本文针对库车坳陷深层致密砂岩气勘探中的成藏地球化学问题,在样品采集基础上,采用烃源岩岩石学、烃源岩热解及热模拟等分析技术,研究了库车坳陷烃源岩有机地球化学特征和倾气性能。基于组分及碳同位素特征的分析,深化了深层致密砂岩气的成因和来源研究。通过储层物性及成岩演化序列的分析,定量揭示了深层致密砂岩储层孔隙演化过程。基于包裹体岩相学、显微测温及颗粒荧光定量分析,系统阐述了深层致密砂岩储层油气充注时间。依据储层致密化与天然气充注先后顺序并结合典型气藏解剖,对深层致密砂岩气藏类型进行划分,明确了不同类型气藏成藏主控因素,揭示了不同类型气藏成藏模式。本文取得的主要成果和认识如下:(1)库车坳陷发育侏罗—三叠系烃源岩,在拜城和阳霞凹陷中心厚度超过400m,生气强度超过70×108m3/km2。两套烃源岩在拜城凹陷中心成熟度超过3%,显示出较高的成熟度。烃源岩中干酪根主要为Ⅲ型,具有明显的倾气性能。烃源岩热模拟实验显示,2℃/h升温速率温度增加至550～600℃时,侏罗系煤系烃源岩甲烷产率超过158mL/g·TOC,湖相烃源岩最大为84mL/g·TOC。总体来看,烃源岩供气条件较为优越,为深层致密砂岩气成藏提供充注的气源。(2)库车坳陷深层致密砂岩气组分以甲烷为主,为82.11%～98.50%;重烃气(C2+)含量主要介于0%～8.9%,干湿气并存。δ13C1为-36.9‰～-27.6‰,δ13C2为-27.6‰～-16.3‰,δ13C3为-25.87‰～-15.7‰。烷烃气碳同位素偏重,主要呈正碳同位素序列,存在部分倒转。深层致密砂岩气成熟度为0.66%～3.03%,较大数值差异暗示其来源于不同成熟度的烃源岩。综合分析认为,库车坳陷深层致密砂岩气属于成熟、高-过成熟的煤成气,主要来自于侏罗系煤系烃源岩,次为三叠系烃源岩。(3)库车坳陷深层主要含气层段为侏罗系、白垩系和古近系,多为低孔低渗储层,孔隙度和渗透率主频分布介于2%～8%和0.01～0.1× 10-3μm2,低于同地区浅层孔隙度和渗透率。深部储层经历了同生—表生和早成岩阶段,正处于中成岩阶段早期。依据成岩演化序列和孔隙演化模型,认为侏罗系和白垩系储层致密化时间较早,约发生在康村组沉积中晚期。而古近系储层致密化较晚,约发生在库车组沉积晚期。压实作用对于储层致密化的贡献最大并贯穿着致密化过程的始终。(4)库车坳陷深层致密砂岩储层发育盐水包裹体、液态烃包裹体和气态烃包裹体。包裹体均一温度分布范围较宽介于81.5～176.4℃,盐度为1.39%～26.3%。颗粒荧光定量分析表明,深部储层中早期原油在后期气侵作用下遭到破坏甚至消失。在储层流体历史特征分析基础上,认为库车坳陷深层致密砂岩储层存在两期油气充注,原油充注主要发生在吉迪克组沉积晚期至康村组沉积早中期,天然气充注主要发生在库车组沉积期。(5)库车坳陷深层致密砂岩气藏具有两种类型。先致密后成藏型气藏天然气充注时储层已致密,毛细管力和气体膨胀力为运移动力,分布在沉积盆地边缘或深凹及背斜带上,成藏过程为:储层致密化→烃源岩生、排烃→天然气充注成藏→构造调整。先成藏后致密型气藏天然气充注时储层尚未致密,天然气运移动力为浮力和水动力,分布受等高线控制且具有统一的气水界面。成藏过程为:烃源岩生、排烃→天然气充注成藏→储层致密化→构造调整。(6)先致密后成藏型气藏主控因素为较好的烃源岩条件、大范围展布的“稳定带”、较好的“断盖”组合,成藏模式为“康村组沉积中晚期的原油充注及储层致密化,库车组沉积期气侵并经构造改造后形成的气藏”。先成藏后致密型主控因素为较好的烃源岩条件、有利的储层、较为完整的区域性盖层、具有构造高点及优势运移通道,成藏模式为“康村组沉积中期的原油充注,库车组沉积期成熟天然气充注及其晚期的储层致密化,后经构造改造形成的气藏”。