碳酸盐岩储层孔隙系统复杂。对空隙结构特征、渗流机理的研究直接影响到油气资源的勘探和开采。本研究选取了柴达木盆地东部地区ZK5-2钻井中石炭系的5块致密灰岩样品,通过XRD、XRF技术对灰岩的矿物成分、化学成分进行定量测试;利用氦气双室法与孔径分布实验（包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法）确定灰岩的孔隙度与空隙的孔径分布;用CH₄、N₂、CO₂、He四种气体进行渗流实验确定灰岩的表观渗透率。研究结果表明:致密灰岩的表观渗透率与其孔隙度没有明显的关系。表观渗透率由达西流、滑脱流与扩散流三部分组成,表观渗透率大小按CH₄、N₂、CO₂、He的顺序依次增加,其中He所测得的表观渗透率明显高于其他三种气体。滑脱流对表观渗透率的贡献受到分子平均自由程与孔径的双重控制,当气体分子平均自由程与岩石内集中出现的孔径接近时,在这些相近孔径的孔隙中会出现明显滑脱现象,此时滑脱流将对表观渗透率产生较大的贡献。分子平均自由程较大的气体在致密灰岩中主要以扩散的形式运移。岩石孔径小于分子平均自由程的孔隙所占比例越大,扩散流对表观渗透率的贡献度越高。