石灰岩

石灰岩（Limestone）是一种以方解石为主要矿物的沉积碳酸盐岩。它主要由碳酸钙（CaCO₃）组成，呈微粒状晶体形态，常呈现偏三角面体和菱面体，颜色为浅灰色或青灰色。石灰岩是通过河流将大陆上大量的钙质（主要是重碳酸盐Ca（HCO₃）₂）带到海中，在一定的物理化学条件下转变为碳酸钙，并大量在海底沉淀形成石灰岩矿床。它是烧制石灰和水泥的主要原料，同时在冶金工业中也用作熔剂。此外，色彩花纹美丽的石灰岩还可以用于装饰石材。

纯质石灰岩的化学成分接近于方解石的理论组成（CaCO₃），呈白色，但是石灰岩常常含有不同的杂质，所以它们通常表现出不同的颜色。天然石灰岩常含有SiO₂、AlO₃、MgO、TiO₂、Fe₂O₃、FeO、Na2O、K₂O、P₂O₅、FeS、SO₃、H₂O等杂质。不同产地、不同层位的石灰岩的成分往往具有较大差异。

石灰岩的主要物理性质：

密度2.41～2.83g/cm；

视孔隙度0.7%～6.0%；

抗压强度108.9～196.5MPa；

冲击断裂模量5.5～17.2MPa；

坚韧度0.8～2.6cm/cm2；

莫氏硬度3～4。

石灰石的化学成分主要是碳酸钙(CaCO₃)，通常以微粒状的方解石呈现。这种晶体形态复杂，常呈偏三角面体和菱面体，颜色多为浅灰色或青灰色。石灰石可以呈现出致密的块状、粒状、结核状以及多孔结构状。

从结构上来看，石灰岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架5种结构组分组成。

石灰岩的形成是通过河流将大陆上大量的钙质（主要是重碳酸盐Ca（HCO₃）₂）带到海中，在一定的物理化学条件下转变为碳酸钙，并大量在海底沉淀形成石灰岩矿床。这些矿床主要形成于海水较浅、气候温暖、适合动物和植物群生长的环境下。碳酸钙从海水中沉淀出来的机械作用，既有化学成因，也有生物成因，其基本反应原理如下：

化学成因：Ca（HCO₃）₂=CaCO₃+H₂O+CO₂

生物成因：Ca（HCO₃）₂+2NH₄OH=CaCO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O

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，碳酸盐岩主要是由海水的直接化学沉淀和藻类的生物化学作用所形成的。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，因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。

石灰岩在自然界中通常形成于海洋盆地或陆地湖泊，在地球上广泛分布。海相沉积岩系中的石灰岩呈层状或似层状，规模大，层位及厚度稳定，成分一般比较均匀，因此具有工业开采价值。而湖相沉积岩系中的石灰岩多以透镜状、似层状产出，规模一般不大，分布较局限，成分通常不均匀，因此工业利用价值不大。

中国华北地区的石灰岩主要形成于寒武纪和奥陶纪时期，而东北地区则以寒武纪、奥陶纪、石炭纪和二叠纪为主要产区。华南地区的石灰岩主要形成于石炭纪、二叠纪和中生代早期。湖北、广东、广西、福建和江苏南部地区发育了中上泥盆系石灰岩。此外，辽宁、内蒙古和山东前寒武纪变质岩系中的白云岩以及华北奥陶纪、中南地区石炭—二叠纪、西南地区三叠纪的白云岩也具有工业价值。

对石灰岩的分类分类方法主要是依据化学成分进行分类（多被化工部门采用）以及依据结构多级分类（多被地质、石油等部分采用）。对石灰岩结构分类具有代表性的主要有福克分类、邓哈姆分类以及中国学者冯增昭提出的结构-成因分类。

福克根据异化颗粒、泥晶基质、亮晶胶结物为三角图的三端元组分将石灰岩分类为亮晶异化石灰岩（Ⅰ类）、微晶异化石灰岩（Ⅱ类）、微晶石灰岩（Ⅲ类）。

福克把亮晶异化石灰岩（Ⅰ类）和微晶异化石灰岩（Ⅱ类）称为异常化学岩，把微晶石灰岩（Ⅲ类）称为正常化学岩。此外，福克还把由生物格架所组成的礁石灰岩称为生物岩，这是福克分类中的第Ⅳ类石灰岩。在这四个主要石灰岩类型的基础上，福克又根据异化颗粒的类型及其他特征，把石灰岩再细分为11个类型（图2）。

根据异化颗粒、微晶方解石泥、亮晶方解石胶结物在岩石中的相对百分含量，尤其是微晶方解石泥及亮晶方解石胶结物的相对含量，福克仿照碎屑岩的结构成熟度的概念，提出了石灰岩的成熟度的概念（图3）。