硬石膏
[拼音]：chenji zuoyong
[英文]：sedimentation
廣義指造巖沉積物質進行堆積和形成岩石的作用。包括母巖的解離（提供沉積物質）、解離物質的搬運和在適當場所的沉積、堆積，以及經物理的、化學的和生物的（成巖的）變化，固結為堅硬岩石的作用。狹義的指沉積物進行沉積的作用。更為狹義的指介質（如水）中懸浮狀物質的機械沉澱作用。在沉積學中，常使用比較狹義的概念，把沉積作用定義為沉積物質在地表溫度及大氣壓力下以成層方式進行堆積或形成的作用及過程，包括沉積物埋藏以前(即成岩作用開始以前)自風化、搬運以至堆積的全過程。很多人使用廣義的沉積作用的概念，如礦床學中常把沉積演化過程中形成的礦床統稱為沉積礦床，這是相對岩漿作用或變質作用等與內動力有關的作用而言的。
原有岩石的風化解離和溶解提供了最重要的沉積物來源，其他來源是生物物質，火山物質以及少量宇宙物質，它們佔比較次要地位。風化作用是沉積作用過程中最早的一個階段。沉積物質經風化作用形成之後進入搬運階段。對沉積物進行搬運的主要營力是水和風，此外，還有重力和生物等的搬運。
風化作用
是地殼最表層岩石在大氣、水、生物等影響下進行的,它包括物理的、化學的和生物的3種作用，發生在岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈的介面相交錯重疊的表生帶內。此帶的特點是低溫，低壓，富水、氧和二氧化碳，生物活動強烈。在地殼深部形成的岩石一旦進入這種表生環境，便發生解體，產生3種物質,即碎屑（機械破碎的礦物和岩石碎屑）、不溶殘餘（粘土礦物為主）及溶解物質。
總的來說，以崩解方式對岩石進行破碎的物理風化比較次要，而使岩石進行分解和溶解的化學風化則重要得多。然而在特殊情況下，例如在嚴寒的極地、氣候乾旱、溫度變化劇烈的沙漠地帶和溫帶的高山區，物理風化可起主導作用。母巖的性質、風化作用型別和母巖遭受風化的深度，決定了風化產物的性質及各類產物間數量比。象石英岩這樣的岩石經風化後，只能形成碎屑物質；岩鹽只能成為溶解物質。物理風化只能形成碎屑物，化學風化才能形成溶解物和殘餘物質。在風化初期，長石可變成伊利石，進一步風化時生成高嶺石或蒙脫石。當風化很深時，則出現氧化鋁礦物。在風化徹底、岩石完全分解的情況下，可提供成熟的沉積物，它們幾乎全由風化的最終產物組成，主要是粘土和穩定的礦物碎屑及岩屑。它們在搬運中進一步分選，分別沉積為成分單一的沉積物。相反，風化程度較低，未完全分解的岩石所提供的是不成熟的沉積物，其中可含有很多不穩定的礦物碎屑及岩屑。因此而產生的沉積物成分複雜，成為穩定的和不穩定的礦物碎屑、岩屑、重礦物和粘土的混合堆積。
搬運和沉積作用
母巖風化產物除少數殘餘在原地並組成風化殼外，大部分都要被搬運走。由於風化產物的性質不同，搬運和沉積的方式也不同。一種是碎屑物質的搬運和沉積，稱為機械搬運和沉積作用；另一種是溶解物質的搬運和沉積，稱為化學和生物化學搬運和沉積作用。
機械搬運和沉積作用
碎屑物質進行機械搬運和沉積，主要受力學定律的支配。
（1）泥砂的搬運方式。砂和泥一類的碎屑物質，在水中以機械方式搬運，當水中此類物質不多時，大部分以滾動、挪動和跳躍方式沿底部運動的推移質攜運；少部分則以水中呈懸浮狀隨水流移動的懸移質攜運。這就是牽引流的攜動方式。許多河流、風、湖或海的波浪及一些海流和湖流都是這樣搬運物質的。當被搬運的物質很多，如成為濃度很大的碎屑和水的混合物時，就成為高密度流或重力流(或塊狀流)，如泥石流、濁流等。搬運中的流速與粒度的關係可用圖解表示（圖1）。
圖中始動流速曲線表示推動一給定粒度的顆粒所需的最小流速，沉積臨界流速曲線表示一給定顆粒開始沉積的最大流速。粒徑大於 2毫米的礫石的始動流速與沉積臨界流速相差很小，即流速變化很小，礫石即可改變其搬運或沉積狀態，故在自然界礫石難以長距離搬運。小於0.06毫米的顆粒的始動流速與沉積臨界速度相差很大,即流速有較大變化,顆粒仍可攜行，故粉砂和泥質一經搬運,即可長期懸浮而不易沉積。2～0.06毫米間的顆粒的始動流速最小，故砂粒在流水搬運中最為活躍。
（2）流體的搬運和沉積作用。碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積，主要與水的流動狀態(層流或紊流、急流或緩流)以及水的流速與深度等有關。可以被流水搬運走的沉積物表層稱為床沙，它的厚度被定義為顆粒直徑的兩倍。在流水中顆粒的沉降速度大到一定程度時（如在懸浮搬運時，沉降速度大於平均流速的8％時）,顆粒就會沉積下來。當流動為紊流時，由於對顆粒有上浮的作用，情況要複雜得多。流體的搬運有牽引流和重力流的搬運。
牽引流的搬運。牽引流是使顆粒呈推移狀搬運的水流。河流、波浪流、潮汐流、沿岸流（發生於破波帶向陸方向地帶的平行於海岸的流動）、濱岸流（發生於破波帶向海方向地帶的平行於海岸的流動）、等深流（發生在外陸棚及斜坡上的平行於海岸線的流動）均屬於牽引流性質。在牽引流中,當流速大於顆粒始動流速時,顆粒可以沿床沙表面移動或滾動。流體經過顆粒表面時，由於顆粒頂部水體流線密，壓力小，旁側及近底部流線疏，壓力大，因而產生上浮力。如重力對顆粒的作用小於(或近乎小於)此上浮力,則顆粒可以躍起（圖2），
並隨流水向前跳躍，此即跳躍式搬運或間歇懸浮式搬運。滾動、挪動及跳移都是牽引流的重要搬運方式。由顆粒組成的床沙受到流水推力,必產生與之對應的反作用力,即產生一種阻抗。這種阻抗在床沙表現為粗糙度增加，呈現形如洗衣用的搓衣板狀。流水作用於床沙的力愈大，床沙產生出的阻抗愈大，即所表現出的床沙粗糙度愈強。在形態上出現一系列不同型別的幾何形體，稱之為床沙形體或底形。沉積物經牽引流搬運，在床沙上即沉積物表面造成的不同形狀的床沙形體系列為：下平坦床沙-沙紋-沙壠(沙浪)-上平坦床沙-逆行沙波。它們儲存在層面上便是各種波痕，埋藏下來的內部形態便是各種交錯層理（見沉積岩）。
重力流（密度流）的搬運。重力流是一種高密度的碎屑和水或大氣的混合流體，顆粒在重力流中呈懸浮狀運移。重力流分為2種。一種是水下沉積物重力流,包括濁流、液化沉積物流、顆粒流和碎屑流。在濁流中支撐顆粒的力是渦流的浮力，顆粒流中支撐顆粒的力是顆粒間碰撞而產生的推力，液化沉積物流中支撐顆粒的力是向上的粒間流，而在碎屑流中支撐顆粒的力則是雜基的強度。另一種是大氣重力流包括火山噴發時在空中形成的熱灰雲和火山口附近形成的熱氣底浪沉積及火山灰流。重力流沉積分選性很差，無大型交錯層理，常呈塊狀及粒序構造。重力流常見於大陸的沖積扇、深湖和深海或半塗海環境中。在淺海帶還可因強烈的颶風造成具有密度流性質的風暴流。風具有牽引流性質,其密度很小,所搬運的顆粒粒度受到侷限，主要是粉砂和泥，但因泥質可在大氣中長期懸浮，故風的沉積物主要是粉砂和一部分極細砂。在特殊情況下，如火山爆發時噴出的大量火山灰也可在空氣中形成密度流。
化學、生物化學搬運和沉積作用
母巖風化後轉入溶液的物質包括膠體物質和真溶液物質，常見的膠體化合物有Al2O3、Fe2O3、 MnO、SiO2、粘土礦物、磷酸鹽礦物等。當膠體在搬運過程中失去穩定性時，膠體物質就會發生凝聚作用,又叫做絮凝作用。在重力的作用下,在合適的環境裡，逐漸沉積下來。影響膠體發生凝聚和沉積的因素有：帶有不同性質電荷的膠體相遇、溶液中有電解質的加入、膠體溶液濃度增大、以及pH值的變化。此外，放射線照射、毛管作用、劇烈的振盪，以及大氣放電等，都可導致膠體的凝聚。
氯、硫、鈣、鈉、鎂、鉀等多呈離子狀態溶解於水中，即呈真溶液狀態搬運，有時鐵、錳、矽和鋁也可呈離子狀態在水中搬運。可溶物質的溶解、搬運和沉澱與其溶解度有關，就物質本身來說，是與其溶度積常數有關。即在一定溫度下，組成該化合物的離子濃度（在水中）的乘積大於溶度積時沉澱，小於時則溶解。如硬石膏的溶度積為6.1×10-5,當溶液中[Ca2+]×[SO厈]等於或大於此值時，硬石膏即析出；小於此值時，則硬石膏溶解。此外，象介質的pH值、Eh值、溫度、壓力,以及CO2含量等，也可影響可溶物質的溶解、搬運與沉澱。各種物質從溶液中沉澱出來都有一定的pH值條件，但是pH值對氫氧化物和氧化物的影響較大。Eh值對於變價元素如鐵、錳等的影響較大。溫度與蒸發作用（壓力大小）可以改變化學反應的進行方向和溶液濃度，對於碳酸鹽和鹽類的影響較大。
膠體物質和某些真溶液物質如磷酸鹽和碳酸鹽及一些鐵質礦物，當從溶液中析出後，也可能以顆粒形式經過機械搬運再沉積。此時，這些沉積受水動力即物理因素控制，表現出與碎屑沉積物相同的沉積特徵，這些顆粒稱為異化顆粒。
生物在沉積和在沉積演化的各階段大都參與了作用，特別是晚前寒武世以來，有愈來愈重要的意義。生物通過自己的生機活動，直接或間接地促使化學元素、有機或無機的各種造巖造礦物質進行分解、化合、遷移、分散與聚集作用，並在適宜的場所促使形成岩石和礦床。
其他的搬運和沉積作用
冰由於密度大，可攜帶包括從巨礫至砂和泥各種粒級的沉積物，無論在大陸或海中，冰磧物均表現出分選極差和成分複雜的特徵。地下水也可搬運泥砂顆粒，大都在已沉積的顆粒間進行。其搬運距離小、數量小，但常可形成一些特殊構造，如示底構造、滲濾砂沉積等，可作為鑑別層序及成因的標誌。重力的搬運和沉積作用在大陸和海洋條件下，可造成如崩塌堆積物、生物礁塌積物等。雨水的衝濺、天體對地球的撞擊，均可造成區域性的短暫的搬運和沉積。生物的搬運也是一種較普遍的形式，在沉積岩中常可看到生物的生機活動所留下的遺蹟，稱為遺蹟化石。生物的搬運量不大，但常可造成有成因判別意義的構造。
沉積分異作用
沉積作用總體上講，包括風化、搬運和沉積幾個階段，但它們不是截然分開的。如在搬運中也可遭受風化,而搬運與沉積的相互轉化,則更是經常發生的。在沉積演化的整個過程中，都貫穿著元素（有時是某些物質）的遷移、分異及摻合作用。所謂分異作用，指在沉積岩形成作用全過程中母巖及其風化產物的組成物質按照物理和化學性質相互分離的作用。對於岩石和礦床的形成來說，分異作用具有很大意義。從大的階段來看,可以劃分出3種分異作用，即風化分異、搬運與沉積過程中的沉積分異和沉積物埋藏以後的沉積期後分異。在風化階段，由於各種元素的可遷移性不同，形成具有分帶性的風化殼礦床。搬運和沉積過程中的沉積分異包括機械的和化學的兩方面的作用，作用的結果形成各類碎屑岩（礫岩、砂岩等）、砂礦礦床及某些化學沉澱礦床 (石膏、岩鹽等)。沉積物埋藏後的元素分異涉及的是化學的和物理化學的，以及生物化學的作用。由於它們所經歷的地質時間間隙最長，故可形成一系列有價值的礦床（可燃有機礦床、賤金屬硫化物礦床及許多非金屬層控型礦床等）。
參考書目
劉寶珺主編:《沉積岩石學》,地質出版社,北京,1980。
H.布拉特等著，《沉積岩成因》翻譯組譯校：《沉積岩成因》,科學出版社，北京，1978。(H.Blatt,et al.,Origin of SedimentaryRocks,Prentice Hall Inc.,Englewood Cliffs,New Jersey,1972.)