在海相盆地深部碳酸盐岩地层中寻找油气是中国未来油气勘探的趋势之一。塔里木盆地台盆区深层碳酸盐岩广泛发育,有巨大的资源潜力。其中塔中地区是塔里木盆地海相碳酸盐岩油气勘探、开发的重点区域,目前的勘探实践表明该区下古生界油气资源丰富,油气相态分布复杂,不同相态烃类成因来源、相态控制因素不明,成藏过程存在争议、成藏模式有待总结。本论文基于塔中地区最新勘探成果和资料,综合利用地质剖析、地球化学、地球物理方法,以不同相态烃类组分对比及成藏特征分析为主线,探讨了塔中地区下古生界不同相态烃类的分布特征、控制因素、成因来源、成藏过程并建立成藏模式,主要取得了以下认识:（1）塔中地区下古生界烃类具有多相态分布的特征,主要可划分为凝析气、挥发性油和正常油三种。平面上,不同相态烃类呈现出自南向北“断裂带富气、平台区富油”、自东向西“东部富气、西部富油”的分布特征;纵向上,不同相态烃类表现为不同层系“深部富气,浅部富油”、同一层系“高部位富气,低部位富油”的分布特征。（2）相较塔中西部,塔中东部奥陶系天然气干燥系数高、甲烷碳同位素重;相较于北部平台区,塔中10号断裂带和塔中Ⅰ号断裂带奥陶系天然气干燥系数高、甲烷碳同位素偏重。烃类气体地化特征的差异分布与混源成因有关:塔中10号断裂带和塔中Ⅰ号断裂带东部主要以成熟度较高的寒武系-下奥陶统成因原油裂解气为主,混有少量相对低成熟度的中上奥陶统成因原油伴生气;塔中Ⅰ号断裂带西部及北部平台区,相对低成熟度的中上奥陶统成因原油伴生气和高成熟度的寒武系-下奥陶统成因原油裂解气均有分布。研究区下古生界CO₂的含量普遍较低且主要为无机成因;N₂含量较高且主要来源于碳酸盐岩类烃源岩热演化作用;H₂S主要为硫酸盐热化学还原作用（TSR）初期的产物,其中塔中西部地层水活性硫酸盐结构浓度高于塔中东部,更易于促进TSR作用,生成高含量H₂S。（3）相较于北部平台区,塔中10号断裂带、塔中Ⅰ号断裂带原油密度小、原油含蜡量高、原油碳同位素重;相较于上奥陶统良里塔格组,下奥陶统鹰山组原油密度小、原油碳同位素偏重、成熟度高。原油性质的差异分布与混源成因有关:整体上,塔中地区下古生界油气藏主要为中上奥陶统与寒武系-下奥陶统成因原油的混合成藏,其中中上奥陶统成因原油的贡献量相对较大。具体的,下奥陶统鹰山组较上奥陶统良里塔格组来源于寒武系-下奥陶统成因的原油含量相对偏高,且随着埋深增加,寒武系-下奥陶统成因原油贡献量不断增大。（4）塔中地区下古生界烃类多相态的控制因素多样:构造相对稳定区油气相态主要受烃源岩类型及热演化程度、多期充注作用控制,具体表现为北部平台区经历烃源岩多期生排烃,主要为加里东期和晚海西期原油混合充注形成挥发性油藏、正常油藏;构造相对活跃区油气相态主要受晚期气侵作用控制,具体表现为塔中Ⅰ号、塔中10号断裂带加里东期、晚海西期形成的油藏被喜山期高成熟度天然气强烈气侵改造,形成大面积凝析气藏;深部油气相态主要受高温热裂解作用控制,具体表现为寒武系古油藏原油裂解,生成大量原油裂解气,其中TSR作用使原油的热稳定性和裂解气生成的门限温度降低、进一步促进烃类裂解生成天然气。（5）塔中地区下古生界来源于寒武系-下奥陶统、中上奥陶统烃源岩的混源油气,在加里东期、晚海西期通过断裂垂向运移进入目的层后,经不整合面、渗透性输导层、断裂的侧向输导分配,于构造高点圈闭的优质储层中优先汇聚,进而在盖层的遮挡下多层位富集成藏,喜山期生成的大量天然气对前期油藏发生大规模气侵作用,最终形成烃类多相态分布,成藏模式可划分为气侵改造型凝析气藏与充注混合型油藏两种,前者主要分布于构造相对活跃的断裂带,后者主要分布于构造相对稳定的平台区。气侵改造型凝析气藏按气态组分特征可进一步分为高含硫化氢型凝析气藏与低含硫化氢型凝析气藏。