在世界范围内碳酸盐岩油气藏占整个探明储量的一半以上，然而由于其结构的复杂性和非均质性，碳酸盐岩储层孔隙结构的研究成为有待解决的热点和难题。目前比较成熟的毛管压力曲线法虽然可以得出孔隙结构的孔喉半径分布、孔隙度、渗透率等重要物性参数，但是无法解决孔隙结构与渗透率等油气主要物性参数之间的规律性。20世纪研究复杂性科学的分形理论的兴起和发展给人们指出了研究碳酸盐岩储层微观孔隙结构的方便性。 本文首先对碳酸盐岩储层孔隙结构的研究方法进行概括性介绍，在此基础上讲述了基于铸体薄片的数字图像统计分析，然后重点介绍了N-S模型、P-A模型和R/S模型等几种分形方法，并选取了塔里木盆地塔中地区同一井、中一井、中四井和古隆一井不同层位和岩性的部分岩心样品，通过制作成铸体薄片，在环境扫描电镜(ESEM)下获取图像，进行数字图像分析。通过物性参数统计分析和分形分析，得出如下结论和观点： (一)、通过对图像的统计分析，计算了孔隙的孔隙度、直径分选系数等常规物性参数，并以毛细管束为模型计算出储层的渗透率，结果显示储层微孔隙比较发育，中一井5200m层位储层性能相对较弱，同一井3172m和3175m、中四井5812m和古隆一井 5876m层位储层性能良好。 (二)、通过对孔隙面积数据的分形分析，发现储层微观孔隙结构具有明显的分形特征。其中，N-S模型得出了孔隙结构的直线段模式等规律，并在结合前人分析讨论的基础上探讨了这种模式所代表的意义，认为这种多模式代表了孔隙结构的不均质程度。分析中进一步发现，分维数与孔隙结构的物性参数具有良好的相关性，中一井5200m层位孔隙结构的分维数明显小于其他样品，而且在P-A模型的分形分析中，分维数具有同样的规律，据此得出结论，认为分维数可以定量表征孔隙的物性参数。 (三)、通过R/S模型分析，得出储层孔隙在地质演化历史中不是相互独立过程的结论，并对其在储层结构研究上的应用进行了展望。