超压顶封层是超压盆地中超压系统与常压系统发生流体和能量交换的重要区域,该区域成岩产物记录了丰富的流体活动信息,对于油气运聚特征具有重要的指示意义。本论文在超压发育特征分析的基础上,对研究区进行构造带划分,刻画了不同构造带超压顶封层特征及其演化过程,系统分析了不同构造带超压顶封层及下部储层成岩序次差异性,并筛选出部分碳酸盐胶结物作为指示油气运聚的成岩标志,明确了超压顶封层及下部储层成岩作用与油气运聚的关系。从多种测井曲线中优选出对压力特征响应良好的声波时差曲线,利用Eaton法实现了泥岩层段定量压力预测,结合砂岩层段实测压力,系统刻画了压力发育特征,确定了牛庄洼陷沙三中至沙四上发育了一个统一的洼陷级超压系统,压力在垂向上表现为常压带和超压带的“双层结构”特征,平面上超压具有“洼强缘弱”的特征。基于沉积、构造及超压空间分布特征,将牛庄洼陷分为主洼陷中心、次洼中心、现河断层地区和牛18-牛20断层地区四个构造带。不同构造带超压顶封层特征存在差异:从洼陷中心向边缘构造带超压顶封层顶面埋深变浅、厚度变薄、最大排替压力降低。结合流体包裹体和盆地模拟方法恢复的古压力演化特征,明确了超压顶封层的演化具有阶段性,且不同构造带演化过程存在差异性。综合利用铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、电子探针、包裹体分析、同位素分析等分析手段,明确了各构造带成岩序次特征的差异。确定出牛庄洼陷发育了四期产状和成分存在明显差异的碳酸盐胶结物,各期次碳酸盐胶结物具有不同的成因:第一期为环边状高镁方解石,为准同生时期湖水蒸发浓缩且受到沉积早期细菌作用影响的产物;第二期为充填原生孔隙的方解石,为泥岩压实排水过程中的成岩产物;第三期为充填次生溶蚀孔隙的方解石和白云石,是有机酸背景下超压流体侵入的成岩产物;第四期为充填早期碳酸盐胶结物溶孔的铁方解石和铁白云石,是有机酸裂解背景下超压流体侵入的成岩产物。不同构造带碳酸盐胶结物发育特征存在明显差异:主洼陷中心和次洼中心砂岩储层中仅发育第三期方解石和第四期铁方解石碳酸盐胶结物;现河断层地区仅发育第一期高镁方解石和第三期白云石碳酸盐胶结物;牛18-牛20断层地区发育四期碳酸盐胶结物,第一期高镁方解石碳酸盐胶结物,第二期方解石碳酸盐胶结物,第三期方解石和白云石碳酸盐胶结物,第四期铁方解石和铁白云石碳酸盐胶结物。不同构造带超压顶封层形成、演化、破坏过程的差异导致了流体活动的差异,故而不同构造带超压顶封层及下部储层具有不同的成岩演化过程。通过典型生物标志化合物的研究分析,确定了研究区不同来源油气的空间分布特征。探讨了不同构造带超压顶封层及下部储层内碳酸盐胶结物特征对油气运聚的指示意义。研究表明:与沥青质共生的方解石及铁方解石指示沙三下亚段来源的油气,与沥青质共生的白云石及铁白云石指示沙四上亚段来源的油气,同时出现与沥青质共生的方解石、铁方解石以及白云石、铁白云石指示混源成藏;方解石及白云石代表东营早期油气充注过程,铁方解石及铁白云石代表馆陶末期油气充注过程;并据此判断了不同构造带油气来源和运聚期次。