سنگ رسوبی چیست و انواع آن کدامند؟

سنگ رسوبی (Sedimentary rock) به سنگ هایی گفته می‌شود که از انباشت رسوب (معدنی و آلی) بر روی زمین و یا محیط‌های آبی و سپس فشرده شدن و سخت شدن این رسوبات ایجاد شوند. این سنگ ها در شرایط دما و فشار پایین شکل می‌گیرند. سنگ های Sedimentary در دو گروه اصلی طبقه بندی می‌‌شوند: آواری و غیر آواری (شیمیایی). سنگ رسوبی آواری از هوازدگی و فرسایش سنگ‌های قبلی ایجاد می‌شود. سنگ‌های غیر آواری، یا از نهشته شدن پوسته بدن جانوران آبزی در آب دریاها و اقیانوس‌ها ایجاد می‌شوند (آلو شیمیایی) و یا از حل شدن عناصر در آب و سپس تبخیر آب و ته نشینی عناصر شکل می‌گیرند (اورتو شیمیایی). از مهمترین سنگ های رسوبی می‌توان به تراروتن، سنگ آهک، کنگلومرا، ماسه سنگ، شیل و سنگ‌های رسوبی تبخیری مثل ژیپس و هالیت اشاره کرد. از Sedimentary rocks در ساختمان سازی، صنایع غذایی، ساخت سیمان و صنعت فولاد استفاده می‌شود.

سنگ رسوبی چیست؟

در صورت حمل و نقل رسوبات معدنی و آلی توسط فرایندهای طبیعی مثل باد و آب و ته نشینی رسوبات در آب چشمه ها‌، رودخانه ها، دریا و یا اقیانوس و سپس انباشت و فشرده شدن رسوبات با گذر زمان، سنگ‌هایی ایجاد می‌شود که سنگ رسوبی نام دارند. این رسوبات پس از انباشت و فشرده شدن، می بایست توسط یک سیمان به هم متصل شوند تا بتوانند به سنگ تبدیل گردند. سیمان سهم اصلی را در سنگ شدگی دارد و معمولاً شامل کوارتز و کلسیت می‌باشد. فلدسپات ها، دولومیت، ایلیت، کائولینیت، هماتیت، آنالسیت، انیدریت و کانی های دیگر نیز می‌توانند به  عنوان سیمان عمل کنند. سنگ های رسوبی در کنار سنگ ‌های آذرین و سنگ‌ های دگرگونی، جزء سه دسته اصلی و مهم سنگ‌ها طبقه بندی می‌شود.

رسوبی که در آب‌ها ته نشین می‌شود، می‌تواند دو منشاء داشته باشد: یا از فرسایش و انحلال سنگ‌های آذرین، دگرگونی و سنگ‌های رسوبی قبلی نشأت گرفته است؛ یا اینکه از انباشت بقایای گیاهان حاصل آمده است. بسته به اینکه منشاء رسوب کدامیک از این دو حالت باشد، انواع مختلف سنگ‌های رسوبی ایجاد می‌شود.

از طرف دیگر، برخی از Sedimentary rockها در نتیجۀ نهشته شدن رسوبات و سپس سیمانی شدن و متراکم شدن شکل می‌گیرند. برخی دیگر از سنگ‌های رسوبی از سیالات یا محلول های فراسیر شده (فوق اشباع) حاصل می‌شوند؛ مثل سنگ‌های تبخیری همچون سنگ نمک (هالیت) و سیلویت.

انواع سنگ رسوبی

مهمترین سنگ های رسوبی عبارتند از:

1. شِیل (Shale)
2. بِرِش (Breccia)
3. ماسه سنگ (Sandstone)
4. کُنگلومرا (Conglomerate)
5. گِلسنگ (Mudstone)
6. چرت (Chert)
7. دیامیکتایت (Diamiktite)
8. سنگ آهن نواری (Iron stone)
9. سنگ های فسفاتی
10. سنگ های کربناتی مانند سنگ آهک و تراورتن
11. تبخیری ها مانند سنگ گچ و سنگ نمک

سنگ هایی که در بالا نامبرد شد، مهمترین سنگ‌هایی هستند که طی فرایند رسوبگذاری و دیاژنز ایجاد می‌شوند. عکس تعدادی از سنگهای رسوبی در تصویر زیر نشان داده شده است.

 

طبقه بندی سنگ های رسوبی

هوازدگی فیزیکی و هوازدگی شیمیایی سنگ اولیه، نوع ذرات رسوبی، عوامل حمل و نقل و رسوب دهندۀ این ذرات و محیط رسوبگذاری متنوع است. بر این اساس، یک طبقه بندی کلی برای سنگ های رسوبی در نظر گرفته شده است و تمام سنگ هایی که در بخش قبل نام برده شد، در یکی از این طبقه بندی ها جای می‌گیرند.

1. سنگ های رسوبی آواری خاک زاد (Clastic terrigenous sedimentary rocks)
2. سنگ های رسوبی غیر آواری (شیمیایی)

این دو دسته در ادامه معرفی شده است.

1- سنگ رسوبی آواری

سنگ رسوبی آواری یا تریجِنیوس کلاستیک، به سنگ های رسوبی گفته می‌شود که از حمل و نقل رسوبات و سپس نهشته شدن این رسوبات در مکان‌های مختلف (مثلاً در تپه‌های بیابانی، مخروط‌ افکنه ‌ها، در میان فلات قاره‌، دلتای دریاها و رودخانه‌ها) شکل گرفته‌اند. نیروی جاذبه زمین، آب جاری مثل رودخانه ها و نهرها، حرکت یخچال‌های طبیعی، باد و جریان‌های گِل از جمله عوامل طبیعی هستند که در نقل و انتقال رسوبات نقش دارند. رسوباتی که سنگ های رسوبی آواری را می‌سازند، می‌توانند آلی و یا معدنی باشند. به این ترتیب، دو دسته از سنگ‌های آواری تشکیل می‌گردد:

• سنگ های آواری آلی.
• سنگ های آورای غیرآلی (معدنی).

سنگ‌های آواری آلی زمانی تشکیل می‌شوند که قسمت‌هایی از گیاهان و جانوران در زمین پوسیده می‌شوند و مواد بیولوژیکی از خود باقی می‌گذارند که فشرده شده و تبدیل به سنگ می‌شوند. زغال سنگ یک سنگ رسوبی است که طی میلیون‌ها سال، از فشرده شدن لاشه گیاهان تشکیل شده است.

سنگ‌های آواری غیرآلی از خرده سنگ‌ها یا تکه‌های شکسته شده سنگ‌های دیگر (نه از موجودات زنده) تشکیل می‌شوند. این سنگ‌ها، سنگ رسوبی آواری نامیده می‌شوند. یکی از شناخته شده‌ترین سنگ‌های رسوبی آواری ماسه سنگ است. قدرت عوامل انتقال دهنده (باد، آب و غیره) به اندازۀ ذرات سنگ بستگی دارد. از این رو، سنگ‌های آواری خاک زا، معمولاً بر اساس میانگین قطر کلاست (ذره آواری/خرده سنگ) طبقه بندی می‌شوند. این طبقه بندی به صورت زیر است:

1. قطعه سنگ: هر سنگ رسوبی آوارای با اندازۀ 256 میلیمتر، قطعه سنگ نامیده می شود.
2. قلوه سنگ: 64 میلیمتر
3. ریگ: 4 میلیمتر
4. شن (گراول): 2 میلیمتر
5. ماسه: در اندازۀ خیلی درشت (1 mm) تا خیلی ریز (0625 mm).
6. سیلت: 0039mm
7. رس

از میان ذرات آواری بالا، قطعه سنگ ها به نیروی بیشتری برای نقل و انتقال نیاز دارند. در مقابل، رس با کمترین نیرو قابل حمل و نقل است و به راحتی از طریق باد و جریانات آبی و یخ های موجود در یخچال های مناطق قطبی جابجا می‌شود.

کانی‌های رسی در سنگ‌های رسوبی، به‌ویژه گِل سنگ‌ها، فراوان هستند و برخی از آنها آواری هستند. کانی‌های رسی ممکن است در محل هوازدگی در اثر تجزیه جزئی مواد معدنی مانند فلدسپات تولید شده باشند. این کانی‌ها به صورت کلاست (ذرۀ آواری) منتقل می شوند. بنابراین، می‌توان آنها را به عنوان ذرات آواری ریز تا بسیار ریز بافت در نظر گرفت. به هر قطعۀ تشکیل دهندۀ یک سنگ آواری، کلاست (clastic) می‌گویند.

کنگلومرا، برش، شیل، ماسه سنگ، گِلسنگ، سیلت سنگ و رس سنگ، سنگ های رسوبی هستند که در گروه آواری ها (جزء سنگ های رسوبی آواری) قرار دارند.

2- سنگ رسوبی غیر آواری (شیمیایی)

به سنگ های رسوبی غیر آواری، سنگ رسوبی شیمیایی نیز گفته می‌شود. سنگ های رسوبی غیر آواری، سنگ‌هایی هستند که منشاء شان ناشی از رسوب و فشردگی سنگ های قبلی نیست؛ بلکه یا پوسته بدن برخی از جانوران دریایی است و یا عناصر شیمیایی موجود در سنگ ها یا رسوبات. از این رو، سنگ های رسوبی شیمیایی، به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. سنگ های رسوبی آلو شیمیایی یا آلو کمیکال (allo chemical)
2. سنگ های رسوبی اورتو شیمیایی یا اورتو کمیکال (ortho chemical)

سنگ های رسوبی شیمیایی را می‌توان در قسمت‌های مختلف کرۀ زمین، از اقیانوس گرفته تا صحراها و غارها، یافت. سنگ گچ، سنگ نمک، سنگ های کربناتی آلی و سایر کانی ها و سنگ های تبخیری، در گروه سنگ رسوبی شیمیایی قرار دارند. در ادامه، توضیحات بیشتری در مورد این دو گروه سنگ رسوبی (آلو شیمیایی و اورتو شیمیایی) ارائه شده است.

2- 1- سنگ رسوبی آلوکمیکال

بیشتر سنگ‌های آهکی در کف اقیانوس از رسوب کربنات کلسیم و بقایای جانوران دریایی (پوسته بدن‌شان) تشکیل می‌شوند. اگر سنگ آهک در خشکی یافت شود، می‌توان حدس زد که منطقه قبلاً زیر آب بوده است. علاوه بر سنگ های آهکی، چرت ها نیز از بقایای برخی جانوران آبزی پس از مرگ‌شان ایجاد می‌شوند. بنابراین، این دو سنگ منشاء آلی دارند و غیر خاک زا و غیرآورای محسوب می‌شوند. این سنگ ها برای شکل گیری، تحت تاریخچه‌ای کوتاه از حمل و نقل و سایش قرار می‌گیرند.

بنابراین، قطعات پوسته آهکی، قطعات پوسته سیلیسی و اُ اُئیدها (oöids) سنگ های رسوبی آلوکمیکال هستند. به دانه‌های کروی کربنات کلسیم با لایه های متحدالمرکز، اُ اُئید می‌گویند. عکس سه سنگ رسوبی آلوکمیکال را می‌توانید در تصویر زیر ببینید. در این تصویر، عکس سنگ رسوبی اُاُئید (Ooid)، سنگ آهن نواری (Banded iron ore) و سنگ آهک فسیل دار (Fossilized limestone) نشان داده شده است.

2- 2- سنگ های رسوبی ارتوکمیکال

ارتوکمیکال به سنگ رسوبی گفته می‌شود که مستقیما از ته‌نشینی عناصر موجود در محلول‌ها (بدون آنکه حمل و نقل شوند) رسوب می‌کند. یک مثال قابل درک از این مورد، ته‌نشینی نمک از آبِ دریاچه های نمک است. در این صورت، سنگ نمک یک سنگ رسوبی ارتوکمیکال است که به طور مستقیم، از تبخیر آب دریاچه نهشت کرده است، بدون آنکه آب دریاچه از محلی به محل دیگرمنتقل شده باشد. سنگ آهک، سنگ گچ (هالیت و انیدریت) و سازندهای آهن نواری را می‌توان در گروه سنگ های رسوبی ارتوکمیکال جای داد. کلسیت، هالیت و گچ در محل رسوب در پاسخ به فرآیندهای ژئوشیمیایی تشکیل می‌شوند.

تشکل‌های غار نیز در واقع سنگ‌های رسوبی ارتو کمیکال هستند. استالاگمیت‌ها و استالاکتیت‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که آب از سنگ بستر آهکی عبور می‌کند و یون‌های کلسیم و کربنات را در خود حل می‌کند. هنگامی که این آب غنی از مواد شیمیایی در داخل غار تبخیر ‌شود، کربنات کلسیم محلول در خود را به جا می‌گذارد. به این صورت، استالاکتیت (در کف غار) و یا استالاگمیت (در سقف غار) شکل می‌گیرد.

تراورتن را نیز می‌توان یک سنگ رسوبی ارتوکمیکال در نظر گرفت. زیرا از ته نشینی آهک در چشمه‌های آبگرم حاوی کلسیت (آهک) ایجاد می‌شود. تراورتن به عنوان یکی از محبوب‌ترین سنگ‌ های ساختمانی، استفادۀ فراوانی برای سنگ نمای ساختمان ها دارد.

فراوانی سنگهای رسوبی در کرۀ زمین

سنگ های رسوبی، در واقع پوسته جامدِ بیرونیِ نازک و سبک زمین که ضخامت آن 40 تا 100 کیلومتر است را تشکیل می‌دهند. همچنین 4 – 10 کیلومتر از حوضه‌های اقیانوسی توسط سنگ‌های رسوبی پوشیده شده است. پوسته سنگی رسوبی و رسوبات زمین، تنها حدود 5 درصد از حجم پوسته زمین را تشکیل می‌دهد که این به نوبه خود کمتر از 1 درصد از حجم کل زمین می‌گردد.

از طرف دیگر، رسوبات و سنگ‌های رسوبی 75% از سطح خشکی را تشکیل داده‌اند. بیش از 90% از حوضه‌های اقیانوسی و حاشیه‌های قاره نیز از رسوبات و سنگ‌ های رسوبی پوشیده شده است. به عبارت دیگر، 80 تا 90 درصد از سطح زمین به جای سنگ آذرین یا دگرگونی، با رسوبات یا سنگ‌های رسوبی پوشیده شده است. پوسته متشکل از سنگ رسوبی-رسوبات تنها یک لایه سطحی نازک را تشکیل می‌دهد. میانگین ضخامت پوسته در مناطق قاره‌ای 1.8 کیلومتر است. پوسته رسوبی در حوضه‌های اقیانوسی تقریباً 0.3 کیلومتر می‌باشد.

چرا مطالعه سنگ های رسوبی مهم است؟

رسوب شناسی بیش از آنکه توسط صنعت معدن کاری استفاده شود، در جستجو برای هیدروکربن ها استفاده شده است. زیرا بسیاری از کانه های رسوبی در داخل یا اطراف سنگ های آذرین و دگرگونی شکل می‌گیرند. دوم اینکه روش های سنجش و پی جویی برای تعیین محل کانسارها با روش های ژئوشیمیایی و ژئوفیزیکی صورت می‌گیرد. رسوب شناسی کمک قابل توجهی به مسائل مربوط به پیدایش کانسار با استفاده از جنبه های ژئوشیمیایی و پتروفیزیکی آن می نماید.

علم رسوب شناسی و سنگ های رسوبی برای اکتشافات مخازن آلی یعنی نفت و گاز مهم و کارآمد است. ارتباط این علم در معدن کاری نیز در دوجنبه مهم خلاصه می‌شود:

اول اینکه سهم زیادی در حلّ مسائل مربوط به ژنز کانسارها در سنگ های رسوبی دارد.

دوم اینکه به عنوان یک ابزار مفید در تحقیق برای توسعه تودۀ کانسار به کار می‌رود.

کاربرد سنگ های رسوبی

سنگ های رسوبی موارد استفادۀ متعددی در زندگی روز مرۀ ما دارند. از صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی گرفته تا صنعت ساختمان و فولاد. برخی از مهمترین کاربردهای انواع مختلف سنگ رسوبی عبارتند از:

• سنگ نمک: استفاده در صنایع دارویی، صنایع غذایی و استفاده در زمین شناسی جهت اکتشافات منابع آلی.
• سنگ تراورتن و مرمریت: استفاده در ساختمان سازی به عنوان سنگ نما، سنگ پله.
• سنگ تراورتن: در طراحی معماری به عنوان سنگ کف در لند اسکیپ باغ و ویلا.
• کنگلومرا و ماسه سنگ: در صورت فشردگی مناسب، در ساختمان سازی به عنوان سنگ نما و سنگ کف باغ و بوستان.
• سنگ آهن نواری: استفاده در صنایع ساخت فولاد.
• سنگ گچ: ماده اولیه و بسیار پرکاربرد در ساختمان سازی.
• شیل: به عنوان یک سنگ کلیدی جهت اکتشافات منابع و ذخایر نفت و گاز. علاوه بر شیل، سنگ گچ نیز دیگر سنگ رسوبی مهم و مفید برای اکتشافات زمین شناختی منابع آلی هستند.
• ماسه سنگ: به عنوان سنگ مخزن مهم نفت، گاز و آب محسوب می‌شود. ماسه سنگ های غنی از کوارتز، منبع اصلی در صنعت شیشه سازی برای ساخت شیشه هستند.
• کنگلومرا: به عنوان مخازن مهم برای سیالاتی نظیر آب های زیر زمینی.
• سنگ آهک و سنگ های کربناتی: استفاده در صنعت سیمان جهت ساخت سیمان؛ استفاده در ساختمان سازی؛ استفاده در صنایع فولاد.