柴达木盆地北缘石炭系怀头他拉组拥有巨大的油气开发潜力,详细的研究其沉积相特征以及展布情况,对指导柴北缘油气勘探具有重要意义。为了深入了解柴北缘石炭系怀头他拉组的油气地质特征,本文在前人研究的基础上,结合野外露头观察、典型剖面实测、样品薄片显微镜下精细的观察描述及样品的地球化学分析,运用沉积学、油气地质学、油气地球化学等理论,对柴北缘怀头他拉组的沉积特征与展布情况进行综合研究,从而揭示柴北缘石炭系怀头他拉组的沉积相类型、沉积相平面展布特征,建立了柴北缘石炭系怀头他拉组沉积模式。研究区石炭系怀头他拉组沉积早期发育具有正旋回砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩的碎屑岩,其中以砾岩、砂岩为主,泥岩次之。砾岩以灰色为主,为中-厚层状,砾石成分复杂,主要有沉积岩、石英岩、花岗岩等;砂岩类型以长石石英砂岩、长石岩屑砂岩、粉砂岩为主。怀头他拉组沉积中晚期主要发育一套生物碎屑灰岩、生物格架灰岩、内碎屑灰岩和鲕粒灰岩为主碳酸盐岩。根据对研究区石炭系怀头他拉组灰岩微量、稀土元素的环境参数分析,微量元素分析得出研究区怀头他拉组沉积时期是气候干热、海水由咸化-强烈咸化-咸化演化过程,由缺氧还原-强烈还原-还原环境变化过程;稀土元素分析得出研究区石炭系怀头他拉组轻稀土元素富集,重稀土元素相对亏损,δEu具有负异常。La/Yb-ΣREE判别图解表明怀头他拉组碳酸盐岩主要来源于盆地内水体中泥质、钙质。通过对研究区石炭系怀头他拉组灰岩岩石学特征、沉积构造特征、沉积相标志、地球化学特征等进行深入分析的基础上,总结出柴北缘旺尕秀地区怀头他拉组发育了扇三角洲、滨岸、局限台地和开阔台地4种沉积相类型和12种沉积亚相。怀头他拉组沉积早期,随着海水的侵入,发育深灰色砾岩、灰色砂岩与暗色泥岩互层夹煤线;怀头他拉组沉积中期,发育中厚层泥晶生物碎屑灰岩、含生物碎屑灰岩夹薄层暗色泥岩;怀头他拉组沉积晚期,发育亮晶生物碎屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩、含砾屑、砂屑灰岩,整个过程水体逐渐变深。怀头他拉组沉积相特征由怀头他拉组沉积早期发育的扇三角洲、滨岸相演化到怀头他拉组沉积中晚期发育的局限台地相、开阔台地相沉积。在此基础上建立了扇三角洲-滨岸-局限台地-开阔台地沉积模式。