碳酸盐岩储集层
碳酸盐岩储集层岩石类型以粒屑灰岩、礁灰岩、白云岩为主。碳酸盐岩储集层是另一类重要的油气产层。碳酸盐岩储集层中的油气储量占世界油气总储量的一半，产量已达到总产量的60%以上。碳酸盐岩油气田一般比砂岩油气田储量大，单井产量高。对世界上198个大油田统计表明（Moody，1975），碳酸盐岩大油田平均可采储量为5.6×108t，砂岩大油田的平均可采储量为2.9×108t。另外，世界上共有9口日产量曾达万吨以上的高产井，其中有8口属碳酸盐岩储集层。如波斯湾盆地是世界碳酸盐岩油气田分布最集中的地区，其中沙特阿拉伯的盖瓦尔油田是世界特大型的碳酸盐岩油田，其可采储量高达107 ×108t，也是目前世界上可采储量最大的油田。
我国碳酸盐岩地层分布极为广泛，层位多，厚度大，油气显示丰富，并已找到了工业性的油气藏。四川在碳酸盐岩地层中采气已有两千多年的历史。20世纪80年代中期后华北任丘古潜山（碳酸盐岩）油田，塔里木盆地塔河油气田的发现，为在我国寻找碳酸盐岩油气田打开了新局面。
（一）孔隙类型
孔隙类型依其形态特征可分为孔隙、溶洞和裂缝三类。一般说来，孔隙和溶洞是主要的储集空间，裂缝是主要的渗滤通道，也是储集空间。
图3-12 碳酸盐岩孔隙分类（据Choquette和Pray，1970修改）
BP—粒间孔；WP—粒内孔；SH—遮盖孔；GF—生长骨架孔；FE—蚀窗孔；MO—铸模孔；BC—晶间孔；VUG—孔洞；CH—沟道；CA—洞；FR—裂缝；BU/BO—虫掘/蚀穴孔；SK—收缩孔；BR—角砾孔
碳酸盐岩孔隙的形成过程是一个复杂而长期的过程，它贯穿在整个沉积过程及其以后的各个地质历史时期。除了受沉积环境的控制外，地下热动力场、地下或地表水化学场、构造应力场等因素均对它们的形成和发展有巨大的影响。由于碳酸盐岩的特殊性（易溶性和不稳定性），使碳酸盐岩储集空间的演化相当复杂，孔隙类型多、变化快，往往在同一储集层内存在着多种类型的孔隙，各种孔隙又往往经受几种因素的作用和改造。因此，对碳酸盐岩孔隙分类时，既要考虑它的原始成因，又要考虑它在整个地质历史过程中的改造和变化。关于碳酸盐岩孔隙类型的划分方案较多。Choquette和Pray（1970，1985）根据受组构控制与不受组构控制两项关系，将碳酸盐岩孔隙划分为与组构有关、与组构无关及介于两者之间的三大类型若十种孔隙（图3-12），其中有几种为常见类型，其他则为比较特殊的类型。当然，根据孔隙成因也可将碳酸盐岩分为原生孔隙和次生孔隙两大类。
（二）影响碳酸盐岩储集层性的主要因素
1.沉积环境
沉积环境，即介质的水动力条件，是影响碳酸盐岩原生孔隙发育的主要因素。碳酸盐岩原生孔隙的类型虽然多种多样，但主要的是粒间孔隙和生物骨架孔隙。这类孔隙的发育程度主要取决于粒屑的大小、分选程度、胶结物含量以及造礁生物的繁殖情况。因此，水动力能量较强的或有利于造礁生物繁殖的沉积环境，常常是原生孔隙型碳酸盐岩储集层的分布地带。主要有台地前缘斜坡相、生物礁相、浅滩相和潮坪相等。在水动力能量低的环境里形成微晶或隐晶石灰岩，由于晶间孔隙微小，加上生物体少，不能产生较多的有机酸和CO2，因此不仅在沉积时期，就是在成岩阶段要形成较多的次生溶孔也是比较困难的。
2.成岩后生作用
碳酸盐岩在沉积时期所形成的原生孔隙会因其后发生的各种成岩后生作用而改变。碳酸盐岩的成岩后生作用有些有利于储集层物性的改善，而有些则使储集层物性变差。因此，研究成岩后生作用对孔隙的影响是很重要的。碳酸盐岩的成岩后生作用主要有溶蚀作用、胶结作用、重结晶作用、白云石化作用、溶解作用、方解石化作用、硅化作用、硫酸盐化作用等。
（1）溶蚀作用
碳酸盐岩孔隙的形成和发育与地下水的溶解作用和淋滤作用关系密切，这是由碳酸盐岩的易溶性所决定的。地下水因溶解带走了易溶矿物是造成溶蚀孔隙、孔洞的原因，也是溶蚀裂缝扩大的原因。巨大的岩溶洞穴、地下暗河等是碳酸盐岩发育区常见的景观。
碳酸盐岩结晶矿物的溶解度取决于它们本身的性质、地下水的溶解能力以及热动力条件。
岩石的矿物成分不同其溶解度也不同。方解石和白云石的溶解度取决于水中CO2的含量、地下水的温度和硫酸钙的含量等。随着水中CO2含量的增加，方解石和白云石的溶解度增大，且当水中CO2含量高时，方解石的溶解度比白云石高；相反，当水中CO2含量低时，白云石的溶解度比方解石高。一般在CO2含量较高的水中，在低温条件下（小于0℃）方解石的溶解度比白云石的溶解度大约高0.5倍。随着温度上升，这个差值变小，当温度为55℃时白云石的溶解度和方解石相等。温度进一步升高，白云石的溶解度反比方解石高。水中硫酸钙含量对方解石和白云石溶解度的影响问题还没有彻底弄清楚。一般说来，白云石的溶解度与硫酸钙含量增加关系不大，而方解石的溶解度明显随之下降。
结晶矿物晶粒大小不同，它们的溶解度也不相同。如2mm石膏微粒比0.3mm的石膏微粒的溶解度低20%，碳酸盐矿物也是如此。因此，小颗粒的溶解有利于大颗粒的生长。
碳酸盐岩中所含不溶矿物杂质对溶解过程也有很大的影响，当碳酸盐岩中存在泥质、硅质或有机物等杂质时会阻碍溶解过程进行。如我国四川乐山震旦系白云岩，岩石不溶残余物含量小于1%者，孔洞发育；当不溶残余物含量大于10%时，很少发育大溶洞。
碳酸盐岩的溶蚀孔洞一般均发育在岩溶带。岩溶带的发育状况与气候条件、地下水的活动情况有密切的关系。一般温暖潮湿气候区，地下水活动强烈，溶蚀作用也相当活跃。我国华北地区下古生界碳酸盐岩地层在奥陶纪沉积以后，整体上升，经过长期的沉积间断，古岩溶发育良好，因此，是一个良好的储集层。
（2）重结晶作用
指碳酸盐岩被埋藏之后，随着温度、压力的升高，岩石矿物成分不变，而矿物晶体大小、形状和方位发生了变化的作用。这种作用使致密、细粒结构的岩石变为粗粒结构、疏松、多晶间孔隙的岩石。粗粒结构的岩石强度降低，易产生裂缝。这样，有利于地下水渗滤，为溶蚀孔隙的发育创造了条件。我国四川侏罗系大安寨介壳灰岩产油气层，其孔隙发育程度随重结晶作用的增强而变好。当碳酸盐岩中存在泥质、有机质、硅质、硫酸盐等杂质时，它们会降低碳酸盐岩重结晶的速度，又往往填塞在各种孔隙空间，对碳酸盐岩的储油物性产生不利的影响。
（3）白云石化作用
指白云石取代方解石、硬石膏和其他矿物的作用。白云石化作用一般可分为两类，一类是发生在沉积物中的准同生期白云石化作用；另一类为发生在成岩后生期的白云石化作用。白云石化作用对碳酸盐岩孔隙度的影响，至今仍是一个未解决的争论问题。以前一种比较流行的看法是白云石化作用总是引起孔隙度的增加，根据是1837年包蒙所提出的白云石分子交代石灰岩中方解石分子的分子对等假说，其反应式是：
此时体积缩小12.5%，这样就形成孔隙极为发育的白云岩。这种观点一直到现在还有人运用。但是，亦有许多学者反对这种观点。1915年伦德斯在研究岩石中白云石化作用对孔隙的形成问题时，指出：①白云石化带并不总是孔隙发育带；②所观察到的白云岩孔隙与计算所得结果不一致；③白云岩中的孔隙本身带有溶蚀的痕迹，而不是依靠体积缩小的方式形成的孔隙。
1953年柯尔任斯基在详细研究了各种交代作用以后指出，交代作用并不伴随体积的变化，交代作用的发育程度与孔隙溶液溶解固相物质的作用密切有关。存在于孔隙中的溶液含有可转变为固相的物质，但其浓度是不同的，不同的浓度就是造成致密或多孔的交代岩石的主要原因。溶液过饱和时，往往形成致密坚硬的岩石；相反，在溶液矿化度低的情况下，岩石的孔隙就发育。通常在表生交代作用条件下，溶解作用大于沉淀作用，因而常形成多孔的白云岩。尽管意见不同，但一般说来，白云石化对岩石孔隙度和渗透率还是起改善作用的。
3.构造作用
裂缝既是碳酸盐岩储集层的储集空间，更重要的是油气渗滤的重要通道。不同类型的裂缝其成因不同。根据成因可将裂缝划分为构造裂缝和非构造裂缝两大类。对储集层物性有重要影响的主要是构造裂缝。构造裂缝受构造因素控制，构造因素包括构造作用力的强弱、性质、受力次数、变形环境和变形阶段等。一般说来，受力越强，张力越大，受力次数越多，构造裂缝越发育；反之，则发育较差。同一岩石在常温常压的应力环境下裂缝发育，在高温高压环境下则发育较差。在一次受力变化的后期阶段，裂缝密度大，组系多；前期阶段则相应较少。这些条件的时空配置，控制着构造裂缝的发育分布规律。