三塘湖盆地是位于新疆东北部的一小型含油气盆地,盆地内油气资源丰富,随着对盆地勘探沿着由中生界到上古生界不断深入的趋势,2006年在三塘湖牛东-牛圈湖地区发现了石炭-二叠系大型油、气田,从此开启了三塘湖盆地上古生界勘探开发的征程,但据所掌握的资料分析,目前对三塘湖盆地石炭-二叠系的研究主要集中在牛东地区、马朗凹陷一带,地层主要集中在局部地区的上石炭统,缺乏对三塘湖盆地上古生界结合构造特征进行整体性和综合性研究,尤其是利用地球物理场对其进行系统性研究更少。通常除了钻井资料外,能够揭示盆地内部地层分布以及埋深情况的方法中,地球物理勘探是最好的手段之一,本文主要利用地球物理资料对三塘湖盆地石炭-二叠系分布特征进行了整体性和综合性研究。根据已经收集到三塘湖盆地及邻区重磁力资料,通过对重、磁力资料的处理,并结合地震、区域地质研究成果,系统分析了重、磁力场特征及成因;根据不同重磁力转换参数图件对盆地断裂体系进行了重新划分与解释,并分析了断裂对上古生界的控制作用;利用二度半重力正反演模拟软件对盆地主干剖面进行正演模拟,根据拟合结果及断裂体系系统划分了盆地的构造单元,同时探讨了不同构造单元内石炭-二叠系的深度及厚度特征;最后根据前面研究成果采用“地震、钻井资料约束下的重力资料联合反演”的方法对三塘湖盆地石炭-二叠系顶、底界面进行密度界面反演,详细分析了石炭-二叠系的顶、底界面深度及厚度特征,并预测了研究区石炭-二叠系油气勘探有利靶区,为石炭-二叠系油气地质条件评价和工作部署提供依据。取得主要成果及结论如下:(1)三塘湖盆地布格重力异常整体呈“两高夹一低”形态,西南、东北两侧为重力异常高值区,中央为重力异常低值带,重力高、重力低基本反映了基底的隆坳构造格局,剩余重力异常形态明显,局部重力高与重力低相间分布,基本反映了盆地凹凸相间的格局。局部磁异常在盆地内较发育,呈北西向展布,推测盆地内火山岩发育。(2)三塘湖盆地断裂构造较发育,主要发育北西向、北东向及近东西向断裂,其中北西向大断裂为盆地内主要构造格架,形成盆地演化初期,从石炭系一直延伸到地表,对上古生界的分布起着重要的控制作用。北东向断裂较新,形成于盆地构造演化中晚期,主要分布于中央凹陷带内,控制着凹陷带内雁行排列的次一级凹凸相间构造格局。(3)根据重磁力资料及构造线的展布特征将三塘湖盆地划分为西南冲断褶皱带、中央坳陷带和东北逆冲推覆带3个一级构造单元,中央坳陷带进一步可划分为8个次级构造单元。(4)盆地内石炭二叠系分布广泛,残留厚度较大,石炭-二叠系底界面深度起伏特征明显,呈凹凸相间的格局,由北向南有逐渐抬升的趋势,在汉水泉、条湖、马朗、淖毛湖四个凹陷内埋深较大,由凹陷中部向四周逐渐抬升,石炭-二叠系厚度横向变化较大,凹陷中心较厚,向四周逐渐减薄。(5)三塘湖盆地上古生界具备较好的石油地质和成藏条件,具有较大的油气勘探前景,实现勘探领域马朗、条湖凹陷;接替勘探领域汉水泉凹陷和淖毛湖凹陷,探索勘探领域西南逆冲推覆带。