深层碳酸盐岩是油气生产可靠的接替领域,但在复杂地质过程的长期作用下其储层发育特征以及成岩成储机理有待进一步完善。本论文以塔里木盆地顺南地区中-下奥陶统碳酸盐岩为研究对象,借助扫描电镜观察和核磁共振测试等手段,对广泛分布的微孔碳酸盐岩进行储集空间表征;根据岩石学和原位稀土元素(REE+Y)等地化证据,对局部发育的热液硅质和白云岩进行成因机制探讨;通过储层发育受控因素分析,分别建立了深层微孔碳酸盐岩和深层热液改造碳酸盐岩的储层发育模式。研究区碳酸盐岩埋深超过6000 m,孔隙度一般不超过5%,渗透率一般小于10 m D,95%以上的储集空间由存在于方解石或白云石微晶之间的半径不超过10μm的微孔组成,属于典型的深层微孔碳酸盐岩。深层碳酸盐岩中的微孔可依据晶体的形态和相互间接触关系划分为3类:赋存在边界明显的半自形或他形微晶之间的微孔,是藻灰岩最主要的储集空间;赋存在相互间界限模糊的具复杂凸面结构的微晶之间的微孔,是不发育藻黏结结构的非生物灰岩最主要的储集空间;赋存在菱形白云石晶体之间的微孔,是白云岩的储集空间。总结了不同成岩作用对深层碳酸盐岩储层发育的影响,并厘定了热液流体的来源。强烈的胶结和压实作用致使具有不同沉积组构的碳酸盐岩的孔隙度与渗透率值趋于一致。‘Ostwald熟化’作用“增孔”,有限的胶结作用“保孔”。岩浆来源的热液流体为硅质的沉淀贡献了物质来源。深部来源的与超基性岩发生水岩反应的热液流体或者与二叠纪火山活动有关的岩浆流体参与了部分白云石的形成过程。伴随顺南地区NNE向走滑断裂的形成与活化,少量的热液流体可能会在地震泵吸作用下沿断裂向上运移。该走滑断裂还可为随后二叠纪大规模的流体运移提供运移通道。富含CO₂的热液流体与(超)基性火山岩的碳酸盐化反应为硅化和白云石化作用分别提供了充足的硅质和镁离子来源。分别建立了两类深层碳酸盐岩储层的发育模式。‘Ostwald熟化’作用引起的溶蚀-沉淀造成深层微孔碳酸盐岩孔隙度在研究区一间房组纵向上出现旋回性变化。热液流体对深层碳酸盐岩储层的控制具有时空分异性,早期以溶蚀为主后期以沉淀为主,热液改造碳酸盐岩储层主要沿断裂带分布。