碳酸盐矿物在沉积岩中分布的相当广泛，其主要光性特征已为大家熟知，即具菱形解理，闪突起明显，高级白干涉色，均系一轴晶负光性。常见的碳酸盐矿物为方解石，其次为白云石，至于菱铁矿、菱镁矿、菱锌矿、文石、菱锶矿、白铅矿、毒重石等则比较少见。碳酸盐矿物既可以单独组成碳酸盐岩，也可以在其他岩石中呈次要组分出现，并且常常在颗粒碳酸盐岩和陆源碎屑岩中呈填隙物产出。
碳酸盐矿物的光性特征大多十分相似，尤其是当岩石中两种以上的矿物同时存在的时候，在薄片中准确定出矿物种属是比较困难的，可靠的鉴定必须辅以薄片染色等方法。
1.方解石
沉积岩中的方解石粒度变化很大，从小于0.01 mm的泥晶到大于4 mm的巨晶均可出现。结晶粒状、鲕状、球粒状及栉壳状集合体都很常见。遇冷盐酸强烈起泡。
由泥晶方解石组成的岩石或基质十分常见，这些小的方解石微粒即使在显微镜下也难一一分开。因而在单偏光镜下半透明，呈微褐色。糙面显著，转动物台可看到明显变化。正交镜下不会完全消光，干涉色总是呈高级的浅黄色调。这种微粒集合体不完全消光的现象称作集合偏光。
重结晶的方解石多为他形，单偏光镜下通常无色。正交镜下常见聚片双晶，双晶纹平行菱形解理长对角线。双晶纹附近具美丽的五彩镶边。
在薄片中，方解石区别于其他碳酸盐矿物的一个重要特征，是形状不规则，很少见到自形晶。初学者容易将榍石与方解石相混，因为榍石也具高级白干涉色。如果仔细观察，就会发现榍石的突起极高，闪突起也不太明显。
2.白云石
泥晶白云石少见，其镜下特征基本上同泥晶方解石。只是由于含杂质的原因，显得更浑浊一些。
通常白云石结晶程度比较高，多呈自形晶，晶间接触界线平直。白云石的菱面体中心，经常可以见到黏土或铁质等不透明矿物包裹体。有时呈一圈圈的环带状，重复着菱面体的外形，称为环带构造。白云石镜下无色到浑浊的灰色，或被氧化铁染成褐色。正交镜下聚片双晶比较少见，若有，双晶纹平行菱形解理短对角线。
在薄片中区分方解石和白云石并非易事，准确鉴定可用染色法。在手标本上，白云石遇冷盐酸不起泡。
铁白云石是白云石富含Fe2+的变种，可以同白云石构成类质同象系列。铁质白云石多半呈细粒状集合体，很少形成扁豆状的单个菱形晶体。薄片无色，表面常氧化成暗褐色，可同白云石相区别。折光率和双折率也较白云石高。
3.菱铁矿
菱铁矿在薄片中无色、灰色，并往往呈浅黄褐色。由于风化的缘故，在晶体边缘或解理附近常具有褐铁矿的黄色锈斑。菱铁矿常具有一种特殊的菱面体晶形，晶面圆滑，呈不规则的大小不等的颗粒。因两个振动方向的折射率均高于树胶，故闪突起不明显，正交镜下具高级白干涉色。
在细粒的岩石中，微细的菱铁矿晶粒常构成放射状或球粒状集合体，正交镜下可以看到通过各个球粒中心的十字消光现象。岩石中如果散布有较多的黏土物质，菱铁矿晶体就发育不好。这时矿物呈褐色，并具集合偏光。
镜下可根据菱铁矿形状、闪突起不太明显，突起高及表面往往出现黄色锈斑，易变化为褐铁矿；在标本上可根据密度大，褐色和加冷盐酸不起泡等特征与其他碳酸盐矿物相区别。
碳酸盐矿物：金属阳离子与碳酸根相结合的化合物
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