油气生成、运移、聚集等油气演化过程中关键时刻的定量约束对我们了解整个油气演化过程以及提高油气勘探的成功率都起着至关重要的作用。对于那些经历过复杂构造改造作用的古生代乃至更早期的油气系统,这些关键时刻对于油气勘探显得更为重要。几十年来,包括普通地质分析,盆地模拟,储层流体包裹体分析以及多种同位素测试技术被用来尝试解决这一重要的科学问题。目前研究呈现出由定性到定量,由宏观到微观,由间接到直接的发展趋势,但是现今无论是在学术领域还是在油气勘探中,精确厘定石油及天然气的演化过程仍然需要进一步探索。我国南方扬子板块以及西北的含油气盆地中,地表露头和钻井中油气显示异常丰富,油气资源评价认为在这些盆地里,油气资源量可以达到数十亿桶原油。近十多年来,随着勘探技术的提高,在四川盆地内部相继发现了普光、安岳大气田,在西北部塔里木盆地也相继发现了哈拉哈塘以及富源等大型油田,这些海相油气突破进一步证实了我国海相碳酸盐岩良好的油气勘探前景。然而,与国外海相盆地和国内陆相盆地相比,中国海相层系具有形成时间早、埋藏深度大、含油层系多、演化程度高、成烃过程长、成藏历史复杂与多期构造改造变动等特点。长时间的油气演化过程以及复杂多样的构造作用导致了多期的生排烃,油气成藏呈现多期次复合和多过程改造的特征。为了尝试解决并精确定量约束油气演化过程以及油气演化和构造演化关系等科学问题,本论文选择塔里木盆地哈拉哈塘油藏以及扬子板块内部三个典型古油藏(矿山梁、麻江-万山、米仓山)作为研究对象,在前人对这些地区烃类演化和构造作用研究的基础上,开展原油及古油藏沥青的Re-Os同位素分析,有机地球化学分析,储层流体包裹体分析以及储层伊利石K-Ar同位素分析,并结合磷灰石裂变径迹分析,以及其它一些相关的测试(如沥青反射率,烃类物理性质等),探讨了Re-Os同位素年代学在我国海相油气成藏改造过程中的适用性,并提供了相关的研究实例。通过研究,论主要取得了如下结论与认识:1)结合烃类的有机地球化学分析,储层伊利石K-Ar同位素测试,储层流体包裹体分析以及原油的Re-Os同位素分析,定量分析了塔里木盆地北部哈拉哈塘凹陷石油生成运移过程。原油样品相似的生物标志化合物特征显示烃类来自同一套烃源岩,具有较低的成熟度,曾经经历过生物降解作用,属于同一套油气系统。原油的Re-Os同位素年龄(ca.285 Ma)以及储层伊利石的K-Ar同位素年龄(ca.280-230 Ma)与传统的储层流体包裹体分析(Th:100–110oC)以及盆地模拟结果表现出良好的吻合性,综合表明哈拉哈塘油田原油主要生成于早二叠世,运移聚集则发生在晚二叠世至早三叠世。2)对龙门山北部矿山梁地区低熟沥青及油苗Re-Os同位素和生物标志化合物进行了分析,结合前人对龙门山地区构造演化的认识,探讨了了龙门山北部矿山梁地区多期次油气生成演化过程。生物标志物分析结果显示无论是来自脉体抑或是断层中的沥青都显示出相近的特征并且与元古代-早古生代源岩具有较好吻合性。相反,现今油苗的地球化学分析结果与沥青相比表现出较大的差异,呈现出二叠系烃源岩的特征。沥青的Re-Os同位素分析呈现出两个不同的趋势,取样自一号和三号沥青脉体的沥青得到ca.485 Ma等时线年龄,而二号沥青脉体和断层沥青获得了更为年轻的年龄(ca.165 Ma)。测试的原油样品由于极其相似的Re、Os特征而未能获得有意义的同位素年龄。较老的沥青Re-Os同位素年龄与前人在该地区进行的埋藏史模拟结果以及烃源岩成熟史模拟过程表现出较好的一致性,表明元古代-早古生代烃源岩在奥陶纪时期首次进入石油窗并开始生油。年轻的沥青Re-Os等时线年龄与扬子地区中生代印支-燕山期剧烈的构造活动控制的中古生代地层的二次埋藏作用,以及邻区四川盆地的构造沉积演化特征相吻合,揭示了古老烃源岩第二次进入生烃门限,二次生烃的特征。Re-Os同位素分析定量的揭示了龙门山北部矿山梁地区奥陶纪(ca.485 Ma)和侏罗纪(ca.165 Ma)两期油气生成过程。3)在雪峰山北缘地区,结合不同类型沥青的Re-Os同位素分析以及磷灰石裂变径迹(AFT)分析,揭示了雪峰山地区石油及天然气的演化历程以及油气演化与构造活动的相互关系。ca.430 Ma的低熟沥青Re-Os同位素年龄与早期的盆地模拟结果以及沥青的Rb-Sr同位素年龄(ca.405 Ma)表现出良好的吻合性,进一步证实了低成熟度沥青的Re-Os同位素定年代表了原油的生成时间。磷灰石裂变径迹结果较好的揭示了雪峰山地区燕山期的构造活动。位于雪峰隆起西缘的麻江-万山古油藏内部广泛出露的焦沥青(高熟沥青)的Re-Os同位素分析得到一组~70 Ma等时线年龄,除了与AFT结果表现出相关性以外,这一晚白垩世年龄与前期麻江古油藏地区的流体包裹体分析结果,盆地埋藏历史以及原油组成数值模拟结果近于一致,共同指示了原油裂解生成干气以及焦沥青形成的时间。研究揭示了不同类型沥青Re-Os同位素结果具有不同的地质意义,低熟沥青Re-Os年龄指示了原油的形成时间,而高熟焦沥青年龄结果与原油裂解、天然气生成时间相关。4)对米仓山地区沥青进行了反射率、镜下荧光、Re-Os同位素以及磷灰石裂变径迹分析,探讨了米仓山地区烃类演化过程以及其与中新生代构造活动的关系。该地区高沥青反射率(BRo:3.25-4.08),高Tmax值(~540oC),无荧光以及不溶于氯仿的特征表明所有沥青为原油裂解形成的高成熟焦沥青。该沥青的Re-Os同位素分析得到一组ca.185 Ma的等时线结果,这一年龄与前人在四川盆地进行的盆地模拟以及该时期较高的流体包裹体温度(~160oC)近于一致,表明该时期原油经历高温裂解作用。裂变径迹分析显示该地区的剥蚀抬升构造运动发生白垩纪期间(ca.140 Ma到ca.60 Ma),即原油热裂解作用以后,~5000m的剧烈抬升剥蚀作用导致米仓山地区气藏遭受破坏,含沥青元古代-早古生代地层暴露地表。结合焦沥青的Re-Os定年,AFT分析以及前人的认识,论文定量解析了川北米仓山地区油气演化过程,认为原油裂解及天然气藏形成于早侏罗世,而白垩纪的抬升剥蚀作用对气藏起到破化作用。总体而言,本论文选取我国不同的研究区域,综合不同的油气成藏相关的研究方法,通过对油气演化过程中不同类型的烃类(原油、沥青、焦沥青)的Re-Os同位素分析,不仅进一步证实了前人提出的原油及沥青质沥青的Re-Os同位素定年代表原油初始生成时间的观点,并且提出了高成熟度焦沥青的Re-Os同位素年龄与原油裂解天然气形成的时间相关。由于沥青或者焦沥青在加拿大阿尔伯塔盆地、尼日利亚达霍迈盆地、西班牙巴斯克-坎塔布里亚盆地等地广泛存在,结合原油、沥青的Re-Os同位素定年与其它分析测试,可以帮助石油地质工作者更好的理解世界各处含油气系统的时空演化关系,具有重要的理论及实践意义。本论文也证实了Re-Os同位素年代学在我国海相油气多期成藏改造过程中具有适用性,将具有广泛的应用前景。