白云-荔湾深水区位于南海北部陆缘洋-陆转换带上,具有高热流背景、发育三套烃源岩、多期岩浆活动产生大量无机CO₂运聚到储层中的特点,特殊的岩石圈结构及其变形过程决定了其油气成藏规律具有其特殊性。本文在洋-陆转换成盆动力学背景梳理的基础上,通过火成岩多期活动与烃源岩生烃的地球化学示踪系统分析,探究其含烃热流体性质与来源、充注期次与时间,重点研究晚期烃气对先期油藏的气洗作用和高温无机CO₂对油气藏的改造作用,并结合区域构造运动,总结油气成藏主控因素及建立油气成藏模式。取得的主要研究成果如下:(1)白云-荔湾深水区检测到大量的油包裹体,荧光颜色从黄色、黄绿色、绿色到蓝绿色均有分布,荧光光谱主峰波长主要分布在490~545 nm之间。油包裹体成熟度呈环带分布,成熟度最低油包裹体分布在远离洼陷的隆起上,成熟度高的油包裹体靠近洼陷分布。检测到丰富的天然气包裹体,其主要存在于穿石英颗粒裂纹、石英次生加大边以及方解石胶结物中。研究区埋藏史与烃类流体包裹体系统分析得出:存在三期油充注两期天然气充注,第1期油充注时期为20.5~14Ma,第2期为14~6.5Ma,第3期为5~0Ma;两期天然气充注时期分别对应第2期和第3期油充注。(2)白云-荔湾深水区CO₂成因为:无机成因、有机成因及有机无机混合成因。通过天然气稀有气体同位素数据进一步判识显示无机CO₂为幔源岩浆成因,部分发生了CO₂消耗。通过与CO₂包裹体同期盐水包裹体均一温度~埋藏史投影间接定年方法,结合稀有气体⁴⁰Ar/³⁶Ar同位素计算的CO₂生成年龄和火成岩活动期次等资料,获得了白云-荔湾地区幔源CO₂成藏年龄介于18.9~0Ma之间;发育三个成藏时期:第一期18.9~10.5Ma,第二期10.5~5.2Ma,第三期5.2~0Ma。(3)通过流体包裹体特征、沥青特征、正构烷烃分布特征分析可判识油气藏是否发生气洗作用,正构烷烃分布特征以及正构烷烃损失量计算可定量判断油气藏遭受气洗作用的大小。(4)幔源无机CO₂对储层的影响主要有以下四个方面:(a)幔源无机CO₂注入储层,其高温使粘土矿物有序度发生倒转;(b)CO₂注入砂岩后,随着温度提高,钠长石、方解石、铁方解石出现明显溶蚀,并随温度增加溶蚀强度增大,伴随长石粒内溶孔、粒间溶孔的出现及自生高岭石的生成;(c)幔源无机CO₂的充注,不仅产生“热效应”,而且在Ca CO₃-CO₂-H₂O系统中导致碳酸盐的热质迁移,形成骨架颗粒长石矿物和中晚期碳酸盐胶结物。(d)温度在25~100℃,高CO₂分压条件下,碱性-弱酸性流体条件下形成片钠铝石。此四个特征可用于追踪幔源无机CO₂运移路径。(5)对研究区油气藏进行解剖,主要有四种类型油气藏:(a)无幔源CO₂充注,早期油充注,后期烃气充注发生气洗作用,形成凝析气藏;(b)幔源CO₂与油和烃气同时期充注,但是CO₂体量小、气势低,未能驱替大量油气,故形成CO₂含量低的凝析气藏;(c)幔源CO₂与油和烃气同时期充注,CO₂体量大、气势高,驱替大量油气,故形成烃气含量低的高CO₂气藏;(d)圈闭不在油气运移路径上,未有油气充注,但有幔源CO₂侧向运移进入圈闭形成的高CO₂气藏。(6)白云-荔湾深水区油气成藏模式可总结为“输导体系+流体势控藏”成藏模式。NWW向断裂以及NWW与NE向断裂交汇输导体系控制油气运移聚集,在富烃凹陷附近为油气的高势区,深部成熟烃源岩持续向优势运移区供烃,油气更容易充注。与CO₂相关的断裂沟通砂岩输导体系控制幔源无机CO₂垂向运移和聚集;幔源无机CO₂是否充注圈闭以及充注程度,取决于CO₂气势(Φ_CO2)和油气势(Φ_油气)之间的平衡。在临近沟源断层区,深部CO₂的气势更大,则易发生CO₂驱替油气。当CO₂气源不充足或CO₂气势较低,驱替作用很难发生,会形成以含CO₂的气藏的形式存在。(7)结合钻遇CO₂与新生代火成岩分布和断裂体系的关系,该区天然气勘探最为有利的地区是主洼西南侧断阶带上一系列的大型构造圈闭群,其次是凹陷中央的深水扇体系,最后是白云凹陷主洼东西两侧隆起区的构造-地层复合圈闭群。南侧荔湾等一系列凹陷的超深水新区面临高CO₂风险。本文通过深入剖析南海北部陆缘盆地深水区油气运聚规律,旨在为工区规避高CO₂风险和寻找油气藏提供科学决策依据。