四川盆地川西北地区二叠系至今已有40余年的勘探历史,但长期以来栖霞组仅作为兼探层系,勘探一直没有取得实质性进展。近年来,随着对该区栖霞组勘探力度的加大,多口井钻遇孔隙型白云岩储层并获高产气流,展示了良好的勘探前景。但前人对于该区的研究主要聚焦于沉积和储层,对于烃源岩及系统的成藏条件研究较为薄弱,制约了下步勘探方向和有利区选择。本论文以有机地球化学、天然气地质学、地震地质学等理论为指导,在前人研究成果基础上,基于野外露头、钻井、测井、地震及分析化验资料,系统评价烃源岩的规模和质量,深入分析天然气地化特征、成因及来源;结合构造圈闭发育条件及有利白云岩储层分布,明确成藏组合,建立成藏模式,以期为下部勘探方向选择提供依据。川西北地区二叠系栖霞组主要发育3套主力烃源岩,包括寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组和二叠系茅口。这3套烃源岩有机质丰度普遍较高,有机质以腐泥型为主,处于高成熟—过成熟阶段(Ro>2.6%以上),厚度较大,分布较广,生烃潜力大。研究区栖霞组天然气以烃类气体为主,CH4含量高、C2H6含量低,干燥系数大大,呈高演化特征。根据1n(C1/C2)与1n(C2/C3)的交汇以及环烷烃/(正己烷+正庚烷)与甲基环己烷/正庚烷比值的交会分析,认为栖霞组天然气主要为聚集型原油裂解气。根据天然气与源岩的碳同位素对比以及储层沥青与源岩的生物标志化合物的对比,结合研究区地质条件和前人的认识,明确栖霞组天然气主要来自于二叠系茅口组和寒武系筇竹寺组烃源岩,志留系龙马溪组烃源岩的贡献较小。川西北地区构造变形属于典型的双滑脱介质变形,由深部滑脱作用和中部软弱滑脱面的共同作用形成的复杂逆冲叠瓦体系。二叠系栖霞组具备形成大型复合圈闭的地质条件,局部构造圈闭发育。栖霞组储层岩石类型多样,中—粗晶白云岩的储层物性好。白云岩储层分布广,厚度大,其发育程度受台缘滩、台内滩等高能沉积相带和沉积古地貌高地控制。川西北二叠系栖霞组主要发育两套源储组合,与下伏寒武系筇竹寺组烃源岩构成“下生上储”组合,与二叠系茅口组烃源岩构成“自生自储”组合。下三叠统嘉陵江组膏盐岩发育,厚度大,封盖性能好,是栖霞组气藏的主要区域性盖层。总的来说,川西北地区二叠系栖霞组气藏经历了早期构造古油藏聚集、古原油裂解和晚期天然气调整再聚集3个阶段,具有“近源聚集、复式输导、大面积成藏”的特征,具备形成大中型气田的有利条件。