原生孔隙是在沈積作用過程中形成的，直接受沈積環境的控制，但在其沈積之後的埋藏成巖變化過程中，碳酸鹽巖孔隙體系將會經歷巨大的改造和變化，存在次生孔隙的發育和孔隙的破壞正反兩個方面。成巖作用對於碳酸鹽巖儲層的影響要較碎屑巖儲層更加明顯，意義更加深遠。
（壹）碳酸鹽巖成巖環境與成巖作用特征
1.碳酸鹽巖成巖環境
從碳酸鹽巖孔隙流體性質分析，存在 3 類主要的成巖環境帶，即大氣淡水成巖環境帶、海水成巖環境帶和地層水成巖環境帶。其中，大氣淡水成巖環境帶和海水成巖環境帶為地表或近地表環境，地層水成巖環境帶以埋藏深處提供的鹵水成巖作用為特征。在不同的成巖環境帶具有不同的成巖作用特征。
（1）大氣淡水成巖環境帶
大氣淡水成巖環境帶以暴露於空氣中為特征。大氣淡水組成的孔隙流體對碳酸鹽沈積物（巖）呈欠飽和狀態，可溶解碳酸鹽顆粒及基質，形成次生孔隙，同時溶解的碳酸鹽物質可轉移到它處沈澱，作為碳酸鹽膠結物充填孔隙。該環境可分為兩種情況，壹是沈積物形成之後較短時期內暴露地表而發生的與大氣淡水作用相關的成巖作用，另壹種是經過壹定地質時期埋藏成巖作用的碳酸鹽巖，由於地殼構造運動擡升重新暴露地表，形成表生期大氣淡水成巖環境。
（2）海水成巖環境帶
海水成巖環境帶以沈積物沈積之後尚未脫離原始海水介質條件下發生的各種成巖作用為特點。可進壹步劃分為蒸發海水成巖環境和正常海水成巖環境。蒸發海水成巖環境所產生的超鹽度海水（60%～80%）使剛剛沈積的碳酸鹽沈積物與蒸發海水發生相互作用，可發生大規模的白雲巖化作用，對改造碳酸鹽巖原生孔隙起到顯著的控制作用。正常海水成巖環境膠結作用是其主要的成巖作用方式。
（3）地層水成巖環境帶
地層水成巖環境帶的特征是隨沈積物的埋深孔隙流體已無近地表水的參與，孔隙水是地層中的封存水，即可以是大氣淡水與海水的混合液，或經過高溫高壓的巖石與地層水的相互作用形成的化學混合鹵水。在巖石和孔隙水的相互作用過程中，可以發生膠結作用、交代作用、溶解作用和重結晶作用，同時在高溫高壓條件下可發生壓溶作用，特別是與有機質熱降解產生的大量有機酸有關的局部欠飽和狀態可以導致與溶解作用有關的次生孔隙。
2.成巖作用特征
碳酸鹽巖與碎屑巖的成巖作用特征有很大的差異，對孔隙的發育和演化影響的方式和程度也有差別。首先表現在壓實作用的不同，壓實作用在碳酸鹽巖成巖變化過程中的影響不明顯，而對於碎屑巖起著重要作用；其次，碳酸鹽巖的膠結作用在近地表或早期成巖階段就已大規模發生，碎屑巖的膠結作用則是隨埋深逐漸發生；第三，由於巖石學特征的差異，碳酸鹽巖較碎屑巖更易發生各種類型的溶解作用、重結晶作用、白雲巖化作用和各種後生變化。從而在孔隙類型、孔隙結構和孔隙演化等方面，碳酸鹽巖有其自身特點。
（1）壓實作用：包括機械壓實作用和化學壓實作用。其中機械壓實作用主要對泥晶灰巖等低能沈積環境產物起較大的作用，而對各種顆粒巖和生物骨架巖由於在大幅度埋深以前的早期膠結作用使其固化，機械壓實作用不明顯。隨著埋深加大，溫度和壓力增加，碳酸鹽顆粒接觸處發生壓溶作用（化學壓實作用），從而在沒有應力作用的顆粒表面沈澱，最終導致縫合線接觸。
（2）膠結作用：所謂膠結作用是指碳酸鹽顆粒或礦物彼此粘結在壹起，變成堅固巖石的作用。碳酸鹽沈積物的膠結作用常是通過晶體在孔隙空間中的生長、碳酸鹽泥的壓縮和質點間的壓溶作用完成的。現代碳酸鹽沈積物的孔隙度壹般是 40%～70%，而大多數灰巖的孔隙度小於 5%，主要是通過膠結作用使孔隙變小，並壓實、固結而形成堅硬的巖石。碳酸鹽沈積物的大規模膠結作用基本在近地表的滲流帶和潛流帶就已基本完成。碳酸鹽巖膠結物主要為方解石，其次有白雲石、硬石膏、天青石等。
（3）溶解作用：碳酸鹽巖對於溶解作用尤為敏感，溶解作用可發生在成巖作用的各個階段。壹是早期成巖暴露受到富含 CO2 的大氣水的淋濾發生溶解作用，使得鮞粒、藻球粒、藻屑、軟體動物等溶解而形成鑄模孔隙；二是在深埋地層水成巖環境下，有機質熱降解產生的大量有機酸局部欠飽和狀態可以導致部分（顆粒、膠結物等）碳酸鹽礦物的溶解作用，形成各種溶蝕次生孔隙；三是表生成巖階段地表水的溶解作用，特別是在古侵蝕面淡水滲流帶的溶解作用可以對早先充填孔隙的鹽類及碳酸鹽礦物溶解起到很大作用，並可沿構造裂隙、節理縫溶蝕產生大量的溶孔、溶洞和溶縫。溶解作用對於碳酸鹽巖儲層的形成和發育具有重要意義。
（4）重結晶作用：重結晶作用是作用前後的礦物成分不變，而晶體大小、形狀和方位發生了變化的作用。壹般情況是晶體增大（進變重結晶），特殊情況下也可使晶體縮小（退變重結晶）。進變重結晶指沈積物埋藏以後，由於溫度壓力的增大，各種結構組分（灰泥、膠結物及顆粒）結晶程度增高、晶粒增大的過程；退變重結晶指鮞粒、骨粒等的泥晶化作用，可以通過生物鉆孔、顆粒和生物的壓碎等泥晶化實現。
（5）白雲巖化作用：白雲巖化作用主要指灰泥或灰巖中的方解石、文石或高鎂方解石被白雲石交代的作用。白雲巖化作用可發生在不同的成巖階段。
準同生白雲巖化作用指灰泥尚在其原沈積環境中就被白雲石交代而形成白雲巖，其特點是白雲石晶體呈自形—半自形，泥晶—微晶，成層分布，通常出現在潮上帶潟湖、鹽湖及潮上坪等環境。
成巖白雲巖化作用指碳酸鹽沈積物沈積之後，在其成巖過程中，由於鄰近蒸發潮坪或鹹化潟湖的高鎂重鹽水，向海方向倒流（稱鹽水回流或滲濾回流）並滲入多孔的碳酸鈣沈積物中，而發生的白雲巖化作用，成巖白雲巖在碳酸鈣沈積物內部或沿地層不整合面形成。成巖白雲石常呈菱形的自形—半自形，晶體較大，有環帶構造。
後生白雲巖化作用指在構造作用下，地層中被壓擠出的殘余海水或深部地下鹽水（也可能是巖漿殘余水）沿層面、背斜軸部及斷裂附近排泄，引起附近多孔的灰巖發生白雲巖化作用。後生白雲巖化常形成不規則的透鏡體、脈狀、蜂窩狀夾於灰巖中，其分布局限、延長不遠，沒有壹定層位，可切割層理層面，並常分布於裂隙發育地帶。
由於灰巖被白雲石交代後，體積減小約 12.3%，同時存在大量晶間孔和較強的抗壓實性，所以白雲巖儲層對油氣的儲集具有重要意義。
（二）成巖作用階段與孔隙演化
根據碳酸鹽沈積的成巖變化特點可劃分為早成巖作用階段、中成巖作用階段和晚成巖作用階段。不同的階段其成巖作用的特點不同，對儲層的影響方式和影響程度也不同。
1.早期成巖作用
指沈積物沈積之後，在近地表水參與下的各種成巖變化，包括滲流帶（潛水面之上）、淡水潛水帶和海水潛水帶（潛水面以下）。成巖作用特點是沈積早期形成的孔隙發生改變或破壞。包括沈積物沈積之後未石化和石化作用兩個階段。
石化作用前改變孔隙的各種作用包括：生物擾動、掘穴、藻類和細菌作用及有機質的分解作用及幹化作用等。在沈積物沈積之後與水界面接觸之時，各種生物作用和物理作用發育，在沈積物表面附近生物擾動和掘穴可形成部分孔隙網絡，同時藻類、細菌等微生物使顆粒表面受到嚴重腐蝕和微晶化，能夠產生有利於以後溶解作用或使顆粒不致外延增生的條件，從而對孔隙起到保存和延續的作用。另外，沈積之後水的動力作用可使沈積物被重新改造成角礫巖或礫巖，細粒灰泥可被捕集或滲入高能帶已有沈積物孔隙中，特別在顆粒巖、粘結巖、生物碎屑巖中表現更加明顯。鈣質骨骼中有機質的分解可產生粒內孔隙，如壹些藻絲沈積、有機質的腐爛分解可形成窗格狀孔隙。其次，沈積物的幹化作用可形成收縮裂隙體系，並能引起角礫化作用。
石化作用指在滲流帶或潛水帶通過各種物理作用和化學作用固結成巖的過程。石化作用的標誌是通過文石及方解石的沈澱產生膠結作用，同時可以發生蒸發巖類的沈澱和溶解，在石化階段隨水介質條件的變化，方解石和文石不但存在沈澱作用也存在溶解現象。白雲巖化作用也是該階段普遍見到的壹種成巖現象。膠結作用的方式包括顆粒周圍包殼膠結、呈晶簇狀嵌晶膠結和大晶體沈澱膠結等。早期成巖膠結以礁巖隆中最為典型。
2.中期成巖作用（埋藏成巖作用）
指沈積物從已脫離地表水的影響開始到再次被重新帶到地表時的各種成巖過程，主要受深度、溫度、地層水介質、埋藏時間、構造活動及其強度和持續時間及性質的影響。成巖作用方式包括壓實作用、壓溶作用、膠結作用、白雲巖化作用、重結晶作用和構造的擠壓和拉張作用。
沈積物埋藏之後，隨著時間的推移和深度的加大，壓實作用使顆粒重新排列、孔隙減小、脆性顆粒和碎屑發生破碎，在顆粒接觸處，可發生壓溶作用，形成縫合線，壓溶產生的方解石可起到進壹步膠結和充填孔隙的作用。同時在不斷增加的溫壓條件下，早期成巖階段較為穩定的碳酸鹽巖也會發生變化，進壹步發生各種類型的膠結作用、重結晶作用、溶蝕溶解作用和白雲巖化作用等，從而使孔隙體系進壹步被改造。在埋藏成巖作用過程中，構造運動強弱程度和性質對碳酸鹽巖孔隙體系也起到明顯影響，無論是擠壓或拉張作用，均會使碳酸鹽巖發生破裂而形成各種裂縫，在壹定程度上對碳酸鹽儲層改善起到重要作用。
3.晚期成巖作用（晚期地表蝕變）
沈積物在經歷早期成巖和中期成巖作用之後，通過構造運動使其擡升出露地表，所經受的成巖變化過程稱為晚期成巖作用。晚期成巖作用對油氣儲層具有很重要的意義，世界上許多大型碳酸鹽巖潛山儲層的發育均與晚期成巖作用有密切關系。其成巖變化主要表現在：①碳酸鹽巖擡升剝蝕所導致的減壓作用能形成大量的破裂和節理；②擡升剝蝕及大氣水的淋濾作用可使巖石發生大規模溶解作用，從而形成溶孔、洞和縫隙，同時還可出現白雲巖化作用和去白雲巖化作用，引起巖石的礦物學變化，對孔隙的類型和特點進行改變。
成巖作用對孔隙變化的影響見圖2-34。