沉積形成的碳酸鹽礦物組成的巖石的總稱。主要為石灰巖和白雲巖兩類。碳酸鹽巖和碳酸鹽沉積物從前寒武紀到現在均有產出，分佈極廣，約占沉積巖總量的1/5～1/4。碳酸鹽巖本身也可是有用礦產，如石灰巖、白雲巖及菱鐵礦、菱錳礦、菱鎂礦等，廣泛用於冶金、建築、裝飾、化工等工業。碳酸鹽巖中儲集有豐富的石油、天然氣和地下水。世界上碳酸鹽巖型油氣田儲量占總儲量的50％，占總產量的60％。與碳酸鹽巖共生的固體礦產有石膏、巖鹽、鉀鹽及汞、銻、銅、鉛、鋅、銀、鎳、鈷、鈾、釩等。
礦物成分 主要由文石、方解石、白雲石、菱鎂礦、菱鐵礦、菱錳礦組成。現代碳酸鈣沉積主要由高鎂方解石、文石及少量低鎂方解石組成。低鎂方解石最穩定，文石不穩定，高鎂方解石最不穩定。後兩者在沉積後易轉變成低鎂方解石。因此，古代巖石中的碳酸鹽礦物多是低鎂方解石。碳酸鹽礦物的結晶習性和晶體特征與形成環境有關。
碳酸鹽巖中混入的非碳酸鹽成分有：石膏、重晶石、巖鹽及鉀鎂鹽礦物等，此外還有少量蛋白石、自生石英、海綠石、磷酸鹽礦物和有機質。常見的陸源混入物有粘土、碎屑石英和長石及微量重礦物。陸源礦物含量超過50％時，則碳酸鹽巖過渡為粘土或碎屑巖。
結構 包括下列幾種。①粒屑結構，按粒徑大小分為：礫屑（粒徑>2毫米）、砂屑（粒徑2～0.062毫米）、粉屑（粒徑0.062～0.032毫米）、微屑（粒徑0.032～0.004毫米）和泥屑（粒徑＜0.004毫米）。礫屑的排列方位、粒度組成和分選性是分析碳酸鹽沉積物沉積環境的重要標志。由核心和包殼組成的粒徑小於2毫米的球形或橢球形的顆粒為鮞粒。由富藻紋層組成的球形包粒為藻包粒。由微晶碳酸鹽礦物組成的不具內部構造的、表面光滑的球形或卵形顆粒稱球粒或團粒。外形不規則的復合顆粒集合體為團塊及凝聚顆粒等。②鈣質生物化石顯微結構，按方解石（文石）晶體的空間形態，分為由光性方位不一致、三向大致等軸的方解石（文石）幾何體組成的粒狀結構，廣泛見於低等生物中；由平行或放射狀排列，一向延長的細柱或針狀方解石（文石）晶體組成的纖（柱）狀結構，為腔腸動物、節肢動物、輪藻藏卵器的主要結構；由厚度小於1～2微米、近於平行的方解石（文石）薄片疊積而成的片狀結構，常見於軟體動物、腕足類、苔蘚蟲和蠕蟲棲管中；全部或局部由一致消光的單一晶體或雙晶組成的單晶結構，是棘皮動物的主要特征。鈣質生物化石的顯微結構有從粒狀→纖（柱）狀→片狀→單晶結構的演化趨勢。③晶粒結構，根據粒度劃分為礫晶、砂晶、粉晶和泥晶。晶粒也可根據其自形程度劃分為自形晶、半自形晶和它形晶。④生物骨架，指原地生長的群體生物，如珊瑚、苔蘚蟲、海綿、層孔蟲等堅硬鈣質骨骼所形成的格架。另外，一些藻類，如藍藻和紅藻，其粘液可以粘結其他碳酸鹽組分，形成粘結骨架。
除上述結構外，碳酸鹽巖還發育孔隙結構，包括①原生孔隙，形成於沉積同生階段，如粒間孔隙、遮蔽孔隙、體腔孔隙、生物鉆孔、窗格和層狀空洞等；②次生孔隙，形成於成巖及後生作用的溶解改造，如粒內、鑄模、晶間及其他溶蝕孔隙。
構造 包括生物成因構造和特殊構造：①生物成因構造。如由藍綠藻形成的疊層構造，表現為富藻紋層與富碳酸鹽紋層交互疊置。不同類型的疊層構造可反映形成環境的水動力條件的強弱；由生物活動形成的各種蟲孔和蟲跡構造，可指示生物特征及活動情況。②特殊構造。如毫米級大小的、常呈定向排列的、多為方解石或硬石膏充填的形似鳥眼的鳥眼構造，主要出現於潮上帶；碳酸鹽沉積物充填在碳酸鹽巖孔隙中形成的示頂底構造，表現為孔隙下部首先充填暗色的泥晶或粉晶方解石，其後上部為淺色的亮晶方解石或鹽類礦物充填，二者界面平直，並平行於水平面，此構造可判斷巖層頂底。巖層斷面上呈鋸齒狀曲線（縫合線），它在平面上是一個起伏不平的面。一般認為縫合線是在壓溶作用下形成的。還有與碎屑巖相似的構造（見沉積巖）。
主要類型 ①成分分類，采用白雲石、方解石和非碳酸鹽礦物的三端元圖解，將碳酸鹽巖分成8種類型（見圖）。
②結構成因分類，可將碳酸鹽巖分成亮晶異常化學巖、泥晶異常化學巖、泥晶巖（正常化學巖）、原地礁灰巖、交代白雲巖等類型。
成因 碳酸鹽巖是自然界中重碳酸鈣溶液發生過飽和，從水體中沉淀形成。現代和古代碳酸鹽沉積主要分佈於低緯度帶無河流註入的清澈而溫暖的淺海陸棚環境以及濱岸地區。這是因為碳酸鹽過飽和沉淀需要排出CO2氣，海水溫度升高和海水深度變小都有利於水中CO2分壓降低，促進重碳酸鈣過飽和沉淀。另外，溫暖淺海環境，生物發育，藻類光合作用均需要吸收CO2，也促進 CaCO3的飽和和沉淀。底棲和浮遊生物還通過生物化學和生物物理作用直接建造鈣質骨骼，形成生物碳酸鹽巖。機械作用在碳酸鹽巖形成中占有重要位置。在淺海帶中一經沉淀的碳酸鹽沉積物就受到水動力帶能量的改造、簸選和沉積分異，形成以機械作用為主的各種灘、壩顆粒碳酸鹽沉積體。同時，波浪、潮汐流、風暴流攪動海盆地，促使海水中CO2迅速釋放，由新鮮的水流帶來充分的養料，加速生物繁殖，因而使碳酸鹽沉積。
在有陸源輸入的淺海盆地，碳酸鹽沉積受到排斥和幹擾，形成不純的泥質和砂質碳酸鹽巖。在有障壁的瀉湖和海灣，常常因海水中Mg2+濃度增加，形成高鎂碳酸鹽巖和白雲巖。在大陸淡水環境，碳酸鹽過飽和時常常形成各種結殼狀碳酸鹽巖──鈣結巖。
參考書目
何鏡宇、孟祥化：《沉積巖和沉積相模式及建造》，地質出版社，北京，1987。
E.Flugel，Microfacies Analysis of limestone，Springer-Verlag，Berlin，1982.