碳酸盐岩约占沉积岩总量的五分之一,其中蕴藏着丰富的油气资源。与碎屑岩相比,碳酸盐岩非均质性比较强,孔隙、裂缝以及溶洞在空间分布上十分复杂,这使得碳酸盐岩储层表现出较为复杂的弹性响应特性,给油气的精细勘探带来了巨大挑战。为了研究碳酸盐岩的弹性特性,从不同尺度对其进行弹性特性综合分析具有重要的理论研究意义。本文针对碳酸盐岩开展了不同尺度上的研究,主要包括在孔隙尺度上的弹性特性分析、岩心尺度上的岩石实验与声学特性分析,以及地层尺度上的岩石物理模型构建。首先,在孔隙尺度上利用X射线CT扫描方法构建碳酸盐岩数字岩心,并提取了孔隙网络模型,通过图像处理建立了含不同裂缝的数字岩心;基于弹性力学理论,利用有限元算法分析了碳酸盐岩数字岩心及含裂缝岩心的弹性响应特征,探究了孔隙度、泥质含量等对岩石弹性的影响规律。研究表明,随着孔隙度、泥质含量增加,岩石体积模量、剪切模量减小,纵横波速度减小;随着含水饱和度增大,岩石体积模量缓慢增大,剪切模量不变,纵波速度缓慢增大,横波速度缓慢减小;对于含硬币状裂缝性的岩心,随着裂缝的纵横比、裂缝密度逐渐增大,岩石刚度矩阵各元素均逐渐减小,岩石波速减小;对于含贯穿型裂缝的岩心,随着裂缝开度、长度增加,石弹性刚度矩阵各元素逐渐减小。其次,在岩心尺度上分析了碳酸盐岩的主要孔隙类型,测量了岩心纵横波速度,开展了碳酸盐岩XRD矿物定量分析,并将岩心速度测量结果与数字岩心计算结果进行了对比。结果表明,在孔隙尺度上采用有限元方法得到的岩心纵横波速度和实测速度差异较大,而且数字岩心与岩心实测孔隙度相对误差越大,两种方法得到的岩心纵横波速度误差也越大。最后,在地层尺度上探究了适用于碳酸盐岩地层的岩石物理建模方法,建立了岩石物理模型,并将模型应用到实际地层中进行了横波速度预测。结果表明,由于碳酸盐岩储层孔隙发育复杂,相较于临界孔隙度模型、Greenberg模型和Krief模型,考虑了不同类型孔隙的Xu-Payne模型可以更为精确地预测地层横波速度。该论文针对碳酸盐岩分别在孔隙尺度、岩心尺度及地层尺度上开展了分析研究,实现了不同尺度上针对碳酸盐岩的弹性属性的综合分析。研究结果为碳酸盐岩岩石物理研究提供了新的角度,为碳酸盐岩在多尺度上的声学特性综合分析奠定了基础。