综述：小到中等规模走滑断层的差异变形及其对超深塔里木盆地碳酸盐岩裂缝-洞穴储层和油气聚集的控制作用

《Earth-Science Reviews》：Differential deformation of small- to medium-scale strike-slip faults and its control on carbonate fracture–cavity reservoir and hydrocarbon accumulation in the ultra-deep Tarim Basin

逆冲断层控制碳酸盐岩储层发育，断层分段性和多期次活动（加里东期、华力西期）与流体相互作用（溶解、胶结、热液）共同影响储层形成及油气充注规律。储层分布受构造域控制（隆起区以层状储层为主，过渡带呈网格状），油气充注事件与断层活动期耦合，断层沟通膏层与输导通道有效性决定油气富集。

　　

连波增|英涛姚|一辰宋|小琳谭|文雅刘

中国石油大学（北京）石油资源与工程国家重点实验室，北京102249，中国

摘要

塔里木盆地是全球为数不多的未充分勘探的大型沉积盆地之一，蕴藏着丰富的超深层碳氢化合物资源。在该盆地中，走滑断层对碳酸盐岩裂缝-孔隙储层的发育和碳氢化合物的聚集起着决定性作用。小到中规模的走滑断层在地图上表现出明显的分段特征，包括限制型断层段、释放型断层段以及纯走滑段；而剖面则显示出分层变形现象，表现为亚垂直剪切带、正花状结构和负花状结构。走滑断层的活动时间和强度在不同区域存在差异，主要发生在加里东造山期和赫尔辛尼亚造山期。走滑断层的多次重新激活，结合流体-岩石相互作用，共同控制了裂缝-孔隙储层的演化、有效性和异质性。中加里东期的风化作用增强了储层的孔隙度，而晚加里东期的海洋成岩作用则产生了破坏性影响。随后，晚赫尔辛尼亚期的热液蚀变进一步增加了储层的异质性。储层分布在不同构造单元中有所不同：在塔北隆起和塔中隆起地区，层状储层主要受不整合面和古地貌面的控制；而在阿曼过渡带，储层沿走滑断层呈网格状分布，反映了强烈的构造分隔作用。三次主要的碳氢化合物充注事件分别发生在晚加里东期、晚赫尔辛尼亚期和晚喜马拉雅期。走滑断层与中寒武统石膏层之间的空间关系对碳氢化合物的迁移和产出具有关键影响。穿透盐层的断层并保持显著位移的断层为碳氢化合物提供了高效的迁移通道和储存场所。总体而言，走滑断层的层次结构、方向和分段特征共同决定了塔里木盆地内碳氢化合物的空间分布和富集规律。

引言

走滑断层是地壳中最基本的结构类型之一，它们容纳了由板块运动和板内应力场引起的水平位移（Sylvester, 1988; Storti et al., 2006; Brogi, 2011; Yao et al., 2023）。它们对地壳变形具有首要控制作用，不仅塑造了沉积盆地的形成和演化，还深刻影响了地下流体的迁移、成岩过程和碳氢化合物的聚集（Christie-Blick and Biddle, 1985; Woodcock, 1986; Storti et al., 2006; Faulkner et al., 2011; Laubach et al., 2014）。走滑断层系统形成了多样的构造圈闭，调节了流体流动路径，并促进了多次构造-流体耦合现象，从而对储层质量产生了重要影响（Morley, 2014; Deng et al., 2019; Liu et al., 2022b; Zeng et al., 2025）。随着全球向深部和超深部储层（>6000米）勘探的转变，走滑断层在碳酸盐岩储层改造中的作用日益显著（Sun et al., 2018; Jia et al., 2018; Zhang et al., 2022; Laubach et al., 2023; Yao et al., 2023; Xu et al., 2025）。在几个世界级的盆地中——例如波斯湾的Khuff组和二叠纪盆地的Wolfcamp组——与走滑断层带相关的裂缝网络和热液蚀变系统形成了大型、高产量的碳酸盐岩储层，占油田总产量的60%以上（Ameen et al., 2010; Qi, 2021; Nicot et al., 2023）。

从构造角度来看，走滑断层可分为岩石圈尺度的板块边界断层和地壳尺度的板内断层。板块边界断层包括洋中脊转换断层、板块边缘的转换段以及与俯冲系统相关的走滑构造（Tchalenko, 1970; Christie-Blick and Biddle, 1985; Woodcock, 1986）。相比之下，板内走滑断层通常尺寸较小，分段更为明显，并且有多次重新激活的现象，常形成花状结构、拉分盆地和压缩抬升体（Sylvester, 1988; Christie-Blick and Biddle, 1985; Cunningham and Mann, 2007; Wang et al., 2022a）。最近在深部成像和钻探技术方面的进步，使得在塔里木盆地的超深碳酸盐岩层中识别出了许多板内走滑断层（Sun et al., 2021; Qiu et al., 2022; Shen et al., 2022; Li et al., 2023b）。

自1984年在SC2井发现海洋碳酸盐岩储层以来，塔里木盆地的勘探经历了四个主要阶段。初始阶段针对埋藏丘结构，发现了轮南-塔河油田；随后勘探集中在礁滩相上，发现了塔中礁滩油田；第三阶段针对层间喀斯特化带，最终发现了哈拉哈塘油田；最近勘探重点转向了受走滑断层控制的裂缝-孔隙储层，发现了富满-顺北超大型油田（Kang, 2007; He et al., 2010; Han et al., 2019b; Tian et al., 2022; Qi, 2021; Wang et al., 2021b）。随着勘探从隆起区扩展到斜坡区，最终到坳陷区，以及勘探目标深度从浅层和中层转移到深层和超深层，走滑断层成为控制7300米以上深度储层发育的关键构造要素，在局部地区甚至达到9400米。

这些超深碳酸盐岩储层的碳氢化合物聚集机制正在逐渐得到阐明。走滑断层对奥陶纪系统中的储层质量和碳氢化合物富集具有决定性影响（Jiao, 2017; He et al., 2022; Yao et al., 2025）。通过多个构造阶段，加里东-赫尔辛尼亚造山作用影响了古隆起的演化，并通过反复的构造-流体耦合促进了层状和横向扩展的裂缝-孔隙储层的形成（Han et al., 2017; Li et al., 2020）。高分辨率的3D地震数据显示，塔中隆起北部斜坡上的走滑断层带拥有密集的裂缝网络（线密度>15条/米）和大型溶解孔隙（孔隙度>8%），使得这些储层的产油率是相邻区域的3-5倍（Yao et al., 2024）。这些发现挑战了传统观点，即深部碳酸盐岩储层普遍致密，并促使勘探策略从基于古地貌的模式转变为以断层控制为核心的概念（Wang et al., 2021a; Yang et al., 2022; Zeng et al., 2025）。

在超深环境中，断层构造、储层成岩作用和碳氢化合物迁移之间的复杂相互作用仍知之甚少。数据稀缺，加上极端的温度和压力条件，限制了传统勘探方法的有效性（Qiu et al., 2022; Shen et al., 2022）。因此，走滑断层的分段和重新激活在控制碳氢化合物聚集中的作用成为深部盆地石油地质学的研究前沿课题。

本综述综合了与走滑断层系统相关的几何形态、运动学、储层发育机制以及碳氢化合物迁移和聚集过程的最新进展。以塔里木盆地的超深碳酸盐岩储层为例，本研究的目标是：（1）描述超深环境中走滑断层的差异变形模式和时间演化；（2）阐明走滑断层活动、流体循环和裂缝-孔隙储层发育之间的遗传关系；（3）评估断层活动与碳氢化合物迁移、充注和聚集之间的耦合关系。这些见解为全球类似超深碳酸盐岩环境中的碳氢化合物勘探提供了新的概念框架和实际指导。

地质背景

塔里木盆地位于中国西北部，是中国最大的内陆盆地，也是勘探程度最低的碳氢化合物产区之一，面积约为560,000平方公里（Tang, 1994; Li et al., 1996; Ren, 1996; Deng et al., 2019）。它西邻西昆仑山脉，北接天山山脉，东南界于阿尔金山脉（图1）。根据基底构造和沉积特征，该盆地

走滑断层的差异变形特征

塔里木盆地中的走滑断层在空间上表现出明显的变异性。在地图上，断层系统明显分段；而在剖面上，它们显示出分层变形特征，深部与浅部之间的结构几何形态差异显著（图4）。本节综合了走滑断层在地图上的分区、垂直变形样式、沿走向的分段以及超深层中的多阶段活动历史。

走滑断层对储层发育的差异控制

塔里木盆地的奥陶纪碳酸盐岩埋藏深度极深，导致原始孔隙度几乎完全丧失。因此，储层质量主要受二次孔隙度的影响，这些二次孔隙度通过构造断裂和喀斯特蚀变形成。大多数高产井遇到大型裂缝-孔隙系统，钻井过程中常出现严重的或完全的流体流失现象，表明存在开放的裂缝和大型溶解孔隙（图10）。

断层活动与碳氢化合物充注之间的关系

通过结合流体包裹体测温和原位UPb测年技术，研究了与走滑断层活动相关的碳氢化合物充注事件。在超深奥陶纪碳酸盐岩储层中，油包裹体和同时代水包裹体的均一化温度分为三个不同的范围：40–80°C（主要为50–60°C）、80–120°C（主要为80–100°C）和120–160°C（主要为130–150°C）（图17）。基于埋藏历史重建（Wang et

结论

中国西北部的塔里木盆地是世界上最大且勘探程度最低的内陆盆地之一，已成为超深部碳氢化合物勘探的主要前沿领域。主要的勘探目标——奥陶纪碳酸盐岩储层——主要由走滑断层控制的裂缝-孔隙系统构成。通过对走滑断层构造、变形样式、储层特征和碳氢化合物充注的综合性分析

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本文得到了国家自然科学基金（编号：U21B2062）的支持。作者衷心感谢编辑和匿名审稿人的建设性意见，这些意见极大地促进了论文的改进。