再論塔里木盆地古隆起的形成期與主控因素

能　源鄔光輝黃少英張　星曹淑娟

1.中國石油塔里木油田公司 2.中山大學

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再論塔里木盆地古隆起的形成期與主控因素

能源1鄔光輝2黃少英1張星1曹淑娟1

1.中國石油塔里木油田公司 2.中山大學

能源等.再論塔里木盆地古隆起的形成期與主控因素.天然氣工業, 2016,36(4):27-34.

摘 要塔里木盆地發育不同類型、不同特征的古隆起，前人對于古隆起的成因、構造演化等方面的認識存在著較多分歧，影響了該區油氣勘探的思路與部署。為此，基于新的地震資料與鉆井資料，針對該盆地深層海相碳酸鹽巖地層，開展了區域地震資料解釋與構造解析研究，結合構造剝蝕量成果恢復了古構造格局，進而探討了古隆起的形成期及其主控因素。結果表明：①中奧陶世是塔里木盆地內部從伸展轉向擠壓的關鍵時期，地層、沉積與構造開始出現分異，在中奧陶世晚期一間房組沉積前，塔北、塔中、塔西南等三大碳酸鹽巖古隆起已開始出現雛形，其形成時期相同且均為寬緩的近東西走向的褶皺古隆起；②前寒武紀發育近東西走向的塔南與塔北基底古隆起，制約了該區顯生宙古隆起的發育與分布；③上述三大古隆起都是在基底古隆起的基礎上受塔里木板塊南緣聚斂作用而形成的擠壓型古隆起，其構造特征相似且形成演化都具有繼承性；④志留紀以來的多期強烈構造改造作用，影響并控制了現今古隆起的差異。結論認為：該盆地更為廣闊的、深層保存條件好的繼承性古構造區碳酸鹽巖油氣勘探潛力巨大。

關鍵詞塔里木盆地 古隆起 基底 形成演化 控制因素 中奧陶世 海相碳酸鹽巖 勘探區

古隆起是克拉通盆地油氣運聚的有利方向[1-4]，我國塔里木、鄂爾多斯、四川等盆地近年來在古隆起海相碳酸鹽巖油氣藏、巖性油氣藏與致密油氣藏等新領域不斷取得重大油氣發現，古隆起的形成演化、成因及其對新類型油氣的控制作用的研究受到了廣泛關注[5-9]。近期塔里木盆地在塔北、塔中古隆起不斷取得重大突破，發現了我國最大的海相碳酸鹽巖油田和最大的凝析氣田[10-11]，古隆起在油氣資源勘探開發中具有重要的戰略地位。

前人針對塔里木盆地古隆起的構造特征及其形成演化開展了多方面的研究，發現存在多種類型、多種性質與成因、多期復雜改造的古隆起[2-4,12-16]。由于塔里木盆地古隆起經歷了多期強烈改造，地層缺失多、構造變形復雜，深層地震資料品質較差，造成古隆起的成因、構造演化等方面存在著很多分歧。古隆起的形成時期存在加里東中期、加里東晚期、早海西期及晚海西期等多種認識[2-4,12-16]，古隆起成因有受區域擠壓與區域伸展作用影響的不同觀點，從而影響了油氣勘探的思路與部署。

筆者針對塔里木盆地深層海相碳酸鹽巖，在新的地震資料與鉆井資料基礎上，開展了區域地震解釋與構造解析，結合構造剝蝕量成果恢復古構造格局，進而探討古隆起的形成期及其主控因素。

1 地質背景

塔里木盆地位于中國西北部，是具有前寒武紀結晶基底的古老克拉通盆地[2]，面積達56×104km2。塔里木盆地顯生宙地層發育齊全[2,9]，寒武—奧陶系海相碳酸鹽巖廣泛分布[11]，面積達24×104km2，厚度逾2 000 m。晚奧陶世—中生代以碎屑巖沉積為主，具有多旋回構造—沉積作用，發育多期不整合與斷裂[2]。新生界遍布全盆地，形成庫車與塔西南前陸盆地[2]。

塔里木盆地經歷多旋回構造演化與變遷，發育不同類型、不同特征的古隆起[2,4,12,15]。值得注意的是，古隆起既有層位也有時代的相對性，不同層位、不同時代的隆起可能存在很大差別[2,4,12-16]。結合區域構造解釋成圖與構造研究，塔里木盆地塔東南古隆起前石炭系為變質巖，塔東古隆起主體部位寒武—奧陶系為盆地相泥巖沉積區，而巴楚隆起形成于喜馬拉雅晚期[2,4]，其南部麥蓋提斜坡及其周緣則發育前志留紀大型的塔西南古隆起[9,15]（圖1）。由此可見，塔里木盆地主要發育塔北、塔中、塔西南三大碳酸鹽巖古隆起。

圖1　志留系沉積前塔里木盆地古隆起分布圖（背景為志留系沉積前奧陶系碳酸鹽巖頂面古埋深，塔東南古隆起區缺失寒武—奧陶系沉積巖）

2 古隆起的形成期及其特征

2.1 古隆起的形成時期

早寒武世塔里木板塊內部進入穩定的弱伸展環境[2,17-18]，發生廣泛的海侵，下寒武統玉爾吐斯組向塔北與塔西南基底隆起區超覆沉積。在板塊內部寬緩的地形基礎上，受近東西向的弱伸展作用，海平面逐漸上升，形成寬廣陸表淺海，開始發育克拉通內穩定的碳酸鹽巖臺地[2,17-18]。盆地東西分異開始形成，中西部為塔西克拉通內臺地，中東部為滿東克拉通內坳陷，東部羅布泊地區發育羅西臺地，形成“兩臺一盆”的古地理格局[17-18]。

近年來塔里木板塊南緣研究取得較多進展，揭示古昆侖洋在早奧陶世已發生俯沖消減，在早奧陶世末期進入碰撞階段[19-20]。阿爾金地區的研究成果表明，奧陶紀晚期塔里木板塊與柴達木地塊發生碰撞，導致了南阿爾金洋盆最終閉合，推斷其洋盆的俯沖削減作用發生在早中奧陶世[21]。因此，在早奧陶世塔里木板塊內部雖尚未發生大規模的構造運動，但周邊板塊已進入擠壓聚斂階段，考慮到板塊內部的構造響應一般較為滯后，推斷早奧陶世是塔里木板塊內部進入擠壓作用階段的上限。

塔里木盆地寒武系—下奧陶統分布穩定，至中奧陶統一間房組沉積時，開始出現地層巖性的明顯變化[11]。西部一間房組從巴楚地區臺地邊緣礁灘體向柯坪逐步轉變為薩爾干組泥巖，直接覆蓋在大灣溝組臺地相碳酸鹽巖之上[11,18]。東部盆地下奧陶統上部黑土凹組出現相當于凝縮層段的暗色泥巖地層[2]，覆蓋在下奧陶統碳酸鹽巖之上。而西部下奧陶統仍是大面積臺地相碳酸鹽巖，表明存在地層層序的差異與分化。寒武系—下奧陶統蓬萊壩組在盆地內部分布相對穩定[17-18]，具有繼承性發育的特征。但早奧陶世晚期—中奧陶世早期的鷹山組的沉積厚度變化大[11,18]。由此可見，鷹山組沉積期盆地內部的地層開始出現差異，而一間房組沉積地層巖性與下伏地層明顯不同，表明中奧陶統一間房組沉積前已進入新的構造—沉積環境。

寒武世—早奧陶世塔里木盆地東西分區特征明顯[2,11]，中奧陶世則出現沉積相帶的南北分異[11,18]，塔北南緣一間房組高能相帶呈東西展布，并未沿輪南—古城下奧陶統南北向的臺緣帶展布（圖2），表明一間房組沉積前已發生沉積環境的轉變。塔中—巴楚地區大面積缺失一間房組，而巴楚北部一間房組臺地邊緣礁灘體直接覆蓋在鷹山組臺內碳酸鹽巖之上，滿西地區一間房組也逐漸相變為泥巖，其沉積相帶也不同于鷹山組。早奧陶世末期，塔里木板塊與全球同步發生大型的沉積基準面變化[11,18]，中奧陶世塔里木盆地內部已發生明顯的地層沉積分異，由此推測中奧陶世一間房組沉積前應當是構造體制轉換的下限。

塔中古隆起寒武系—下奧陶統與北部坳陷區為連續沉積，中下奧陶統鷹山組頂面發育大型的不整合[11]。值得關注的是，位于剝蝕區的鷹山組明顯比下盤地層厚（圖3），其厚度差異達300 m。不論其是沉積加厚還是構造作用形成的增厚現象，均表明塔中古隆起已開始出現雛形，并產生了南北地層分帶的格局。一間房組圍繞塔北古隆起南緣展布，而且近期研究發現在哈拉哈塘地區一間房組的頂面發育大型河道[22]，具有自北向南的流向，揭示塔北古隆起已開始顯現，構造隆升造成的南北分異是一間房組沉積發生重大變遷的基礎。因此推斷，早奧陶世末期，塔里木盆地塔中、塔北隆起的雛形已開始出現。

圖2　塔里木盆地塔北南緣奧陶系一間房組沉積相圖

圖3　過塔中古隆起北部南北向地震剖面圖（上奧陶統良里塔格組發育增厚臺緣帶，隆起上多缺失一間房組、吐木休克組,可見隆起上的下奧陶統存在加厚現象，中下寒武統見小型正斷層，南華系—震旦系發育大型箕狀斷陷）

綜合分析，早奧陶世末期，塔里木板塊具有從伸展環境轉向擠壓環境的構造背景，中奧陶世塔里木盆地內部已發生明顯的構造、沉積分異，最晚在中奧陶世一間房組沉積前塔里木盆地內部已進入擠壓環境。

2.2 古隆起形成期的構造特征

中奧陶世晚期，塔里木盆地東西分異[18]的古地理格局開始逐漸分化。通過古構造的恢復研究，塔里木盆地從早期的東西臺盆分帶的沉積面貌已轉變為南北分帶的構造格局（圖4）。

中奧陶世晚期，塔中Ⅰ號斷裂帶發生北東向沖斷運動[23]，北西向大型隆起形成[2,4]。同時塔中隆起發生較為強烈的抬升剝蝕，鷹山組殘余厚度很薄，甚至缺失。除斷裂帶外，塔中地區以整體抬升為主，呈現寬緩的褶皺隆升。同時，塔中古隆起存在廣泛的沉積間斷，缺失中奧陶統一間房組與上奧陶統吐木休克組[11]。出露地表的鷹山組碳酸鹽巖發生廣泛的巖溶作用，形成第一期廣泛分布的碳酸鹽巖風化殼[11,23]。北部塔中I號斷裂帶的活動奠定了坡折帶的發育背景（圖3），形成塔中與滿加爾凹陷的沉積與構造邊界，并控制了晚奧陶世良里塔格組大型臺緣帶的分布[11,18]。

塔西南地區發育寬緩的塔西南古隆起雛形（圖4），呈現整體隆升的構造格局，缺少斷裂活動，形成了近東西向寬緩褶皺古隆起。塔西南地區鷹山組大面積出露，也缺失一間房組與吐木休克組[11]，形成與塔中一體寬廣且平緩的風化殼。上奧陶統良里塔格組臺地[18]分布在古隆起范圍內（圖4），西北部一間房組臺緣礁灘體與下伏鷹山組具有明顯的沉積間斷[11,18]，為古隆起的邊緣向坳陷過渡的緩斜坡區。東南部和田河氣田周緣良里塔格組直接覆蓋在鷹山組之上，沿古隆起邊緣坡折帶發育良里塔格組陡坡型臺緣帶[11]。

圖4　塔里木盆地中奧陶世下古生界碳酸鹽巖古隆起分布圖（背景顏色為晚奧陶世桑塔木組沉積前中下奧陶統碳酸鹽巖頂面埋深）

塔北地區也產生近東西向的隆升，成為近東西向的水下低隆起（圖4）。雖然未發生較大的地層缺失，但中奧陶統一間房組已開始圍繞古隆起沉積（圖2），前期東西分異的沉積面貌解體。塔北南緣一間房組沉積期發育從北向南流向的古河道[23]，在上奧陶統沉積前塔北隆起的軸部可能有大面積的暴露區，并造成良里塔格組臺緣帶的退積遷移。近期在塔北南緣發現良里塔格組臺緣帶[18]，同樣也是圍繞塔北古隆起分布，而且在良里塔格組沉積前具有沉積間斷，表明中奧陶世晚期塔北古隆起已形成。塔北地區一間房組與良里塔格組臺地寬緩，缺乏高陡的斷裂帶，其間沒有發現明顯地層缺失，以低幅度褶皺隆升為主，形成近東西向的水下低隆起，僅在三級層序頂界面存在短暫的抬升暴露[11]。

由此可見，在中奧陶世晚期，塔里木盆地塔中、塔北、塔西南三大碳酸鹽巖古隆起已形成，都是近東西向的古隆起。除塔中古隆起局部斷裂較發育外，均呈現寬緩的褶皺隆起。古隆起地形平緩，以整體隆升為主，南部塔中、塔西南古隆起抬升較高，遭受暴露與剝蝕。而塔北地勢較低，以水下低隆起為主，地層沉積較連續。

3 古隆起形成的主控因素

3.1 基底古隆起

早期受資料限制，一般認為盆地內部寒武系與震旦系是連續沉積的接觸關系，但鉆井資料揭示在塔北隆起、塔中隆起、塔東隆起均有寒武系覆蓋在新元古代—古元古代火成巖或變質巖之上[23]，大面積缺失震旦系。地震剖面也顯示大型角度不整合（圖3），表明塔里木盆地內部寒武系與震旦系不是連續沉積，存在基底古隆起。

塔里木盆地前寒武紀基底在柯坪構造運動作用下，南部形成相對較高的塔南基底隆起[23]。最明顯特征是缺少震旦系的大面積連片沉積，震旦系剝蝕嚴重，寒武系與震旦系的削截關系在塔東地區表現非常明顯[23]，在塔中地區寒武系自北向南超覆沉積在基底隆起之上（圖3）。在塔南隆起上雖然在局部地區可能發育南華系—震旦系的小型斷陷，但總體呈現巨型的基底隆起。在塔中地區繼承了南華紀的古隆起格局，以北西向隆升為主，形成繼承性北西向擠壓型古隆起。塔北地區也發育基底隆起，輪臺斷隆上缺失震旦系，寒武系直接覆蓋在前震旦系變質巖基底之上。表明在寒武系沉積前，塔里木盆地基底經歷了以南北擠壓作用為主的整體構造隆升作用。

基底古隆起多是相對獨立的構造單元，與周邊存在巖性、巖石物性差異，或是有構造薄弱帶分隔[2,4,23-24]。在后期的擠壓作用過程中，易形成繼承性的撓曲變形，形成復活隆升。塔南基底古隆起是后期塔中、塔西南古隆起發育的主體部位，只是由于應力方位與作用形式的改變，分解為不同的隆起單元（圖1、圖4）。奧陶紀末塔西南古隆起形成時，繼承了基底北西向隆起發育的輪廓（圖1），與基底隆起的方位一致。中奧陶世在南部由于強烈的擠壓作用，沿塔中I號構造帶基底薄弱部位形成塔中古隆起的北部邊界，控制了古隆起的北西向展布范圍，其邊界范圍與基底隆起的斷裂帶有關[15-16]。塔北古隆起雖然經歷后期復雜的構造改造[2]，但沿輪臺斷裂帶周緣近東西向的基底古隆起長期位于顯生宙隆起發育的中心部位，并控制了后期古隆起的形成與分布。

塔里木盆地經歷多期、多種類型與多種方式的構造作用[2,4,12-16,25-28]，加里東—早海西期遭受來自南部板塊邊緣的聚斂作用，晚海西期—印支期經歷來自南天山洋閉合的強烈作用。古隆起多經歷不同特征的強烈改造，現今構造面貌與中奧陶世時期差異巨大[2]。但有基底古隆起發育的隆起區，受控于周邊地質結構的差異，顯生宙后相對比較穩定[2,12-16]。志留紀—泥盆紀塔里木盆地遭受來自西南方向強烈的構造作用，塔西南、塔北、塔中古隆起的輪廓與分布并沒有改變，下古生界碳酸鹽巖仍然沿襲著早期古隆起的構造格局[15-16]。塔北古隆起受基底影響，在加里東期受南部遠程應力的作用，開始強烈隆升。其后經歷多期來自北部的構造改造作用，雖然不同區塊遭受改造程度不一，但總體保持原有的古隆起形態[2,15-16]。而柯坪、塔東北地區在地史時期也曾有古隆起的發育[2]，但缺乏基底隆起與構造發育的連續性，構造變化大，沒有長期繼承性的古隆起發育。

3.2 動力作用

克拉通內古隆起的形成往往是板塊邊緣的聚斂或離散作用向板內傳播的應力所致[2,4]，塔里木盆地早期伸展作用是否控制古隆起的形成與分布仍存在分歧。

分析發現，塔里木盆地具有前南華紀結晶基底[2,23]，寒武紀以來發育克拉通內大型的克拉通內臺、盆沉積，處于弱伸展背景，沉積穩定[18]。通過近年來新的地震資料與鉆井資料分析，古隆起區缺乏大型的伸展構造，缺少拉張斷陷形成的斷隆。新的地震資料分析表明，塔中Ⅰ號斷裂是中奧陶世形成的大型逆沖斷裂[15]。東部斷裂向上逆沖斷至中下奧陶統鷹山組頂面，向下斷至基底，缺乏大規模的正斷層發育。而西部寒武系雖有微小正斷層發育（圖3），但地層沉積連續，并沒有控制古隆起的規模。在穩定克拉通內弱伸展的構造背景下（圖5-a），盆地內以東西向沉積分異為主，塔中、塔北、塔西南古隆起呈東西向展布，與東西向拉伸背景不一致，因此伸展作用不是古隆起形成的主控因素。

早奧陶世末塔里木南部被動大陸邊緣轉向活動大陸邊緣[2,20]（圖5-b），在強烈的區域擠壓作用下，板塊內部近東西走向的基底古隆起區是區域應力集中部位，其上沉積蓋層也相對較薄，區域擠壓應力和沉積載荷形成板內撓曲變形，有利于發育擠壓型古隆起。在板塊南緣區域擠壓作用逐漸增加過程中，塔中、塔西南基底古隆起發育區開始撓曲隆升，形成巴楚—塔中前緣隆起（圖4）。受遠程擠壓應力影響，古老克拉通地殼僅出現微弱的褶皺變形，因此一間房組石灰巖出現廣泛而且穩定的分布，但厚度不足100 m[11,18]，表明其古地貌起伏仍很小。塔里木盆地北部此時仍然處于離散狀態，但受南緣碰撞作用，基底古隆起復活，出現東西向隆起雛形。在塔北—庫車板緣地區發育庫車水下低隆，沉積厚度較薄，呈東西向展布，并控制了一間房組的沉積分布。

圖5　塔里木盆地古隆起形成演化模式圖

綜合分析，在中奧陶世塔里木板塊內部開始進入區域擠壓階段，在基底古隆起的基礎上，發育巴楚—塔中弧后前緣古隆起，以及塔北水下低隆起（圖4），下古生界碳酸鹽巖古隆起出現雛形，奠定了后期塔中、塔北與塔西南三大古隆起發育的基礎，屬擠壓型古隆起。

晚奧陶世，阿爾金洋閉合消減，島弧活動強烈[2,21]，南部構造擠壓作用不斷加強，以及東南方向弧陸碰撞，塔里木盆地碳酸鹽巖古隆起形成（圖5-c）。滿西地區開始出現東西走向的坳陷，塔北與塔中地區發生分隔。南部塔西南古隆起與塔中古隆起分離，其間為巴楚低梁區分隔，由于鄰近板塊邊緣，構造抬升大，北西向的塔西南古隆起奧陶系碳酸鹽巖大面積出露，與基底隆起的展布接近。塔中地區以東西翹傾運動為主，形成東高西低的構造格局，東部發育大面積的奧陶系碳酸鹽巖風化殼[11]。南北方向上發生褶皺作用，中部隆升強、向南北方向抬升減弱，寒武—奧陶系碳酸鹽巖北西向的古隆起形態基本保持不變。塔北地區同樣也發生褶皺隆升，南部與滿西凹陷呈斜坡漸變，志留系超覆到奧陶系碳酸鹽巖頂面。塔北也有大面積的下古生界碳酸鹽巖出露地表，古隆起形成并穩定發育。因此可見，在奧陶紀晚期塔里木盆地塔中、塔北、塔西南古隆起基本定型（圖1），下古生界碳酸鹽巖以繼承性褶皺隆升為主。

志留紀以來，古隆起又經歷多期強烈構造改造作用，古隆起內部構造變化大[2,12-16]。但以寒武—奧陶系為主的海相碳酸鹽巖古隆起繼承性發育，新生代之前古隆起的形態與主體構造面貌變化不大[11,15]，油氣運聚與保存有利[11]。由于古隆起形成早，成藏時空配置優越，油氣可能不會僅局限于現今塔北、塔中地區僅2×104km2的勘探范圍[11]，更為廣闊的、深層保存條件好的古構造區碳酸鹽巖油氣勘探潛力巨大。

4 結論

1）中奧陶世塔北、塔中、塔西南三大海相碳酸鹽巖古隆起已開始出現雛形，形成時期相同，而且都為寬緩的褶皺隆起。

2）塔里木盆地古隆起的形成受控基底古隆起的制約，是在基底古隆起基礎上受板塊南緣聚斂作用形成的擠壓型古隆起，其形成演化具有繼承性。

參 考 文 獻

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(修改回稿日期 2016-02-04 編 輯 羅冬梅)

Formation stage and controlling factors of the paleo-uplifts in the Tarim Basin: A further discussion

Neng Yuan1, Wu Guanghui2, Huang Shaoying1, Zhang Xing1, Cao Shujuan1
(1. PetroChina Tarim Oilfield Company， Korla， Xingjiang 841000， China; 2. School of Marine Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, Guangdong 510006, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 4, pp.27-34, 4/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:Various types of paleo-uplifts with different characteristics are developed in the Tarim Basin. Previously, there were multiple opinions on the paleo-uplifts origins and structural evolution, so the oil and gas exploration ideas and deployment in the Tarim Basin were not developed smoothly. In this paper, regional seismic interpretation and structural analysis were carried out on the deep marine carbonate rocks in this basin based on the new seismic and drilling data. Then combined with the structural denudation results, the paleo structural frameworks were reconstructed. And finally, the formation stage and main controlling factors of paleo-uplifts were discussed. It is shown that the Middle Ordovician is the key period when regional extension was converted to compression in this basin, so stratigraphic, sedimentary and structural differences occurred. Before the deposition of Yijianfang Fm in late Middle Ordovician, three carbonate paleo-uplifts (i.e., the North, Central and SW Tarim paleo-uplifts) had begun to appear, and they are all broad-folding paleo-uplifts of nearly E-W striking which were formed at the same stage. The distribution and development of the Phanerozoic uplifts in this basin are restricted by the North and South Tarim basement paleo-uplifts of nearly E-W striking which were developed during Precambrian. It is indicated that the three Paleo-uplifts are compressional paleo-uplifts which were originated from the convergence activity of the southern plate margin based on the basement paleo-uplifts and they are all characterized by similar structural characteristics and inherited formation and evolution. The current differences of paleo-uplifts are controlled by multi-stage strong structural reworking since the Silurian. It is concluded that the oil and gas exploration potential is immense in the carbonate reservoirs of well-preserved deep paleo structural zones in a larger area.

Keywords:Tarim Basin; Paleo-uplift; Basement; Formation and evolution; Controlling factor; Middle Ordovician; Marine carbonate rocks; Exploration area

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.04.004

基金項目：國家科技重大專項（編號：2011ZX05004-004、2011ZX05003-004）、國家自然科學基金項目（編號：41472103）。

作者簡介：能源，1982年生，高級工程師；從事構造地質與油氣勘探綜合研究工作。地址：（841000）新疆維吾爾自治區庫爾勒市中國石油塔里木油田公司勘探開發研究院。ORCID:0000-0002-6995-6460。E-mail:nengyuan@foxmail.com