本论文以沉积学、层序地层学、石油地质学的理论为指导,以中国典型的海相碎屑岩储层层系-塔里木盆地志留系为研究对象系统开展沉积体系、层序地层学及其意义研究,为塔里木盆地志留系的进一步油气勘探提供重要的基础地质资料。充分利用盆地周缘野外剖面、钻井岩心资料、测井资料和室内测试分析资料,在沉积相标志研究的基础上,依据岩石组合、沉积组构、剖面结构和演化序列特征,在塔里木盆地志留系中识别出有障壁海岸、无障壁海岸、陆棚和辫状河三角洲沉积体系。其中有障壁海岸进一步划分为潮上、潮间和潮下微相,无障壁海岸识别出前滨和临滨微相,辫状河三角洲识别出辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前三角洲微相。在对各沉积微相特征研究基础上,结合地震相平面分布规律,分别对塔里木盆地柯坪塔格组、塔塔埃尔塔格组、依木干他乌组沉积体系的平面分布及垂向演化特征进行了系统研究。并建立了塔里木盆地志留纪沉积演化过程中滨岸-陆棚的无障壁海岸沉积模式和潮坪-陆棚的有障壁海岸沉积模式。在精细沉积体系划分及沉积微相特征研究基础上,在塔里木盆地志留系野外剖面和钻井岩心中共识别出古风化壳、渣状层、超覆面、侵蚀冲刷面和岩性岩相转换面等多种类型的层序界面。依据沉积学、古生物学、地球物理及地球化学等标志,在上述关键界面识别基础上,将塔里木盆地志留系划分为12个三级层序。综合地震剖面之间的精确标定和对比,进行了区域层序地层对比及其格架建立。以上述沉积体系、层序地层学研究成果为基础,首次系统阐述了层序中层序界面与盆地构造演化特征、层序界面与油气运移和层序界面与有利圈闭形成的意义。鉴于上述层序界面所具有的重大意义,根据区域和局部地震资料解释成果,结合野外剖面及钻井标定,系统研究了塔里木盆地志留系各组之间的4个主要不整合面的接触关系和平面展布规律。首次对盆地层序格架中体系域的分布样式及差异性进行了系统研究,总结了塔里木盆地志留纪层序结构样式及其与沉积体系的响应关系,主要发育有:(1)TST>HST型层序充填样式,主要发育于滨海地区有障壁海岸和无障壁海岸中;(2)TST<HST型层序充填样式,主要发育在滨外陆棚区;(3)TST>HST—TST<HST之间的过渡型,主要位于滨海带与浅海带之间。根据体系域差异性分析了盆地构造演化及其充填历史。在对盆地志留系沉积体系、层序地层和岩相古地理研究基础上,依据二维、三维地震相研究成果,对层序格架中沉积体系充填特征及时空分配规律进行了详细研究。进而研究了塔里木盆地志留系烃源岩、储集岩和盖层的发育特征及时空分配规律。根据层序格架中的古地理展布特征、不同沉积相带发育的层序样式,建立了塔里木盆地志留系沉积-层序模式,并阐述了其油气地质意义。研究认为主要发育潮坪-陆棚和滨岸-陆棚沉积模式,由盆缘—盆地沉降中心具有TST>HST→TST=HST→TST<HST的层序发育样式。在盆地边缘TST发育潮下砂坪、潮道砂岩和前滨、临滨砂岩储集岩;HST发育潮上泥岩盖层。浅海陆棚区TST和最大海泛期发育深色陆棚相泥岩烃源岩,区域上亦为良好的盖层;HST发育砂坝及临滨砂体,为有利的储集岩。