碳酸盐岩储层类型复杂多样，纵、横向均具有强烈的非均质性。前人在碳酸盐岩储层特征和预测等方面都做了大量的研究工作。本文在归纳和总结前人工作的基础上，采用了随机介质建模技术建立了不同孔缝洞的碳酸盐岩储层模型，利用变网格有限差分法进行正演模拟，并对模拟的结果用频谱分解技术研究其地震响应特征，阐述了倒频谱分析技术的基本原理与在薄储层应用中的效果，通过属性分析和反演技术研究了塔中卡塔克地区碳酸盐岩储层中灰岩与白云岩之间基本的地球物理响应差异。论文的主要内容包括以下几个方面：第一，分析了塔河油田碳酸盐岩储层的研究概况，研究了该区碳酸盐岩储层的类型、地质特征和地球物理特征，认为本区碳酸盐岩储层埋藏较深且纵横向变化大，裂缝和溶蚀孔洞相当发育，储集体内部介质速度变化大，且与其骨架岩石的波阻抗差异极大，风化壳内幕反射信号较弱且连续性差。第二，采用随机介质建模技术，利用变网格有限差分法解弹性波动方程进行正演模拟，研究孔缝洞型储层中不同孔缝尺度、分布密度等参数对模型结果的影响，以塔河油田奥陶系碳酸盐岩实际储层参数为基础，建立反映孔缝洞油气储层地球物理参数空间分布统计特征的随机介质模型，得出当溶洞横向尺度小于菲涅尔带半径，纵向尺度小于调谐厚度时，溶洞反射振幅与溶洞尺度呈正比例关系；对于孔缝洞随机分布的储层，上覆界面反射波振幅与孔缝洞密度以及裂缝角度成正比例关系。第三，论文将频谱分解分析技术引入到塔河油田碳酸盐岩储层研究领域，研究不同的孔缝洞的形状和尺度对不同频率的频谱响应特征，提出利用振幅谱最大振幅值及其所对应频率变化的属性分析技术预测碳酸盐岩储层，结果表明随着孔缝洞尺度及密度变大，振幅谱最大值整体呈增大趋势，最大振幅谱所对应的频率呈不断降低趋势。结合油田资料，预测了该区储集层横向展布以及裂缝发育情况。第四，对倒频谱分析技术进行理论和模型研究，认为在储层预测中，倒频谱分析技术对薄储层厚度计算和提高地震信号分辨率方面具有较好的效果。第五，针对塔中卡塔克地区碳酸盐岩储层的地质特征，采用地震属性分析与反演技术，得出该区灰岩与白云岩地层的地球物理特征差异，为白云岩地球物理判识技术提供基础。