靖边波浪谷砂岩地貌景观 摄影/李青洲
“这石头一层一层的，像千层饼一样，真神奇！”是呀，看到如此精美壮观的景象，很难不被它神奇的外观所吸引。那么，是什么岩石构成了如此精美的画卷？它又是如何形成的呢？其实，形成如此雄浑瑰丽画面的岩石就是我们最常见的一种岩石——砂岩。它在地球表面分布非常广泛，我国四川、云南、山东、河北、河南、山西、陕西等地均有大面积分布。
靖边波浪谷砂岩地貌景观 摄影/李青洲
砂岩是一种什么岩石
砂岩属于沉积岩的一种，是风化破碎的岩石被流水或风搬运到河谷、湖泊或海滨等地沉淀下来，而在搬运过程中岩石相互撞击、摩擦，使颗粒逐渐破碎变小，成为2毫米以下的颗粒，水中的钙、硅、铁、黏土等化学物质将这些颗粒粘结在一起，再经过千百万年堆积压实后形成的一种岩石，其主要成份为岩石碎屑（含量50%以上），也有长石、石英等矿物颗粒，根据其含量又可分为长石砂岩、石英砂岩、岩屑砂岩等不同类型。
砂岩的颜色取决于其中砂粒和胶结物的颜色，当砂岩中的氧化铁含量较高时，岩石往往呈红色；当砂粒以石英、角闪石等矿物为主时则呈现灰白色；当岩石以钾长石为主时则呈现出肉红色。当物质来源及古气候不断发生变化时，砂岩岩层往往表现出不同颜色，红、黄、灰、绿等颜色的砂岩层交替出现。
砂岩中的层理结构
在砂岩的垂面上，我们常看到平行或倾斜相交的纹层，绘制成一幅幅精美的岩画，这就是砂岩的层理，也是我们常看到的“千层饼”。层理是砂岩中典型的沉积构造，是在流水与重力作用下不同成分、不同粒度的砂粒按一定规律排列形成的纹层状构造，在形成层理的层面上常形成波痕、雨痕等现象，记录了大海或湖面波光粼粼的美景与岸边暴雨倾盆的自然现象，层理与层面不仅形成精美的图案，成为著名的旅游景观，还具有很高的科研价值，是研究古水流变化、水流方向、沉积环境等问题的重要依据。
砂岩层面上的波痕
砂岩形成的地貌景观
砂岩层理线条流畅、雄浑自然，宛如大自然神来之笔勾勒出的巨幅山水画面。砂岩在内、外动力地质作用下，会形成奇峰、陡崖、赤壁、巨石等自然景观，成为旅游者的最爱。嶂石岩地貌、张家界地貌和丹霞地貌是我国著名的三大砂岩地貌景观。
邢台大峡谷砂岩板状交错层理与平行层理风化形成的猿人头像（嶂石岩地貌）
发育于河北省的嶂石岩地貌就是16亿年前砂岩风化形成的典型地貌。1972年河北省科学院地理研究所的郭康在太行山考察中发现了一种气势壮阔的红崖长墙砂岩地貌，经多年研究后正式命名为嶂石岩地貌。“嶂石岩地貌”特点是丹崖长墙连续不断，阶梯状陡崖贯穿全境，嶂谷相连成套，砂岩具有棱角鲜明的块状结构。
张家界地貌是4亿年前海相沉积的石英砂岩经过抬升、剥蚀、崩塌形成的方山、平台、峰墙、石柱、石峰、峰林等地貌景观，其中最著名的峰林主要发育于泥盆纪砂岩分布区，包括天子山周围一圈以及王家峪至黑草沟一带，总面积85.9平方千米，共有3000多个石柱和石峰，峰林相对高度从几十米到400米不等，形态万千，形成御笔峰、西海石林、神兵聚会等景观。
张家界石英砂岩峰林地貌 摄影/赵洪山
丹霞地貌以红色砂岩的陡崖为特点，其中广东丹霞山是该地貌的命名地，其地貌景观的形成可以追溯到恐龙时代。在炎热的气候条件下，风化作用强烈，而红色的赤铁矿（氧化铁）则是抗风化能力最强的矿物之一，能够大量保留下来，形成了红色砂粒堆积。后来这些红色砂粒深埋地下，被层层压实，形成红色的砂岩。这些砂岩经过构造抬升、风化剥蚀作用，最终将远古的这一抹霞光以秀美丹壁的形式展示在世人面前。除丹霞山外，甘肃张掖彩丘、江西龙虎山也十分著名。
甘肃张掖七彩丹霞（上图）
丹霞山摄影/赵洪山（下图）
砂岩的用途
除了形成精美的画卷，砂岩的用途也十分广泛。砂岩本身具有防滑、环保等特点，是使用最广泛的石材之一，多用于雕刻、装饰等。云南的黄木纹砂岩，四川、江西等地的红砂岩均是很好的雕刻与装饰材料。四川乐山大佛、山西云冈石窟也是在砂岩岩层上直接雕刻而成。国际上也有很多古建筑是用砂岩装饰的，如印度的德里红堡、法国的卢浮宫等著名建筑。
乐山大佛雕凿在砂岩上
印度德里红堡建筑用石
使用红色砂岩
当砂岩中充填于砂粒间的化学胶结物不够充足时就会形成一些孔隙，为地下水或石油的运移与储存提供充足的空间，因此人们在寻找地下水时往往对孔隙度较发育的砂岩层特别关注。当然砂岩是否储水储油，还受其他条件制约。
此外，流水在搬运砂粒的同时，也会将从岩石中风化出的成矿物质一起运移，经过水流的淘洗，成矿物质会发生聚集，形成沉积型矿床，如砂金、砂岩型铜矿、砂岩型铀矿、石膏等，均是砂岩层中常见的沉积型矿床。
大自然不单是鬼斧神工的能工巧匠，也是巧夺天工的艺术家，承载着无数的奥妙和哲理，蕴藏着数不清的丰富资源，等待我们去探索、去挖掘。
作者单位：河北省区域地质调查院（河北省地学旅游研究中心）
来源：地球杂志
原标题：砂岩：大自然做的千层饼
编辑：千里雁啼
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