碳酸盐岩油气藏是指在石灰岩、白云岩等类型的碳酸盐岩圈闭中所形成的油气聚集。据统计，碳酸盐岩的油气储量占世界石油总储量的一半左右，产量占总产量的60％以上，而且日产上千吨的高产油井多半是在碳酸盐岩的油田中。
碳酸盐岩的形成，和砂岩、泥岩的形成相似，有的是生物残体物质堆积而成，也有一些是水溶液的化学沉积。它的各种类型变化主要受沉积物所在地的水流和波浪条件的控制。在水流作用活跃的地区，常常形成分选良好的碎屑石灰岩，这和在水动力强度大的条件下形成的砂岩、砾岩相当。在水动力强度小的地区，经常形成一些富含碳酸盐的灰泥岩，这种岩石结构致密，和在水动力强度弱的条件下形成的泥岩、页岩等类相当。介于这两者之间，还有很多类型的碳酸盐岩。
碳酸盐岩的颗粒大多很细，相当于粉砂岩的颗粒。碳酸盐岩的孔隙和砂岩的孔隙有类似之处，不过，碳酸盐岩的储油空间更广阔一些，这是因为碳酸盐岩形成后，由于大气中的二氧化碳溶解于水形成碳酸，含有碳酸的水沿着岩石的裂缝和孔隙渗于地下，对于碳酸盐岩岩石起着溶解作用，使原来的孔隙和裂缝不断扩大，日久天长，便形成溶洞。溶洞有大有小，大到几十立方米，小到几立方毫米。因此，碳酸盐岩的储油空间除了孔隙和裂缝，还有溶洞。
生物灰岩油层是由远古的生物礁体和沉积物的小颗粒及灰泥质组成。生物礁体是生物遗体经过水流和波浪作用而形成，如珊瑚、层孔虫、钙藻、海绵等生物礁体。这些生物礁体都有本身体腔形成的原生孔隙，而且礁体中各种碎屑颗粒和生物小碎屑之间也存在许多孔隙，形成良好的储油空间。
除了石灰岩，还有一种非常重要的碳酸盐岩——白云岩，这也是非常重要的油气储层。据全球226个大中型以上碳酸盐岩油气田（占全球碳酸盐岩油气储量的90％）的统计，有102个油气田和50％的储量分布于白云岩储层中。
我国海相碳酸盐岩分布面积大于455万平方千米，勘探领域广，油气资源丰富，如塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地和渤海湾盆地等均取得令人瞩目的勘探成就，预测石油地质资源量约为340亿吨，天然气地质资源量为24．3万亿立方米。总体来看，油气资源探明率极低，勘探潜力很大。海相碳酸盐岩的地质时代大多较古老，埋藏较深，一般超过5000米，后期改造强烈，分布较广，与沉积时的岩相古地理关系密切。沉积地层多为古生界和中生界的中下部层系，上覆巨厚的中生界—新生界。因此海相碳酸盐岩多发育于沉积盆地的深层，如塔里木盆地的震旦系—奥陶系、四川盆地震旦系—古生界和三叠系、鄂尔多斯盆地奥陶系等，储层均经历了复杂的构造运动改造和成岩作用改造，其中抬升溶蚀作用和白云岩化作用的改造影响最为关键。
近几十年以来，大型油气藏的发现大多与海相碳酸盐岩有关，如威远、靖边、塔河、普光、元坝、安岳等气田，由此可见，海相碳酸盐岩的油气勘探潜力巨大。
对方解石或文石的交代作用，称白云石化作用。白云石化是个非常复杂的理论问题，它牵涉到白云岩的成因，而且有重大的实际意义。理论上，由文石转化为白云石时通过晶体的体积缩小而产生6．15％的晶间孔隙，使岩石变得多孔，晶体的体积缩小或孔隙的增加还会略多一些；由方解石转化为白云石时，由晶体体积缩小而产生晶间孔隙理论上可高达14．81％，实际在10％～12％之间，使岩石变得更加多孔。