塔北地区石炭系已发现了多个大中型海相来源的油气田,由于多期构造运动、多期油气充注,使得油气性质和分布不均、成藏过程复杂。因此开展该区油气成藏与控制因素研究对于油气勘探具有指导意义。本文综合前人研究成果,运用地质、地球物理和地球化学等资料,对已发现的油气藏进行解剖,确定了油气来源、明确了油气成藏期、恢复了成藏过程,提出了海相油气成藏模式,指明了勘探方向。通过原油物理性质、生物标志化合物、原油碳同位素进行油源对比,发现石炭系原油主要来自于海相中-上奥陶统烃源岩,还具有寒武系-下奥陶统源油的混入,混源油主要分布在塔北东部地区,并且遭受过不同程度的生物降解作用。天然气组分、碳同位素显示石炭系东部为高温原油裂解气,西部为原油伴生气。利用包裹体资料、储层自生伊利石K-Ar测年数据、储层沥青等资料,并结合前人的研究成果,认为石炭系存在三期油气充注和调整过程:晚海西期中-上奥陶统烃源岩开始提供油气,石炭系基本没有成藏,目前仅在个别地区残留一些沥青;燕山期地层反转,奥陶系自生自储油气通过垂向和侧向运移在石炭系形成次生油气藏;晚喜山期高成熟天然气对轮南-吉拉克地区油气藏进行充注,使其形成凝析气藏。研究认为,晚期构造反转促使石炭系鼻状圈闭的形成,断裂沟通晚海西期所形成的奥陶系碳酸盐岩原生油藏,形成石炭系次生油气藏,石炭系油气继承了奥陶系的特征;鼻状构造带和断裂带控制了油气运移和聚集;多期充注尤其是晚期成藏对于石炭系油气成藏极为重要,晚期气侵使得东部和西部油气藏性质各异;此外,沉积相控制了有利砂体的分布,进而控制了油气分布。