砂岩とは｜定義・特徴・成因・用途（建築）と石英岩への変成

砂岩の定義や特徴、成因、建築での用途、石英岩への変成過程を図解でわかりやすく解説

砂岩は堆積岩の一種です。砂が圧縮されてできた岩石です。砂は、岩石や鉱物（石英や長石など）の小さな粒です。これらは、地殻の中で最も一般的な鉱物です。

定義と粒径

地質学では「砂」は粒径がおおむね0.0625mm（1/16mm）から2mmまでの粒子を指し、それらが固結してできたものが砂岩です。砂岩は砕屑（クラスト）性の堆積岩で、粒子のサイズ、形（丸み）、そろい具合（選択性＝ソーティング）、および結合しているセメントの種類によって多様な性質を示します。

成分と分類

• 石英砂岩（quartz arenite）：主成分が石英で非常に耐久性が高い。成熟した堆積物。
• アルコース（arkose）：長石（主にカリ長石）を多く含む砂岩。風化が不十分な供給源を示す。
• 灰岩質砂岩・岩片砂岩（lithic sandstone）：岩片や粘土質マトリックスを多く含み、不安定で脆いものがある（例：グレイワッケ）。

セメント（粒子を接着する鉱物）は主に石英セメント（二次的な石英）、カルサイト（炭酸カルシウム）、酸化鉄（赤色や黄色の着色を生む）などがあり、これが岩石の硬さや耐久性、色に影響します。

堆積環境と構造

砂は河川、海浜、砂漠の砂丘、扇状地、沿岸のラグーンなど多様な環境で堆積します。砂岩には層理（層状構造）、交差層理（クロスベディング）、波紋模様（リップルマーク）や化石の残存などが見られ、それらは当時の堆積環境や流れの方向を読み解く手がかりになります。マトリックス（細粒物質）の割合や粒子の丸み・選択性から、運搬距離やエネルギー条件を推定できます。

ダイアジェネシス（固結と変化）

堆積した砂は埋没と共に圧密され、水中に溶けた鉱物が金属イオンの移動や再沈殿により粒子を結合して固結します（セメンテーション）。その後の熱や圧力、化学的作用で鉱物が再結晶して性質が変わることがあり、孔隙率や透水性も変化します。これらの作用は地下の地下水や流体の移動、地温勾配によって影響を受けます。

石英岩（Quartzite）への変成

砂岩は地殻変動や山脈形成に伴う高温・高圧の条件下でさらなる結晶成長・焼結が進み、石英粒子同士が強固に癒着して石英岩（クオーツァイト）になります。これは元の砂岩よりも硬く、割れにくい非葉理性の変成岩で、耐風化性が非常に高くなります。元の鉱物組成やセメントの種類によって石英岩の色や構造は変わります。※原文の表現：砂岩は、加熱と圧力によって石英岩に変化する。これは、山脈の下で岩石が圧迫され、加熱されることで起こります。

物理的性質と工学的性格

• 強度：セメントの種類と量、粒子同士の接触状態で大きく変わる。石英セメントで固結した砂岩は高強度。
• 孔隙率・透水性：地下水や石油ガスの貯留層（貯留性岩）として重要。選択性が良いと高い透水性を示す。
• 耐風化性：石英が多く酸化鉄やカルサイトの少ない砂岩は風化に強い。逆にマトリックス豊富なものは風化で崩れやすい。

建築・工業用途

風化に強い砂岩は、多くの国で建築に利用されています。硬い岩石であることもある。例えば、舗装用スラブは硬い砂岩で作ることができる。

主な用途：

• 建材（外壁材、石貼り、床材、モニュメント）
• 舗装石、敷石、階段材
• 研磨材や臼石など、硬度を利用した加工品
• 土木での基礎石や路盤材（ただし粒度や強度の確認が必要）

建築での採用に当たっては、耐久性（凍結融解に対する耐性）、吸水率、圧縮強度、風化の程度を事前に調べることが重要です。

色・見かけと現場での識別

砂岩の色は灰色、白、赤、黄色、茶色などさまざまで、主に含まれる鉱物とセメント（酸化鉄で赤・黄、カルサイトで淡色化）によります。現場での簡単な識別方法は、粒が触ってざらつく（gritty）感覚、層理の有無、粒子が肉眼で見えるかどうかなどです。酸を少量垂らすとカルサイトセメントが反応して泡立つことがあるため、カルサイトの存在確認に使われます（安全に配慮して行うこと）。

地質学的意義と代表的環境

砂岩は過去の環境（河川の流れ、海岸線、海浜砂、砂丘など）を記録する重要な岩石です。堆積構造や化石、粒子特性から古環境復元や地層対比（相対年代の判断）に用いられます。石油や地下水の貯留層としての重要性も高く、石油地質学・地下水学で注目されます。

まとめと注意点

砂岩は身近で多用途な堆積岩であり、成分・構造・固結程度によって性質が大きく異なります。建築材や資源としての利用には、その岩石特性（強度、吸水率、風化性など）を適切に評価することが大切です。また、深部での加熱・圧力により石英岩に変成するなど、地質学的にも重要な変化を示します。

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