世界碳酸盐岩储层的油气产量约占世界油气总产量的60%左右,由此可见碳酸盐岩储层的地位和重要性。近几年来,在塔里木盆地台盆区,鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地及千米桥等古潜山地区,发现了一大批碳酸盐岩油气田,以古生界为主的海相碳酸盐岩成为我国陆上油气勘探的重要领域。这些碳酸盐岩油气储层大多数形成于不整合面之下,与古岩溶作用密切相关,碳酸盐岩储层经历了长时间的岩溶作用过程,储层规律复杂,非均质性强,勘探开发和储层预测难度大。因此,深入开展碳酸盐岩古岩溶储层研究,掌握古岩溶的分布规律和成因机制,对我国海相碳酸盐岩油气勘探具有重要的现实意义。本文以轮南古潜山东部地区奥陶系碳酸盐岩为研究对象,采用“古岩溶成因组合分析法”开展古岩溶缝洞系统发育规律与成因机理研究,研究内容主要包括古岩溶地貌精细刻画、古水系恢复、古岩溶发育特征、古岩溶充填及演化规律等,取得了以下主要成果及认识:(1)以现代岩溶理论为指导,建立了古岩溶地貌类型划分指标体系,采用“古地貌成因组合识别法”进行古地貌恢复及精细刻画,将研究区划分为4个二级地貌单元及12个三级地貌单元。(2)利用古地貌恢复技术开展了古地表水系恢复;围绕岩溶缝洞系统的地质及地球物理特征识别,建立了基于地貌、岩心、测井、录井、地震剖面的识别指标体系,进行了古地下河系统的识别,并系统阐述了研究区前石炭纪古水文地质条件。(3)通过统计分析岩芯、测录井资料、地震剖面、充填物物性特征等基础数据资料,对研究区古岩溶缝洞系统发育规律及分布特征进行了系统研究:(1)将研究区典型碳酸盐岩缝洞系统划分为地下河、岩溶洞穴、溶蚀孔洞、溶蚀缝等4种类型,并细分为8个亚类,建立了相应的结构地质模式;(2)研究区岩溶缝洞系统在垂向上被划分为表层岩溶带、垂向渗滤带、径流溶蚀带、潜流溶蚀带等四个带,并揭示了古岩溶缝洞系统发育的垂向差异性;(3)查明了充填物类型及来源,在系统分析缝洞系统充填物特征的基础上,建立了潮湿环境下典型碳酸盐岩缝洞系统充填模式。(4)通过对缝洞充填物开展稳定同位素、包裹体、孢粉和电子探针与能谱分析测试,结合古气候条件、岩溶作用条件等系统分析了古岩溶缝洞系统形成的成因机理和演化特征,研究区奥陶系风化壳岩溶主要形成于海西早期,古岩溶缝洞系统经历了3~4个期次的岩溶作用充填。(5)在以上研究的基础上,着重从古地貌和古水动力角度来开展岩溶储层发育有利区块预测,系统总结了地层岩性、岩溶地貌特征、水动力条件、岩溶垂向分带等预测依据,对研究区岩溶储层有利区块进行预测,建议对轮南11-轮古7-轮古4井区块(Ⅰ)等四个区块加强重点勘探与开发。