近年来吐哈盆地的勘探显示出深层二叠系具有良好的油气勘探前景,比如鲁克沁油田、托参1井证实中二叠统烃源岩具有较大勘探潜力。吐哈盆地4.62亿吨探明储量中,可能有1亿吨来自二叠系烃源岩。吐哈盆地西北缘塔尔朗沟和艾维尔沟野外露头也见到良好的二叠系烃源岩。但是目前对于深层的勘探程度依然较低,还存在许多基础石油地质问题未能解决,诸如地层展布及沉积特征、盆地的原型及演化、烃源岩的分布情况等,这些问题是当前吐哈盆地深层油气勘探和预测需要解决的重要课题。论文针对吐哈盆地西北缘大河沿区块深层二叠系构造特征、盆地原型及烃源岩评价方面存在的问题,在整个吐哈盆地大的构造背景下,以重力、磁力、电法剖面、地震剖面、野外露头、钻井、测井等资料为基础,充分利用新采集的电法剖面、二维地震测线以及野外地质调查的成果,以地质与地球物理相结合的综合地质解释技术、构造演化的平衡剖面分析技术、盆地原型和演化分析技术以及油源对比技术和油气地球化学分析为主要手段,开展了深层二叠系构造解释,落实了深层二叠系地层展布特征,厘定了深层二叠系的地质结构和构造格局,分析了构造演化及其规律,并基于地层展布、剥蚀厚度和沉积相的分析探讨了盆地的原型及其演化,在此基础上还分析了二叠系烃源岩的特征及发育的环境和背景。研究对于吐哈盆地下一步深层的油气勘探具有重要的指导价值。论文在区域大地构造背景分析的基础上,对5条电法MT剖面进行了综合地质解释,并结合重力、电法、地震剖面的联合反演和解释,厘定了吐哈盆地西北缘盆地的构造边界,认为盆山之间断层十分发育,断裂是本区主要的构造形式,也是主要的盆地与造山带的分界。盆地边界或盆山接触关系现状,由一组断层与超覆接触线组成。其边界不完全固定在某一条断层上,比较复杂,在多条断层中变换,涉及断层F2、F3、F4。并根据地层沉积和构造特征,对构造单元进行了重新划分。论文开展了主要目的层二叠系地震资料解释和构造成图的研究。结合盆地的构造、地层的特征模式,以二叠系为目的层,建立了深层的构造模型；根据合成地震记录、VSP和露头等资料及叠加偏移联合对比进行了综合的层位标定；以构造模型为指导,在偏移剖面解释的基础上,参考瞬时相位等剖面,进行了断层的识别、组合；通过重震联合反演,验证了解释模型的合理性：用模型层析法进行了速度分析,并进行时深转换、构造成图。研究获得了中二叠统反射层构造图,为中二叠统残余地层的分布、剥蚀厚度及原始地层厚度的恢复奠定了基础。通过深度构造图的编制和分析,获得了研究区二叠系残余地层厚度的分布。下二叠统残余厚度在托克逊凹陷内,沉积厚度最大达600m,北部由于博格达裂谷发育,沉积厚度最大,超过1200m。总体来说,大河沿市以南厚度薄,平均在400m左右,而在大河沿市以北,向桃树园方向,地层迅速变厚。中二叠统残余地层在研究区内,仅在科牙依凹陷及托克逊凹陷呈块状分布,并在两个凹陷内分别形成沉积中心。在剥蚀量求取原理和方法评述的基础上,通过地震地层结构趋势外推法,对研究区中、上二叠统做了剥蚀厚度的恢复,揭示了研究区的剥蚀特征。研究表明：上二叠统剥蚀主要发生在台北凹陷,剥蚀厚度白北向南逐渐增大,之后又逐渐减小到未沉积的边缘。在葡萄沟与鄯科1井附近,剥蚀达到最大值800m。中二叠统剥蚀地层主要分布在台北凹陷、卡拉图凸起、科牙依凹陷、托克逊凹陷,在台北凹陷北部分别有两个剥蚀厚度尖灭,自北向南剥蚀厚度逐渐增大,并在斜坡处达到最大值,再向南逐渐减小,在卡拉图凸起处,剥蚀厚度达到最大值,超过1200m。在地层残留厚度和剥蚀厚度特征分析的基础上,恢复了研究区二叠系的原始沉积厚度。研究表明：下二叠统原始地层厚度与残留地层厚度趋势一致,吐哈盆地西北缘区内,下二叠统厚度白南向北逐渐增厚,从600m到1600m；探区两南部布尔加凸起上未沉积下二叠统地层。中二叠统主要沉积在台北凹陷、台南凹陷、科牙依凹陷与托克逊儿个凹陷内。西北缘白北向南逐渐减薄,从1400m到200m；科牙依凹陷内,白东向西逐渐减薄,从1600m到800m；探区东南部托克逊凹陷白东向西逐渐变厚,从200m到1800m左右；而布尔加凸起上未接受沉积。上二叠统沉积主要分布在台北凹陷及其周缘,沉积厚度最大超过1400m。大河沿研究区内,上二叠统厚度自东北向西南方向逐渐减薄,主要分布在布尔加凸起与卡拉图凸起处。论文通过断裂活动性的分析和平衡剖面的恢复,研究了二叠纪的构造演化。认为二叠纪以基底断裂控制的构造形迹为主,控制了凹隆格局,可将演化划分为3个阶段：即早二叠世后碰撞伸展阶段,中二叠世伸展-拗陷阶段,晚二叠世持续沉降-类前陆盆地发育阶段。构造的演化具有三个方面的规律：构造的幕式演化以抬升为主；构造的幕式演化控制了地层沉积的局限性；多期的抬升导致了复杂的构造格局。并根据构造运动期次、不整合面、变形特征和地层组合等,将吐哈盆地大河沿地区划分为N2-Q、J-N1、P2-T和C-P1共4个级层序,以及7个二级层序和12个三级层序。论文对二叠系的地震相、地层岩石组合以及沉积特征进行了分析,研究了沉积环境和沉积体系。认为：下二叠统主要发育冲积扇、河流和湖泊相、滨海相、半深海-深海相沉积,应为深水裂谷盆地环境；中二叠统大河沿组整体为一套同构造期快速堆积的近源粗碎屑河流、冲积扇相沉积,以砾岩和含砾粗砂岩为主,缺少泥质沉积；塔尔朗组沉积时期,吐哈盆与准噶尔盆地水体可能相通,沉积环境相似,由盆地边缘向中心变化的趋势为：冲积扇—辫状河三角洲—滨浅湖—半深湖—深湖相。上二叠统主要为三角洲相、曲流河相和滨、浅湖—湖岸平原沉积。论文基于地层展布、剥蚀厚度和沉积相的分析探讨了盆地的原型及其演化。认为：中国西部在早二叠世发生了地壳扩张作用,这是一次区域性的伸展作用,导致了吐哈盆地及其周缘早二叠世裂谷盆地的发育,伴有多期次火山喷发。吐哈盆地西北缘研究区内普遍为内陆裂谷—断陷盆地泥质岩-火山岩沉积组合。中二叠世,吐哈盆地从早期的裂谷型深水盆地逐渐向裂谷—坳陷盆地演化,在中二叠世中晚期逐渐过渡到湖相沉积。晚二叠世开始,吐哈盆地进入了陆相湖盆发展时期,盆地性质由裂谷向坳陷型转化。古生代构造演化的主要板块作用归结为古亚洲洋的闭合。论文对8个剖面的野外露头及8口已钻井的中二叠统塔尔朗组烃源岩特征进行了地球化学分析,结果表明：8个野外露头剖面烃源岩有机碳丰度平均为3.72%,C27-C28-C29甾烷含量三角图显示有机质类型主要为111型和Ⅰ型,并已处于成熟阶段,综合评价为成熟—好的烃源岩,具有非常好的生烃潜力。而邻区钻井烃源岩的综合分析表明：有机碳丰度平均1.86%,氯仿沥青“A”平均含量0.0158%,生烃潜量(S1+S2)平均值为2.2 mg/g,干酪根类型主体为Ⅲ型,少部分112型,约占8.70%,基本无Ⅰ型干酪根母质,综合评价为中等—差的烃源岩。导致这个野外露头和钻井烃源岩综合评价结果差异性的原因主要是构造-沉积格局和沉积环境的影响。吐哈盆地西北缘的野外露头区主体处于半深湖—深湖相沉积区,而邻区钻井则大多处于滨浅湖或辫状河三角洲沉积区,由于沉积环境的差异,所以导致了地层岩性的差异,进而影响了烃源岩的质量。总体来看,吐哈盆地西北缘研究区位于好的烃源岩发育区。中二叠统塔尔朗组有效烃源岩主要分布在科牙依和托克逊凹陷区,有效面积约670km2,厚200400m,镜质体反射率Ro的范围从0.62%到1.15%,综合评价为成熟—好的烃源岩,具有重要的生烃潜力。论文还对中二叠统塔尔朗组烃源岩的发育与研究区的构造特征、盆地原型的响应关系进行了分析。研究认为吐哈盆地西北缘位于二叠纪最大的博格达一七角井裂谷。陆内裂谷的环境,有利于包含丰富有机质的陆源物质的形成,对烃源岩的形成有利。中二叠世中期吐哈盆地从早期的裂谷型深水盆地逐渐向裂谷—坳陷盆地演化,主要表现为断裂活动减弱,盆地整体稳定沉降,湖盆范围扩大。此时仍具有较高的沉降速率。这样的构造沉积条件非常有利于湖相烃源岩的发育,沉积了以灰绿色、灰黑色泥、页岩为主的主要烃源岩层系。塔尔朗组是吐哈盆地第一次具有重要意义的湖侵沉积,其原始沉积范围远比现在所分布的要大得多,是盆地优质烃源岩发育的有利时期。沉积中心为半深湖-深湖相,沉积物以黑色、暗色泥页岩为主,保存条件好。