塔北隆起位于塔里木盆地北部，目前盆地内所发现的石油储量大部分集中在该隆起。深部奥陶系碳酸盐岩是该区的重要含油气层系，与多期不整合面及构造抬升暴露有关的表生岩溶现象十分丰富。　　本文以石油地质学理论为指导，以流体包裹体系统分析技术及稳定同位素分析技术为主要手段，对该区开展古岩溶作用环境和期次研究。通过揭示塔北地区奥陶系碳酸盐岩中岩溶孔、洞、缝中充填物的地球化学特征，初步确定大气水作用于研究目的层位成岩作用环境及岩溶发育期次，并结合构造埋藏史、不整合面特征及断裂发育特征，初步探讨大气水对于该区的岩溶作用机制。　　依据岩溶产物中大量流体包裹体特征分析，结合成岩环境划分标准及该区沉积埋藏史，从统计图数据集中分布趋势，初步识别出三期大气水岩溶:第一期为均一温度小于50～60℃的单液相盐水包裹体所指示的渗水带环境大气水作用;第二期为中上奥陶统碳酸盐岩中Ⅰ溶A及下奥陶统Ⅰ缝A组指示的加里东晚期-海西早期的浅埋藏成岩环境大气水及混合水作用;第三期为中上奥陶统Ⅱ缝A、Ⅱ缝B及下奥陶统中Ⅱ溶C、Ⅱ缝C、Ⅱ溶D指示的燕山晚期-喜马拉雅期中埋藏环境下大气水作用的埋藏古岩溶。　　岩溶产物中碳、氧同位素值呈现第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ不同特征趋势段分布指示样品形成于三个不同的成岩环境及不同的成岩期次:第Ⅰ趋势段缝洞充填方解石样品以最高的δ18O值、δ13C值及盐度值和较低的成岩温度为特征，是海水作用环境;第Ⅱ趋势段样品以较低的δ18O值、δ13C值及盐度值和较低的成岩温度为特征，对应是淡水淋滤或混合水作用环境;第Ⅲ趋势段内样品以最低的δ18O值、δ13C值及盐度值和最高的成岩温度为特征是淡水淋滤后经埋藏成岩或有机质作用改造的产物，代表了早期岩溶带胶结充填产物由开放状态逐渐进入到半封闭、封闭状态和较高温度胶结充填特征。　　综合以上分析，初步识别出塔北地区奥陶系经历的三期大气水作用，岩溶机制分别为:第一期为渗水带环境大气水作用;第二期为加里东期-海西早期的浅埋藏成岩环境大气水及混合水作用，成因机制为受加里东期及海西早期受不整合面控制;第三期为燕山晚期-喜马拉雅期中埋藏环境下大气水作用的埋藏古岩溶充填，成因机制可能为受后期断裂控制的大气水作用。