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砂巖的化學成分變化極大,它決定于碎屑和填隙物的成分。

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。 

 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于石英,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。 砂巖中比重大于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。 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硅質和碳酸鹽質。

硅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,白云石和菱鐵礦少見。在較古老的砂巖中硅質膠結物較普遍,而中生代及以后的較年輕的砂巖中,常以碳酸鹽膠結物為多。一般認為,這是由于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。