تغطي الصخور الرسوبية نحو 80% من سطح اليابسة؛ إلا أنها لا تشكل سوى 5%، من كتلة الستة عشر كيلو متراً العليا، من القشرة الأرضية. ويناهز متوسط عمقها، في القارات 1800 متر. أما في المحيطات، فيكون الغطاء من الصخور الرسوبية رقيقاً، لا يتجاوز متوسط عمقه 300 متر. يقدر، إذاً، متوسط عمق الصخور الرسوبية، على سطح الأرض، بنحو 800 متر، أو ما يشكل 4.8%، من مجمل القشرة الأرضية، ونحو 0.13% من الأرض برمتها.
أ. مراحل تكون الصخور الرسوبية
الصخور الرسوبية، يكتمل تكونها، على عدة مراحل، هي:
1- تجوية الصخور الأصلية، التي قد تكون صخوراً نارية أو متحولة أو رسوبية، بعوامل التجوية المختلفة ـ منها ما هي كيماوية، تؤدي إلى ذوبان مكونات الصخر في الماء، ومنها ما هي ميكانيكية، تؤدي إلى تفتت الصخر، من دون أن يتغير تركيبه، الكيماوي أو المعدني.
2- نقل المواد المجواة، بوسائل النقل المختلفة، مثل المياه الجارية على السطح، أو المياه الجوفية، والرياح، والجليد الزاحف؛ والمناطق الواقعة فوق مستوى سطح البحر. وتنتقل نواتج التجوية الكيماوية، على شكل محاليل في الماء فقط، سواء كان على شكل جريان سطحي أو مياه جوفية. أما نواتج التجوية الميكانيكية، فهي تنتقل بالمياه الخارجية على السطح، بأشكالها المختلفة (أنهار، أودية، جريان صفائحي)؛ وبالرياح، على شكل رمال قافزة، أو غبار معلق في الهواء، خاصة في المناطق، الصحراوية وشبه الصحراوية؛ وبالجليد الزاحف، في المناطق الباردة، وقمم المرتفعات.
3- رسوب المواد المحمولة سواء في القارات أو في البحار والمحيطات. ويكون رسوب الفتات المحمول رسوباً ميكانيكياً، بفعل الجاذبية الأرضية، عندما تتغلب قوة المقاومة على القوة الدافعة. أما المواد الذائبة في المحلول المائي فترسب إما بطريقة كيماوية بحتة عندما تتركز الأيونات في المحلول المائي، إلى درجة التشبع، بالنسبة إلى المعادن المتبلورة؛ أو بطرائق حيوية وبيوكيماوية، تستخلص فيها الكائنات الحية، في البحار والمحيطات والبحيرات، بعض الأيونات، التي ربما لا تكون قد تركزت في المحلول المائي إلى درجة التشبع؛ لتكون بها أصدافها.
4- تعرض الرواسب لعمليات النشأة المتأخرة، الدياجنسس Diagenesis المتمثلة في عمليات، فيزيائية وكيماوية وحيوية تسفر عن تلازم Compaction الرواسب وتلاحمها Sementation وإعادة تبلورها Recrystallization.
ب. تصنيف الصخور الرسوبية
تصنف الصخور الرسوبية، تبعاً لعمليات تكونها، فئتين رئيسيتين، هما: الصخور الفتاتية Clastic أو ما يسمى، أحياناً، الصخور الرسوبية ميكانيكية النشأة؛ والصخور الرسوبية كيماوية النشأة وبيوكيماوية النشأة
1- الصخور الرسوبية ميكانيكية النشأة (الفتاتية)
تتكون هذه الصخور من فتات الصخور، النارية والمتحولة والرسوبية، الناتج من عمليات التجوية، الميكانيكية والكيماوية، والذي ينتقل بأي من وسائل النقل المختلفة مثل المياه الجارية على السطح، والرياح، والجليد، والأمواج؛ ليرسب في بيئات مختلفة، حيث تتغير الظروف، وتصبح قوة المقاومة أكبر من القوة الدافعة. وبعد استقرار الرواسب في البيئات الجديدة، تتعرض، مع مرور الزمن، لعمليات، فيزيائية وكيماوية وحيوية، تجعل منها صخوراً، بواسطة التلاز؛ والتلاحم بالمواد اللاحمة، مثل كربونات الكالسيوم، والسليكا؛ وإعادة تبلور بعض المعادن. ويطلق على هذه العمليات مجتمعة، اسم الدياجنسس، أو عمليات النشأة المتأخرة.
أ- عمليات النشأة المتأخرة للصخور الرسوبية الفتاتية
- التلاز والذوبان بالضغط Compaction and Pressure Dissolution
تتمثل عملية التلاز، خلال المراحل الأولى لعمليات النشأة المتأخرة، في طرد الماء من الرواسب تراصّ الحبيبات Closer Packing. فعند الرسوب، يكون تراصّ الرواسب، المكونة من حبيبات عالية الاستدارة، ومتجانسة الحجم، من النوع المكعبي؛ لذلك، تكون مساميتها عالية، قد تزيد على 50%. ومع بدء عملية التلاز، تأخذ مساميتها في التناقص، لتحول تراصّ الحبيبات من النوع المكعبي، إلى السداسي الموشوري ومع استمرارية التلاز، بفعل ضغط الحمل، تبدأ الحبيبات الضعيفة بالتكسر والانثناء. وللذوبان بالضغط، عند نقاط الاحتكاك بين حبيبات الرواسب، أهميته في عمليات النشأة المتأخرة. إلا أن دوره يكون ضعيفاً، إذا كانت الرواسب، قد تلاحمت، في البداية، قبل اندفانها في الأعماق؛ وما ذلك إلا لأن ضغط الحمل، يتوزع، ولا يتركز في نقاط الالتقاء أو الاحتكاك.
- التلاحم بالسليكا Silica Cementation
يعد نمو بلورات المرو Quartz Overgrawth، من أهم أنواع التلاحم بالسليكا. ففي هذا النوع من التلاحم، ترسب السليكا، من المحلول المائي، فوق أسطح حبيبات المرو. ويعتقد أن تركّز السليكا العالي في ذلك المحلول، والذي يقود إلى نمو بلورات المرو، على الأسطح ـ يرجع إلى عمليات الذوبان بالضغط، عند نقاط الالتقاء بين الحبيبات.
كما يتحقق هذا النوع من التلاحم، بالرسوب الكيماوي، من المحلول المائي، لتتكون بلورات جديدة للمرو، أو الأوبال Opal، في مسام الرواسب؛ كما يحدث في التربة، عند تكون الآفاق السليكاتية Silcretes.
- التلاحم بالكربونات Carbonate Cementation
يعد معدن الكالسايت (كربونات الكالسيوم) CaCO3، من أهم المواد اللاحمة، في الصخور الرسوبية الفتاتية. ويليه في الأهمية معدن الدولوميت (كربونات الكالسيوم والماغنسيوم) Dolomite CaMg(CO3)2، ثم معدن السدرايت (كربونات الحديد) Siderite FeCO3. وتكون المادة اللاحمة، من الكربونات، إما متوزعة، بالتساوي، في جميع أجزاء الصخر، أو متكتلة في بعضها.
- التلاحم بمعادن الطين Clay mineral authigenesis
تتلاحم الرواسب الفتاتية، بالرسوب الكيماوي لمعادن الطين، من المحلول المائي، عندما يصل إلى درجة التشبع، بالنسبة إلى تلك المعادن. ورسوب معادن الطين في مسام الرواسب، يؤثر كثيراً في مسامية الصخر ونفاذيته، ومن ثم يحد من القدرة، التخزينية والاستقلالية، للسوائل، من الماء والنفط، في الصخر. ويعد معدنا الكالينايت Kaolinite والإيلايت Illite، أكثر أنواع معادن الطين مساهمة في تلاحم الرواسب، خلال عمليات النشأة المتأخرة، وخاصة في الحجر الرملي. إلا أن معادن الطين الأخرى، مثل معدن المونتموريلونايت Montmorillonite؛ والطبقات المختلطة، من المونتموريلونايت والإيلايت Mixed-layer Illite-Montmorillonite؛ ومعدن الكلورايت Chlorite ـ تساهم في تلاحم الرواسب، خلال هذه المرحلة.
ويؤثر نوع معدن الطين في المادة اللاحمة، في إمكانية استغلال خزانات الصخور الرملية؛ فرسوب معدن الكالينايت، في مسام الرواسب، كمادة لاحمة، يقلل المسامية؛ لكن تأثيره في نفاذية الصخر قليل جداً. أما رسوب معدن الإيلايت في المسام، كمادة لاحمة، فيقلل كثيراً من نفاذية الصخور الرملية، بواسطة إغلاق حناجر المسام، لكن تأثيره في مسامية الصخر، يكون محدوداً.
- التلاحم بأكاسيد الحديد Hematite Cementation
يرجع اللون الأحمر، للعديد من الصخور الرسوبية الفتاتية، إلى رسوب أكاسيد الحديد، على شكل معدن الهيماتايت Hematite Fe2O3، كطلاء على أسطح حبيبات الرواسب، وخاصة تلك القارية، في الصحاري، والأنهار، وسهول الفيض، والمراوح الفيضية. ويكون معدن الهيماتايت طلاء رقيقاً جداً، على الحبيبات الأصلية، وعلى بلورات المعادن الثانوية، من الطين والمرو والفلسبار، التي رسبت في مسام الرواسب.
ب- تصنيف الصخور الرسوبية ميكانيكية النشأة
تضم هذه الفئة من الصخور الرسوبية، مجموعة من الصخور، مختلفة رواسبها الأصلية، شكلاً وحجماً وطريقة تلاحم. وأنواع الصخور الرئيسية، في هذه الفئة، هي الأحجار الوحلية Mudrocks، والطفل Shale، والأحجار الرملية Sandstones، وصخور الكونجلامرت Conglomerates، وصخور البريشا Breccias).
- الحجر الوحلي
الحجر الوحلي، هو أكثر أنواع الصخور الرسوبية وجوداً؛ إذ يشكل ما نسبته 45ـ55% منها. وهو يتكون، أساساً، من معادن الطين، ومعدن المرو، في حجم الغرين (السلت Silt). وحبيبات الطين، لا يزيد قطرها على 4 ميكرومترات؛ بينما يراوح قطر حبيبات الغرين بين 4 ميكرومترات و62 ميكرومتراً.
ولا يسمى هذا النوع من الصخر، حجراً وحلياً، إلا إذا كان كتلياً، يفتقد خاصة الانفصال إلى صفائح رقيقة. أما إذا كان الصخر طبقياً، وينفصل إلى صفائح رقيقة، فإنه يسمى طفلاً Shale. وإذا كانت نسبة الطين في الحجر الوحلي، هي الغالبة، فإنه يسمى حجراً طينياً Clay stone. وإن كان الغرين، في الحجر الوحلي، أكثر من الطين، فإنه يسمى حجراً غرينياً Silt Stone.
والصخور الوحلية، ترسب في العديد من البيئات، ولا سيما في سهول الفيض، على ضفاف الأنهار؛ وفي البحيرات ومناطق الدلتا. ولأن الصخور الوحلية، تتجوى، بسرعة، عندما تكون مكشوفة، على السطح؛ فهي تشكل المناطق المنخفضة؛ وخاصة في الأقاليم الرطبة. ويعتمد لون حجر الوحل، على نوع المعادن المكونة له، ونسبة المواد العضوية فيه؛ فإن ازدادت نسبة المواد العضوية، ومعدن البايرايت Pyrite، في الصخر، فإن لونه يميل لأن يكون رمادياً أدكن، إلى أسود؛ كما هو الحال في صخور الوحل، الراسبة المناطق البحرية ومناطق الدلتا. وإذا احتوى حجر الوحل على نسبة عالية، من أكاسيد الحديديك، تغلق معظم حبيباته، فإنه يأخذ اللون الأحمر، إلى البنفسجي. أما إذا كانت أكاسيد الحديديك، لا تغلق معظم حبيبات الصخر، فإن لونه يكون بنياً. وعندما يخلو حجر الوحل، من أكاسيد الحديديك والمواد العضوية، فإن لونه يصبح أخضر؛ بسبب أكاسيد الحديدوز، في بلورات معدني الإلايت Illite والكلورايت Chlorite، الطينية.
- الحجر الرملي
يسمى الحجر الرسوبي حجراً رملياً، إذا كانت حبيبات رواسبه في حجم الرمل، أي يراوح قطرها بين 62 ميكرومتر ومليمترين. وتكون حبيبات الرواسب الرملية، أساساً، من معدن المرو، الذي يشكل نحو الثلثين، في المتوسط؛ ومعادن الفلسبار، التي يراوح متوسط نسبتها بين 10 و15%؛ إلا أنها قد تصل إلى نحو 50%، في بعض أنواع الحجر الرملي. وأهم معادن الفلسبار، في الحجر الرملي، هي: الميكروكلاين Microcline، والأورثوكليز Orthoclase. أما المعادن الأخرى، الموجودة فيه، بنسب ضئيلة، فهي معادن المايكا والطين، مثل: البايوتايت Biotite، والمسكوفايت Muscovite، والكالينايت Kaolinite، والإيلايت Illite، والكلورايت Chlorite؛ والمعادن الثقيلة، مثل: الزيركون Zircon، والتورمالين Tourmaline، والروتيل Rutile، والأباتايت Apatite، والجارنت Garnet، والستايورايت Staurotite، والأيبيدوت Epidote.
ويصنف الحجر الرملي، بناءً على توقيع نسبة معدن المرو، ومعادن الفلسبار، وحطام الصخور، على شكل ثلاثي ، مقسم إلى حقول مختلفة كل منها يمثل نوعاً من الصخور الرملية. وتقسم الصخور الرملية إلى قسمين رئيسيين، حسب النسيج؛ فإذا كان الحجر الرملي مكوناً من حبيبات فقط، سمي أرينايت Arenite؛ أما إذا كانت المادة البينية (بين حبيبات الرواسب)، من المواد اللاحمة، تشكل أكثر من 15%؛ فإن الصخر يسمى ويكز Wikes. وإذا كانت نسبة معدن المرو، في صخر الأرينايت، تزيد على 95%، سمي الصخر أورثوكوارتزايت Orthoquartzite، أو أرينايت مَرَوي Quartz Aronite. ويطلق اسم أرينايت أركوس Arkosic Orenite على الحجر الرملي، عندما يحتوي صخر الأرينايت على أكثر من 25%، من معادن فلسبارية،. أما إذا زادت نسبة الحطام الصخري على 25%، وتخطت نسبة الفلسبار، فيطلق عليه اسم ليثارينايت Litharenite.
- صخور الكونجلوميرث والبريشا Conglomerate and Breccia
تتكون صخور الكونجلوميرت من الحصباء Gravels التي يزيد نصف قطرها على مليمترين، وقد يصل إلى عدة سنتيمترات. ويكون رسوب الحصباء، عادة، في المناطق شديدة الانحدار. وإذا كانت الرواسب الكبيرة غير مستديرة الشكل، وإنما زاوَّية Angular، على شكل شظايا، فإن الصخر يسمى بريشا Breccia. ولأن الشظايا الكبيرة، المنقولة بالمياه الجارية، تتأكّل حافاتها بسرعة، لتصبح دائرية؛ فإن وجود هذه الشظايا الزاوَّية، يدل على أن هذه الرواسب، لم تنقل بعيداً من منطقة المصدر، قبل أن ترسب.
2- الصخور الرسوبية كيماوية النشأة Chemical Sedimentary Racks
تشمل الصخور الرسوبية كيماوية النشأة، ثلاث مجموعات من الصخور، هي: صخور الكربونات، وصخور المتبخرات، والصخور السلسية.
أ- صخور الكربونات Carbonate Rocks
تشمل صخور الكربونات معدن الكالسايت أو الأراجونايت، أي كربونات الكالسيوم CaCO3؛ ومعدن الدولومايت، المكون من كربونات الكالسيوم والماغنسيوم CaMg(CO3)2؛ أو معدن السدرايت Sedrite، أي كربونات الحديد FeCO3. وهذه الصخور، لا ترسب بالطرائق الكيماوية البحتة؛ نتيجة لتشبع المحلول المائي بالأيونات المكونة لمعادنها؛ وإنما ترسب، في كثير من الأحيان، بطرائق بيوكيماوية، تؤدي الكائنات الحية فيها دوراً أساسياً. ومن أهم صخور هذه المجموعة: الحجر الجيري، والتوفا، والدولومايت، والحجر الطباشيري.
- حجر الجير Limestone
الحجر الجيري مكون، أساساً، من معدن الكالسايت CaCO3، الراسب كيماوياً من المحلول المائي، الذي يصل فيه تركز أيون الكالسيوم Ca++ والكربونات CO3=، إلى حد التشبع، بالنسبة إلى معدن الكالسايت. ويرسب الكالسايت من المحلول المائي في بيئات مختلفة؛ منها القارية، مثل البحيرات؛ ومنها البحرية.
- حجر التوفا Tufa
حجر التوفا، هو حجر جير، مسامي، إسفنجي البنية. يتكون، عادة، في بيئات قارية، مثل البحيرات والينابيع، عندما يصل تركز الأيونات المكونة لمعدن الكالسايت، في المحلول المائي، إلى درجة التشبع بهذا المعدن. ويكون، أحياناً، للطحالب الفارزة للجير Line secreting algac، دور في رسوب معدن الكالسايت، ولو لم يصل تركز الأيونات المكونة لهذا المعدن، في المحلول المائي، إلى حد التشبع به.
- حجر الدولومايت Dolomite
حجر الدولومايت مكون، أساساً، من معدن الدولومايت CaMg(CO3)2، الذي يعتقد أنه يتكون من تحور Alteration معدن الكالسايت، تحت التركز العالي لأيون الماغنسيوم Mg2+، في المحلول المائي؛ في ما يعرف بعملية الدلمتة Dolomitazation.
- حجر الطباشير Chalk
هو صخر رسوبي مكون من معدن الكالسايت، الذي يرسب، كيماوياً، من المحلول المائي، فيظهر في هيئة تراكم هياكل الكائنات الحية الدقيقة جداً.
ب- صخور المتبخرات Evaporites
هذا النوع من الصخور الرسوبية ترسب المعادن المكونة له كيماوياً، ومباشرة، من المحلول المائي، عندما يزداد تركز الأملاح في الماء، بوساطة عملية التبخر. وأهم صخور المتبخرات ما يلي:
- صخر الملح Halite
وهو مكون من معدن الهالايت NaCl، أي ملح الطعام، أو كلوريد الصوديوم.
- صخر الجبس Gypsum
وهو مكون من معدن الجبس CaSO4.2H2O، أي كبريتات الكالسيوم المائية.
- صخر الأنهدرايت Anhydrite
وهو مكون من معدن الأنهدرايت CaSO4، أي كبريتات الكالسيوم اللامائية.
- صخر البوراكس Borax:
وهو مكون من معدن البوراكس Na2B2O7.10H2O.
- صخر البوتاش Potash:
وهو مكون من كلوريد البوتاسيوم KCl.
ج- صخور السلسية Siliceaus Rocks
وهي صخور رسوبية مكونة، أساساً، من عنصر السليكا /Si. وترسب مكوناتها بطرائق كيماوية، وبيوكيماوية. وأهم أنواعها: الشرت Chert، والصوان Flint، والأوبال Opal، والكالسدوني Chalcedony.
