セメンテーション（地質学）：緩い堆積物が固い岩石になる仕組み

機構と一般的なセメント鉱物

地下水や孔隙水は溶存イオンを運搬しており、これらのイオンは過飽和になると粒子間の空隙に固体鉱物として析出する。このような沈殿物は、隣り合う粒子を物理的につなぎ、開いた孔隙空間の体積を減少させる結晶質の橋の形をとることが多い。最も広く見られるセメント鉱物はシリカ（SiO2）と炭酸カルシウム（CaCO3）であるが、鉄酸化物、粘土鉱物、その他の鉱物も重要な役割を果たす。セメンテーションを支配する主な要因には、循環する流体の化学組成、温度、圧力、堆積物の浸透性、ならびに元の粒子または基質に存在する核形成面の利用可能性がある。

孔隙率と透水性への影響

鉱物セメントが成長すると、孔隙率を低下させ、流動経路を塞ぐことで、貯留層や帯水層の性質が変化する。これは岩石の強度と侵食への抵抗性を高め、耐久性のある建築石材を生み出す場合がある。一方で、地下の貯留層では透水性と流体輸送を低下させることもある。セメントが粒子を被覆するか、孔隙を充填するか、あるいは孔隙を埋める過成長を形成するかという様式は、粒子の結合の強さと、流体移動が妨げられる速さを左右する。

時間尺度と環境条件

セメンテーションは、継続的な湿潤と長期間の流体流動によってイオンが蓄積・沈殿できる地下水面下で起こることが多い。通常は、大量の孔隙水が堆積物中を移動する必要があるため、顕著なセメンテーションには数千年から数百万年を要することが多い。ただし、局所的な条件によっては過程が加速されることもある。一部の堆積物では必要条件が発達せず、現代の海浜状の堆積物や、砂および採石場などの採取地に、緩い物質として残される。

• 一般的な前駆物質と結果：堆積物粒子である砂は砂岩になり得る一方、礫は礫岩へ変化し得る。
• 影響要因：流体の化学組成、温度、埋没深度、粒子の組成。
• 典型的なセメント鉱物：シリカ（石英の過成長）、方解石スパー、鉄酸化物、自生粘土鉱物。

実用的・歴史的な観点からも注目すべき点がある。場所によっては未固結のまま残り、砂や礫を経済的に採取できる著名な岩石層の一部は、はるか昔に堆積したものである。例えばイングランドの一部には、ジュラ紀に堆積した中生代の地層があり、セメンテーションは局所的にしか進んでいない。これは、セメンテーションが自動的に生じるものではなく、斑状かつ条件に依存することを示している。また、地質学におけるセメンテーションは、コンクリート製造に使われるポルトランドセメントなどの工業的用法や、冶金学的過程とは異なるため、異分野でこの語に接した際には文脈が重要である。

セメンテーションの理解は、水文地質学、石油地質学、応用地質学、文化遺産の保存といった分野で重要である。これは、貯留層が貯蔵能力や流動能力を得たり失ったりする仕組み、建築石材によって風化の仕方が異なる理由、一部の堆積物が未固結物質の貴重な供給源であり続ける理由を説明する。セメントの成長を支配する化学的経路や微生物の影響についての研究は続いている。こうした詳細が、堆積物が岩石へ硬化する時期と組織を決定するためである。