塔里木盆地油气资源丰富,长期以来是油气勘探和研究的重点地区。塔里木盆地经历过多期构造运动和多期成藏过程,盆地内油气资源分布情况复杂。随着塔里木盆地勘探开发程度的不断深入,油气勘探逐渐由浅层向深层-超深层方向发展,取得了显著成果。该盆地仍然具有巨大的油气资源勘探潜力。塔中和塔北地区是盆地内重要的产油区,本研究对塔里木盆地塔中和塔北地区原油样品和盆地内烃源岩样品开展油源研究,明确原油样品和烃源岩样品的生物标志化合物特征,金刚烷类化合物特征以及碳同位素分布特征,进而进行油源对比,揭示油气混合充注过程。本研究对研究区内138个未经生物降解作用的原油样品和盆地内40个烃源岩样品中的正构烷烃和类异戊二烯烷烃进行分析,得到以下几点认识:(1)本研究中原油样品的生物来源均为菌藻等低等水生生物;(2)本研究中大部分地表部面烃源岩样品遭受过不同程度的风化作用。烃源岩样品的生物来源为菌藻等低等水生生物,为典型的海相藻类沉积类型;(3)什艾日克浅钻烃源岩样品、什艾日克剖面烃源岩样品和苏盖特布拉克剖面玉尔吐斯组烃源岩样品形成于还原的沉积环境。通过对研究区内138个未经生物降解作用的原油样品和盆地内40个烃源岩样品进行甾烷、萜烷分析,得到以下几点认识:(1)本研究所有原油样品和烃源岩样品规则甾烷分布模式均为C₂₇甾烷>C₂₈甾烷29,与盆地内典型海相原油的规则甾烷的分布特征一致;(2)塔北地区原油样品和塔中地区大部分原油样品表现出奥陶系原油的生物标志化合物分布特征,塔中地区少部分原油样品表现出寒武系原油的生物标志化合物分布特征;(3)塔中地区部分原油样品C₃₀重排藿烷/C₂₉Ts比值和C₃₀重排藿烷/C₃₀藿烷比值较高;(4)本研究中40个烃源岩样品均与前人报道的塔里木盆地寒武-下奥陶统烃源岩生物标志化合物组成特征一致;(5)结合原油样品的金刚烷类化合物异构化指标实验结果,本研究认为大部分塔中地区原油样品的成熟度高于大部分塔北地区原油样品的成熟度,塔北地区原油样品中也含有少量成熟度较高的原油样品;(6)根据塔中和塔北地区原油样品C₂₃三环萜烷/(C₂₃三环萜烷+C₃₀藿烷)比值与甾、萜烷浓度图版,将甾、萜烷分为三类:第一类包括Tm、C₂₉藿烷和C₃₀藿烷等五环三萜烷,随成熟度增高,这类化合物浓度降低较快,热稳定性相对较低;第二类包括Ts、C₂₉Ts和C₃₀重排藿烷等五环三萜烷、C₂₇和C₂₉规则甾烷各异构体,随成熟度增高,这类化合物浓度降低较慢,热稳定性中等;第三类包括C₂₇重排甾烷、C₂₁甾烷和C₂₃三环萜烷,随成熟度增高,这类化合物浓度先增高、后降低,降低速率低于前两类化合物浓度,热稳定性相对较高。在常用的甾、萜烷成熟度指标中,Ts/(Ts+Tm)、C₂₉Ts/(C₂₉Ts+C₂₉藿烷)和C₃₀重排藿烷/(C₃₀重排藿烷+C₃₀藿烷)比值是基于第一类和第二类化合物之间热稳定性差异。C₂₇重排甾烷/(C₂₇重排甾烷+C₂₇规则甾烷)和C₂₁/(C₂₁+ΣC₂₉)甾烷比值是基于第二类与第三类化合物之间热稳定性差异。C₂₃三环萜烷/(C₂₃三环萜烷+C₃₀藿烷)比值则是基于第一类与第三类化合物之间热稳定性差异,具有更好的应用效果。根据138个原油样品单体烃碳同位素的分布特征研究发现,塔中地区原油样品单体烃碳同位素变化范围较大而塔北地区原油样品单体烃碳同位素变化范围较窄,主要是因为塔中地区原油的来源较为多样或者塔中地区原油的烃源岩岩相变化较大;塔北地区原油的来源较为单一,或者塔北地区原油的烃源岩岩相比较均一。根据40个烃源岩样品的单体烃碳同位素和34个干酪根样品稳定碳同位素实验结果可知,四组烃源岩样品的沉积环境之间存在些许差异。什艾日克浅钻烃源岩样品、什艾日克剖面烃源岩样品和苏盖特布拉克剖面玉尔吐斯组烃源岩样品的生物母源差异不大。根据研究区内原油样品的甾烷、萜烷和金刚烷类化合物以及原油的各项物理性质的综合研究,本研究认为塔中地区油藏有四期的油气充注过程;第一期为生油高峰时期(生油窗)生成的原油组分;第二期为生油窗晚期生成的原油组分;第三期充注为湿气阶段生成的油气组分;第四期充注主要是高成熟天然气组分。塔北地区油藏主要经历了第一和第二两期油气充注的过程,未发现湿气阶段产生的原油组分,第四期高成熟天然气的充注对塔北地区原油的影响也较小。塔中地区四期油气充注均很重要。金刚烷类化合物主要是伴随着后期天然气的充注进入到油藏中,由高-过成熟烃源岩直接生成、或原油裂解生成的天然气携带高含量金刚烷充注进入油气藏,金刚烷含量和成熟度与油气藏原油成熟度无相关关系。