塔里木盆地是我国深层勘探的热点地区,经历了多期构造叠加改造,油气成藏过程与分布规律极为复杂。受深层油气成藏过程特殊性及其复杂的动力学机理影响,深层油气成藏运聚机理是塔里木盆地油气勘探的核心科学问题之一。塔北隆起是塔里木盆地最为重要的油气勘探开发区之一,含油气层位多,其中奥陶系石油储量最大,成藏问题也最复杂。本次研究通过对塔北隆起中西部三个典型地区,即于奇-艾丁-托甫台地区、哈拉哈塘地区和顺北地区下古生界奥陶系油气藏的成藏过程精细解剖,揭示深层油气成藏过程,建立深层油气富集模式。综合运用数值模拟、有机地球化学、包裹体定量荧光光谱和测温、同位素地球化学,从烃源岩生烃史、原油性质空间变化和原油充注历史分析入手,总结了塔北隆起中西部奥陶系油藏油气成藏主控因素和成藏模式。研究所得结论和认识如下:（1）识别了塔北隆起及顺托果勒低隆起由二叠系岩浆活动导致的背景热异常事件。本次研究将碳酸盐岩团簇同位素(Δ47)与方解石U-Pb定年相结合,利用已有的团簇同位素固相重排动力学模型对塔北隆起和顺托果勒低隆起奥陶系深埋碳酸盐岩层段进行热历史正演模拟,并结合沥青等效镜质体反射率的Easy%Ro模拟结果,揭示了塔北、顺北和顺托地区于二叠纪存在一个短暂的背景热异常事件。基于恢复的最高古地温推算剥蚀量及古地温梯度,认为二叠系地幔柱活动可能是造成产生背景热异常事件的主要原因。由于复杂的构造演化历史,二叠系岩浆活动导致的热异常期间最高埋藏古地温的实际温度区间仍需要结合更多方法和证据进行确定。但本次研究的结果表明,在进行塔里木盆地热历史恢复和生烃史研究中,二叠系岩浆活动的热效应应予以重视。（2）对塔北隆起中西部三个典型地区,即于奇-艾丁-托甫台地区,哈拉哈塘地区和顺北地区进行一维和二维热史、生烃史模拟,同时辅以原油Re-Os同位素定年,限定了下寒武统玉尔吐斯组烃源岩的生烃历史。结果显示,塔北隆起中西部原地烃源岩存在三个主要的生烃时期,包括加里东晚期-海西早期、海西晚期和喜山期,其中海西晚期是烃源岩的主生烃期,生烃量最大、生烃范围最广。南部和北部烃源岩成熟度存在差异,总体上北部烃源岩成熟度低于南部。（3）对于奇-艾丁-托甫台地区油气成藏主控因素及成藏过程进行了分析。原油物性和成熟度存在由北向南渐变的原油性质的空间变化与海西晚期埋深导致的生物降解程度差异以及原地烃源岩成熟度差异导致的原油成熟度差异密切相关,同时断裂活动差异导致的原油垂向充注期次及强度差异,影响了部分地区,如YQX1井轻质油藏原油性质的突变。总体三到四期充注,包括海西早期、海西晚期、燕山中-晚期和喜山期。艾丁和于奇地区奥陶系储层中,海西晚期充注分布最为广泛,海西早期和燕山中-晚期充注主要分布于艾丁地区,喜山期充注在艾丁和于奇地区均有识别。（4）对哈拉哈塘地区油气成藏主控因素及成藏过程进行了分析。哈拉哈塘油田成藏的主控因素可以总结为“断裂控富、原地生烃、垂向运移、多期充注”。原油成熟度总体上呈现由北向南逐渐降低的趋势,局部地区成熟度变化趋势存在波动。分析认为海西晚期是烃源岩主生烃期及储层主充注期,原地烃源岩成熟度差异可能导致了原油成熟度大范围的空间变化。原油充注时期包括加里东晚期、海西晚期、燕山期和喜山期,其中海西晚期充注范围最广、强度最强,是主充注期。断裂带的分段性及断裂不同部位活化强度差异可能控制了不同井位油气充注期次及各期充注强度,从而造成局部原油性质的波动。（5）对顺北地区油气成藏主控因素及成藏过程进行了分析。顺北油田的成藏机理可以总结为“早期生油,早期充注,深埋熟化,晚期调整”。顺北地区的现有钻井主要分布在NNE向的顺北1号和NNW向的顺北5号走滑断裂带周围。顺北1号带原油密度、粘度、含硫量及胶质和沥青质含量均低于顺北5号带,原油成熟度则在顺北1号带更高。顺北5号断裂带现今原油于加里东晚期充注,顺北1号断裂带原油充注时期最早始于海西晚期,持续至喜山期,其中海西晚期是主充注期。区域应力场方向导致的两条断裂带的差异活化是造成原油差异充注的主因,直接决定了两条断裂带上原油性质的差异性。（6）综合三个典型地区的油气成藏历史,塔北隆起中西部地区油气成藏模式可以总结为“烃源岩原地供烃、原油垂向充注、多期充注成藏、走滑断裂控富”。下寒武统玉尔吐斯组烃源岩原地生烃。北部地区和南部地区由于埋深不同,烃源岩成熟度存在差异,且南部烃源岩成熟度较北部更高。烃源岩总体存在三期生烃,即加里东晚期-海西早期,海西晚期和燕山-喜山期,其中海西晚期为主生烃期,生烃量最大。由于烃源岩成熟度空间差异,同一时期不同地区充注的原油也存在成熟度差异,并且表现为南部地区充注的原油成熟度高于北部地区。原油成熟度存在空间差异,总体上表现为由南向北降低的趋势。原油充注期次总体存在三期,即加里东晚期-海西早期,海西晚期和燕山-喜山期。不同地区充注期次及各期充注强度存在差异。走滑断裂的差异活化控制了原油垂向运移,从而决定了不同地区原油性质的差别。