盆地深层油气藏在地质历史时期中普遍经历了多期次的油气充注和改造,如何追踪油气运移和成藏的过程是当前石油地质学的前沿性研究方向,也是深层油气勘探中亟待解决的重要难题。论文以塔里木盆地塔中地区奥陶系碳酸盐岩油气藏为研究对象,在全面收集和总结公开烃源岩生物标志物测试数据的基础上,开展了代表性原油样品的饱和烃和芳烃色谱-质谱、碳同位素测试,借助于聚类分析方法进行原油成因类型划分,同时结合断裂系统发育特征及与油气成藏时期匹配关系的解剖,尝试利用有效的地球化学指标示踪油气沿着断裂系统和碳酸盐岩缝洞系统发生运移和聚集的动态过程,主要取得了以下认识:塔中地区奥陶系原油普遍是混源油,主要分为两类:Ⅰ类原油生标具有C₂₁/C₂₃TT、C₂₈/(C₂₇+C₂₉)ααα20R规则甾烷和γ蜡烷/C₃₁R升藿烷较高,C₂₄Te T/C₂₆TT、C₃₁R升藿烷/C₃₀藿烷、重排/规则甾烷和升藿烷/C₃₀藿烷较低等特征,可能源自于寒武系-下奥陶统烃源岩;Ⅱ类原油的生标与Ⅰ类原油呈现出相反的特征,可能是中-上奥陶统成熟油与晚期寒武系-下奥陶统高-过成熟油的混合原油,高热成熟作用造成原油甾萜类化合物丰度降低,导致混合油表现为与中-上奥陶统烃源岩相似的特征。针对塔中地区深层油气藏“多源多期”油气混合叠加的特殊性,尝试提出了深层复杂地质条件下示踪油气运移过程的可操作方案:(1)通过有效生源参数判断原油来源和成因类型;(2)利用稳定的成熟度生标参数判断油气充注期次;(3)利用原油物性和气油比参数判断晚期气侵作用;(4)最后结合输导体的地质特征,示踪油气运移过程。塔中地区主要存在三期油气成藏:(1)晚加里东-早海西期来源于寒武系-下奥陶统烃源岩的早期低熟油经断裂的垂向运移,聚集在寒武系顶部和蓬莱坝组下部的缝洞体内,少量油气沿活动较强的断裂垂向运移到鹰山组和良里塔格组储层中聚集成藏,后期多被破坏。(2)晚海西期源自于中-上奥陶统烃源岩的成熟原油沿断裂输导体运移至奥陶系储层内,并与早期油气藏中的原油混合,形成了混源油气藏。(3)喜山期来自寒武系-下奥陶统的高-过成熟原油和裂解气沿断裂运移至古油藏发生气侵改造,形成凝析气藏,随后凝析气可能继续向上运移,重新聚集成藏或导致早期古油藏的进一步混合改造。