سنگهای رسوبی

[SonBol]

ریشه لغوی

سنگ شناسی رسوبی از دو کلمه Sedimentary به معنی رسوبی و Petrology به معنی سنگ شناسی گرفته شده است.

دید کلی

سنگهای رسوبی به دلیل داشتن منابع مهم نظیر نفت ، گاز ، ذغال ، آهن ، اوارنیم و نیز مواد مورد نیاز در مصالح ساختمانی مانند آهک ، گچ و غیره از اهمیت خاصی برخوردارند لذا سنگ شناسی رسوبی یکی از مهمترین شاخه‌های علوم زمین محسوب می‌گردد. در حدود 70٪ از سنگهای سطح زمین ، دارای منشا رسوبی هستند، و این سنگها عمدتا از ماسه سنگها ، سنگهای آهکی ، شیل ها و به مقدار کمتری اما با همان معروفیت از رسوبات نمک ، سنگهای آهندار ، ذغال و چوب تشکیل شده است.

تاریخچه و سیر تحولی

• مطالعه سنگهای رسوبی از نظر مشخصات ساختی ، بافتی و ترکیب شیمیایی آنها ، اولین بار در سال 1879 توسط سوربی انگلیسی انجام گرفت. وی مطالعه سنگهای رسوبی در مقاطع نازک را برای اولین بار ابداع نمود. بعدها در 1899 ، کایوی فرانسوی پاره‌ای از مشخصات میکروسکوپی و مشخصات ماکروسکوپی بعضی از سنگهای رسوبی در کشور فرانسه را ، به صورت مصور تشریح و تفسیر کرد.
  
  از آن تاریخ به بعد ، به پیروی از کایو ، بررسیهای سنگهای رسوبی و کوشش اکثر سنگ شناسان ، عمدتا بر کانی شناسی و تشخیص کانی‌های تشکیل دهنده این سنگها متمرکز گردید. که در این میان ماسه سنگها و رسوبات ماسه‌ای و از میان کانی‌ها هم ، کانیهای سنگین (دارای وزن مخصوص بیش از 2.85) ، بیشتر مورد توجه قرار گرفتند.
• در سال 1919 ، ونت ورث آمریکایی برای سنجش اندازه ذرات و دانه های تشکیل دهنده رسوبات تخریبی مقیاسی ارائه داد و به کمک مقیاس ونت ورث مطالعه دانه سنجی و تجزیه‌های کمی و مکانیکی رسوبات بر مبنای اندازه دانه ها و فراوانی آنها ، میسر گردید.
• سرانجام در 1933 ، آدن و کرمباین ، مقیاس‌های جدیدتری برای اندازه گیری دانه‌های رسوبی ارائه دادند و در مکانیسم تجزیه‌های مکانیکی رسوبات تخریبی ، تسهیلات زیادتری ایجاد کردند. امروز هم ، مقیاسهای اندازه گیری متداول برای مطالعات رسوب شناسی و سنگهای رسوبی ، به نام همین افراد معروف بوده و مورد استفاده سنگ شناسان و رسوب شناسان قرار دارد.

گروههای اصلی سنگهای رسوبی

رسوبات سیلیسی آواری :
رسوبات سیلیسی آواری (همچنین تحت عنوان رسوبات تریجنوس یا اپی کلاستیک خوانده می‌شوند) آنهایی هستند که از خرده سنگهای قبلی که توسط فرآیند فیزیکی حمل و رسوب کرده‌اند، تشکیل شده‌اند. این گروه شامل سنگها زیر می‌باشد:

• کنگلومراها :
  در این سنگها ، مواد دانه درشت گرد شده در زمینه‌ای از مواد دانه ریز قرار دارند.
• برش‌ها :
  مواد دانه درشت گرد نشده در زمینه‌ای از مواد دانه ریز قرار دارند.
• ماسه سنگها :
  اندازه دانه‌ها در ماسه سنگها ، کمتر از 2 میلیمتر است.
• گلسنگها :
  اندازه دانه‌ها کمتر از 2 میکرون می‌باشد.

رسوبات بیوژنیک ، بیوشیمیای و آلی :
رسوباتی هستند که بیشتر منشا بیو ژنیکی ، بیو شیمیایی و آلی دارند و شامل:

• سنگهای آهکی :
  سنگهای آهکی می‌توانند هم از طریق ته نشست مستقیم CaCo3 از آب دریا و هم از طریق رسوب کردن اسکلت‌های کربناتی موجودات به وجود آید.
• چرت‌ها :
  چرت ، یک واژه خیلی کلی برای رسوبات سیلیسی دانه ریز ، با منشا شیمیایی ، بیو شیمیایی یا بیوژنیکی است.
• فسفاتها :
  یکی از مهمترین کانی‌های رسوبی فسفاتها ، آپاتیت می‌باشد.
• ذغال و شیل نفتی :
  ذغال و شیلهای نفتی که از بقایای موجودات زنده قدیمی می‌باشند، انعکاسی از فرآیندهای دیانژ و دگرگونی دارند.

رسوبات شیمیایی :
این رسوبات منشا شیمیایی دارند و شامل موارد زیر می‌باشند:

• تبخیر‌ی‌ها: تبخیری‌ها عمدتا رسوبات شیمیایی هستند که پس از تغلیط نمک‌های محلول در آب (بر اثر تبخیر) رسوب کرده‌اند.
• سنگهای آهن‌دار :
  آهن ، عملا بر اندازه چند در صد در تمام سنگهای رسوبی وجود دارد، ولیکن بطور غیر معمول ، در جایی که مقدار آهن بیش از 15٪ باشد، سنگهای آهن‌دار را تشکیل می‌دهد.

رسوبات آذر آواری :
رسوبات آذر آواری رسوباتی هستند که عمدتا از دانه‌های با منشا ولکانیکی ، که از فعالیت‌های آتشفشانی همزمان سرچشمه گرفته‌اند، تشکیل شده‌اند. و شامل موارد زیر می‌باشند:

• رسوبات اتوکلاستیک :
  سنگهای ولکانوژیکی هستند که توسط برشی شدن در جای لاوا تشکیل شده‌اند.
• رسوبات پیروکلاستیک – ریزشی :
  این رسوبات به راحتی از طریق خرده‌های آتشفشانی خارج شده از یک مجرا یا یک شکاف ، بر اثر انفجار ماگماتیکی ، تشکیل می‌شوند.
• رسوبات ولکانی کلاستیک – جریانی :
  این رسوبات توسط انفجارات فورانی در محیط‌های خشکی ایجاد می‌شوند.
• هیدروکلاستیک‌ها :
  هنگامی که لاوای خارج شده ، با آب تماس پیدا کند، سرد شدن و خاموشی سریع ، باعث قطعه قطعه شدن لاوا می‌شود. این قطعات پس از حرکت در آب و دانه دانه شدن رسوبات هیدروکلاستیک را تشکیل می‌دهند.
• رسوبات اپی کلاستیک :
  رسوباتی هستند که از حرکت و ته نشست مجدد رسوبات ولکانی کلاستیک ایجاد شده‌اند.

[SonBol]

اهمیت مطالعه سنگهای رسوبی

• سنگهای رسوبی در ادوار گذشته زمین شناسی در محیطهای طبیعی متفاوتی که امروزه وجود دارد، رسوب کرده‌اند. مطالعه این محیطهای عهد حاظر و رسوبات و فرآیندهای آنها به درک بیشتر معادل قدیمی آنها کمک می‌کند.
• دلایل زیادی برای مطالعه سنگهای رسوبی وجود دارد زیرا ارزش اقتصادی کانی‌ها و مواد موجود در آنها کم نمی‌باشد. سوخت‌های نفت و گاز از پختگی مواد آلی در رسوبات مشتق شده و سپس این مواد به یک سنگ مخزن مناسب ، که عمدتا یک سنگ رسوبی متخلخل است، مهاجرت می‌کند. ذغال ، سوخت فسیلی دیگری است که البته در توالی‌های رسوبی نیز وجود دارد. روشهای رسوب شناسی و سنگ شناسی به طور گسترده در پی جویی ذخایر جدید این منابع سوختی و سایر منابع طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سنگهای رسوبی بیشتر آهن ، پتاس ، نمک و مصالح ساختمانی و بسیاری دیگر از مواد خام ضروری را تامین می‌کنند.
• محیطها و فرآیندهای رسوبی و جغرافیای قدیمی و آب و هوای قدیمی ، همگی را می‌توان از مطالعه سنگهای رسوبی استنباط کرد. اینگونه مطالعات به شناسایی و درک تاریخ زمین شناسی زمین کمک فراوانی می‌کند. سنگهای رسوبی حاوی زندگی گذشته زمین ، به فرم فسیل‌ها هستند که اینها مفاهیم اصلی انطباق چینه شناسی در فازوزوئیک می‌باشند.

[SonBol]

خلاصه ای از زمین شناسی سال سوم متوسطه در زمینه سنگهای رسوبی:

رسوبات به وسيله عواملي مانند آب، يخچال يا باد به وجود آمده و پس از جا به جايي معمولاً به صورت لايه لايه روي هم ته نشين مي شوند و سپس مبدل به سنگ هاي رسوبي مي شوند. سنگ هاي رسوبي در سطح زمين فراوانتر از سنگ هاي ديگرند و در زندگي ما اثر زيادي دارند. سنگ هاي رسوبي منابعي چون نفت، زغال سنگ، گاز، معادن، آهن، سنگ هاي ساختماني و ... را تشکيل مي دهند.


منشأ رسوبات
1- مواد تخريب شده:
شن، ماسه و رس حاصل از تخريب سنگ هاي قاره ها، در درياها رسوب مي کنند.

2- بقاياي بدن جانداران:
پوسته، صدف و اسکلت جانداران که پس از مرگشان در آب رسوب مي کند.

3- مواد شيميايي:
موادي که در خشکي ها در آب حل مي شوند، به طريقه شيميايي در آب رسوب مي کنند؛ مانند نمک طعام، کربنات هاي کلسيم و منزيم، سولفات ها و ترکيبات آهن و ...


کاني هاي موجود در سنگ هاي رسوبي
در سنگ هاي رسوبي سه کاني: رس، کوارتز و کلسيت از همه بيشتر يافت مي شود. کاني هاي رسي از تجزيه سيليکات ها، به ويژه فلدسپات ها حاصل مي آيند. اين کاني ها بعداً مي توانند اجزاي اصلي سنگ هاي رسي يا شيل ها را تشکيل دهند. کوارتز هم از تجزيه سنگ هاي آذرين به وجود مي آيد، بيشتر حجم ماسه سنگ ها را کوارتز تشکيل مي دهد. مقداري سيليس محلول نيز در نتيجه هوازدگي سنگ هاي گرايشي يا انحلال موجوداتي که اسکلت سيليسي دارند (دياتوم ها) حاصل مي آيد که بعداً ممکن است سيمان سنگ هاي رسوبي دانه درشت را پديد آورد يا کاني جديدي به نام اوپال را به وجود آورد.

در سنگ هاي رسوبي مانند آتش زنه «فلينت» و کلسدوني نيز سيليس به صورت بلورهاي دانه ريز ديده مي شود. کليست کاني اصلي تشکيل دهنده سنگ هاي آهکي است. کربنات کليسم مي تواند بين ذرات و قطعات سنگ ها نقوذ کند و آنها را به هم بچسباند.


به جز سه کاني رس، کوارتز و کلسيت، کاني هايي مانند:
1) دولوميت
2) فلدسپات هاي مختلف و ميکا
3) اکسيدهاي آهن (هماتيت و ليمونيت)
4) هاليت و ژيپس
5) قطعات ريز و درشت مواد آتشفشاني و مواد آلي، نيز در سنگ هاي رسوبي يافت مي شوند.


حمل رسوبات
مواد سازنده رسوبات شيميايي به صورت محلول در آب حمل مي شوند. بيشتر رسوبات از نوع تخريبي اند و از خرد شدن سنگ ها در خشکي يا سواحل، حاصل آمده اند. اندازه دانه هايي که به محيط رسوبي برده مي شوند به نوع سنگ اوليه، مقاومت آن، نوع عامل حمل کننده، مسافت طي شده و وضعيت مسير بستگي دارد. دانه ها در ضمن حمل ممکن است، با ايجاد ساييدگي، گِرد و بدون زاويه شوند.


سنگ شدن (دياژنز)
دياژنز به مراحلي گفته مي شود که طي آن از رسوبات نرم و منفصل، سنگ هاي سخت و متصل پديد مي آيد. دياژنز به سه صورت مي تواند اتفاق بيفتد:
1- سيمان شدن:
در اين مورد فواصل موجود در بين قطعات و ذرات سنگ را نوعي ماده شيميايي پر مي کند و آنها را به هم مي چسباند. کليست، دولوميت و کوارتز مي توانند سيمان سنگ هاي رسوبي شوند. اکسيدهاي آهن، اوپال و ايندريت نيز مي توانند سيمان برخي سنگ هاي رسوبي شوند.

2- متراکم شدن و خشک شدن:
در فرآيند متراکم شدن، به علت فشاري که از لايه هاي فوقاني وارد مي آيد، فضاهاي ميان ذرات به تدريج تقليل حاصل مي کند و بر تراکم و چسبندگي لايه ها افزوده مي شود. در فرآينده خشک شدن نيز، آبي که فواصل ميان ذرات را پر کرده، بيرون رانده مي شود.

3- تبلور دوباره:
متبلور شدن بعضي از مواد رسوبي، خود يک نوع تشکيل سنگ محسوب مي شود. اين فرآيند در بسياري از سنگ هاي آهکي و دولوميتي ديده مي شود.


بافت
دو نوع بافت در سنگ هاي رسوبي ديده مي شود:
1- بافت آواري (تخريبي):
ذرات رسوبات آواري ممکن است دانه درشت (با قطر بزرگتر از 2 ميلي متر)، دانه متوسط (قطر از 2 تا

ميلي متر) يا دانه ريز (با قطر کمتر از

ميلي متر) باشند. سيمان اصلي اين گونه بافت ها آهک، سيليس و اکسيدهاي آهن و رس است.

2- بافت غيرآواري (بلورين):
اين بافت به صورت شبکه هاي بلورين به هم پيوسته است. اندازه بلورها ممکن است درشت، متوسط يا ريز باشد.


طبقه بندي
1- سنگ هاي رسوبي آواري:
اين گروه بر اساس اندازه ذرات، طبقه بندي مي شوند.
الف) شيل ها:
دانه ريزترين و فراوان ترين سنگ هاي رسوبي هستند که از کاني هاي رسي و ميکا تشکيل شده اند. شيل ها به رنگ هاي متفاوت قرمز، سبز و سياه ديده مي شوند که رنگ آنها نشان دهنده کاني هاي تشکيل دهنده آنهاست.

ب) ماسه سنگ ها:
دانه هايي با اندازه متوسط دارند که توسط سيماني از سيليس يا کربنات به هم متصل شده اند. ماسه سنگي که بيش از 90 درصد آن کوارتز باشد، کوارتز آرنيت نام دارد. دانه هاي آن گرد و جور شده است و رنگ روشن دارد. اما ماسه سنگي که بيش از 25 درصد فلدسپات دارد، آرکوز ناميده مي شود که در آن جورشدگي دانه ها خوب نيست و دانه ها زاويه دارند.

ج) کنگلومرا:
دانه هايي با اندازه درشت، با گِرد شدگي خوب و سيماني از جنس سيليس و رس دارند. «بِرِش» از سيمان شدگي ذرات درشت و زاويه دار با زمينه اي از ذرات ريزتر تشکيل شده است.


2- سنگ هاي رسوبي شيميايي غيرآلي:
اين سنگ ها زماني تشکيل مي شوند که مواد حل شده در آب به علت تبخير يا تحمل تغييرات شديد دما رسوب کنند.
الف) سنگ آهک و چرت:
اين سنگ ها مستقيماً در آب هاي شور يا شيرين رسوب مي کنند. قابليت انحلال کربنات کلسيم، به مقدار دي اکسيد کربن موجود در آب بستگي دارد. دما، آشفتگي آب، وجود گياهان فتوسنتز کننده، عمق و فشار آب نيز در مقدار رسوب کربنات کلسيم در آب دخالت دارند. «چرت» محصول رسوب کردن سيليس در آب هايي است که از اين ماده اشباعند.

ب) دولوميت :
در اثر عبور محلول هاي غني از منيزيم، از سنگ هاي آهکي به وجود مي آيد.

ج) سنگ هاي تبخيري :
مانند سنگ نمک و سنگ گچ از تبخير آب هاي سرشار از يون، مانند بعضي کولاب ها و درياچه ها که در اثر تبخير به حد اشباع مي رسند، به وجود مي آيند.


3- سنگ هاي رسوبي شيميايي آلي:
اين سنگ ها محصول فعاليت جانداران هستند.
الف) سنگ آهک آلي:
بيشتر در آب هاي گرم و کم عمق استوايي تشکيل مي شود. از تجمع اسکلت و پوسته هاي آهکي جانداران، پس از مرگ سنگ آهک حاصل مي آيد.

ب) چرت آلي:
نوعي سنگ رسوبي شيميايي آلي است که بيشتر آن را سيليس بازمانده از جانداران دريازي چون شعاعيان و دياتوم ها تشکيل مي دهد.

ج) زغال سنگ:
در محيطي که اکسيژن اندک باشد، بقاياي گياهي ممکن است مدفون شوند و تجزيه نشده باقي بمانند. در طول ميليون ها سال، با افزايش فشار و وزن رسوبات فوقاني، آب،

و گازهاي ديگر از بازمانده هاي گياهي خارج مي شوند و به نسبت درصد کربن آنها افزوده مي شود. در مراحل اوليه اين فرايند ساختار گياه حفظ مي شود و ماده اي قهوه اي رنگ و نرم به نام تورب ايجاد مي شود. با افزايش تدريجي فشار و گرما اين مواد فشرده تر و سخت تر مي شوند. اين مواد به ترتيب درجه خلوص ليگنيت، زغال سنگ و آنتراسيت هستند.