第一节 碳酸盐岩的成分 1
第二节 碳酸盐岩的结构组分及其组成特征 2
第三节 碳酸盐岩的构造 18
第四节 石灰岩的结构分类 22
第五节 白云岩 25
第六节 碳酸盐岩的主要类型 32
第七节 碳酸盐沉积物(岩)的沉积后作用 38
降失水剂碳酸盐岩是指主要由沉积的碳酸盐矿物（方解石、白云石等）组成的沉积岩，主要的岩石类
型为石灰岩（方解石含量大于50%）和白云岩（白云石含量大于50%）。它们经常还和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。 据统计研究，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，它在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩。在我国，沉积岩占全国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。南方的震旦系、古生界及三叠系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸盐岩为主，分布比较广泛。
碳酸盐岩中的矿产非常丰富，其中层状矿床有铁、铝、锰、磷、硫、石膏及硬石膏、岩盐、钾盐等；而且碳酸盐岩本身包括石灰岩、白云岩、菱镁岩等也是很有价值的资源，广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各方面。碳酸盐岩中蕴藏的石油及天然气资源也很丰富，世界上与碳酸盐岩有关的油气藏储量约占世界总储量的50%，产量占世界总产量的60%。总之，碳酸盐的研究与许多矿产，特别是与能源的开发和利用有着密切的关系。
绝大部分的碳酸盐岩都是在海洋中沉积的，而且主要的是浅海环境的产物。在深海环境中，虽然局部有珊瑚环礁提供碳酸钙的堆积，但其规模远不足以和浅水台地及陆棚相比拟。
古生代和前寒武纪的深海沉积物中普遍缺乏碳酸钙，很可能是那时分泌石灰质的浮游生物和自游生物很少，甚至不存在所致。白垩纪以后，海水地球化学条件改变，远洋的灰质浮游生物和自游生物大量繁殖，深海碳酸盐堆积有大面积分布。现代深海沉积物中，碳酸钙沉积物约占32.2%（平均含量），主要是抱球虫和翼足类软泥，也有珊瑚泥和砂。 碳酸盐岩的形成作用随着地质历史演变也有不同。在前寒武纪的海水中，Mg/Ca比值可能较高，pH值可能较低，这就阻止了钙质骨骼生物的形成。因此，前寒武纪的碳酸盐岩显然不是生物分泌的介壳形成的，而是由藻类的生物化学作用形成的，或者是由海水的直接化学沉淀形成的。到了寒武纪以后，海水由酸性变为碱性，介壳生物逐渐繁盛，生物成因的碳酸盐岩逐渐超过了化学或生物化学成因的碳酸盐岩，受机械作用或重力作用形成的碳酸盐岩也占有相当大的比例。
第一节 碳酸盐岩的成分
一、化学成分
碳酸盐岩的主要化学成分有：CaO、MgO及CO2，其余氧化物有SiO2、TiO2、Al2O3、Fe
O、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O等。石灰岩的一般化学成分，CaO占42.61%，MgO占7.90%，CO2占41.58%，SiO2占5.19%，其它氧化物仅占2.72%。白云岩如果是纯由白云石所组成，其主要化学成分为：CaO占30.4%，MgO占21.8%ccenter，CO2占47.8%。碳酸盐岩的化学成分除了主要为CaO、MgO及CO2外 ,SiO2的含量与粘土、陆源石英以及硅质生物和燧石的存在有关； Al2O3含量较高，也和粘土有关；随着粘土的出现，K2O、Na2O和H2O也高于正常值；氧化铁与P2O5的出现，和铁质矿物与胶磷矿有关；如果出现较多的SO2，则可能与黄铁矿或石膏及硬石膏有关。另外，碳酸盐岩中经常有含某些微量元素。如Sr、Ba、Rb、V、Ni等，根据元素含量及其比值，也可作为判别环境的标志。
二、矿物成分
碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物（白云石、方解石等）组成，还含有非碳酸盐自生矿物及陆源矿物混入物等。
现代碳酸盐沉积物中主要矿物为文石（斜方晶系）、低镁方解石及高镁方解石（三方晶系），少量白云石。
文石的镁含量极低（<5000ppm），锶含量可达1000ppm（即1%），主要分布于温暖地区的浅海灰泥沉积物及碳酸盐颗粒（如鲕粒、球粒及团块等）之中，部分出现在海滩岩、生物礁及浅海碳酸盐颗粒沉积物的胶结物中。文石也是六射珊瑚和某些软体动物介壳的典型矿物成分。 低镁方解石含有不到4%mol的MgCO3，为深海有孔虫及深海碳酸盐沉积物的特征矿物，在温暖的浅海地区不是主要的沉积矿物。
高镁方解石含有大于4%mol的MgCO3，但一般含量变化在11%至19%之间。高镁方解石大都发现于温暖浅海的钙质红藻和许多无脊椎动物的外部骨骼中，在某些海滩岩中也可发现作为胶结物存在。
由于文石、高镁方解石是准稳定矿物，随着沉积物被埋藏及成岩变化，或遇淡水作用，文石可转变为方解石，而高镁方解石在析出所含的镁离子后，也转变为方解石。低镁方解石属稳定矿物，一般不发生成分变化。因而在地质历史时期中石灰岩的主要碳酸盐矿物都是方解石。
在现代咸化泻湖（如考龙泻湖）、潮坪（如巴哈马等地）及萨勃哈（如波斯湾的盐沼泽）的碳酸盐沉积物中都发现一种无序的原白云石（Ca55Mg44）。在牙买加的更新世石灰岩中，大气水潜流带与海水潜流带间的混合处曾发现交代白云石，且孔洞中有晶簇状淡水白云石沉淀（属有序白云石）。在深海沉积物中也发现少许白云石，如东地中海晚更新世的富含白云石的岩层可能是自生的（粒径10~30μm）；大西洋中脊上的白云石质岩石（水深在1700~2500m间）晶粒30~80μm，Mg和Ca的摩尔浓度近于相等，属有序性良好的白云石。以上两处的深海白云石都可能与海底火山作用有关。
在古代白云质岩及白云岩中的白云石，无论是原生或准同生（或同生）的（原先是原白云石）、或者是次生交代的白云石，都会变成有序性良好的白云石，即镁与钙的摩尔浓度相等（Ca50Mg50），其中的阳离子层与阴离子层相间排列，阳离子层系由纯Ca2＋及纯Mg2＋交替组成。 第二节 碳酸盐岩的结构组分及其组成特征
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碳酸盐岩的结构与岩石的成因有密切的关系，它不仅是岩石分类命名的主要依据，而且是
环境分析的重要标志。岩石的类型直接和油气储集性能、含水性有关，往往和层控矿床的赋存也有一定联系，因而很重要。
一般经过波浪和流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩，常常具有颗粒（粒屑）结构，即由颗粒、泥晶基质（或灰泥杂基）、亮晶胶结物、孔隙等四种结构组分构成。
由原地生长的生物构成岩石骨架的生物岩或礁灰岩，常具有生物骨架结构，即由造架的生物和粘结的生物与填隙的颗粒或泥晶基质及亮晶胶结物构成。
由化学或生物化学作用沉淀成的石灰岩或白云岩，常具有泥晶或微晶结构，一般属于低能环境的沉积。
上面的几种结构类型的岩石经过重结晶作用，或者石灰岩经过白云岩化作用形成的白云质岩石，常具有大小不同的晶粒结构和各种残余结构（据曾允孚等，1986）。
下面介绍碳酸盐岩的各种结构组分及主要结构类型。
一、碳酸盐颗粒组分
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相当于陆源碎屑岩的碎屑颗粒组分，但是碳酸盐颗粒内容和函义较为复杂，泛指盆地内化学、生物化学碳酸盐沉积物在波浪、潮汐等水流作用下就地或经短距离搬运而形成的一系列碳酸盐颗粒，或叫异化粒。按碳酸盐颗粒的组成特征和成因分为：内碎屑、鲕粒、球粒、生物颗粒和藻粒等。
1.内碎屑环网
系指由已沉积的弱固结或固结的碳酸盐沉积物，经波浪、潮汐等水流作用冲刷、破碎或搬运而形成的颗粒。而来自盆地之外，从老地层内剥蚀搬运而来的碳酸盐岩碎屑不属于内碎屑，而是属陆源岩屑。
从概念上和特征上把内碎屑与盆地外来的岩屑区别开来，对正确分析碳酸盐岩搬运沉积的水力学条件及其生成历史是十分重要的。外来岩屑由于形成时代较老，又经风化搬运磨蚀，因而其所含化石的时代比所研究的碳酸盐岩地层老，不显塑性弯曲变形，没有所研究地层单位的相同岩性特征。
内碎屑具有所研究的碳酸盐沉积盆地相同或类似的形成历史，通常内碎屑物质就是同沉积
地层的物质或者是下覆沉积层的碎屑，大部分内碎屑还保留有塑性变形的外形和破裂构造。
内碎屑同陆源碎屑一样，可以按粒径大小划分和命名：
砾屑>2mm；
砂屑2－0.1mm；
粉屑1－0.1mm；
泥屑<0.01mm。
内碎屑的粒径大小，反映沉积盆地水动力的性质和能量强度。砾屑和砂屑主要产出于水动力能量较强的浅水台地、浅滩以及潮汐水道内。
此外风暴流也能引起较深浅海（即正常浪基面以下的浅海）底床的碳酸盐沉积物发生同生破碎，形成特殊的构造排列的扁片状砾屑灰岩。
内碎屑砾石的排列方位对恢复古地理环境具有一定意义。就地堆积的内碎屑多作大体平行于岩层方向的排列。单向水流搬运形成的内碎屑堆积常作单向倾斜排列（叠瓦状构造）。潮汐流或正常波浪流搬运堆积的内碎屑多作双向倾斜排列、强风暴流形成的砾屑堆积多呈放射状、倒小字型，菊花状排列以及杂乱状堆积（图6－1）。
图6－1 砾状内碎屑灰岩的砾屑排列方位和类型
（据孟祥化，1979）干涉光刻
1.双向交错排列；2.放射状扇形排列（典型风暴岩）；3.迭瓦状排列；4.平行层面排列
正常水流搬运形成的砾屑和砂屑表面具有明显的磨蚀痕迹。磨蚀边缘切割砾石颗粒的内部层理构造和结构，磨蚀边界还可以保留有氧化铁的薄膜。根据这些特点可以很好判断出古碳酸盐盆地的物理化学介质状况。 粉屑和泥屑则主要产出于潮上带、潮间带、潮下带以及有障壁岛（滩）后的滞流低能环境。
内碎屑颗粒组分的组成和分选程度，是分析古碳酸盐沉积盆地环境的重要标志。同样可以采用粒度分析统计方法做出对环境的判断（图6－2）。根据现代海洋碳酸盐砂屑分析，灰砂堤与海滩和礁坪沉积粒度概率曲线具有明显区别。
2.鲕粒
鲕粒是一种由核心和包壳组成的粒径小于2mm的球形或椭球形颗粒。其核心可以是陆源碎屑（石英、长石）、内碎屑、生物碳酸盐颗粒等。包壳是由化学沉淀形成的微晶碳酸盐矿物呈同心状或放射状排列所组成的。现代沉积中未经变化的鲕粒同心壳层是由隐晶质文石组成。文石质壳层中的文石针，既可呈放射状排列，也可呈切线方向排列。一般认为，放射状排列代表缓慢的沉淀与弱搅动环境；而切线方向排列则代表快速沉淀和强烈搅动环境。
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