煤系碳酸盐岩中碳酸盐矿物的含量大于50%。同时，岩石中可混入一定数量的碎屑矿物和其他自生矿物。

碳酸盐矿物主要由方解石、白云石组成，还可有文石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿等。现代碳酸钙沉积主要由文石、高镁方解石及少量低镁方解石组成。碳酸盐岩中混入的非碳酸盐成分有石膏、重晶石、岩盐及钾镁盐矿物等，此外还有少量蛋白石、自生石英、海绿石、磷酸盐矿物和有机质。常见的陆源混入物有黏土、碎屑石英和长石及微量重矿物。

煤系碳酸盐岩结构主要有粒屑结构、泥（微）晶结构、晶粒结构、交代残余结构、生物骨架结构和孔隙结构等。①粒屑结构。包括粒屑、微晶基质、亮晶胶结物3部分。粒屑结构又分为内碎屑、鲕粒、核形石、生物碎屑、球粒、团块等，内碎屑按粒径大小分为砾屑（粒径＞2毫米）、砂屑（粒径2～0.062毫米）、粉屑（粒径0.062～0.032毫米）、微屑（粒径0.032～0.004毫米）和泥屑（粒径＜0.004毫米）。微晶基质指充填于粒屑之间，与粒屑同时沉积的粒径小于0.03毫米的碳酸盐物质。亮晶胶结物由充填于粒屑之间，对粒屑起胶结作用的，粒径大于0.03毫米的亮晶方解石组成，是粒屑沉积之后的孔隙水化学沉淀而成。②泥（微）晶结构。岩石完全由小于0.03毫米的细粒碳酸盐物质组成，这种结构一般反映低能的沉积环境。③晶粒结构。根据粒度划分为巨晶（粒径＞2毫米）、粗晶（粒径2～0.5毫米）、中晶（粒径0.5～0.25毫米）、细晶（粒径0.25～0.062毫米）、粉晶（粒径0.062～0.032毫米）、微晶（粒径0.032～0.004毫米）、泥晶结构（粒径＜0.004毫米），其中微晶和泥晶结构可归为泥（微）晶结构。晶粒还可根据其自形程度划分为自形晶、半自形晶和他形晶。④交代残余结构。常见的是碳酸盐岩中的方解石被白云石交代形成白云岩、钙质白云岩及白云质灰岩等，还有方解石被燧石交代形成的硅质灰岩，岩石可具有交代而成的白云石的结构及燧石的结构，也可以保留有原来碳酸盐岩的结构。⑤生物骨架。指原地生长的底栖固着群体生物，如珊瑚、苔藓虫、海绵、层孔虫等坚硬钙质骨骼所形成的格架。另外，一些藻类，如蓝藻和红藻，其黏液可以黏结其他碳酸盐组分，形成黏结骨架。可根据生物所起的作用进一步分为骨架结构、障积结构和黏结结构。⑥孔隙结构。包括原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙形成于沉积同生阶段，如粒间孔隙、遮蔽孔隙、体腔孔隙、生物钻孔、窗格和层状空洞等；次生孔隙形成于成岩及后生作用的溶解改造，如粒内孔、铸模孔、晶间孔及其他溶蚀孔隙。

碳酸盐岩中可见沉积岩中所见到的各种物理、化学及生物成因的沉积构造。碳酸盐岩中所特有的构造包括：①叠层石。由蓝绿藻形成的叠层构造，表现为富藻纹层与富碳酸盐纹层交互叠置。不同类型的叠层构造可反映形成环境的水动力条件的强弱。②鸟眼构造。表现为毫米级大小的、常呈定向排列的、多为方解石或硬石膏充填的形似鸟眼的鸟眼构造，主要出现于潮上带。③示顶底构造。碳酸盐沉积物充填在碳酸盐岩孔隙中形成的示顶底构造，表现为孔隙下部首先充填暗色的泥晶或粉晶方解石，其后上部为浅色的亮晶方解石或盐类矿物充填，二者界面平直，并平行于原始水平面，依此构造可判断岩层顶底。④缝合线构造。岩层断面上呈锯齿状缝合状曲线，它在平面上是一个起伏不平的溶蚀面，一般认为缝合线是在压溶作用下形成的。

按照成分分类，包括石灰岩-泥岩系列、石灰岩-白云岩系列及方解石-白云石-黏土矿物的三端元系列，在三端元系列中可根据成分将碳酸盐岩细分成9种类型（见表）。按照结构成因分类，可将碳酸盐岩分成亮晶异常粒灰岩、泥晶异常粒灰岩、微晶灰岩（正常化学石灰岩）、原地礁灰岩、交代白云岩等类型。