粒徑為2～0.0625毫米的砂占全部碎屑50％以上的碎屑巖。砂巖由碎屑和填隙物組成。碎屑成分以石英為主，其次是長石、巖屑、白雲母、綠泥石、重礦物等。碎屑主要有三個來源：陸源的、盆內的（大部分為碳酸鹽砂）和火山源的，其中以陸源的數量最多。砂巖占沉積物總體積的1/4，僅次於泥質巖。砂巖能提供許多地質歷史的重要資訊。砂巖的碎屑成分是探索物源區的線索，它們的定向構造指示古水流方向，砂體幾何形態反映沉積環境。砂和砂巖構成瞭石油、天然氣和地下水的重要儲集層。磁鐵礦、鈦鈦鐵礦等砂礦都是重要的沉積礦產。許多砂和砂巖都可應用於磨料、玻璃原料、建築材料等。
化學成分 砂巖的化學成分變化極大，它決定於碎屑和填隙物的成分，其平均化學成分見表。砂巖化學成分以SiO2和Al2O3為主，而且SiO2/Al2O3比值是區別成熟的和未成熟砂巖的標志。
砂巖平均化學成分
碎屑成分 石英是砂巖的主要礦物碎屑，它在地表條件下最穩定，是大多數砂巖的主要組分，常用作母巖的指示物。砂巖中長石含量僅次於石英，有的超過石英。一般認為，長石碎屑的含量受氣候、地殼運動的強度和母巖性質的影響。巖屑是判斷母巖的直接標志。在砂巖中多半是火山巖屑或顆粒較細、成分較為穩定的沉積巖屑和變質巖屑。砂巖中比重大於2.87的一套礦物，稱為重礦物，其含量一般不及1％。根據重礦物的標型特征和重礦物組合（再結合輕礦物組合），對恢復母巖類型、進行地層對比，以及追溯陸源區都是有意義的。砂巖中碎屑成分的豐度，可指示巖石的形成條件。如石英在砂巖中豐度高，說明它是在準平原化時期和溫暖多雨氣候條件下，在穩定陸棚環境中由主要是富含石英的中、酸性火成巖或變質巖形成的。
填隙物 包括化學膠結物和碎屑雜基。膠結物中占絕對優勢的是矽質和碳酸鹽質。矽質膠結物一般為次生加大石英，較少見的為玉髓和蛋白石。在碳酸鹽膠結物中以方解石較常見，白雲石和菱鐵礦少見。在較古老的砂巖中矽質膠結物較普遍，而中生代及以後的較年輕的砂巖中，常以碳酸鹽膠結物為多。一般認為，這是由於這兩種膠結物穩定性不同，或者碳酸鹽膠結物易被溶淋掉造成的。砂巖中的各種膠結物都各自反映瞭析出時的物理化學條件，所以研究膠結物的物質來源、析出順序和作用的起止時間等是研究巖石形成歷史的重要內容。
雜基（碎屑雜基）也稱基質或粘土雜基，是指＜0.0315毫米的碎屑粘土礦物，以及少量細粉砂級的石英和長石碎屑，它們是懸移質的沉積產物，能反映搬運介質的密度和粘度，對分析巖石的形成機理有意義。關於雜基成因有多種認識。
構造 除生物成因構造外，幾乎所有構造都能在砂巖中出現（見沉積巖）。層內構造和層間構造是判斷搬運沉積物的運動流體的類型和強度的最明顯標志，如交錯層理是古流標志之一，不同類型的粒序層理是判斷牽引流和濁流的標志之一。
分類和主要巖石類型 按砂粒直徑通常把砂巖分為粒徑為2～1毫米的巨粒砂巖、1～0.5毫米的粗粒砂巖、0.5～0.25毫米的中粒砂巖、0.25～0.125毫米的細粒砂巖和0.125～0.0625毫米的微粒砂巖。砂巖分類討論最多的是按成分和結構的分類，主要研究各類砂巖所反映的成因意義，如來源區母巖性質、巖石的成熟度、流體性質、地殼運動等。40年代以來提出瞭各種三角圖分類。P.D.克裡寧的三角圖分類的準則是源區和地殼運動，把砂巖分為5類，其中包括低級硬砂巖和高級硬砂巖。R.L.福克的三角圖分類根據碎屑成分將砂巖分為8類，增加瞭結構成熟度的內容。R.H.Jr.多特分類準則是結構成熟度和成分成熟度。他按雜基含量把砂巖分為純砂巖和雜砂巖兩大類。F.J.裴蒂莊70年代提出的把砂巖分為凈砂巖和雜砂巖的分類方案已逐漸被人們所接受。在前蘇聯，最流行的砂巖分類幾乎都是碎屑成分分類。在中國，多采用劉寶珺等的砂巖三角圖分類。
砂巖的主要類型有石英砂巖、長石砂巖和巖屑砂巖。①石英砂巖，石英及矽質巖屑的含量占砂級碎屑總量95%以上，僅含少量或不含長石、巖屑和重礦物。碎屑顆粒常以單晶石英為主，磨圓度和分選性都比較好，成分成熟度和結構成熟度都是最高的。雜基少，顆粒支撐。當雜基>15％時則稱石英雜砂巖。常見的膠結物是矽質和碳酸鹽質，有時為鐵質、硫酸鹽、磷酸鹽及海綠石。波痕、交錯層理發育。巖層厚度不大，巖石常呈淺色。矽質膠結物常為蛋白石或玉髓。部分矽質膠結物由於壓溶作用而次生加大時稱石英巖狀砂巖，若全部成為再生石英時，稱為沉積石英巖（或正石英巖）。石英砂巖主要形成於穩定的大地構造環境，地形準平原化，母巖經長期風化，剝蝕的產物大多在海洋（如海灘）環境下，受到波浪和水流強烈簸選和反復磨蝕緩慢沉積而形成的。它常與碳酸鹽沉積共生，組成石英砂巖-造海碳酸鹽建造，如華北地臺北半部的上前寒武系。②長石砂巖，長石碎屑含量占砂級碎屑總量25％以上。其中石英含量＜75％，可含較多的雲母和重礦物。膠結物主要為鈣質和鐵質，常含粘土雜基。當雜基>15％時，則屬長石雜砂巖。碎屑顆粒一般分選、圓度中等。長石砂巖常呈淺黃、肉粉或綠灰等色。長石砂巖按其形成條件可分為3類，即構造長石砂巖、基底長石砂巖和氣候長石砂巖。長石砂巖一般是在構造運動比較強烈的地區，母巖是花崗巖或花崗片麻巖，氣候幹燥寒冷，以物理風化為主，在強烈侵蝕和快速堆積條件下形成的。大多為大陸沉積，海成的較少。常堆積於山前或山間盆地中。曾發現許多長石砂巖形成於大陸裂谷中。河北唐山震旦系產有長石砂巖，其中長石可超過50％。③巖屑砂巖，巖屑含量占砂級碎屑總量25%以上。其中石英含量＜75％，並可含少量長石（＜10％），重礦物含量較高，而且種類復雜。膠結物常為矽質和碳酸鹽質，常含雜質。當雜基>15％時，則屬巖屑雜砂巖。碎屑顆粒的磨圓度和分選性由中等到差。常呈淺灰、灰綠至深灰色。巖屑成分與來源區母巖性質關系密切，並可按巖屑成分進一步劃分巖石類型。巖屑砂巖是一種成分成熟度和結構成熟度均較低的砂巖，主要形成於構造變動強烈地帶的山前或山間坳陷中。這類巖石可以是海成的，也可以是陸成的。巖屑砂巖中，還有一種硬砂巖，也稱雜砂巖或灰瓦巖。它是一種暗色堅硬的巖石，主要由各種棱角狀巖屑（包括基性噴發巖、淺變質巖、砂質頁巖和凝灰巖等）以及石英和長石碎屑組成，常含粘土雜基（15～40％），經成巖作用和初級變質後，粘土雜基通常變為伊利石、綠泥石和絹雲母的集合體。碎屑顆粒分選差，圓度低，呈雜基支撐。常發育某些典型原生沉積構造，如槽模、粒序層理等。各種碎屑的含量變化很大，如石英可由5～40％，巖屑亦可達30～40％，長石有時可超過巖屑。碎屑組分有3類：第一類為火成巖和高級變質巖礦物，主要為石英和長石，伴有輝石、角閃石等副礦物；第二類為變質巖屑和沉積巖屑，後者常為燧石巖屑；第三類為基性熔巖和凝灰巖巖屑，其中富含細碧類巖屑。硬砂巖有兩種類型：巖屑硬砂巖和長石硬砂巖。硬砂巖的化學成分特點是富含Al2O3、FeO、MgO及Na2O。Na2O含量與鈉長石有關，MgO和FeO是由雜基中富鐵綠泥石供給。Na2O>K2O，MgO>CaO，FeO>Fe2O3是硬砂巖與長石砂巖在化學成分上的區別。硬砂巖在地質記錄中，特別是在較老地層中是豐富的，成為復理石層系的重要組成部分，經常和海相頁巖及板巖成互層，並與水下熔巖流和燧石巖相共生。在碰撞造山帶，它們常富含鈉長石或過渡為火山硬砂巖。在張裂大陸邊緣的硬砂巖以富含巖屑為特征。硬砂巖主要是海相的，代表造山帶的產物，在穩定的克拉通地區通常沒有硬砂巖。但在中國中新生代陸相地層中卻存在大量硬砂巖，它們富含巖屑，特別是火山巖屑，產於中新生代的大陸裂谷湖盆中。（見彩圖）
砂巖 5×6厘米 產地：北京房山
中國地質博物館標本工廠供稿
參考書目
F.J.Pettijohn et al.，Sand and Sandstone，SpringerVerlag，Berlin，1972.
F.J.Pettijohn，Sedimentary Rocks，3rd ed.，Horperand Row Publishers，New York，1975.