碳酸盐岩油气资源是世界油气资源的重要组成部分,碳酸盐岩成藏研究已成为当今世界石油地质研究中的热点。塔里木盆地塔中地区奥陶系碳酸盐岩地层油气成藏条件优越,资源潜力巨大。现有勘探成果表明,塔中地区奥陶系地层油气整体分布于构造低坳区或斜坡区,存在类似于致密深盆油气藏低坳汇聚、低压成藏、低孔汇聚及源储紧邻等特征,局部又可分布于构造高点圈闭中,表现出类似于常规油藏高点汇聚、高位封盖、高孔富集及高压成藏等特征。这说明,研究区目的层油气藏油气既可受控于浮力作用高点富集,又可受控于非浮力作用低点汇聚,是一种既不能归属于常规油气藏也不能归属于深盆油气藏的复杂油气藏,经典的常规油气成藏理论或非常规油气成藏理论无法完美解释其成因机制。鉴于此,本论文依托国家“973”攻关项目,依据塔里木盆地塔中地区最新的勘探开发成果数据,在系统剖析奥陶系典型油气藏的基础上,结合地球物理、地球化学方法,加以数理统计及物理模拟等途径,试图揭示和阐明研究区奥陶系碳酸盐岩油气藏的地质特征、成因机制并建立分布发育模式。地质剖析表明,塔中地区奥陶系油气藏具有“四高四低,一早一晚”共存的复杂地质特征。塔中地区奥陶系油气藏具有高孔与低孔含油气共存、高产与低产油气共存、高点与低点含油气共存、高压与低压含油气共存及早成与晚成油气共存的复杂地质特征,整体表现为目的层纵向叠置发育、油气平面连片广泛分布。六个关键地质要素控制和影响塔中地区奥陶系油气藏的形成与分布。烃源岩多期生排烃为油气藏形成提供物质基础,离优质烃源岩越近的储层含油气性越好;优质储层为油气富集提供场所,储层物性越好(孔隙度大于1.8%),油气富集程度越高;局部构造为油气富集提供指向区,越靠近构造高点(构造标准化值大于0.25),储层含油气性越好;断裂和不整合面为油气提供有效运移通道和聚集场所,离断裂或不整合面越近(距断裂距离小于18 km,距不整合面距离小于300 m),储层含油气性越好;盖层为油气藏形成提供保存条件,盖层厚度越大,储层含油气性越好。塔中地区奥陶系油气藏具有多动力、多来源及多阶段复合成藏特征。研究区目的层油气多动力复合成藏受储层物性演化控制:早加里东期碳酸盐岩储层孔渗整体较低,寒武—下奥陶统烃源岩生排出来的油气主要在毛细管力等非浮力作用下进入紧邻源岩发育的目的层内相对高孔渗区汇聚成岩性油气藏;晚加里东期及印支—海西期因构造变动和流体作用奥陶系局部高孔高渗储层发育,寒武—下奥陶统及中上奥陶统烃源岩生排出的油气在浮力与非浮力联合作用下进入目的层局部高孔渗区富集,形成常规油气藏与致密油气藏连片分布特征;喜山期因油源断裂高效疏导,寒武—下奥陶统烃源岩成因为主的高成熟度天然气在压力和浮力主导作用下进入目的层对先期油气藏气侵改造,形成多相态连续混源油气藏。塔中地区奥陶系油气多来源复合成藏表现为喜山期寒武—下奥陶统烃源岩成因为主的高成熟油气对早加里东期、晚加里东期及印支—海西期寒武—奥陶系烃源岩复合成因的较低成熟油气大范围侵入改造。礁滩体储层油气混源机制主要受断裂控制,油气成熟度以“断裂带高值异常、远离断裂带异常减小”为特征,不整合面风化岩溶储层油气混源机制主要受不整合面控制,油气成熟度以“不整合面整体均一,局部断裂高值异常”为特征。整体上,塔中地区不同来源油气沿11个断裂交汇点注入奥陶系碳酸盐岩储层,离充注点越近,不同源岩在不同时期形成的不同成熟度油气混源作用越强。多动力与多来源复合特征的时空匹配关系决定了研究区目的层油气成藏过程经历三个阶段:早加里东期寒武—下奥陶统外源供烃,非浮力作用主导形成岩性油气藏;晚加里东、印支—海西成藏期寒武—下奥陶统外源与中上奥陶统内源同时供烃,浮力和非浮力联合作用形成混源连续油气藏;喜山期主要为寒武—下奥陶统外源供气,流体压力与浮力主导形成多相态混源连续油气藏。塔中地区奥陶系油气藏为构造调整改造形成的叠复连续型油气藏。研究区奥陶系多目的层甚至是同一目的层单一圈闭中油气藏出现多类型叠加复合特征,表现为高部位常规油气藏与低部位深盆油气藏连续分布。经历构造变动改造,连续型油气藏储层物性得到改善、流体性质与相态发生变化、圈闭形态与油气分布受到调整,形成了纵向上油气水多相态目的层叠置发育、平面油气广泛分布局部高孔渗富集的连续型油气藏。塔中地区奥陶系叠复连续油气藏成藏有利目标主要分布于综合控油气指数(RFSI)大于0.5的区域。塔中地区奥陶系构造调整改造形成的叠复连续型油气藏分布受综合控油气指数控制,油气主要分布于RFSI大于0.5的区域,且RFSI越大,油气成藏概率越大。目的层浮力主导形成的常规油气藏主要分布于塔中10号断裂带和塔中40号断裂带,非浮力主导形成的致密油气藏集中分布于塔中I号断裂坡折带与塔中10号断裂带。两种类型油气藏叠加复合的区域主要分布在塔中I号断裂坡折带西北部、塔中10号断裂带及塔中40号断裂带,为最有利目标区。现今发现的油气藏基本都位于有利目标范围内,对钻探成功井、失利井预测成功率分别为86%和76%。