深层与超深层已成为油气勘探的重要接替领域,尤其是碳酸盐岩油气藏对深层增储至关重要。为了揭示深层油气藏的分布特征,本文以塔里木盆地托甫台地区为研究对象,综合地质、地球化学及盆地模拟等理论和方法,深入探讨奥陶系油气藏的来源、成藏期次以及运移路径等成藏机理,明确深层碳酸盐岩油气的成藏模式及主控因素。研究表明,托甫台地区油气藏主要分布于奥陶系碳酸盐岩储层(埋深大于6000 m)中,存在低饱和重质油、中质油和低-未饱和轻质油等多种相态,南轻北重,并随深度增加油质变轻。地化特征显示,研究区原油以高-过成熟为主,既来自以宏观藻类为主的腐殖型烃源岩,又来自以浮游藻类为主的腐泥型烃源岩,为下寒武统玉尔吐斯组与上奥陶统烃源岩的混源油。该区油气在加里东晚期、海西晚期及喜山期三期成藏,空间上成藏期次存在差异:北部的艾丁地区以加里东晚期一期成藏为主,向南油气成藏期次增多,且以海西晚期和喜山期充注为主。研究区油气以断层垂向输导为主,原油成熟度具有主干断裂异常高、沿主干断裂向北东方向减小并自主干断裂向NW方向减小的特征;大部分油气沿NNE向TP39主干断裂运移,并具有从南向北的运移趋势,后期沿与主干断裂连通的NW、NE向次级断裂、不整合面及渗透性输导层进行侧向调整,运移趋势与主干断裂油气产能高、成熟度变化规律完全吻合。塔里木盆地深层油气多表现为“多期成藏-叠加改造型”、“早期成藏-晚期调整型”及“晚期成藏型”三种成藏模式,而托甫台地区属于典型的“多期成藏-叠加改造型”成藏模式。研究区深层油气的富集受控于三个因素:多套烃源岩为油气多期充注提供了充足的油气来源;通源断裂多期活动为油气提供了良好的储集及输导条件;上覆巨厚泥岩盖层为油气提供了良好的保存条件。