塔里木盆地早古生代发育了一套巨厚的海相碳酸盐岩沉积,几乎覆盖了整个塔里木盆地,沉积厚度普遍在3000m以上。但是由于埋藏深度较大以及勘探条件的限制,过去对塔里木盆地海相碳酸盐岩的勘探主要集中在奥陶系,先后在奥陶系发现了多个大型油气藏。近年来随着勘探力度的加大,多数钻井钻遇或钻穿寒武系,对寒武系的认识和了解逐渐加深,种种现象表明,寒武系具备有良好的勘探前景。因此,本文在前人研究成果的基础上,以沉积学、地层古生物学、层序地层学、地球化学、地球物理学、石油地质学等理论为指导,以野外露头剖面、测录井、地震资料和样品的测试分析资料等为基础资料,对塔里木盆地寒武系沉积相、层序地层、层序岩相古地理特征及演化、储层特征及发育控制因素、生储盖发育及组合特征等进行研究,取得了如下几个进展:通过对塔里木盆地寒武系各地层分区内野外剖面和钻井所发育的岩石类型的系统研究的基础上,结合研究区内的地震相反射特征、测井相标志和古生物相标志,在研究区寒武系共识别出蒸发台地、局限台地、开阔台地、台地边缘、广海陆棚、盆地等6种沉积相,通过对其沉积相剖面对比,探讨了沉积相的演化特征,并以此为基础建立了塔里木盆地寒武系碳酸盐岩沉积模式,分别为早、中寒武世为以蒸发台地为主的沉积模式,晚寒武世以局限台地为主的沉积模式。通过对塔里木盆地寒武系各分区地层内野外剖面的观测和对比,结合研究区内的钻井资料、测井资料、地震解释资料等相关资料,对其层序界面类型和特征进行了分析,研究区寒武系层序界面类型主要有古风化壳、渣状层、古喀斯特作用面、岩性岩相转换面、侵蚀冲刷面和超覆面等6种类型,在此为基础上对研究区寒武系进行了层序地层划分,共划分出3个二级层序(SS1~SS3)和14个三级层序(∈SQ1~∈SQ14),二级层序和三级层序均为I型层序,主要发育了海侵体系域(TST)和高位体系域(TST)。最后对研究区内层序地层的发育特征进行了对比,建立了塔里木盆地寒武系层序地层格架。在沉积相和层序地层研究的基础上,以二级层序体系域为编图单位编制了塔里木盆地寒武系层序岩相古地理图,结果表明,塔里木盆地寒武纪经历3次大规模的海平面变化,第一次大规模的海侵发生在早寒武世初期,形成了盆地中西部为局限台地—开阔台地,东部和盆地西北边缘为陆棚—盆地的沉积格局,短暂的··海侵结束后,盆地进入了缓慢的海退阶段,海平面的下降导致盆地中西部地区转变为以蒸发台地为主的沉积环境,东部地区仍然保持着陆棚—盆地的沉积环境。第二次大规模的海侵发生在中寒武世早期,海平面的上升导致盆地中西部地区转变为局限台地—开阔台地的沉积环境,盆地西北缘为台地边缘,而东部继续保持着陆棚—盆地的沉积环境,短暂的海侵结束后,随着海平面的下降,盆地中西部地区再次转变为以蒸发台地为主的沉积环境,东部区域为陆棚—盆地的沉积环境。第三次大规模的海侵发生在晚寒武世早期,此次海侵速度相对较慢,时间较长,盆地中西部地区转变为以局限台地为主的沉积环境,东部地区则为盆地—陆棚的沉积环境,晚寒武世中后期海平面开始缓慢下降,盆地中西部地区仍然保持着以局限台地为主的沉积环境,而东部区域随着海平面的下降出现了开阔台地的沉积环境。通过对塔里木盆地寒武系白云岩储层的宏观和微观观察,结合样品的测试分析等相关资料,发现研究区寒武系储层岩石类型主要为晶粒白云岩、颗粒白云岩、藻白云岩和泥晶白云岩,储层的储集空间主要为原生孔隙、晶间孔隙、次生孔隙和裂缝,其中次生溶孔(洞)和裂缝发育较常见。通过对其白云岩化类型的研究发现,研究区主要为同生期(准同生期)白云岩化、埋藏白云岩化、热液白云岩化等3种白云岩化模式。在此基础上对塔里木盆地寒武系储层发育的主控因素进行分析,发现白云岩化作用和热液溶蚀作用为研究区寒武系储层发育的主要控制因素,并建立的研究区寒武系储层孔隙演化模式。在塔里木盆地寒武系沉积相、层序地层、储层发育特征及控制因素的研究成果的基础上,对塔里木盆地生储盖发育特征进行了系统的研究,其储层在盆地中西部地区主要发育于SS1高位体系域、SS2海侵体系域、SS3海侵体系域和高位体系域,在盆地东部地区主要发育于SS3高位体系域;盖层主要发育于盆地中西部地区SS1高位体系域和SS2高位体系域;生油层在中西部地区主要发育于SS1海侵体系域和高位体系域、SS2高位体系域,东部地区则在SS1,SS2,SS3均有发育,其中东部地区SS1和SS2层序内的生油层生烃能力较好。在此基础上对塔里木盆地寒武系生储盖组合的时空分布规律进行了分析,研究区寒武系中西部地区发育了2套较好的生储盖组合,东部地区发育了1套生储盖组合,而中西部地区SS3储层和东部地区SS3高位体系域储层与其上覆地层均可组成较好的储盖组合。最后在以上研究的基础上,对塔里木盆地寒武系油气资源聚集和保存的有利区域进行预测,塔里木盆地寒武系总共发育了3个有利于油气资源聚集和保存的远景区,分别为巴楚远景区,中部远景区和塔东远景区。