塔里木盆地北部奥陶系海相碳酸盐岩经多期构造破裂与古风化岩溶共同作用,形成以灰岩和白云岩中孔-缝-洞为储集空间的储集体。该类储集体具有地层老、埋藏深和强非均质性等特点。随着开发规模不断扩大,油气储集空间的复杂暴露出油藏地质基础研究存在一定滞后性,影响了勘探和开发的效果。前人普遍认为碳酸盐岩基质和溶洞化学充填物不具有储集能力,而在实际研究中发现云斑灰岩基质孔隙和化学沉积古钙华孔隙中均含有大量石油或沥青。因此,深入掌握碳酸盐岩有效储集空间的性质,具有重要的理论和实践意义。本论文在对前人相关研究成果充分调研的基础上,以碳酸盐岩岩石学、储层地质学等为理论指导,综合利用野外露头、岩芯、测井、地球物理及各种分析测试资料,研究碳酸盐岩储集层的岩石类型、储集空间、物性特征、分布规律、演化模式及控制因素。塔河油田6-7区中下奥陶统鹰山组的主要岩石类型有泥微晶灰岩、颗粒灰岩、泥灰岩、云斑灰岩、白云岩、岩溶岩等六类,为开阔台地相沉积。岩溶岩又包括垮塌淀积角砾岩、巨晶方解石、地下暗河沉积岩、自碎或垮塌角砾岩。塔北露头古溶洞充填物复杂多样,溶洞化学充填物具有很好的代表性,化学充填物的类型主要有以下七种:垮塌钙华角砾岩、古钙华、包壳砾岩、方解石、硫磺、石膏、萤石。化学充填对于溶洞型储集体的作用有利有弊,其充填了古溶洞部分的储集空间,但是同时也保留颗粒间的粒间孔隙和部分残留孔洞,并对溶洞起到支撑的作用,缓解洞壁坍塌。在塔北硫磺沟古溶洞发现了含油古钙华,古钙华呈黑色或黄褐色,新鲜面具有硫化氢或沥青气味,晶间孔和层间缝饱含石油,证实了溶洞化学充填物也具有储集能力。研究区储集空间的类型主要为溶洞、孔洞、裂缝和孔隙四种。不同类型储集空间的组合构成溶洞型、缝洞型、裂缝型和孔缝型四类塔河油田主要储集体类型。其中,溶洞型是研究区最重要的一种储集体类型。基质孔缝型属于致密型储集体,以往一直被人们所忽视,本文认为其具有较大潜力,并进行了论证。基质型储集体的储集岩为云斑灰岩,利用岩芯、薄片、阴极发光、扫描电镜、能谱分析及包裹体显微测温等分析手段,对其产出特点、微观孔缝结构、储集物性、分布规律和演化模式进行了系统研究和详细论述,证实了云斑灰岩基质型储集体具有重要的勘探价值。研究区经历了海水成岩阶段、大气淡水成岩阶段和埋藏成岩阶段三个成岩阶段,主要发生在加里东早期、加里东末期-海西期和印支至喜山期。成岩作用复杂多样,对储集空间有建设性作用的成岩作用有:压实压溶作用有利于缝合线的形成,溶蚀作用形成大量次生孔隙、溶蚀孔洞、大型溶洞和溶蚀裂缝,破裂作用有利于多期裂缝的形成,碳酸盐岩成岩作用对储集物性的改善有重要意义。溶洞型储集体在垂向上具有明显的分带性,按溶洞层顶距T74反射层的距离可以分为3个带,0~60m表层岩溶带、60~150m渗流岩溶带和>150m的潜流岩溶带。在平面上,受大断裂和岩溶地貌的控制,主要沿北西向大断裂呈条带分布在岩溶缓坡的台地、斜坡和残丘上。通过对塔北岩溶露头的阴极射线、包裹体测温、常量元素、碳氧同位素、稀土元素及微量元素的分析,研究了岩溶露头的化学充填性质及成因机制。探讨了岩溶缝洞的形成演化阶段,论述了构造运动、断裂、古地貌、古水系、岩石性质、成岩作用对储集空间的控制作用。