4.沉積岩

大峽谷巖壁由不同結構和組成，五顏六色的岩層組成。這些沉積岩由距今541Ma至200Ma間的沉積物埋藏和硬化形成。沉積岩的正式定義是指在地球表面或地球表面附近以下列方式之一形成的岩石：

由已存在的岩石風化產生的鬆散碎片壓實和膠結在一起；透過貝殼塊的增長或貝殼碎片粘合在一起；藉由植物或浮游生物死亡後所留下的有機質的聚集和改變；礦物直接從水溶液中沉澱。

在Arizona沉積岩形成的宏偉峽谷

一系列的岩床記錄了古代事件和古代環境的故事。例如，在大峽谷中暴露出來的沉積岩中儲存下來的特徵告訴我們，海灘、礁石、湖泊、泥灘、河流沖積平原和沙丘在地質歷史上都曾經在這個地方存在過。沉積岩只存在於地殼的上部，有效地形成了一層覆蓋物，將下面的火成岩和/或變質岩的基底埋藏起來。地質學家根據沉積岩的形成方式將其分為四大類：碎屑岩、生物化學巖、有機巖和化學巖。

站在大峽谷內峽谷的邊緣，你可以看到沉積岩形成了一層“覆蓋”層，覆蓋了古老變質岩的基底

5.碎屑岩5.1碎屑岩是如何形成的

九百年前，在Colorado Mesa Verde高原存在過一個繁榮的土著社群。社群建立在一個巨大的懸臂巖下的凹處，他們建造了石塊建築，這些建築一直儲存到今天。

公元600年至1300年，Pueblo人居住的砂岩塊建造的住所，插圖顯示了岩石的顆粒狀特徵

顯然，這些石塊堅固耐用，畢竟它們是岩石。但是如果你用你的拇指摩擦一個，它會感覺有砂礫，小的圓形石英顆粒會破裂並在你的拇指下滾動。岩石塊由砂岩組成，砂岩是由膠結在一起的沙粒組成的岩石。地質學家將所有由曾經分開的顆粒聚集在一起，然後膠結在一起形成的岩石稱為碎屑沉積岩，單個顆粒或碎片則稱為碎屑。碎屑沉積岩的形成包括以下步驟：

從懸崖上侵蝕下來的沉積物被搬運、壓實、膠結

5.1.1風化

風化作用使基岩崩解形成碎屑

5.1.2下坡運動

重力將碎屑從較高的高度拉向較低的高度。它們可能單獨翻滾，也可能是山體滑坡的一部分

5.1.3侵蝕

流動的空氣、水或冰(一種運輸介質)會侵蝕基岩或岩屑堆積並帶走碎屑。這個過程叫做侵蝕

5.1.4輸送

透過輸送介質，可以將碎屑運送到遠離其原產地的地方。介質的輸送能力取決於介質的粘度和流速。冰是固體，所以它可以運輸任何大小的碎屑，水和空氣是一種流體，其攜帶碎屑的能力取決於其流動速度和粘度，流動快的渾水可以運輸大的碎屑，而流動慢的清水只能運輸小的碎屑

5.1.5沉積

碎屑在某一地點堆積形成沉積層的過程。當運輸介質失去了攜帶碎屑的能力時，就會發生這種情況。例如，當流動的水變慢時，它攜帶的碎屑就會掉落

5.1.6巖化

巖化作用是指鬆散沉積物(鬆散碎屑)轉化為固體岩石。沉積物經歷埋藏，覆蓋在上面的沉積物的重量最終會把原本困在碎屑孔隙之間的水分和空氣擠出去。由於這種壓實作用，碎屑結合得更緊密。之後，透過殘餘孔隙的地下水會沉澱礦物質。像膠水一樣，這些礦物質將碎屑粘合在一起，形成整體堅固的岩石。結合過程稱為膠結

5.2碎屑沉積岩的描述和分類

你拿起一塊沉積岩，想要清楚地描述它，僅憑你的語言，別人就能描繪出這塊岩石的樣子。地質學家發現下列特徵對分類碎屑沉積岩最有用：

5.2.1碎屑大小

組成岩石的碎片或顆粒的直徑範圍從微觀到非常大，上文中表格

5.2.2碎屑的組成

沉積岩中的顆粒可能由含有許多礦物顆粒的岩石碎片(岩屑碎屑)組成，也可能由單個礦物顆粒組成。有些沉積岩主要包含一種成分的碎屑，而有些則包含許多不同成分的碎屑

5.2.3稜角度和圓度

稜角度是指碎屑有稜角的程度，而不是指圓角和稜角，圓度是指碎屑的形狀像球的程度

5.2.4分選

地質學家使用分選這個術語來指沉積物中顆粒大小的範圍。分選良好的沉積物中含有大小相同的碎屑，而分選不好的沉積物中含有許多大小不同的碎屑

5.2.5膠結物特徵

並非所有的碎屑沉積岩都含有同一種膠結物。在一些地方，膠結物主要由石英構成，而在另一些地方，膠結物主要由方解石構成

根據以上特徵，我們可以區分幾種常見的碎屑沉積岩型別

顆粒特性隨運輸而變化

為了瞭解不同種類的沉積物是如何沉積下來的，讓我們跟隨岩石碎片從山上的懸崖經河流逐漸移動到海邊的路徑。你會看到不同種類的沉積物沿著路線發展。

每一種岩石，如果被埋藏和固化，將會產生不同型別的沉積岩。首先，想象一下大塊的花崗岩從懸崖上滾落下來，在下落的過程中碎裂。如果堆積在懸崖底部的稜角分明的碎片被膠結在一起，形成的岩石就是角礫岩。

角狀碎屑堆積形成的岩石形成角礫岩

現在想象一下，滑坡把這些碎片帶到湍急的河流中，然後被沖走。碎屑在水中碰撞，碎成更小的碎片，變成圓形的卵石和鵝卵石。當水流順流而下時，這些碎屑就會沉積成礫石。碎屑埋藏和巖化會形成礫岩。

河流礫石層巖化成礫岩

隨著時間的推移，碎屑經過化學風化，分解成單個的礦物顆粒，最終形成石英、長石和粘土的混合物。粘土非常細，流動的水很容易把它帶走，留下由石英和一些長石顆粒組成的沙子——如果這些沉積物被埋藏並固化，它就會變成長石砂岩。

沖積扇中的沉積物，可以富含長石。沉積物的巖化作用形成長石砂岩

長石顆粒繼續風化成為粘土，而沙粒磨損成更小的碎片。沉積物被沖刷到下游，由河流攜帶的沉積物包括粘土、淤泥和由耐用石英組成的沙子。沙子在河道中堆積，如果成巖，就變成砂岩；而淤泥和粘土則聚集在鬆軟的平原上，形成三角洲或在河口處的楔形泥沙。

隨著時間的推移，波浪和水流會使沉積物重新分佈。有些淤泥會沉積在平靜的瀉湖或岸邊的泥灘上，或離岸更遠處平靜的水中。泥砂如果固化就變成粉砂岩，粘土如果固化就變成頁岩或泥岩。

暴露在沼澤草叢下的泥層，經過巖化形成了頁岩。在這裡，薄的頁岩層與砂岩互層

一些粘土可能會被帶到海洋深處，與浮游生物的外殼一起堆積在海底深處。偶爾，水下崩塌會帶著混雜的粗糙顆粒和粘土沿著海底斜坡向下運動。這些沉積物如果巖化，就會變成雜砂岩。沿著海岸，海浪衝走了較細的沙粒，留下了分類良好的沙灘。風可能會帶走一些沙子，並將其沉積在沙漠的沙丘上。這些砂層，如果被埋藏並巖化，就會變成砂岩。

海灘或沙丘砂層成巖化成砂岩