渤海湾盆地东濮凹陷为国内典型的第三系盐湖相富油气凹陷,主要发育薄层油气藏,其形成机理复杂。为揭示该区薄层油气藏形成机理,本研究以濮卫洼陷为重点研究对象,采用常规Rock-Eval、色谱-质谱、单体烃碳同位素技术与最新的傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(ESI FT-ICR MS),结合地质、测井分析,对研究区不同类型的典型薄层油气藏形成机制进行了剖析。结果表明,濮卫洼陷薄层油气藏主要包括四种类型:(1)斜坡中浅层常温常压盐下断层-岩性薄层油气藏;(2)濮卫洼陷深层高温高压盐下致密断层-岩性薄层油气藏;(3)濮卫洼陷浅层常温常压岩性薄层油气藏;(4)斜坡中深层高温高压盐间致密断层-岩性薄层油气藏。濮卫洼陷薄层油气藏原油具有典型的盐湖相成因特征,包括植烷对姥鲛烷优势显著、伽马蜡烷富集、升藿烷“翘尾”、β-胡萝卜烷与长链烷烃(nC₃₇、nC₃₈)较发育、甾烷异构化程度较低的“低熟油”较发育等;其单体烃碳同位素与咸水湖相相似、介于盐湖相与淡水湖相之间。利用ESI FT-ICR MS技术,首次检测了该区原油中有机硫化合物,揭示了盐湖相不同成熟度原油中此类化合物的组成与分布及其热演化特征,确认低熟油与NSO等大分子化合物关系密切。油-油、油-岩对比表明,濮卫洼陷薄层油气藏原油可分为三种类型:(1)主要源自沙三下-沙四上亚段的文明寨-卫城等构造高部位原油,盐湖相成因显著,具有“低熟”及不同成熟度原油相混的混源特征;(2)主要源自沙三中亚段的洼陷带致密油气藏原油,如濮深20、卫42井区原油,中-高成熟度、母源岩咸水和/或水体分层现象减弱;(3)以沙三中为主、混有少量沙三下-沙四上亚段的濮城地区原油,中-低成熟度、含硫量相对较低。濮卫洼陷薄层油气藏成藏的主要控制因素包括:烃源岩质量、膏盐岩空间分布、储层物性、砂体厚度、断层与相关裂隙发育等。不同类型薄层油气藏受控于不同的地质地球化学因素,烃源岩质量、储层物性、砂体厚度是控制深层高压致密薄层油气藏形成的关键因素。共建立了四种薄层油气藏成藏模式:(1)斜坡-下生上储为主-断-砂输导-多期充注-常温常压-不同成熟度原油混合成藏模式;(2)洼陷深层-局限流体动力场-自生自储为主-高温高压-致密油气藏成藏模式;(3)洼陷浅层-早期充注-断层+隐蔽通道输导-次生岩性油气藏成藏模式;(4)斜坡-盐封堵-局限流体动力场+自由流体动力场-自生自储-高温高压-致密油气藏成藏模式。