大兴安岭西部地区位于大兴安岭造山带西侧,是东北地区重要的资源储集地区,在海拉尔盆地中的贝尔-乌尔逊凹陷中发现了油气富集区域,并确定了大磨拐河组、南屯组及铜钵庙组三段烃源岩层位。在大兴安岭西部地区的二连盆地也已经发现大量的油气区块,烃源岩层位集中在白垩系腾格尔组与阿尔善组。研究区内的油气田主力生油气层及烃源岩层大部分为中生代地层,对中生代地层的资源潜力评价工作也比较系统,但在油气田勘探开发工作进行的同时,古生代地层的油气资源潜力却常常受到忽视。古生代地层具有分布广、厚度大、埋藏深、钻井少、地表露头风化严重的特点,如何进行烃源岩评价工作是油气地质工作者需要解决的问题。本文在野外地质露头岩石特征、晚古生代露头样品取样分析、地球物理勘探数据收集及有机地球化学实验的基础上,结合地质学、地球物理学、有机地球化学及岩相古地理学对大兴安岭西部地区晚古生代石炭-二叠系地层的烃源岩进行了系统的评价,确定了晚古生代地层的岩相古地理特征,恢复了晚古生代地层原始有机质丰度及原始生烃潜力,并预测了烃源岩发育的有利区域。研究区内的重、磁、电等地球物理分析结果表明二连盆地及邻区晚古生代潜在沉积岩层具有“低电阻、高密度、弱磁性”的宏观地球物理性质,依据电法勘探资料预测沉积岩层主要发育的深度范围为3-5km,提取该范围内剩余重力异常资料并预测了潜在沉积岩的平面分布特征,以二连浩特东部及东乌珠穆沁旗南部为沉积中心,厚度范围约为1000m-2000m。在晚古生代泥岩及灰岩的出露岩石特征及前人对研究区内整体岩相古地理特征的研究基础上,进行局部地区岩相古地理的确定工作,完成了研究区内晚古生代沉积岩层的沉积环境识别,并确定了有利于烃源岩发育的岩相:林西组海相泥岩的原始沉积环境为碎屑岩体系内的浅海陆棚相,而哲斯组、阿木山组及本巴图组灰岩的原始沉积环境为碳酸盐体系内的台地相,并预测了各组的烃源岩厚度平面分布特征。有机质丰度的评价结果表明林西组泥岩具有相对较高的残余有机碳含量,可以达到中等海相泥岩烃源岩标准,但残余生烃潜力却较低;哲斯组、阿木山组及本巴图组灰岩残余有机碳含量相对较低,对研究区内的残余有机碳及残余生烃潜力进行了风化校正,并恢复了原始有机质丰度,恢复后的原始生烃潜力较高,这一结果表明在地质演化过程中,晚古生代地层的生烃、排烃作用明显,生成的烃类大量排出;恢复后的林西组泥岩有机碳含量可以达到中等以上的标准,灰岩样品的原始有机碳含量也可以达到气源岩的标准。有机质类型的评价结果表明林西组泥岩以II₁型为主,腐泥组含量较高;哲斯组灰岩为II_I型有机质,腐泥组含量低,镜质组及惰质组组分相对含量高;阿木山组及本巴图组有机质类型分别为II₂型、III型,高含量组分分别为腐泥组及惰质组。有机质成熟度的评价结果表明:林西组泥岩的镜质体反射率普遍大于1.2%,属于高成熟-过成熟阶段,而灰岩的OEP值也表明其成熟度较高。研究区内海相泥岩与碳酸盐具有不同的生烃特点,泥岩的干酪根变质程度较高,基本无剩余生烃潜力,生烃物质主要以有机质的碳化作用及部分分散的甲烷气为主。碳酸盐岩虽然有机碳含量较低,但受其复杂的成岩作用影响,碳酸盐岩内部的有机质可以以多种形式生成烃类,因此在晚古生代碳酸盐岩中,不仅干酪根可以裂解成烃,分散在干酪根外的有机质也可以生成烃类,碳酸盐岩的生烃模式在演化末期与泥岩具有一定的差异性。干酪根显微组分及饱和烃气相色谱实验结果表明:大兴安岭西部地区晚古生代样品中原始生油母质较好,泥岩中陆生的高等植物形成了大量的干酪根组分,但热演化程度较高,灰岩中细菌、藻类等水生生物与陆生高等植物均提供了有机质,受陆源混入的程度较高;烃源岩的沉积环境以弱还原-还原环境为主,有利于有机质不被大量氧化而形成烃类。结合原始有机碳含量、烃源岩发育的有利岩相及厚度等因素预测了大兴安岭西部地区烃源岩发育的有利区域:林西组烃源岩的有利区域位于锡林浩特-西乌珠穆沁旗-林西县地区;哲斯组灰岩为二连浩特南部及苏尼特左旗-锡林浩特-西乌珠穆沁旗的条带状区域;阿木山组灰岩为东乌珠穆沁旗西部及以满都拉镇-苏尼特右旗-林西县为边界的南部地区。