本文以石油地质学、油气成藏动力学、油气地球化学、储层地质学、矿物岩石岩相学等学科理论为指导,对饶阳凹陷古近系异常地层高压成因及其与油气成藏的关系进行了综合研究。首先,利用Bowers岩石有效应力定理,对研究区不同地区异常高压成因机制进行了定性-半定量分析;其次,基于地层高压的成因类型,在运用地层压力综合预测方法(Eaton法)的基础上,预测并建立起饶阳凹陷单井压力剖面,并以此明确了异常高压的展布特征;再次,利用盆模技术和Basin-Mod软件,结合包裹体均一温度测试等分析手段,厘清了饶阳凹陷古近系沙河街组地层演化史、烃源岩演化史、异常高压演化史、油气充注史以及孔隙演化史之间的关系,明确出异常高压发育与成藏要素在时间上的耦合关系,并最终建立起研究区目的层在异常高压控制下的油气成藏模式。论文取得了以下主要研究成果:(1)饶阳凹陷自东营组底部至沙河街组普遍发育异常地层高压,从整体上看,研究区异常高压成因主要以欠压实、烃源岩生烃膨胀以及高压流体的注入(烃类物质)为主,其中,洼槽中心地区高压成因机制主要为生烃作用+欠压实作用,洼槽边缘和斜坡地区高压成因机制则主要以欠压实作用及高压流体充注传导为主。从层位上来看,自上而下,研究区东营组高压成因机制主要为欠压实作用;沙一段下部为烃源岩层段,主要发育生烃+欠压实成因高压,以生烃作用为主,沙一段上部则主要以欠压实作用为主,整体上沙一段以欠压实成因为主;沙二段为非烃源岩层段,主要是砂泥互层,高压成因则主要以泥岩层的欠压实作用及砂体中的高压流体充注传导为主;沙三段为研究区主要烃源岩之一,主要发育生烃+欠压实成因高压,以生烃作用为主。(2)针对饶阳凹陷实际地质条件以及异常高压成因机制的分析,在以实测地层压力数据为约束的基础之上,选择运用Eaton法对研究区地层压力进行预测,凹陷内Eaton指数取值为0.5~0.8,洼槽区取值偏大,斜坡带取值偏小,以此建立起区域内70口单井地层压力剖面。从地层压力预测结果来看,饶阳凹陷自东营组底部开始至沙三段普遍发育异常地层高压(武强-杨武寨地区除外),地层压力系数分布在1.1~1.5范围内,主要以发育弱超压和中等超压为主。(3)饶阳凹陷古近系异常地层高压的展布具有较强的规律性,从剖面上看,一般出现以沙三段和沙一下亚段(烃源层段)为主的2个高压中心,马西地区高压起始深度最浅,任西、留西-留楚及河间-肃宁地区次之,武强-杨武寨地区高压起始深度最深。从层位上来看,任西、马西、河间-肃宁以及留西-留楚地区高压起始于东营组底部,武强-杨武寨地区高压则大多起始于沙一段。从平面上看,河间-肃宁洼槽区高压幅度最大,最大压力系数可达1.5以上,留西-留楚和马西洼槽区次之,任西及武强-杨武寨地区最小,高压发育范围主要从凹陷内洼槽中心地区开始,至洼槽边缘再延伸到部分斜坡地区,由高压逐渐过渡到常压。(4)异常地层高压与油气成藏要素关系密切,既能一定程度上抑制有机质热演化和胶结作用,又能减缓上覆地层的机械压实作用,保护原生孔隙,并可以间接促进溶蚀作用,因此,异常高压的发育是中深层异常高孔隙带相对发育的重要原因。(5)烃源岩生烃史、油气充注史、孔隙演化史及地层压力演化史“四史”耦合性分析表明,生烃期和油气充注期明显对应于异常压力的高值期,是异常高压发育的重要因素,异常高压的发育同样也可作为油气运移的动力,与此同时,油气充注一方面能够对破坏性成岩作用(胶结)起到抑制作用,另一方面产生的有机酸也能对酸性不稳定的矿物起到溶蚀作用,对储层孔隙质量的改善具有积极作用。因此,说明了研究区异常地层高压发育演化与烃源岩的生烃演化、烃类成熟后的油气充注以及储层的孔隙演化在时间上具有良好的耦合关系。(6)分析了饶阳凹陷高压控制下的油气富集类型,根据其富集规律分为5种类型:源内高压封闭-油气高压富集型(Ⅰ型)、源内高压封闭-油气常压富集型(Ⅱ型)、源外高压封闭-油气高压富集型(Ⅲ型)、源外高压封闭-油气常压富集型(Ⅳ型)及源外常压封闭-油气常压富集型(Ⅴ型)。在此基础上,最终建立起研究区“早期高压驱动-高压封闭-源内砂岩成藏模式”和“晚期高压驱动-高压/断层封闭-源外砂岩成藏模式”。