碳酸盐岩储层目前正逐渐成为油气资源勘探开发的重点领域。但由于碳酸盐岩的成岩作用类型多样、成岩演化复杂等原因,成岩作用研究成为该类油气勘探中的难点。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,综合运用岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光、碳氧同位素测试等手段,开展储层岩石学特征研究,明确了层序界面下碳酸盐岩成岩作用特征及其演化,而后采用成岩物理模拟与数值模拟相结合的方法,阐明了碳酸盐岩的成岩过程和孔隙度演化,总结了层序界面控制下碳酸盐岩成岩作用机理。研究区中-下奥陶统储层的岩石类型主要为灰岩和白云岩,成岩作用类型主要有泥晶化作用、胶结作用、压实压溶作用、溶蚀作用、白云石化作用、硅化作用和破裂作用等,而在三级层序界面之下200 m深度范围内则反映出了海底成岩环境、埋藏成岩环境和大气淡水成岩环境相叠加的特征。基于室内物理模拟实验和与之对应的数值模拟,分析了对水-岩化学作用的影响较大的多种因素:方解石和白云石溶蚀量随时间增加而逐渐增大;两种矿物的溶蚀量随温度升高而先增后减,以90℃为溶蚀高峰,且方解石溶蚀总大于白云石;由于存在同离子效应,钙离子抑制两种矿物的溶蚀,而镁离子促进方解石溶蚀、抑制白云石溶蚀。储层成岩序列数值模拟的结果表明,成岩过程中,随着成岩条件的改变,成岩作用的类型与程度相差较大,孔隙度总体下降,仅在沉积-准同生期、表生期以及中-深埋藏期阶段,孔隙度呈上升趋势。数值模拟显示,在研究区目标层段三级层序界面下经历了6个成岩阶段（过程）的碳酸盐岩储层现今孔隙度最高可能达17.1%。从地震、测井、岩心和薄片等方面,证明了层序界面对储层成岩作用有明显的影响。结合地球化学分析和成岩数值模拟,明确了溶蚀作用的形成机制,总结了层序界面控制下的储层发育机制。结果表明,层序界面之下良好的碳酸盐岩储层主要形成于两个阶段,即准同生-早成岩期和晚成岩期阶段。准同生-早成岩期主要是受大气淡水溶蚀作用形成溶蚀孔洞,该孔洞一般分布于层序界面之下的200 m深度范围内;晚成岩期主要是受埋藏流体、热液作用形成次生孔隙,其分布受到层序界面、断层和裂缝的共同控制。