沉积岩石学Word格式文档下载.docx
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生物礁所特有
由于沉积岩是在地表或接近地表的压力条件下形成,因此具有各种各样空隙,而结晶岩一般缺乏孔隙(曾允孚等,1986)
形成沉积岩的物质基础——沉积物的四种来源
1、陆源物质—母岩风化的产物
2、生物源物质—生物残骸和有机物质
3、深源物质—火山碎屑和深部卤水
4、宇宙源物质—陨石
风化作用的概念:
地壳表层岩石(母岩)在大气、水、生物、冰川等地质营力的作用下,使得岩石松散、破碎、分解的地质作用。
其产物为各种岩石碎屑、矿物碎屑、生物碎屑和溶解物质
风化作用方式:
物理风化、化学风化、生物风化。
1)物理风化:
主要发生机械破碎,而化学成分不改变的风化.
作用主要影响因素:
温度变化、晶体生长、重力作用、生物的生活活动(人类活动)、水、冰及风的破坏作用
物理风化总趋势:
使母岩崩解,产生不同尺度岩石碎屑和矿物碎屑。
2)化学风化:
在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下,母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化,使其分解而产生新矿物的过程。
主要影响因素:
水、二氧化碳、有机酸等。
化学风化总趋势:
不仅使母岩破碎,而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变,同时在表生条件下形成粘土物质、各种氧化物和化学沉淀物质如:
各种粘土矿物,赤铁矿、褐铁矿、铝土矿、煫石(SiO2)等氧化物及碳酸盐矿物等。
3)生物风化:
在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部,几乎到处都有生物存在。
因此生物,特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。
生物对岩石的破坏方式既有机械作用,又有化学作用和生物化学作用;
既有直接的作用,也有间接的作用。
细菌、O2、CO2、有机酸
生物风化途径:
氧化还原反应、吸附作用、络合物作用
风化作用的产物:
a碎屑物质:
母岩机械破碎的产物,主要指矿物碎屑和岩石碎屑
b不溶残积物:
母岩分解过程新生成的不溶物质,如粘土和氧化物等
c溶解物质:
以溶解状态被带走的成分。
碎屑物质是构成陆源碎屑岩的主要成分。
溶解物质是构成内源沉积岩的主要物质成分
沉积物的搬运与沉积作用
沉积物发生的搬运和沉积的地质营力:
主要是流动水和风为主,其次是冰川、重力和生物。
由于沉积物性质的差异,常见的搬运方式有:
1、机械搬运和沉积、2、化学搬运和沉积、3、生物搬运和沉积
一机械搬运和沉积
搬运对象:
陆源碎屑颗粒
搬运介质:
牵引流(水流和波浪,空气);
重力流(gravityflow):
浊流(turbiditesflow)泥石流(debrisflow)、颗粒流(grainflow)、液化沉积物流(fluidizedsedimentflow);
冰川、风
1、流水的机械搬运和沉积作用
搬运方式:
推移搬运(或滚动搬运)—推移载荷
悬浮搬运—悬浮载荷
跳跃搬运—介于上述二者之间
机械搬运和沉积作用:
流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需要的流速叫做开始搬运流速,开始搬运流速要大于继续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速,即继续搬运流速。
一般来说,开始搬运流速要大于继续搬运流速。
2、空气的搬运与沉积作用
1)只能搬运碎屑颗粒
2)搬运能力小,以跳跃搬运形式为主
3)受地形和地物影响大
3、冰川的搬运与沉积作用
流动方式:
塑性流动和滑动
搬运能力巨大;
碎屑颗粒
沉积位置:
雪线以下——冰渍物,经流水改造,形成冰水沉积
4、碎屑颗粒在机械搬运过程中的变化
1)物质成分上的变化:
随着搬运距离的增加,由于化学分解、机械破碎和磨蚀作用,不稳定组分相对减少,稳定组分相对增加
2)粒度和分选型的变化:
随着搬运距离的增加,一般粒度越来越细,分选越来越好
3)颗粒形状的变化:
随着搬运距离的增加,由于磨蚀作用,颗粒的园度和球度越来越好。
二、化学搬运和沉积
溶解于水的化学物质
溶解物质在自然界中存在的方式:
胶体和真溶液
1)胶体的搬运与沉积作用
胶体的特点:
颗粒细小、扩散能力弱、表面带电荷、具有吸附性
使胶体凝聚和沉积的因素:
带有相反电荷的胶体相遇、加入电解质、加热蒸发、射线照射
由于胶体自身的特点,当其处于稳定状态时,就是胶体的搬运状态;
当条件发生变化,胶体失去稳定性时,胶体发生凝絮作用,即沉积作用。
2)真溶液的搬运与沉积作用
可溶物质的溶解与沉淀作用主要取决于溶解度;
溶液中的某种物质浓度达到过饱和,则发生沉淀作用(沉积);
反之,则发生溶解作用(搬运)。
影响真溶液搬运与沉积的因素:
介质的酸碱度:
介质的氧化还原电位、温度和压力、溶液中的CO2含量、离子吸附作用
三、生物的搬运和沉积
生物的搬运作用:
既可是物理方式也可是化学方式
生物的沉积作用:
生物遗体的直接堆积:
生物的间接沉积作用:
化学方式、生物物理方式(捕获和粘结、障积作用)
搬运的成分:
碎屑颗粒、溶解物质
沉积分异作用
沉积物在搬运沉积过程中会按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次有规律的沉积下来,这种现象称为沉积分异作用。
机械沉积分异作用
按粒度:
砾岩、砂岩、粘土岩;
按比重:
金19.3、黄铁矿5、铬铁矿4.5、石英2.65、石墨2.16、琥珀1.07;
化学沉积分异作用
熔解物质达到过饱和时按溶解度由小到大依次沉积(氧化物、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、卤化物)
沉积成岩作用是泛指沉积物形成以后,到沉积岩的风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化或作用,包括成岩作用和后生作用。
有人也称为沉积期后作用。
沉积岩的成岩作用阶段
1.同生作用:
沉积后至埋藏前沉积物与水之间的一系列作用(溶解、水合、解,Ph,Eh,O2,CO2逸度改变)。
2.成岩作用:
埋藏后至岩石固结,即,由沉积物到沉积岩的过程中的一系列变化,包括压实和胶结作用。
3.后生作用:
固结后至变质前,包括交代、重结晶、次生加大、压溶。
4.表生作用:
潜水面以下、低温压下,与地下水的作用,包括溶蚀、充填、交代。
常见成岩作用现象
1.压实作用(compaction):
静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔隙度降低、密度增加。
2.胶结作用(cementation):
孔隙水过饱和沉淀出矿物质(胶结物cement),将沉积物粘结成岩石。
3.压溶作用(pressure-solution):
压力下沉积物颗粒间或沉积岩内部发生溶解。
如,缝合线构造
4.重结晶作用(recrystallization):
通过溶解-再沉淀或固体扩散,使得细小晶粒集结成粗大晶粒。
如,蛋白石(非晶质)-玉髓(隐晶质)-石英(显晶质)
5.交代作用(replacement):
外来组分取代原组分。
如,白云石化,SiO2与CaCO3相互交代。
6.自生矿物的形成(authigenicmineral):
海绿石,鲕绿泥石,沸石类,粘土矿物,方解石、菱铁矿、草莓状黄铁矿,自生石英和自生长石(再生加大边)
影响成岩作用因素
1、自由能
2、PH值和EH值
3、温度的影响
4、压力的影响
5、生物对成岩作用的影响
6、时间因素
陆源碎屑岩
陆源碎屑岩是指由母岩经物理风化作用所形成的碎屑颗粒物质,经过机械的搬运和沉积,并进一步压实和胶结而形成的沉积岩类。
陆源碎屑岩的基本组成:
1)碎屑颗粒是碎屑岩的主要组成部分,占整个岩石的50%以上,并决定岩石的基本性质。
2)填隙物:
杂基由机械沉积作用形成的细粒物质,充填在碎屑颗粒间。
胶结物是对颗粒起胶结作用的化学沉淀物。
3)孔隙是指岩石中未被固体物质所占据的部分,孔隙可以是原生的,也可以是后期形成的。
1、碎屑颗粒的成分
1)矿物碎屑成分
A石英碎屑:
是分布最广的碎屑矿物,在砂岩和粉砂岩中的平均含量达66.8%。
主要来源于花岗岩、片麻岩、片岩和先期形成的沉积岩,并常应用石英的各种特征来确定母岩的性质。
B长石碎屑:
在砂岩中含量为10-15%,以钾长石(微斜长石)为主,其次为酸性斜长石,中基性斜长石较少。
长石主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。
根据长石的特点可推断母岩、古气候和古构造。
C、云母和绿泥石碎屑:
以白云母为主,常分布于细砂岩和粉砂岩的层面上,常与细粒的石英和长石共生。
绿泥石都是成岩作用的产物,常以填隙物的形式出现。
D、重矿物碎屑:
是次要成分,通常含量不超过1%,比重大于2.86,常见的重矿物有:
来自花岗岩的锆石、独居石、金红石、磷灰石;
来自基性岩的尖晶石、铬铁矿、钛铁矿;
来自变质岩的石榴子石、十字石、蓝晶石、电气石等。
2)岩石碎屑成分
简称为岩屑,是碎屑岩中的重要组分。
其成分可以是火成岩、变质岩和沉积岩。
其含量和粒度有关,泥岩中完全没有岩屑,砂岩中平均含量为10-15%,多者可达95-100%,少则完全没有。
岩屑可直接提供母岩的特征,反映沉积环境、沉积搬运的特征
2、填隙物成分
填隙物分为杂基和胶结物,二者成因不同,但成分上可以相同,也可不同。
1)杂基:
各种粘土矿物,如:
高岭石、水云母、蒙脱石和绿泥石等,还包括各种细粉砂碎屑,是机械搬运的产物。
2)胶结物:
碎屑颗粒之间孔隙内的各种化学物质,常见的有:
碳酸岩矿物、硅质矿物和少量铁质矿物,多形成于成岩作用时期。
还有一些自生矿物。
如:
海绿石、沸石、磷酸岩矿物、硫酸岩矿物、硫化物、各种自生重矿物,还有自生的粘土矿物等
3、成分成熟度
碎屑岩的成分成熟度是指碎屑沉积组分在其风化、搬运沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。
石英抗风化能力强,在搬运和沉积过程中蚀变很小,是最稳定的组分;
长石的稳定性较石英低;
岩屑除硅质岩屑外,一般稳定性都不高。
成分成熟度一般表示为:
石英与石英、长石和岩屑之和的比值。
随着成分成熟度的增高,不稳定组分相对减少,稳定组分相对增加。
陆源碎屑岩的结构类型
1、碎屑结构
碎屑颗粒本身的特征:
碎屑颗粒的大小、形状和颗粒表面特征
填隙物的特征:
颗粒与填隙物之间的关系:
胶结类型或支撑关系
颗粒间接触关系
2、泥状结构:
泥岩所特有的结构
1、碎屑颗粒的结构
颗粒大小:
指碎屑颗粒的绝对大小,也称为粒度。
它以颗粒的直径来计量。
粒度的分级方案有:
自然粒级:
自然数的大小
对数粒级:
对颗粒的直径取对数
Φ粒级:
Φ=-log2d(d为粒径)
碎屑颗粒的分选(分选性):
碎屑颗粒大小的均匀程度叫分选或分选性。
分选性分为三级:
分选好:
主要粒级含量大于75%;
分选中等:
主要粒级含量50-75%;
分选差:
各种粒级含量都小于50%
研究碎屑颗粒粒度分布情况的方法称为粒度分析,用这种方法可以准确的计算分选系数或用标准偏差来表示分选程度。
颗粒的形态:
包括颗粒的圆度和球度
圆度:
颗粒棱角磨蚀的程度,棱角状、次棱角状、次圆状、圆状(在镜下或标本上观察)
球度:
颗粒度按近于球体的程度,受A、B、C三轴大小的控制分为:
圆球体、扁球体、椭球体、长扁球体
颗粒的表面特征:
碎屑颗粒的表面是不光滑的,由于溶蚀作用、碰撞作用、刻滑风蚀等作用,在碎颗粒表面留下一定的痕迹。
2、填隙物的结构
填隙物按成因分:
杂基:
<
0.003mm的细粒物质,是随粗碎屑颗粒一起搬运而来充填在碎屑颗粒孔隙中间。
由机械作用形成。
胶结物:
由化学结晶作用形成充填在碎屑颗粒孔隙中的化学物质,其结构特征与本身的结晶程度、晶粒大小和分布的均匀性有密切的关系
杂基的结构:
杂基是同粗碎屑一同沉积的细粒物质。
成分主要是细粉砂和粘土,有时有少量的碳酸盐灰泥和铁质。
杂基可以反映介质的流动特点和分选特征,是碎屑岩中一个重要的参数。
胶结物的结构:
按胶结物的结晶程度和晶体的排列组合关系分为:
非晶质结构:
蛋白石、磷酸盐、铁质等
隐晶质结构:
粒度极细,只有在显微镜下才能分出光性,如玉髓、隐晶质的磷酸盐
显晶质结构:
明显的晶粒结构
显晶质结构,根据晶体的排列方式可进一步划分为:
晶粒结构:
胶结物呈粒状晶体,它形镶嵌,排列无定向
嵌晶结构(连生结构):
胶结物结晶形成粗大晶体,将一个或数个碎屑颗粒内部。
栉状结构(丛生结构):
胶结物呈纤维状或短柱状垂直碎屑颗粒表面生长;
当胶结物围绕碎屑颗粒呈带状分布时则称为带状胶结。
再生(次生加大)结构:
硅质胶结物沿碎屑石英颗粒边缘呈次生加大边,而且二者光性方位一致。
3、胶结类型(支撑类型)
胶结类型:
碎屑颗粒与填隙物之间的互相关系结合方式-胶结类型或支撑类型。
按填隙物的含量及与颗粒的关系分为:
A、基底胶结(杂基支撑):
杂基含量高,颗粒含量少,孤立地分散于杂基中。
颗粒不互相接触-凝块式胶结。
B、孔隙胶结(颗粒支撑):
碎屑颗粒多,填隙物少,而见多为胶结物。
胶结物有原生的也可是次生的(颗粒与颗粒接触)
C、接触胶结(颗粒支撑):
是孔隙式胶结的一种特殊方式,胶结物少,仅存在于颗粒与颗粒的接触处,多数是胶结物或杂基被淋滤所至。
D、溶蚀胶结:
由于胶结物溶蚀交代了碎屑颗粒,颗粒的边缘呈湾港状。
4、碎屑颗粒间的接触关系
受颗粒形状的影响,以点接触和线接触为常见。
在压实和压溶作用下,碎屑颗粒排列的越来越紧密,颗粒间的接触由点接触逐渐演化为线接触(在空间上为面接触),直至变为缝合线状接触,还常见有杂基充填。
泥状结构是由<
0.0039mm的碎屑颗粒和粘土矿物组成的结构类型,是泥岩特有的。
特点:
粒度极细,粘土矿物定向排列,多具水平层理,手触有滑感,贝壳状断口。
但自然界中,纯粹的泥状结构不多,常有数量不等的粉砂混入,形成过渡结构类型。
陆源碎屑岩的构造
常见的构造:
各种层理构造、层面构造、同生变性构造、虫孔和虫迹构造等。
陆源碎屑岩的分类
按碎屑颗粒的大小,分为:
1、粗碎屑岩——砾岩(角砾岩)2、中碎屑岩——砂岩3、细碎屑岩——粉砂岩4、泥岩
陆源碎屑岩是指由母岩风化作用所形成的碎屑颗粒物质,经机械搬运和沉积作用,并进一步压实和胶结作用所形成的沉积岩类。
组成碎屑岩的三个部分:
碎屑颗粒、填隙物(杂基、胶结物)和孔隙。
粗碎屑岩—砾岩和角砾岩
一、定义、命名原则
粒度>
2mm的陆源碎屑颗粒组成的沉积岩,据碎屑颗粒的磨圆程度分为砾岩或角砾岩,松散的沉积物称为砾或角砾。
砾级碎屑(直径大于2mm)含量大于30%者为砾岩类。
其中:
砾级含量大于50%,为砾岩;
砾级含量在30—50%,砂(泥)质砾岩
砾级含量在5—30%,砾质砂岩或砾质泥岩
砾级含量<
5%,含砾砂岩或含砾泥岩
二、成分特征
1、颗粒成分特征:
以岩屑为主,少量的矿物碎屑。
成分明显受母岩性质控制。
不含重矿物,粗碎屑的成分复杂多样。
化学成份少见。
2、填隙物成分:
以细碎屑杂基为主,颗粒粒径<
2mm,岩屑或矿物碎屑都有,化学胶结物少见。
三、结构、构造特征
1、颗粒结构:
碎屑颗粒粗大,分选不好,磨圆可好可差,砾石表面常有一些特殊的痕迹,如冰川擦痕,沙漠漆等
2、填隙物结构:
有细碎屑杂基,也有化学胶结物,但量少
3、胶结类型:
多为基底式胶结,也有孔隙胶结
4、构造:
砾石有定向排列,可推断与水流向。
常发育大型交错层理和粒序层理。
四、粗碎屑岩的分类
分类原则:
粒度、形状、成因、地理位置等,理想的分类是成因分类但很难做到,常用多级分类
1、按圆度:
砾岩:
圆状或次圆状>
50%(占碎屑含量);
角砾岩:
次棱角状或棱角状>
50%
砾岩是长期搬运的正常沉积物,而角砾岩的成因则多种:
构造作用、火山作用、溶解作用
2、按砾石的大小:
巨砾>
256mm、粗砾256-64mm、中砾64-4mm、细砾4-2mm
当砾石分选差时,可用混积法命名。
3、按成分:
单成分砾岩:
单一成分大于75%;
复成分砾岩:
每种成分小于50
4、按砾岩在剖面中的位置:
层间砾岩:
整合地产于岩层中间底砾岩:
分布于侵蚀面上
5、按成因:
河成砾岩、海成砾岩、冰川角砾岩、崩积角砾岩、岩溶角砾岩、构造角砾岩等
五、主要成因类型及实例
1、滨岸砾岩主要是在波浪作用的淀岸地带,由河流搬运来的砾石沿海岸长期改造而成,其特点是砾石成分较单一,以稳定组分为主。
2、河成砾岩常见于山区河流,多位于河床沉积的底部,砾石成分复杂,由于搬运不远,故不稳定组分仍然存在。
3、洪积砾岩由山区洪流在流出山间峡谷进入平原时,流速骤减,致使带出的碎屑物质快速堆积而成。
4、冰川角砾岩由冰川作用形成,成分复杂,常见新鲜的不稳定组分,分选极不好,大的砾石和泥砂混杂。
5、滑塌角砾岩在地形陡峻地区的边界地带,常常由于某种地质营力作用发生崩塌,或沿斜坡发生地滑,从而形成滑塌角砾岩。
6、岩溶角砾岩其形成下伏物质(如膏盐层)被溶解而移去以及上覆地层的坍塌作用有关,尤其是石灰岩的坍塌。
中碎屑岩—砂岩
定义:
粒度在2-0.0063mm碎屑占50%以上的陆源碎屑岩称为砂岩。
一、砂岩的成分特征
1、碎屑颗粒成分:
Q——石英,F——长石,R——岩屑,
三者的成分特征取决于母岩的成分和沉积物的改造历史。
云母和绿泥石碎屑:
量少
重矿物碎屑:
量少,有指示物源的作用
成分成熟度=Q/(F+R):
指碎屑沉积组分在其风化、搬运和沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。
F/R反映物源特征,R反映气候和风化作用的特点。
2、填隙物的成分:
粘土和小于0.03mm的细碎屑颗粒;
铁质、钙质和硅质为常见。
二、砂岩的结构特征具典型的陆源碎屑结构
三、砂岩的构造特征发育各种层理、层面、同生变形构造和虫孔等
砂岩的分类
三端元四组分分类
首先根据杂基的含量,将砂岩分为两大类,杂砂岩(杂基>
15%)和净砂岩(杂基<
15%);
其次,根据砂岩的三种碎屑主要成分,按三角形图解进行成分划分;
Q(石英)端元:
石英、玉燧、石英岩和其他硅质岩屑;
F(长石)端元:
长石、花岗岩和花岗片麻岩类岩屑;
R(岩屑)端元:
除去花岗质和硅质岩屑之外的其他岩屑,以及碎屑云母和绿泥石。
成因意义:
Q端元反映砂岩的成分成熟度,F/R值反映物质来源和大地构造状况,F端元在一定程度上反映气候和风化作用的特点。
砂岩的名称及成分特征
1、石英砂岩:
Q>
95%,F+R<
5%;
2、长石石英砂岩:
Q=75-95%,F+R<
25%,F>
R
3、岩屑石英砂岩:
25%,R>
F
4、长石砂岩:
Q<
75%,F>
25%,F/R>
3
5、岩屑长石砂岩:
75%,F/R=3-1
6、长石岩屑砂岩:
75%,F/R=1/3-1
7、岩屑砂岩:
75%,R>
25%,F/R<
1/3
常见的砂岩岩石类型及成因
1、石英砂岩和石英杂砂岩
1)颜色:
黄白色或浅灰白色、浅红褐色;
2)成分:
石英和各种硅质岩屑的含量占砂级碎屑总量的95%以上,以单晶石英为主,仅含少量的长石、岩屑和重矿物。
3)结构:
磨圆度和分选性都比较好,成分成熟度和结构成熟度都最好;
4)填隙物成分和结构:
多为胶结物,成分为钙质或硅质、铁质及海绿石,杂基很少。
石英次生加大边。
5)构造:
交错层理、平行层理。
石英砂岩的形成环境与成因
高成熟度的石英砂岩是长期风化、分选和磨蚀的产物;
主要产于海洋环境,含海相化石和海绿石,与海相地层共生。
关于石英杂砂岩的成因,一般认为是由于石英形成与高能的浅海环境,堆积于障壁后的低能环境中形成的。
石英砂岩的出现标志着稳定的大地构造环境、基准面的夷平和长期的风化。
2、长石砂岩和长石杂砂岩:
淡黄色、灰绿色、肉红色等
2)碎屑颗粒成分:
主要为石英和长石,石英含量下于75%,长石大于18.6%,还有少量的岩屑。
3)碎屑颗粒结构:
粒度为中粒和中粗粒,分选性和磨圆度变化较大;
一般分选中等,次圆到次棱角状。
杂基:
主要为各种粘土矿物,重结晶形成长石的次生加大边;
胶结物:
主要为钙质和铁质。
长石砂岩的形成条件
母岩石含长石丰富的花岗岩和花岗片麻岩类,在形成过程中以物理风化为主,须有强烈的侵蚀与快速堆积的条件,埋藏后的蚀变作用要弱。
长石砂岩的成因:
A构造长石砂岩:
在构造强烈活动的地区,母岩风化的碎屑快速搬运和沉积而成,形成的长石砂岩分选和磨圆都差、杂基含量高,甚至形成长石杂砂岩。
B气候长石砂岩:
在干燥和寒冷的气候条件下,经过长期搬运的碎屑颗粒分选和磨圆都较好,长石表面新鲜、干净,重矿物含量高。
C基底长石砂岩:
位于花岗岩或花岗片麻岩的侵蚀面上,由长期的侵蚀和风化作用形成。
3、岩屑砂岩和岩屑杂砂岩:
灰色、灰绿色、灰黑色;
2)颗粒成分:
以岩屑和石英为主,少量的长石和黑云母;
石英含量小于75%,岩屑含量一般大于18.75%,岩屑与长石之比大于3,自然界中岩屑杂砂岩更为常见。
3)颗粒结构:
碎屑颗粒分选磨园都不好;
杂基为主,成分为粘土;
胶结物少,成分为钙质、硅质。
各种层理(粒序层理)、槽模、沟模等
成因:
需要强烈剥蚀、快速堆积的条件。
海相的浊积岩、强烈褶皱的侵蚀区附近的山前或山间盆地中。
陆相沉积环境中山麓冲积、洪积环境的沉积物等。
细碎屑岩—粉砂岩
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- 沉积 岩石