指松散沉积物转变为固结岩石的过程。固结作用可以通过许多方式完成。例如，压固作用、自生矿物形成作用、胶体陈化、结核的形成、重结晶作用、脱水作用等。

由于上覆沉积物的静水压力而使松散沉积物的体积缩小，含水量减少、密度增加的作用称为压固作用。压固作用的强度取决于沉积物的类型及其埋藏深度。如泥质沉积物受压固作用的影响最大，新鲜软泥的孔隙度可达90%以上，但其压固成页岩后，则孔隙度不足20%。砂和碳酸盐沉积物受压固作用的影响则较小。

压固作用是使沉积物石化变硬的主要因素之一。压力作用排挤出沉积物中的水分，使之孔隙度降低，密度增大、颗粒间紧密相接触，因而加大了粒间附着作用，导致沉积物之硬度增加。当静水压力达到一定程度时，在沉积颗粒间的接触部位会发生溶解，这种压力所导致的溶解作用称为压溶作用。如砂岩中某些石英颗粒之间的锯齿状接触界线即是压溶作用造成的，而且溶解出的SiO2还可形成碎屑石英的再生加大。石灰岩中的缝合线构造也是压溶作用造成的。另外，压力还可改变沉积物中某些片状、针状及柱状矿物或颗粒的排列方向，使之垂直于压力作用方向排列。如页岩的页理及沿页理方向的易裂性就是由于压力作用使片状矿物(粘土矿物、云母、绿泥石等)平行排列所致。

松散的沉积颗粒由化学沉淀物质或其它物质粘结而变成坚固岩石的作用称为胶结作用。粘结碎屑颗粒的化学沉淀物质称为胶结物。常见的胶结物有：碳酸盐质

(方解石、白云石等)、硅质(石英、玉髓及蛋白石)、铁质(赤铁矿、褐铁矿等)及硫酸盐质(石膏、硬石膏、重晶石)等。胶结物主要来自粒间溶液和沉积物的溶解产物，通过粒间沉淀和粒间反应等方式形成。此外，充填于碎屑颗粒之间的泥质物质(各种粘土矿物和泥级碎屑物质)，多数是和碎屑颗粒同时沉积的，经压实后它们对碎屑颗粒也起胶结作用。

在成岩作用过程中，常可出现一种胶结物被另一种胶结物所交代，如硅质和碳酸盐质两种胶结物常发生互相交代的现象。胶结作用的结果是使沉积物固结成岩、并减少其孔隙度。

矿物成分借溶解、局部溶解及固体扩散等作用而重新排列组合的现象称为重结晶作用。 ，

重结晶作用的强弱取决于物质成分、质点大小、成分的均一性及比重等。矿物颗粒愈小，其表面比愈大，表面能也愈高，愈易发生重结晶作用。因为表面能高的物质都有缩小表面比以增加稳定性的趋势，故重结晶作用一般表现为晶粒的加大。重结晶的难易与物质成分有关，易溶物质，如碳酸盐、盐类等矿物最容易发生重结晶。重结晶的次序，一般是比重大而分子体积小和结晶能力强的矿物先发生重结晶，如黄铁矿、白铁矿、白云石、菱铁矿、磷灰石等，它们易于形成较大的晶体。

非晶质的胶体脱水陈化、变成结晶质矿物也是重结晶作用的一种形式。如SiO：·nI-I~O胶体陈化形成蛋白石，继续脱水形成玉髓、直至形成石英晶体，即是最常见的一个实例。

重结晶作用不仅可以使松软的沉积物转变成为固结的岩石，同时还可破坏沉积物的原生结构构造，形成新的结构构造。如沉积物的颗粒大小、形状及排列方式等，均可因·重结晶而遭破坏，细薄的层理也可因矿物重结晶而消失。

在成岩作用过程中，沉积物不仅发生紧密固结的现象，使松散的沉积物转变成坚硬的沉积岩，而且其矿物成分也有显著的变化，形成许多与成岩环境的物理化学条件相适应的成岩矿物。常见的成岩矿物有自生的石英、长石、黄铁矿、白铁矿，海绿石，菱铁矿、方解石、白云石、各种粘土矿物、鲕绿泥石、沸石、磷灰石、石膏、硬石膏、天青石、重晶石等。这些矿物在岩石中可均匀分布，也可集结成结核状、透镜状及条带状，甚至有些还可形成厚度很大的岩层。成岩旷物的生成方式多种多样，有的是由同生水中的溶解物质沉淀而成，但大多数成岩矿物是随着介质条件的改变由原沉积的矿物转变而成的。如海相石灰岩中的方解石大多是因孔隙溶液中的Mg2+/Ca2+比值降低后，由原沉积的文石或高镁方解石转变而成。铁、锰的高价氧化物也大多是原沉积的矿物，随着戍岩过程中还原条件的增强，铁、锰的高价氧化物即逐渐被还原而转化成低价的铁、锰的化合物。此外，还有一些成岩矿物是由交代作用形成的，最常见的交代作用是硅化和白云石化。硅化主要见于碳酸盐岩中，由SiO,交代碳酸盐矿物，结果形成燧石结核或条带甚至成层的燧石岩。

自然界中绝大多数白云岩都是在成岩阶段由白云石化形成的。