、鲍玛和布劳威尔（Bouma and Brouwer,1964）、米德顿和汉普顿（Middleton and Hampton,1976）以及沃克（Walker,1973）等，又相继作了许多工作，使浊流沉积学说发展到了重力流沉积学说，这一理论的出现革新了碎屑沉积的许多观念，并促进了深水沉积研究的发展。第二个重大的进展是福克（Folk,1959,1962）关于碳酸盐岩中异化颗粒和异化沉积观点以及石灰岩的新分类方案的提出；以后邓哈姆（Dunham,1962）、奇林格等（Chilingar et al,1967）、巴瑟斯特（Bathurst,1971）等又作了深入的研究，从而使碳酸盐岩岩石学发展到了一个新的阶段。第三是现代沉积调查和水槽实验使得对沉积环境、沉积模式和沉积过程有了很好的动力学解释；另外还有全球海平面变化、地震地层学、板块构造与沉积作用及古生态与遗迹学等与沉积学有关的边缘学科的诞生，由于上述发展，在那个时期要找到一个想成为地层学家的人是困难的，因为他们已成为沉积学家了。
从此，沉积岩石学逐渐发展成了一个新的完整的独立的地质分枝学科—沉积学—一门研究现代和古代沉积物和沉积岩的特征、成因、分类、分布和演化的学科。布拉特等（Blatt et al.,1972,1980）的《沉积岩成因》、裴蒂庄（Pettijohn,1975）的《沉积岩》、塞利（Selley,1976）的《沉积学导论》、里丁（Reading,1978）的《沉积环境和相》、弗里德曼和桑德斯（Friedman and Sanders,1978）的《沉积学原理》和盖洛韦等（Galloway and Hobday,1990）的《陆源碎屑沉积体系》等书，可算作这一新发展起来的沉积学的代表作。
八十年代和九十年代是沉积学平稳发展时期，理论上的进展主要是沉积学与地层学、地震地层学的交叉产生的新进展—层序地层学。技术上的进步表现在各种先进的分析测试手段，如扫描电子显微镜、电子探针、激光拉曼光谱、原子吸收、图象分析等引入沉积岩和沉积物的研究，使得研究领域向超微观、半定量—定量化方向发展；二是计算机模拟技术用于沉积物搬运沉积作用和沉积相研究中，使得由盆地建造的动态再现到油气储层地质建模成为可能。
1953年，中国科学院地质研究所成立了沉积学研究室，这是我国第一个沉积学的研究机构。与此同时，各种沉积矿产如锰、铁、铝、磷、盐类等研究和勘探工作以及油气和煤的研究和勘探工作，也都有了开展。在我国有影响的沉积学方面的教科书有1961年北京石油学院编写出版的《沉积岩石学》，这是我国第一本沉积学方面的教科书。其它重要进展有：1979
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年我国第一次全国沉积学学术会议的召开以及中国矿物岩石地球化学学会沉积学会和中国地质学会沉积地质专业委员会的成立，1980年第一届全国碎屑岩学术会议的召开和第一届全国碳酸盐岩学术会议的召开，1981年第一届全国粘土岩学术会议的召开及第二届全国碳酸盐岩学术会议的召开，1983年我国第一个沉积学刊物《沉积学报》的诞生， 1985年第二届碎屑岩沉积相会议及第一届全国岩相古地理学术会议的召开， 1988年在我国召开的国际沉积矿产学术会议，以及其他众多的国内及国际的沉积学研究项目和学术活动的开展，还有与此相应而出的教科书和专著，如刘宝珺（1980）主编的《沉积岩石学》、华东石油学院（1982）主编的《沉积岩石学》、曾允孚及夏文杰（1986）主编的《沉积岩石学》、何镜宇及孟祥化（1987）主编的《沉积岩和沉积相模式及建造》、方邺森及任磊夫（1987）主编的《沉积岩石学教程》和冯增昭（1993）主编的《沉积岩石学》等；杂志有《沉积学报》（1983年创刊）和《古地理学报》（2000年创刊）等。
第三节 沉积学的研究意义和研究方法
１. 沉积学的研究意义
地球约有46亿年的历史，而最古老的沉积岩年龄达36亿年，因此这36亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。
岩石圈中沉积岩（物）总体积约达4.4×10km(据Pettijohn,1975)。这其中蕴藏着丰富的矿产和能量资源。可燃性矿产（石油、天然气、煤和油页岩）、铝土矿、锰矿、盐矿以及钾盐矿等几乎全为沉积类型；极大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型；在放射性原料、有色金属（铜、铅、锌）、稀有和分散元素、非金属（重晶石、萤石）等矿产中，沉积类型也占很大的比重；不少金、铂、钨、锡、金刚石等矿产也来源于沉积的砂矿。据估计，沉积和沉积变质型矿床可占世界矿产资源总储量的80%。
除了上述沉积矿产外，有些沉积岩本身就是多种工业的主要原料或辅助原料。如石灰岩及白云岩不仅可作为建筑材料而且还是冶金工业中常用的熔剂，石灰岩又是制造水泥和人造纤维的主要原料；白云岩则可作为镁质耐火材料。纯净的粘土岩按性质不同可作为耐火材料、陶瓷原料、钻井泥浆原料、吸收剂、填充剂和净化剂；沉积石英岩及石英砂可作为玻璃原料。
通过沉积学的研究可寻找地下蓄水层，解决水库、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀问题。此外，在国防上如军港的设计、潜艇和海底导弹基地的建设等，均与沉积岩（物）的研究密切相关。
进入20世纪九十年代和21世纪，随着油气勘探领域由中浅层向深层，由构造圈闭向隐蔽圈闭、由盆地边缘向盆地腹地、由海岸浅海向半深海深海的转移，随着石油工程领域由二次采油向三次采油，减少地层伤害、开采剩余油，提高采收率，以效益为中心的转移，沉积学正发挥重大的作用。
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同时沉积学也是与人类生存和可持续发展密不可分的，目前它在地质灾害预测研究和环境保护中正发挥着越来越大的作用，并产生了新的分支学科——环境沉积学。
２. 沉积学的研究方法
沉积学的研究方法可以分为野外和室内两个方面。沉积学是地质学的一个组成部分，沉积岩分布于地壳中成为一种地质体，因此在野外对沉积岩进行研究时首先要使用地质学的方法，即在野外研究沉积岩（物）的物质组分、结构构造、岩体产状、岩层间的接触关系、岩层厚度、各种成因标志和岩性组合在纵向和横向上的变化；并收集古流向资料，从而查明沉积岩体在时间和空间上的分布和演化特点。获得这些资料的最基本方法是系统测制沉积岩相剖面，并进行区域相剖面的分析与对比。
近年来除了这种常规方法外，在沉积学研究中还引进了大量新技术方法。如遥感技术、钻探技术、深海钻探及采取长岩心、各种测井技术和地震勘探技术；此外，航空摄影或地面摄影用的测视雷达以及探测水下地形的测视声纳，也在逐渐应用。
在室内研究中，显微镜薄片法仍是研究沉积岩最基本的方法，作为一个沉积学工作者必须熟练掌握。此外，常用的其他室内方法还有粒度（机械）分析、重矿物分析、不溶残渣分析、热分析、化学分析、光谱分析等。近年来，室内研究中亦引进了不少新的测试手段，如阴极发光显微镜、同位素分析（碳、氧、硫）、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、图像分析仪、电子探针、原子吸收光谱、红外光谱、气相色谱以及激光拉曼光谱和古地磁的研究等。同时计算机技术已广泛应用于沉积学研究中，包括沉积过程和沉积体系的展布及储层分布的模拟和预测等。
这些新技术新方法的应用，是促进沉积学发展的重要原因之一。使得沉积学在宏观领域和微观领域的研究深度、广度和成效大为提高，更使得对于沉积岩的客观规律的研究与认识达到了一个新的水平。应该强调，必须将野外（或岩心）和室内研究密切结合起来，室内研究是野外（或岩心）研究的继续，野外（或岩心）研究是室内研究的基础。此外，在对沉积岩进行研究时，必须要注意沉积形成作用和其它地质作用，特别是与构造作用的关系。要将其他有关地质学科的资料、知识恰当地运用到沉积学的研究上来，这样才能使我们获得有关沉积岩（物）成因的全面的认识。
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