0 引言
塔里木盆地超深层（埋深超过6 000 m）中—下奥陶统碳酸盐岩断控型油气藏的成藏条件优越，油气源充足，是塔里木盆地台盆区增储上产的重要领域[1-2]。受多期走滑断裂和流体活动改造控制的多尺度裂缝及其溶蚀孔洞系统作为其主要的储集空间，控制了超深层碳酸盐岩缝洞型储层的规模及其质量[3⇓-5]。然而，多期复杂的构造活动和流体改造使得不同构造部位储层规模、质量及其有效性差异显著，储层表现出强烈的非均质性。因此，研究超深层碳酸盐岩缝洞型储层的发育机理与分布规律，特别是从构造、流体的角度进行深入探讨其差异成储机理，对深入认识断控缝洞储层发育规律及指导塔里木盆地超深层碳酸盐岩油气勘探与开发具有重要意义[6⇓-8]。
近年来，许多学者逐渐关注从构造变形和流体活动方面解释碳酸盐岩缝洞型储层的形成机理及其分布规律[9⇓⇓-12]。塔里木盆地超深层断层活动控制的裂缝以及沿裂缝发育带的溶蚀作用形成了独特的断溶体储层[13]，其成因与常规的裂缝-孔隙型储层存在显著差异，且难以用大气淡水、有机酸、硫酸盐还原作用等已发现的流体溶蚀作用相关的单一成储机理解释，反映出超深层碳酸盐岩缝洞型储层形成机理的复杂性[14]。碳酸盐岩储层的形成演化受层序、岩相、构造、流体、古地貌和时间等多种因素共同控制，其中在储层形成至深埋藏时期内持续活动的走滑断层和流体作用被认为是深入认识超深层规模碳酸盐岩缝洞型储层发育规律的关键因素[11,15⇓ -17]，如何精确描述这些控制因素耦合作用的成储机理，并预测储层的有效性和连通性，仍是塔里木盆地超深层断控油气藏勘探开发的关键科学问题。
构造成岩作用最早由Laubach等[18]用于描述变形作用或变形构造与沉积物的化学变化之间的相互关系，构造变形产生裂缝之后的矿物胶结充填就是其典型的表现，并用该思路研究天然裂缝孔隙度的演化过程。曾联波等[19]认为构造成岩作用涵盖了沉积岩从松散到固结及之后的构造变形与成岩作用的相互影响，并研究前陆盆地深层—超深层致密砂岩储层的差异演化和评价储层的质量。目前关于构造成岩作用对致密砂岩储层的控制作用研究较多[20⇓⇓-23]，但对超深层碳酸盐岩缝洞型储层的研究仍处于初步阶段，内容多集中于断裂带演化及压实和溶解作用对储层物性的影响，超深层碳酸盐岩缝洞型储层发育的构造-流体动力学机理仍不明确[24-25]。实际上，区域构造作用下的断裂活动及其形成的裂缝控制流体活动产生的溶蚀与成岩胶结过程也属于构造成岩作用的范畴（本文称之为构造流体作用），开展构造及相关流体作用对碳酸盐岩缝洞型储层形成演化的控制研究，可为断控缝洞型储层的分布预测提供地质理论依据。
本文基于露头、岩心、测井、录井、三维地震、地球化学实验和生产测试等资料，利用生产动态分析、流体包裹体测温及碳氧同位素测试等多种方法，系统探讨构造和流体作用对超深层断控碳酸盐岩缝洞型储层规模、储层质量及其有效性与连通性的控制机理，以期对深入认识塔里木盆地超深层断控碳酸盐岩缝洞型储层的发育机理及指导油气勘探开发提供借鉴。
1 地质背景
塔里木盆地是中国面积最大的内陆盆地，处于南天山、昆仑山和阿尔金山之间，是由不同时代、不同成因类型的原型盆地叠合而成的大型叠合盆地。塔里木盆地内部可以划分为“五隆六坳一坡”12个构造单元，自北向南分别为库车坳陷、塔北隆起、阿瓦提坳陷、顺托果勒低隆、满加尔坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、塔东隆起、麦盖提斜坡、塘古巴斯坳陷、西南坳陷和东南坳陷[26]（见图1a ）。超深层规模碳酸盐岩缝洞型储层主要分布在塔中隆起北坡、顺托果勒低隆、塔北隆起和麦盖提斜坡等构造单元，其中塔北隆起、顺托果勒低隆和塔中隆起北坡是本文主要的研究区（见图1b ）。
塔里木盆地超深层碳酸盐岩缝洞型储层主要发育在中—下奥陶统鹰山组和一间房组（见图1c ）。一间房组为一套开阔台地相沉积，一间房组下亚段以滩间海和台内滩亚相沉积为主，岩性以砂屑灰岩、泥灰岩为主；上亚段主要发育潮坪、灰泥丘和丘间海亚相沉积，局部发育台内滩亚相沉积，岩性以泥灰岩、泥晶砂屑灰岩为主。鹰山组经历了由局限水体沉积环境向开阔水体沉积环境的转变，下亚段沉积期水体环境相对局限，主要发育半局限—局限台地相，岩性以砂屑灰岩、白云质砂屑灰岩、泥灰岩和白云岩互层为主；上亚段沉积期随着海平面持续上升，水体环境逐渐开阔，发育开阔台地相，岩性以纯泥晶灰岩为主[27]。
2 走滑断层特征
塔里木盆地超深层走滑断层在台盆区广泛分布，其中塔里木盆地北部（简称塔北）—塔里木盆地中部（简称塔中）地区研究程度最高（见图1b ）。在平面上，走滑断层以北北东—南南西和北北西—南南东走向为主[28]。塔北隆起发育共轭走滑断层（见图2a ），而塔中北坡和顺托果勒低隆发育单一走向的断层[29]。在平面上，走滑断层具有明显的分段性，包括纯走滑段、端部、转折部位和叠接段[30-31]。纯走滑段沿主干断层线性延伸，周围发育短小分支断层，形成线性、雁列和羽状等多种构造样式[28,32]。线性构造在应力释放较小的区域呈平行展布（见图2b ），雁列构造则呈阶梯状排列[33-34]，羽状构造沿主断层向外对称分布[33,35]。断层端部位于断层两侧即将消失的部位（见图2a ），包括羽状断层、马尾状断层、同向分支和反向分支断层等构造样式[30]。羽状断层与主断裂高角度相交，范围短、孔隙大、具有羽状开口；马尾状断层与主断裂低角度相交，延伸较长[29,31]。转折部位是连续断层面发生明显弯曲的部位，可表现为挤压和拉张的应力状态[36-37]（见图2b ）。叠接段由两个雁列式排列的纯走滑段端部叠置而成，按照叠置程度可分为强叠接段和弱叠接段。强叠接段在平面上呈扇形弯曲，垂向上汇聚形成花状构造，而弱叠接段为近平行排列，重叠区域较少[38⇓-40]。根据分段排列方式和相对滑动方向，可以进一步划分为叠接挤压段和叠接拉分段[41]。当排列方向与滑动方向相反时表现为压缩状态，形成狭长的背冲凸起（见图2c ）；排列方向与滑动方向相同时则表现为拉分状态，形成拉张断陷[42]（见图2d ）。
3 走滑断层和岩石力学层对缝洞型储层规模的控制作用
3.1 走滑断层对缝洞型储层的控制
走滑断层具有断层核与断层损伤带二元结构特征，断层损伤带即为受断层控制的裂缝发育带[45⇓-47]，损伤带范围控制了缝洞型储层的发育范围。地下裂缝发育带可通过基于地震属性（例如自动断层提取属性、相干属性等）计算的裂缝发育指数定量表征[26]。裂缝发育指数在断层附近呈高值，离断层面越远，逐渐降低至平稳的低值，表明裂缝发育不再受断裂带控制。露头区和地震数据显示，断层损伤带宽度与断层规模及活动强度密切相关，断层规模越大，活动性越强，损伤带越宽，断层控制的缝洞型储层规模随之增大[26,48 -49]（见图3 ）。例如，塔里木盆地中北部地区FⅠ5断裂带（见图1b ）规模大，其控制的缝洞储层宽度为500~1 100 m；FⅠ6断裂带（见图1b ）的规模小，储层宽度仅集中在350~600 m的宽度范围（见图4 ）。
在平面上，走滑断层不同构造部位的裂缝发育带宽度和裂缝发育程度也存在明显的差异[30]。叠接段内裂缝密集发育[50]，其中强叠接段内因应力释放和滑动位移大，形成更宽的裂缝带，同时裂缝方位多，有利于裂缝相互连通，是缝洞型储层发育的有利区域。相比之下弱叠接段内滑动位移小，裂缝发育程度降低[34]。叠接挤压段裂缝结构复杂，裂缝发育带较宽，储层发育规模高于叠接拉分段[30,51]。纯走滑段裂缝发育带宽度和发育程度均低于叠接段。两条断层的交叉部位及单一断层的转折部位应力集中，裂缝发育程度高；断层端部也是裂缝发育区，其中羽状断层的裂缝延伸长度不如马尾状断层，但具备良好的连通性，能够形成渗流能力好的裂缝网络系统，有利于缝洞储层的发育[33]。
3.2 岩石力学层对缝洞型储层的控制
岩石脆性指数是衡量岩石力学层脆性的重要参数[55]。由于裂缝发育差异，使得流体活动及溶蚀作用也不同，导致断控缝洞型储层宽度和质量不一。利用声波时差及密度测井曲线，采用综合岩石力学参数方法进行岩石脆性指数计算[55]，可以指导岩石力学层的划分。研究区11口井的脆性指数和岩心裂缝密度统计结果表明，脆性指数越高，其裂缝密度越大（见图6b ）。岩石力学界面是岩石力学性质发生突变的界面，可以通过识别脆性指数曲线急剧变化处的半幅点来确定。在一间房组中划分出2套岩石力学层，在鹰山组中划分出3套岩石力学层（见图7 ）。5号岩石力学层内脆性指数最高，裂缝发育程度也显著高于其他层段；1号和4号岩石力学层内脆性指数和裂缝发育程度均为中等；2号和3号岩石力学层内脆性指数低，裂缝发育程度也较低。总体来看，在鹰山组内，随着埋深增加，岩石白云质和砾屑含量逐渐增加，脆性指数升高，裂缝响应也越发明显，尤其是在鹰山组下段的5号岩石力学层内脆性指数高，裂缝发育程度高，更有利于缝洞型储层发育。
4 流体对缝洞型储层有效性的控制
根据塔里木盆地北部和中部顺北地区的岩心缝洞充填物的流体包裹体测温及碳氧同位素组成分析，结合中—下奥陶统的油气充注史分析，认为塔里木盆地北部地区存在4期流体活动：①加里东中期；②加里东晚期—海西早期；③海西晚期；④喜马拉雅期（见图8a ）。碳氧同位素组成测定结果表明，加里东中期包裹体样品代表的主要成岩流体为大气淡水和原生地层水，加里东晚期—海西早期包裹体样品代表的主要成岩流体为大气淡水，海西晚期包裹体样品代表的主要成岩流体为热液流体，喜马拉雅期包裹体样品主要成岩流体为混合流体，未测得明确流体来源（见图8b ）。顺北地区缝洞充填物原位U-Pb同位素定年结果显示存在4期流体活动：①加里东中期；②加里东晚期—海西早期；③海西晚期；④印支期[58,62]（见图8c ）。加里东中期样品对应的成岩流体为大气淡水和原生地层水，加里东中期—海西早期样品对应成岩流体为大气淡水，海西晚期样品对应成岩流体为热液流体，印支期样品未测得明确流体来源[63]（见图8d ）。总体来说，盆地内的成岩流体活动期次主要包括加里东中期，加里东晚期—海西早期、海西晚期和印支期—喜马拉雅期。其中，加里东中期的主要成岩流体为大气淡水和原生地层水，加里东晚期—海西早期的主要成岩流体为大气淡水，海西晚期的主要成岩流体为深部热液流体。印支期—喜马拉雅期成岩流体活动强度小，但存在1~2期的油气充注，主要活动流体为生烃有机酸[64-65]。
加里东晚期—海西早期，塔里木盆地北部强烈抬升并遭遇长时间剥蚀。剥蚀区发生规模较大的大气淡水表生岩溶，向塔里木盆地中部地区逐渐过渡为潜山覆盖区，区域内先存的走滑断裂起到垂向沟通的作用，大气淡水顺断裂带向下渗滤，透过隔水层进入碳酸盐岩地层中发生溶蚀改造作用[68]。同时，据前人研究结果，在加里东晚期发生第1期油气充注事件，有机质热降解过程中产生大量的有机酸，沿断裂带向上运移，在前期形成的溶蚀孔洞层和不整合面附近，发生横向流动和溶蚀改造 [64-65]（见图9 ）。因此在这一时期，塔里木北部剥蚀区形成了大型岩溶洞穴型储层，在中部覆盖区形成了裂缝-溶蚀孔洞型储层，储层类型与分布受地貌格局和断裂控制明显[61]。
海西晚期，盆地内广泛存在岩浆火山活动，与火山活动相伴生的大量热液流体沿断裂带向上运移，进入中—下奥陶统时热液流体释放大量CO2和H2S酸性气体溶于水起到一定规模的溶蚀改造作用，形成溶蚀孔洞缝系统[50]。在热液流体运移后期，由于地层温度压力降低且流体处于过饱和状态，主要析出巨晶方解石充填于缝洞空间中[69]。同时，深部地层中的热卤水受热上涌流经寒武系形成富硅流体，进入中—下奥陶统储层也会发生石英、白云石和方解石等矿物的沉淀。深部热液流体活动造成了有效缝洞在空间上的大规模重新分布，增加了储层的非均质性[70]。这一过程主要对于塔中隆起北坡—顺托果勒低隆区域内的缝洞型储层影响较大，塔北隆起地势高，火山活动期次少，受到的影响较小。同时，大气淡水持续沿着断裂带进入中—下奥陶统，夹杂着第2期油气充注带来的生烃有机酸共同形成混合流体，在溶蚀作用下增加了储层物性[71]（见图9 ）。印支期—喜马拉雅期内主要发生1~2 期的油气充注，生烃有机酸对于缝洞型储层起到建设性作用，但由于生成量小，流动性差，溶蚀改造作用较为有限[64-65]（见图9 ）。
总体来说，加里东晚期—海西早期大气淡水在盆内广泛溶蚀，是缝洞型储层的主要形成期，在塔北隆起形成了岩溶洞穴型储层，在塔中隆起北坡—顺托果勒低隆区域形成了断控缝洞型储层。海西晚期是缝洞型储层的关键改造期，深部热液流体的溶蚀改造和沉淀充填增强了储层的非均质性。塔里木盆地内多期次多类型的流体活动产生的溶蚀作用和后期胶结充填作用，不仅控制了碳酸盐岩缝洞型储层的有效性及其演化，还导致了碳酸盐岩缝洞型储层的储集空间表现出多尺度上非均质性特征（见图10 ）。
5 缝洞型储层的连通性与发育模式
5.1 缝洞型储层的连通性及影响因素
受多期差异构造变形和流体改造作用的影响，走滑断层不同部位的储层有效性和连通性存在显著差异。根据三维地震解释、岩心裂缝统计和生产动态资料分析，在走滑断层叠接拉分段内部裂缝发育程度较高，裂缝开度相对较大（2.0~2.5 mm），使得缝洞型储层的有效性和连通性最好。相较之下叠接挤压段内部虽然裂缝发育程度高，但裂缝开度小（0.5~1.0 mm），储层的分割性增强，有效性和连通性变差。而纯走滑段裂缝发育程度虽然不如叠接段，但裂缝开度中等（1.0~1.5 mm），储层有效性和连通性中等。生产动态资料进一步支持这一结论，例如塔里木盆地顺托果勒地区FⅠ6走滑断裂带内，叠接拉分段5口生产井的单位平均压降产油量为6 694 t/MPa；纯走滑段6口生产井的单位平均压降产油量为3 140 t/MPa；叠接挤压段1口生产井的单位平均压降产油量仅为887 t/MPa（见图11 ）。此外，生产动态资料也证实FⅠ6断裂带内存在3组连通井组类型，分别为“叠接拉分段”型、“纯走滑段”型和“叠接拉分段+纯走滑段”型，未发现“叠接挤压段”型连通井组。这表明叠接拉分段缝洞型储层的连通性要好于纯走滑段，而叠接挤压段的连通性相对较差[72]。
缝洞型储层的有效性和连通性还受到走滑断层产状与现今地应力方向匹配关系的影响，走滑断层与现今最大水平主应力方向一致或呈小角度相交时，裂缝受到的正应力较小，裂缝开度较大，储层的有效性和连通性好；而与最大水平主应力方向近垂直或呈大角度相交时，裂缝受到的正应力较大，裂缝开度较小，储层的有效性和连通性变差。根据钻井诱导裂缝分析，塔里木盆地中部地区现今最大水平主应力方向为北东—南西方向，生产动态资料显示，与这一应力方向近一致的北东—南西向FⅠ6断裂带附近已证实有3个连通性较好的井组，井间压力传播平均速度为229 m/h，12口生产井的单井平均单位压降产能为4 433 t/MPa；相比之下与地应力方向呈大角度相交的北西—南东向FⅠ5断裂带北段，尽管断裂带宽度更大，但储层的有效性和连通性差，仅证实有一个连通井组，井间压力传播平均速度仅为9.8 m/h，6口生产井的单井平均单位压降产能仅为895 t/MPa[72]（见图11 ）。这表明与现今地应力方向近一致的北东—南西向断裂带控制的缝洞型储层更具有效性和连通性，有利于储集体之间的相互连通获得高产油气流和稳产[51]。
5.2 缝洞型储层发育模式
塔里木盆地超深层缝洞型储层的形成与分布受走滑断层控制，走滑断层活动首先控制了其周围裂缝系统的形成与发育程度，走滑断层及其相关裂缝系统又控制了流体的活动，从而控制了碳酸盐岩储层溶蚀孔洞的发育情况。在走滑断层形成和演化过程中，由于不同部位的应力分布不均匀，使得走滑断层不同部位的缝网系统及其溶蚀孔洞的发育程度具有明显的差异性。
在平面上，走滑断层的叠接部位、交叉部位、转折部位及端部裂缝集中发育，流体活动容易发生溶蚀改造作用形成良好的缝洞型储集体。这些断层部位的缝洞储层发育规模大，储层质量好，其中叠接拉分段的两侧断层交汇区域活动性强，缝洞储层发育规模和储层质量比其中部区域更大更好，而叠接挤压段中部区域的缝洞储层发育规模高于其他区域。此外，叠接拉分段和断层端部的羽状断层区域处于拉张应力状态，易形成开度较大和渗流性能较好的裂缝网络，其缝洞储层的有效性和连通性更好。
在纵向上，在脆性指数较高的岩石力学层内，受走滑断层控制的裂缝发育程度普遍较高，裂缝开度大，更有利于缝洞型储层的形成和发育。纯走滑段断层周围的缝洞储层发育规模有限，但在叠接段内部的花状构造区域，特别是主干与分支断层的交叉部位，是裂缝密集发育和流体活动改造的有利区，因而更容易形成优质的缝洞型储层（见图12 ）。
6 结论
塔里木盆地超深层断控碳酸盐岩缝洞型储层的主要储集空间为受走滑断层控制的多尺度裂缝及其溶蚀孔洞。走滑断层规模、构造部位与岩石力学层共同控制了碳酸盐岩缝洞型储层的发育规模。在平面上，断层规模与断距越大，储层的发育规模越大；叠接挤压段的储层规模大于叠接拉分段，纯走滑段相对较差；断层的交叉部位和单一断层的转折部位和端部，有利于裂缝发育，缝洞储层规模也较大。在剖面上，脆性指数较高的岩石力学层更有利于规模缝洞型储层发育。
加里东晚期—海西早期是塔里木盆地超深层奥陶系断控缝洞型储层的主要形成期，大气淡水活动在塔北隆起形成岩溶洞穴型储层，在塔中隆起北坡—顺托果勒低隆区域形成断控缝洞型储层；海西晚期的深部热液流体活动持续改造缝洞型储层有效储集空间分布，增强了储层非均质性，影响储层的有效性和连通性。叠接拉分段的缝洞型储层有效性和连通性好于纯走滑段，而叠接挤压段的缝洞型储层有效性和连通性相对较差。与现今地应力近平行或呈小角度相交的走滑断层控制的缝洞型储层连通性好，而与现今地应力呈大角度相交的走滑断层控制的缝洞型储层连通性变差。
塔里木盆地超深层碳酸盐岩缝洞型储层的有利发育部位在平面上主要位于走滑断层叠接拉分段两侧断层交汇部位、叠接挤压段中部区域、纯走滑段交叉部位和转折部位以及端部的羽状断层区；在剖面上主要分布在高脆性指数的岩石力学层中，除了一间房组以外，鹰山组下段也有利于规模缝洞储层的发育。