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塔里木盆地位于我国新疆维吾尔自治区,是典型的多旋回叠合盆地,油气勘探潜力巨大。塔河地区位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段南翼的阿克库勒凸起之上,受盆地多个构造时期的差异构造演化影响,阿克库勒凸起内的构造高部位发生了多次迁移,导致了塔河内不同地区的奥陶系碳酸盐岩岩溶储层发育、盖层分布和断裂发育的的差异性。因此,研究区奥陶系发育多期油气充注和调整改造,油气物理化学性质和油藏成藏期次平面分布存在较强非均质性。论文基于前人对塔河地区奥陶系岩石学、储层特征和油气成藏期次的研究,从成岩观察、碳酸盐矿物碳氧同位素和流体包裹体系统分析入手,识别和判断于奇西、艾丁、塔河主体区和托普台地区不同时期成岩流体的类型和来源,探究大气淡水、地层水和热液流体等成岩流体对储层的改造机制;从原油地球化学性质、流体包裹体分析参数厘定油气成藏期次和多期断裂活动特征,对比和总结上述地区内成藏要素差异性,厘定研究区成藏主控因素和成藏模式。本次研究在岩芯和薄片岩石学观察基础上,在于奇西地区识别出了溶缝充填的方解石胶结物（DFC）,该溶缝充填有沥青;早期裂缝充填的方解石胶结物（FC1）;压溶缝合线（Sty）,其错断FC1;早期溶洞充填的方解石胶结物（VC1）;细晶白云石（Dol）,大量白云石沿缝合线发育,少量发育于VC1边缘;垮塌角砾岩中的方解石胶结物（CC3）;去白云石化作用（Dedol）,白云石晶体有明显的港湾状,经茜素红浸染方解石胶结物呈红色;石英颗粒（Q）,部分溶洞中充填暗河沉积物;缝洞中充填的方解石胶结物（CC4）,疑似与暗河沉积物同期;晚期裂缝中充填的方解石胶结物（FC5）,该裂缝中充填有大量沥青。艾丁地区识别出早期溶洞充填方解石（VC1）,并见示顶底构造,早期裂缝充填方解石（FC1）,晚期裂缝充填方解石（FC2）切割示顶底构造和FC1,压溶缝合线（Sty）切割FC1但与FC2无交切关系,晚期溶洞充填方解石（VC2）分布于缝合线附近,推测为缝合线扩溶形成。塔河主体区识别出早期近地表环境渗流带形成早期溶洞充填方解石（VC1）,第二期溶洞充填方解石（VC2）错段第一期裂缝充填方解石（FC1）,然FC1与VC1关系不明,FC1与VC2被压溶缝合线（Sty）切割,同时沿压溶缝合线发生白云石化作用（Dol）,第二期裂缝充填方解石（FC2）切割缝合线及白云石,第三期裂缝充填方解石（FC3）亦切割缝合线及白云石,最晚一期裂缝充填方解石（FC4）发育于方解石粗脉FC3中央。托普台地区识别出早期方解石脉（FC1）,而后被压溶缝合线（Sty）所错段,沿压溶缝合线发育白云石（Dol）,之后发生硅化作用使白云石呈破碎状分布于隐晶硅质中,并于硅质中心发育溶洞充填方解石（VC1）,方解石脉（FC2）切割隐晶硅质,VC1和FC2均晚于硅化作用但两者相对顺序暂不明确,FC2和方解石脉（FC3）在白云岩段中发育,FC3呈橘黄色阴极光晚于FC2,重晶石（B）发育在FC3中心为最晚期成岩事件。在成岩作用类型和成岩序次观察基础上,结合各期次成岩矿物阴极发光特征、流体包裹体系统分析和碳氧同位素分析,识别出塔河地区成岩流体主要有同期海水、大气淡水、地层水、深部热流体。其中,于奇西地区大气淡水对奥陶系储层改造贡献最多,塔河主体区大气淡水和地层水对储层改造贡献最为明显,托普台地区奥陶系储层接受大气淡水和深部热流体改造最为明显,为油气提供了更多储集空间。在成岩序次的基础上,通过对研究区奥陶系流体包裹体的岩石学观察和荧光观察,对油包裹体及其同期盐水包裹体进行显微测温,利用包裹体均一温度—埋藏史投影法,厘定研究区油气充注年龄,结果表明于奇西地区主要存在三期油成藏,依次为加里东晚期（452.5-447.8Ma）、燕山期（150.2-100.2Ma）和喜山期（19.8-1.4Ma）;艾丁地区主要存在两期油成藏,依次为加里东晚期（435.2-426.6Ma）和海西晚期（289.5Ma）;塔河主体区主要存在三期油成藏,依次为加里东晚期（454.8Ma）、印支燕山（259-95Ma）和喜山期（20.4-5.3Ma）;托普台地区主要存在三期油成藏一期天然气成藏,依次为加里东晚期（433.7-420.5Ma）、印支-燕山期（249.4-110Ma）和喜山期（20.1-12.1Ma）。基于研究区原油物理化学性质以及油气成藏期次平面图,塔河地区奥陶系原油均存在的较强空间非均质性。YQX1和YQX101井原油饱和烃气相色谱图同时具备完整的正构烷烃系列和UCM“鼓包”的现象,说明于奇西地区至少存在两期油气充注,与流体包裹体系统分析厘定该井区油气充注期次,YQX1井发育三期油气充注,两者的结果是一致的。虽然YQX2等井同样检测到了第三期油气充注的证据,但因晚期油气充注量较少未能改变其重质油藏的现状,而YQX1井奥陶系接受大量轻质油充注从而形成中—轻质油藏。说明研究区主要受输导体系和局部盖层因素影响,有效输导能够保证第三期油气充注到该井区,同时有效盖层的存在保证了第三期油气充注到奥陶系有效聚集。全区第一期和第二期充注油受控于古隆起-古斜坡构造枢纽带和构造脊以及潜山岩溶储集体,原油金刚烷与原油气相色谱显示于奇西艾丁塔河主体第一期油在后续构造抬升过程中发生了生物降解而稠油化,而托普台地区由于盖层存在而保存了轻质油藏,第三期发育轻质油充注并与早期重质油藏发生混合改造。T74、T50和T24界面断裂平面分布图显示研究区在加里东晚、海西晚、喜山期断裂活跃,T81界面相干属性沿层切片显示NE向断裂为重要的沟源断裂,整体具有“断接式”输导体系、统一的海相烃源灶供烃和晚期沿NW、NNE向张扭性断裂带复式聚集规律。