美国羚羊峡谷丹霞冲蚀沟谷地貌
地球日记——沉积岩不同于岩浆岩的烈火重生
变质岩的变幻莫测
沉积岩，更像是地球岁月的忠实记录者
把地质历史刻印在每一个层面、波痕中
研究沉积岩，就像是打开地球的日记
帮助我们将沉积时期的环境温度，生物特征等一一探索查明
为地球的构造演变和环境变迁历程提供强有力的支撑
沉积岩是母岩在物理、化学和生物作用下破碎或分解，被风、流水、冰川等介质搬运下再次沉积成岩而形成的，可以看作原有岩石的“拆卸重组”
沉积岩，和岩浆岩、变质岩一起构成了岩石的三大家族
在地球表面，大约70%的岩石都是沉积岩
但从整个岩石圈厚度来看，沉积岩仅占约5%的体积
在现代，沉积岩应用广泛
不仅是油气资源主要贮藏岩石
甚至，也不乏为一剂良药
纳瓦霍公园红色砂岩地层
沉积岩家族根据地质学家的研究分类，
将沉积岩分为
火山-沉积碎屑岩
陆源沉积岩（砾岩、砂岩、黏土岩等）
内源沉积岩（石膏、碳酸盐岩、生物岩等）
沉积岩的最终形成
代表了生物、物理、化学以及时间
四大因素的综合作用的结果
石油的温床——砂岩若问最珍贵的矿产资源是什么？石油绝对名列前茅。在悠长的地质岁月中，只有汇聚了天时、地利各方面因素才能最终生成珍贵的黑色石油资源，为什么呢？开采出的黑色原油，是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种液态烃的混合物石油地质学家总结了富集油气的六字箴言：“生储盖圈运保”，即生油层、储集层、盖层三个特殊物性地层以及圈闭、运移、保存的地质构造特征。石油的生成首先从有机质的大量堆积开始，海洋底部除了无尽的黑暗以外，连氧气都显得弥足珍贵，伴随着浅海生物的死亡，深海环境中迎来了一场微生物的饕餮盛宴，然而这又将海底仅存的部分氧气消耗殆尽，周而复始，整个沉积环境表现出缺氧还原环境，成为有机物的绝佳保存条件。最终，在温度、压力以及时间的综合作用下，沉积的有机质开始发生裂解，形成了一种复杂的高分子有机物——干酪根，经过转化后可形成液态的石油烃，是生成大量石油及天然气的先躯，也是生命的另一种延续。生成油气的岩石地层被称为烃源岩，然而，在外界温压的和排烃压力作用下，不安分的油气资源便会发生运移，最后的安身之所，砂岩地层便是其中代表，为何？
红色砂岩，由石英、长石等矿物颗粒胶结而成，因含有铁的氧化物而呈红色
首先砂岩是碎屑岩的一种，由各种砂粒（石英、长石等）经水流冲蚀胶结沉淀而成，通常呈淡褐色或者红色，外部在上覆地层压实作用下坚硬稳固，但内部却因为砂岩的颗粒孔隙以及矿物孔隙而别有一番天地，正是这些孔隙空间的存在，和上覆低渗透性盖层的封闭作用，让下伏砂岩地层成为了烃源岩和盖层之间的绝佳温床。
通过微纳CT获得的砂岩三维孔隙图像，砂岩储集层孔隙常被油、水充填（中科院地质与地球物理研究所微纳结构成像实验室）
然而，这漫长而激烈的地质构造运动下，无数原有机会成为储集层的砂岩地层，却因为断层或者抬升破坏了保存条件，最终导致油藏耗散。同样，也有无数凭借构造变动而具有圈闭条件的砂岩地层，成功保留了珍贵的油气资源，现今的每一个油气藏，都是地球构造运动后的幸运儿。
能点燃的黑色石头——页岩
大约万年前的一片静水湖泊中，以绿藻、海百合等为代表的浅水湖相动植物正不竭余力地进行着光合、代谢作用，周而复始，为整个湖相生态系统贡献生命的核心养料—氧气。而随后历经沧海桑田，包含大量有机质的藻类植物和海百合、笔石等残骸逐渐堆积，裹挟泥沙粉尘，在深水静流的沉积环境中历经百万年时间不断固结压实成岩，等待着属于它的资源使命。
美国Dunkirk页岩气井
时间流转至年，纽约州的肖托夸郡，一个小男孩在溪流裂隙间鼓弄火柴，竟意外点燃了溪流裂隙间渗漏的天然气，当地居民如获至宝，将之称为“燃烧泉”，殊不知，这竟拉开了人类页岩气革命的开端。定义：「页岩气是指在发育大量微纳米孔隙的暗色富有机质泥页岩中，主要以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，或者以吸附态赋存于干酪根、黏土颗粒表面的甲烷气体，是一种极具开发利用前景的清洁能源」
四川龙马溪组黑色页岩，*色层面为风化面，黑色为新鲜面，可见沿层理面自然开裂
在野外，页岩常以其成层性著称，颗粒粒径小于0.毫米，主要包含有石英、长石、方解石等脆性矿物，以及绿泥石、伊利石等黏土矿物，并且颜色从浅绿色、土*色直至暗黑色各异，沉积物的颜色记录了沉积时的环境特征，也反映了有机质含量的不同，颜色越接近黑色，指示强的还原环境，其有机质含量往往越高，含气的可能性也越高。贵州习水县习科3井龙马溪组页岩岩心（白色为方解石填充脉）浸入水中后，因解吸产生的串珠状甲烷气泡另外，由于页岩的孔隙度和渗透率极低，往往需要通过水力压裂扩展储层裂缝网络的方式增加自然产能，使其具有更大的经济开采效益。页岩气藏埋深大多在～米，将新鲜采出的页岩岩心柱样品放置水中，甚至可以看到吸附态的甲烷在压力作用下不断解吸生成的串珠状气泡，仿佛具有生命一般。从传承来看，沉积岩何尝不是一种纽带？数亿年前的动植物依旧能在如今为地球资源添砖加瓦，使得生命跨越时间的限制仍旧熠熠生辉。良药？还是建材？——石膏岩在亚洲大陆东部干旱的内陆湖泊中，正上演着一出典型石膏结晶沉积的“戏剧”。水，作为这场表演的重要配角，携带着饱含硫酸盐等矿物质作为物源供给间歇性汇入湖泊中，又在干旱高温的条件下不断蒸发，使得矿物质逐渐析出富集沉积，水既参与了物源供给过程，又在沉积阶段蒸发消失，迎接最终压轴出场的主角—石膏晶体。在自然条件下呈块状的石膏晶体
谈起石膏，多数人会想起博物馆的古希腊石膏雕塑，医院用于骨折的固定工具，抑或建筑制造窗台墙檐的建筑材料。但论到根上，石膏是一种自然界中的矿物，以它为主要成分的沉积岩是一种化学沉积岩。（石膏是一种矿物，石膏岩是沉积岩）在自然界中，石膏并非是日常生活中所熟知的粉末状，而是无色透明的块状、板状或是晶簇状晶体。石膏晶体温润滑腻，并且具有较低的莫氏硬度，“滑石石膏方莹磷，长石石英*刚金”，正如矿物学口诀中所述，其莫氏硬度仅为2，用指甲都可在晶体表面留下刻痕。关于石膏的分类，常将其分为“生”“熟”两类，其实，还是与水有关，生石膏的化学式CaSO4?2H2O，而熟石膏为CaSO4?0.5H2O，相比于生石膏，熟石膏少了1.5个结晶水。虽然这“生熟”一字之差，在化学式上仅有小异，在用途上则大不相同。呈板状的生石膏晶体，化学式为CaSO4?2H2O，可入药
生石膏又称细理石、冰石等，《神农本草经》载道，“石膏，气味辛，微寒，无*，主治中风寒热、心下逆气、惊喘……”。中国的医药学家很早就发现了生石膏的药用价值，甚至数月前新冠疫情期间，钟南山院士所提出的凉茶处方，便包含15g的生石膏，不可不谓之奇！石膏涂抹在日本姬路城木结构表面，起到防潮、防湿作用
熟石膏由于其具有显著吸水性，在余年前，就用于埃及金字塔的修筑之中，把熟石膏研磨成粉末状再加水搅拌制成泥浆，可用于金字塔基石之间的黏合。在近现代，石膏的应用也得到了长足的发展，通过选矿、破碎、煅烧、粉末、陈化之后，根据用途不同，可加入缓凝剂、黏结剂等化工材料，最终制成石膏板、浮雕装饰品等。沉积岩的传奇景观丹霞
距今万年前，喜马拉雅运动初期
有一种特殊的沉积地层
正在地面隆升中破土而出
它们通体泛红，以红色砂、砾层为主
在漫长的地质岁月中
经历日月交替，风雨侵蚀
最终形成了独具“中国红”魅力的地貌地层
色若渥丹，灿如明霞
仁化县丹霞山全景，可见山体为碎屑红层的陡坡崖地貌，气势巍峨
年，中国地质学家冯景兰先生在仁化县丹霞山野外考察时，被眼前巍巍壮阔的陡立红色绝壁所吸引，高耸的石壁犹如刀砍斧劈而成，细看石壁上有一层层因流水冲刷而成的凹陷，竟有几分人工雕琢而成的意思，学界此前从未有过此种地层的记载，因山名为丹霞，故先生将其命名为“丹霞层”。陕西靖边丹霞地貌，可见明显流水冲蚀纹层丹霞地貌在全球的分布以中国为最广，美国，澳大利亚次之。中国的广东丹霞山，福建武夷山等都是丹霞地貌的典型的代表，美国则以波浪谷为代表。美国亚利桑那州羚羊谷
丹霞地貌之所以为红色，是因为岩石富含铁、锰等矿物质，在氧化条件下而呈现红色，记录了成岩时期的沉积环境，且其发育有丰富的垂直节理，我们见到的陡立赤壁，体现了遭受流水侵蚀，重力崩塌的综合作用。每一个山峰都是自然*斧神工下的独特个体，或层峦叠嶂，或孤立高耸。丹霞地貌的存在，不仅仅是旅游观光，给这片土地带来最特别的赤红，更为研究地球古地理，古盆地提供了最美丽的线索，每一份丹霞地貌，都是地球环境构造变迁的佐证。喀斯特岩溶
在伊斯特拉半岛上有一片石灰岩的高原
岁月与流水不曾停止过对这片土地的冲蚀
将碳酸盐岩凝聚成各异的地貌特征
或成峰，成谷，抑或成山
这便是喀斯特岩溶地貌
云南石林，历经地壳变动、流水冲蚀而成，千奇百怪，造型各异
在伊斯特拉半岛上有一片石灰岩的高原，岁月与流水不曾停止过对这片土地的冲蚀，将碳酸盐岩凝聚成各异的地貌特征，或成峰，成谷，抑或成山，这便是喀斯特岩溶地貌。欧洲斯洛文尼亚喀斯特岩溶洞穴，饱含碳酸盐的溶蚀水沿着不断沉淀析出形成钟乳石
故事要从数亿年前讲起，那是汪洋大海的时代，海洋生物欣欣向荣，一代又一代在进化和变异中将生命延续，而那些逝去的生物，它们骨骼却层层堆积在洋壳之上，协同海底的碳酸盐物质，在时间的车轮下逐层沉积。经机械压实，化学胶结以及生物物源综合作用下形成巨厚的碳酸盐岩地层。沧海桑田，曾经的大海因构造隆升，或板块碰撞，致使碳酸盐岩地层抬升至地表，在大量二氧化碳和流水的协同下，与抬升的碳酸盐岩发生浸蚀反应，将不溶于水的碳酸钙变成可溶性碳酸氢钙，看似柔弱的水流却在积年累月的流蚀下，形成一道道千奇百怪的独特喀斯特地貌，甚至是一个个令人瞠目结舌如地下宫殿般的喀斯特岩溶洞穴。此外，水滴除了穿石外，在岩溶区，竟也能垒石。富含碳酸盐的岩溶水，从溶蚀洞穴顶部滴落，碳酸盐再一次从水中沉淀析出，又回归到本初的结构，唯有形态变为钟乳状，钟乳石每长一厘米可能需要数百年，钟乳石——用长度记录着地球的故事。沉积与岁月沉积作用无时无刻不在发生着，虽历经沧海桑田、岁月变迁，但是沉积岩依旧以最长情的方式，记录着每一次平凡而又不平淡的地球脉动，了解沉积岩，便是偷看了地球的日记。本文首发于《地球》年第11期，有删节修订责编｜尹超排版｜温宜妮审核｜刘丹地球杂志自然资源文化与地球科学传播融媒体预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇