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碳酸盐岩是对主要由碳酸盐类矿物组成的岩石的泛称，一般碳酸盐矿物含量大于50%，主要矿物为方解石（CaCO 3 ）、白云石（MgCO 3 ）等。本类岩石分布很广，约占沉积岩总量的20%，在中国约占沉积岩总面积的55%。与碎屑岩相比，碳酸盐岩更易遭受沉积后变化，具有易变、易溶和易成岩的特点。
以方解石为主的碳酸盐岩称为石灰岩，以白云石为主的称为白云岩。除此之外，还有菱镁矿、菱铁矿等碳酸盐矿物。
碳酸盐岩的颜色相对单调，以灰色、灰黑色（含有机质）为主，偶见白色（不含杂质）、灰绿色（含黏土）、黄褐色（含高价铁）、紫红色（含赤铁矿）。
碳酸盐岩基本组分主要包括颗粒、泥、胶结物、晶粒和生物格架。
颗粒主要可分为外颗粒和内颗粒两类。外颗粒主要指来自沉积区以外的陆源碳酸盐碎屑。内碎屑主要是沉积盆地中沉积不久的半固结或固结的碳酸盐沉积物，常具有复杂的内部结构，可含有化石、鲕粒（具有核心和同心结构的球状颗粒）、球粒。
泥（微晶、泥晶、泥屑）是与颗粒相对应的泥级碳酸盐微粒，与黏土相当，可分为灰泥（石灰石成分）和云泥（白云石成分）。
胶结物主要指沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，与砂中的胶结物类似。一般方解石胶结物的晶粒较灰泥的晶粒大，由于其晶体一般清洁明亮，故常称作亮晶方解石。亮晶方解石是以化学沉淀的方式生成的，故又常称作淀晶方解石或淀晶。
碳酸盐岩具有丰富的构造特征，除可见一般沉积岩中的构造外，还有一些特有的构造类型。
（1）叠层石构造又称叠层构造或叠层藻构造，简称叠层石。叠层石由两种基本层组成：富藻纹层，藻类组分多，有机质含量高，色暗，又称暗层；富碳酸盐纹层，藻类组分少，有机质含量少，色浅，又称亮层。叠层石主要形成于潮间浅水带，其基本结构主要有层状和柱状两种。一般来说，层状叠层石的生成环境水动力条件较弱，多属潮间带上部的产物，而柱状叠层石生成环境水动力条件较强（图2-14）。
（2）鸟眼构造。在泥晶或粉晶石灰岩中，常见一种毫米级大小、多为方解石或硬石膏填充的孔隙，因其形似鸟眼，故称为鸟眼构造。又因其形似窗格，也称窗格构造；充填或半充填的孔隙多呈白色，似雪花，也称雪花构造。
（3）示顶底构造。在碳酸盐岩的孔隙中，常见两种不同特征的充填物。在孔隙底部主要为泥晶或粉晶方解石，色暗；在孔隙顶部主要为亮晶方解石，色浅。两者界线平直，且不同孔隙中都相互平行。根据这一充填孔隙构造，可以判断岩层的顶底，故称示顶底构造，亦可简称示底构造。
（4）缝合线构造。碳酸盐岩中常见的一种裂缝构造，在岩层剖面上，它呈现为锯齿状的曲线，即缝合线；在平面上沿此裂缝参差不平，凹凸起伏，即缝合面；从立体上看，或凹或凸大小不等的柱体即缝合柱（图2-14）。
图2-14 叠层石构造（南京海福巷馨园）和缝合线构造（南京栖霞山）
成分分类是石灰岩的基本分类（表2-6），主要涉及石灰岩与白云岩、碳酸盐岩与泥质岩过渡类型的划分。结构分类方案也很流行。
表2-6 石灰岩的主要类别
（1）颗粒-灰泥石灰岩
颗粒-灰泥石灰岩是分布最广的石灰岩，它的分类是两端元的，即颗粒与灰泥。根据颗粒和灰泥的含量，可以细分为颗粒石灰岩、灰泥石灰岩及多个过渡类型。颗粒泥灰岩常呈浅灰色至灰色，中厚层至厚层或块状。岩石中颗粒含量大于50%，颗粒可以是生物碎屑、内碎屑、鲕粒、球粒、藻粒的一种或几种，填隙物可以是灰泥杂基或亮晶胶结物。灰泥石灰岩又称泥晶石灰岩，一般呈灰色至深灰色，薄至中层为主，岩石主要由泥晶方解石构成，常发育水平纹理、虫迹、生物扰动等构造。纯泥晶石灰岩常具有贝壳状断口。
（2）生物礁石灰岩
生物礁石灰岩主要由造礁生物骨架及造礁生物黏结的灰泥沉积物等组成的石灰岩。根据生物礁石灰岩中生物骨架及黏结物的相对含量，可以进一步细分为障积岩、骨架岩、黏结岩及与这三类岩石有成因联系的异地沉积碎屑岩。
（3）白云岩
白云岩主要由白云石组成，常混入石英、长石、方解石和黏土矿物，呈灰白色，性脆，硬度大，用铁器易划出擦痕，遇稀盐酸缓慢起泡。按成因可分为原生白云岩、成岩白云岩和后生白云岩。原生白云岩的分类和结构与石灰岩类似。次生交代成因的白云岩，通常按晶粒大小分类命名。
白云岩外观与石灰岩非常相似，但是风化面上常有白云石粉及纵横交错的刀砍状溶沟。这是野外肉眼识别白云岩的最重要特征。由于白云岩的孔隙度较大，其岩层常为石油或地下水的理想储藏层。