深层碳酸盐岩地层中的油气勘探不断取得突破,使深层碳酸盐岩储层特征及其成因机理研究也越来越重要。随着研究的不断深入,发现次生溶蚀孔隙是深层碳酸盐岩储层的主要储集空间,深达8000 m的地层仍发育溶洞,说明溶蚀作用对深层碳酸盐岩储集空间的形成具有重要意义。因此,本文以巴楚-塔北地区寒武系碳酸盐岩储层为例,实际地质分析与模拟实验相结合的方法对深层碳酸盐岩溶蚀作用机理进行了系统研究。在构造和沉积特征的基础上,以岩芯观察、薄片鉴定为主要手段,结合扫描电镜、阴极发光、流体包裹体、地球化学分析、测井资料等对巴楚-塔北地区寒武系碳酸盐岩溶蚀作用类型及特征进行了详细分析。结果表明同生-准同生期大气淡水溶蚀普遍发育于巴楚-塔北地区寒武系碳酸盐岩台缘礁滩、台内丘滩和膏云坪沉积,为埋藏条件下的成岩流体提供了运移通道和储集空间;沙雅隆起的牙哈-英买力地区及库车凹陷南部发育风化壳岩溶作用;埋藏条件下发育有机酸溶蚀和热液溶蚀作用,但是以有机酸性流体溶蚀改造为主。在实际溶蚀作用分析和溶蚀模拟研究现状的基础上,以岩芯柱样为实验样品,模拟地层埋藏演化过程中的渗流溶蚀以研究深层碳酸盐岩溶蚀作用机理。结果表明:矿物成分及储集空间类型控制碳酸盐岩选择性溶蚀,方解石含量高的过渡型碳酸盐岩,方解石易优先溶蚀形成次生孔洞;碳酸盐岩中的(硬)石膏在埋藏条件下溶蚀能力相对较弱。孔隙型碳酸盐岩以基质孔隙的扩溶为主,溶蚀后孔隙度、渗透率相应增加,但增幅不明显;裂缝型碳酸盐岩易形成流体运移的优势通道,导致溶蚀量相对减少,但极大地提高了渗透率。随着温度、压力的增加,酸性流体对碳酸盐岩的溶蚀能力先增强后减弱,存在最佳溶蚀温度、压力范围。以沙雅隆起沉积、构造演化为背景,结合实验结果和实际溶蚀作用特征建立了深层优质碳酸盐岩储层溶蚀作用发育模式。认为同生-准同生期大气淡水溶蚀和风化壳岩溶是深层优质碳酸盐岩储层储集空间发育的基础,埋藏条件下有机酸性流体对储集空间具有重要的溶蚀改造作用,尤其是未完全白云石化的方解石在埋藏条件下易被优先溶蚀;虽然发育热液溶蚀作用,但是由于热液流体主要沿断裂、裂缝运移,且高温高压条件下溶蚀能力减弱,发育热液充填矿物,所以热液流体对储集空间的贡献较弱。最后,根据溶蚀模拟实验结果及现阶段模拟实验研究存在的问题,针对碳酸盐岩复合岩溶问题、溶蚀流体选择问题、流体渗流方向的问题、水-岩反应面积的变化问题等四个方面提出了建议或者看法,期望促进碳酸盐岩溶蚀模拟实验的进一步发展。