能　源邬光辉黄少英张　星曹淑娟

1.中国石油塔里木油田公司 2.中山大学



再论塔里木盆地古隆起的形成期与主控因素

能源1邬光辉2黄少英1张星1曹淑娟1

1.中国石油塔里木油田公司 2.中山大学

能源等.再论塔里木盆地古隆起的形成期与主控因素.天然气工业, 2016,36(4):27-34.

摘 要塔里木盆地发育不同类型、不同特征的古隆起，前人对于古隆起的成因、构造演化等方面的认识存在着较多分歧，影响了该区油气勘探的思路与部署。为此，基于新的地震资料与钻井资料，针对该盆地深层海相碳酸盐岩地层，开展了区域地震资料解释与构造解析研究，结合构造剥蚀量成果恢复了古构造格局，进而探讨了古隆起的形成期及其主控因素。结果表明：①中奥陶世是塔里木盆地内部从伸展转向挤压的关键时期，地层、沉积与构造开始出现分异，在中奥陶世晚期一间房组沉积前，塔北、塔中、塔西南等三大碳酸盐岩古隆起已开始出现雏形，其形成时期相同且均为宽缓的近东西走向的褶皱古隆起；②前寒武纪发育近东西走向的塔南与塔北基底古隆起，制约了该区显生宙古隆起的发育与分布；③上述三大古隆起都是在基底古隆起的基础上受塔里木板块南缘聚敛作用而形成的挤压型古隆起，其构造特征相似且形成演化都具有继承性；④志留纪以来的多期强烈构造改造作用，影响并控制了现今古隆起的差异。结论认为：该盆地更为广阔的、深层保存条件好的继承性古构造区碳酸盐岩油气勘探潜力巨大。

关键词塔里木盆地 古隆起 基底 形成演化 控制因素 中奥陶世 海相碳酸盐岩 勘探区

古隆起是克拉通盆地油气运聚的有利方向[1-4]，我国塔里木、鄂尔多斯、四川等盆地近年来在古隆起海相碳酸盐岩油气藏、岩性油气藏与致密油气藏等新领域不断取得重大油气发现，古隆起的形成演化、成因及其对新类型油气的控制作用的研究受到了广泛关注[5-9]。近期塔里木盆地在塔北、塔中古隆起不断取得重大突破，发现了我国最大的海相碳酸盐岩油田和最大的凝析气田[10-11]，古隆起在油气资源勘探开发中具有重要的战略地位。

前人针对塔里木盆地古隆起的构造特征及其形成演化开展了多方面的研究，发现存在多种类型、多种性质与成因、多期复杂改造的古隆起[2-4,12-16]。由于塔里木盆地古隆起经历了多期强烈改造，地层缺失多、构造变形复杂，深层地震资料品质较差，造成古隆起的成因、构造演化等方面存在着很多分歧。古隆起的形成时期存在加里东中期、加里东晚期、早海西期及晚海西期等多种认识[2-4,12-16]，古隆起成因有受区域挤压与区域伸展作用影响的不同观点，从而影响了油气勘探的思路与部署。

笔者针对塔里木盆地深层海相碳酸盐岩，在新的地震资料与钻井资料基础上，开展了区域地震解释与构造解析，结合构造剥蚀量成果恢复古构造格局，进而探讨古隆起的形成期及其主控因素。

1 地质背景

塔里木盆地位于中国西北部，是具有前寒武纪结晶基底的古老克拉通盆地[2]，面积达56×104km2。塔里木盆地显生宙地层发育齐全[2,9]，寒武—奥陶系海相碳酸盐岩广泛分布[11]，面积达24×104km2，厚度逾2 000 m。晚奥陶世—中生代以碎屑岩沉积为主，具有多旋回构造—沉积作用，发育多期不整合与断裂[2]。新生界遍布全盆地，形成库车与塔西南前陆盆地[2]。

塔里木盆地经历多旋回构造演化与变迁，发育不同类型、不同特征的古隆起[2,4,12,15]。值得注意的是，古隆起既有层位也有时代的相对性，不同层位、不同时代的隆起可能存在很大差别[2,4,12-16]。结合区域构造解释成图与构造研究，塔里木盆地塔东南古隆起前石炭系为变质岩，塔东古隆起主体部位寒武—奥陶系为盆地相泥岩沉积区，而巴楚隆起形成于喜马拉雅晚期[2,4]，其南部麦盖提斜坡及其周缘则发育前志留纪大型的塔西南古隆起[9,15]（图1）。由此可见，塔里木盆地主要发育塔北、塔中、塔西南三大碳酸盐岩古隆起。

图1　志留系沉积前塔里木盆地古隆起分布图（背景为志留系沉积前奥陶系碳酸盐岩顶面古埋深，塔东南古隆起区缺失寒武—奥陶系沉积岩）

2 古隆起的形成期及其特征

2.1 古隆起的形成时期

早寒武世塔里木板块内部进入稳定的弱伸展环境[2,17-18]，发生广泛的海侵，下寒武统玉尔吐斯组向塔北与塔西南基底隆起区超覆沉积。在板块内部宽缓的地形基础上，受近东西向的弱伸展作用，海平面逐渐上升，形成宽广陆表浅海，开始发育克拉通内稳定的碳酸盐岩台地[2,17-18]。盆地东西分异开始形成，中西部为塔西克拉通内台地，中东部为满东克拉通内坳陷，东部罗布泊地区发育罗西台地，形成“两台一盆”的古地理格局[17-18]。

近年来塔里木板块南缘研究取得较多进展，揭示古昆仑洋在早奥陶世已发生俯冲消减，在早奥陶世末期进入碰撞阶段[19-20]。阿尔金地区的研究成果表明，奥陶纪晚期塔里木板块与柴达木地块发生碰撞，导致了南阿尔金洋盆最终闭合，推断其洋盆的俯冲削减作用发生在早中奥陶世[21]。因此，在早奥陶世塔里木板块内部虽尚未发生大规模的构造运动，但周边板块已进入挤压聚敛阶段，考虑到板块内部的构造响应一般较为滞后，推断早奥陶世是塔里木板块内部进入挤压作用阶段的上限。

塔里木盆地寒武系—下奥陶统分布稳定，至中奥陶统一间房组沉积时，开始出现地层岩性的明显变化[11]。西部一间房组从巴楚地区台地边缘礁滩体向柯坪逐步转变为萨尔干组泥岩，直接覆盖在大湾沟组台地相碳酸盐岩之上[11,18]。东部盆地下奥陶统上部黑土凹组出现相当于凝缩层段的暗色泥岩地层[2]，覆盖在下奥陶统碳酸盐岩之上。而西部下奥陶统仍是大面积台地相碳酸盐岩，表明存在地层层序的差异与分化。寒武系—下奥陶统蓬莱坝组在盆地内部分布相对稳定[17-18]，具有继承性发育的特征。但早奥陶世晚期—中奥陶世早期的鹰山组的沉积厚度变化大[11,18]。由此可见，鹰山组沉积期盆地内部的地层开始出现差异，而一间房组沉积地层岩性与下伏地层明显不同，表明中奥陶统一间房组沉积前已进入新的构造—沉积环境。

寒武世—早奥陶世塔里木盆地东西分区特征明显[2,11]，中奥陶世则出现沉积相带的南北分异[11,18]，塔北南缘一间房组高能相带呈东西展布，并未沿轮南—古城下奥陶统南北向的台缘带展布（图2），表明一间房组沉积前已发生沉积环境的转变。塔中—巴楚地区大面积缺失一间房组，而巴楚北部一间房组台地边缘礁滩体直接覆盖在鹰山组台内碳酸盐岩之上，满西地区一间房组也逐渐相变为泥岩，其沉积相带也不同于鹰山组。早奥陶世末期，塔里木板块与全球同步发生大型的沉积基准面变化[11,18]，中奥陶世塔里木盆地内部已发生明显的地层沉积分异，由此推测中奥陶世一间房组沉积前应当是构造体制转换的下限。

塔中古隆起寒武系—下奥陶统与北部坳陷区为连续沉积，中下奥陶统鹰山组顶面发育大型的不整合[11]。值得关注的是，位于剥蚀区的鹰山组明显比下盘地层厚（图3），其厚度差异达300 m。不论其是沉积加厚还是构造作用形成的增厚现象，均表明塔中古隆起已开始出现雏形，并产生了南北地层分带的格局。一间房组围绕塔北古隆起南缘展布，而且近期研究发现在哈拉哈塘地区一间房组的顶面发育大型河道[22]，具有自北向南的流向，揭示塔北古隆起已开始显现，构造隆升造成的南北分异是一间房组沉积发生重大变迁的基础。因此推断，早奥陶世末期，塔里木盆地塔中、塔北隆起的雏形已开始出现。

图2　塔里木盆地塔北南缘奥陶系一间房组沉积相图

图3　过塔中古隆起北部南北向地震剖面图（上奥陶统良里塔格组发育增厚台缘带，隆起上多缺失一间房组、吐木休克组,可见隆起上的下奥陶统存在加厚现象，中下寒武统见小型正断层，南华系—震旦系发育大型箕状断陷）

综合分析，早奥陶世末期，塔里木板块具有从伸展环境转向挤压环境的构造背景，中奥陶世塔里木盆地内部已发生明显的构造、沉积分异，最晚在中奥陶世一间房组沉积前塔里木盆地内部已进入挤压环境。

2.2 古隆起形成期的构造特征

中奥陶世晚期，塔里木盆地东西分异[18]的古地理格局开始逐渐分化。通过古构造的恢复研究，塔里木盆地从早期的东西台盆分带的沉积面貌已转变为南北分带的构造格局（图4）。

中奥陶世晚期，塔中Ⅰ号断裂带发生北东向冲断运动[23]，北西向大型隆起形成[2,4]。同时塔中隆起发生较为强烈的抬升剥蚀，鹰山组残余厚度很薄，甚至缺失。除断裂带外，塔中地区以整体抬升为主，呈现宽缓的褶皱隆升。同时，塔中古隆起存在广泛的沉积间断，缺失中奥陶统一间房组与上奥陶统吐木休克组[11]。出露地表的鹰山组碳酸盐岩发生广泛的岩溶作用，形成第一期广泛分布的碳酸盐岩风化壳[11,23]。北部塔中I号断裂带的活动奠定了坡折带的发育背景（图3），形成塔中与满加尔凹陷的沉积与构造边界，并控制了晚奥陶世良里塔格组大型台缘带的分布[11,18]。

塔西南地区发育宽缓的塔西南古隆起雏形（图4），呈现整体隆升的构造格局，缺少断裂活动，形成了近东西向宽缓褶皱古隆起。塔西南地区鹰山组大面积出露，也缺失一间房组与吐木休克组[11]，形成与塔中一体宽广且平缓的风化壳。上奥陶统良里塔格组台地[18]分布在古隆起范围内（图4），西北部一间房组台缘礁滩体与下伏鹰山组具有明显的沉积间断[11,18]，为古隆起的边缘向坳陷过渡的缓斜坡区。东南部和田河气田周缘良里塔格组直接覆盖在鹰山组之上，沿古隆起边缘坡折带发育良里塔格组陡坡型台缘带[11]。

图4　塔里木盆地中奥陶世下古生界碳酸盐岩古隆起分布图（背景颜色为晚奥陶世桑塔木组沉积前中下奥陶统碳酸盐岩顶面埋深）

塔北地区也产生近东西向的隆升，成为近东西向的水下低隆起（图4）。虽然未发生较大的地层缺失，但中奥陶统一间房组已开始围绕古隆起沉积（图2），前期东西分异的沉积面貌解体。塔北南缘一间房组沉积期发育从北向南流向的古河道[23]，在上奥陶统沉积前塔北隆起的轴部可能有大面积的暴露区，并造成良里塔格组台缘带的退积迁移。近期在塔北南缘发现良里塔格组台缘带[18]，同样也是围绕塔北古隆起分布，而且在良里塔格组沉积前具有沉积间断，表明中奥陶世晚期塔北古隆起已形成。塔北地区一间房组与良里塔格组台地宽缓，缺乏高陡的断裂带，其间没有发现明显地层缺失，以低幅度褶皱隆升为主，形成近东西向的水下低隆起，仅在三级层序顶界面存在短暂的抬升暴露[11]。

由此可见，在中奥陶世晚期，塔里木盆地塔中、塔北、塔西南三大碳酸盐岩古隆起已形成，都是近东西向的古隆起。除塔中古隆起局部断裂较发育外，均呈现宽缓的褶皱隆起。古隆起地形平缓，以整体隆升为主，南部塔中、塔西南古隆起抬升较高，遭受暴露与剥蚀。而塔北地势较低，以水下低隆起为主，地层沉积较连续。

3 古隆起形成的主控因素

3.1 基底古隆起

早期受资料限制，一般认为盆地内部寒武系与震旦系是连续沉积的接触关系，但钻井资料揭示在塔北隆起、塔中隆起、塔东隆起均有寒武系覆盖在新元古代—古元古代火成岩或变质岩之上[23]，大面积缺失震旦系。地震剖面也显示大型角度不整合（图3），表明塔里木盆地内部寒武系与震旦系不是连续沉积，存在基底古隆起。

塔里木盆地前寒武纪基底在柯坪构造运动作用下，南部形成相对较高的塔南基底隆起[23]。最明显特征是缺少震旦系的大面积连片沉积，震旦系剥蚀严重，寒武系与震旦系的削截关系在塔东地区表现非常明显[23]，在塔中地区寒武系自北向南超覆沉积在基底隆起之上（图3）。在塔南隆起上虽然在局部地区可能发育南华系—震旦系的小型断陷，但总体呈现巨型的基底隆起。在塔中地区继承了南华纪的古隆起格局，以北西向隆升为主，形成继承性北西向挤压型古隆起。塔北地区也发育基底隆起，轮台断隆上缺失震旦系，寒武系直接覆盖在前震旦系变质岩基底之上。表明在寒武系沉积前，塔里木盆地基底经历了以南北挤压作用为主的整体构造隆升作用。

基底古隆起多是相对独立的构造单元，与周边存在岩性、岩石物性差异，或是有构造薄弱带分隔[2,4,23-24]。在后期的挤压作用过程中，易形成继承性的挠曲变形，形成复活隆升。塔南基底古隆起是后期塔中、塔西南古隆起发育的主体部位，只是由于应力方位与作用形式的改变，分解为不同的隆起单元（图1、图4）。奥陶纪末塔西南古隆起形成时，继承了基底北西向隆起发育的轮廓（图1），与基底隆起的方位一致。中奥陶世在南部由于强烈的挤压作用，沿塔中I号构造带基底薄弱部位形成塔中古隆起的北部边界，控制了古隆起的北西向展布范围，其边界范围与基底隆起的断裂带有关[15-16]。塔北古隆起虽然经历后期复杂的构造改造[2]，但沿轮台断裂带周缘近东西向的基底古隆起长期位于显生宙隆起发育的中心部位，并控制了后期古隆起的形成与分布。

塔里木盆地经历多期、多种类型与多种方式的构造作用[2,4,12-16,25-28]，加里东—早海西期遭受来自南部板块边缘的聚敛作用，晚海西期—印支期经历来自南天山洋闭合的强烈作用。古隆起多经历不同特征的强烈改造，现今构造面貌与中奥陶世时期差异巨大[2]。但有基底古隆起发育的隆起区，受控于周边地质结构的差异，显生宙后相对比较稳定[2,12-16]。志留纪—泥盆纪塔里木盆地遭受来自西南方向强烈的构造作用，塔西南、塔北、塔中古隆起的轮廓与分布并没有改变，下古生界碳酸盐岩仍然沿袭着早期古隆起的构造格局[15-16]。塔北古隆起受基底影响，在加里东期受南部远程应力的作用，开始强烈隆升。其后经历多期来自北部的构造改造作用，虽然不同区块遭受改造程度不一，但总体保持原有的古隆起形态[2,15-16]。而柯坪、塔东北地区在地史时期也曾有古隆起的发育[2]，但缺乏基底隆起与构造发育的连续性，构造变化大，没有长期继承性的古隆起发育。

3.2 动力作用

克拉通内古隆起的形成往往是板块边缘的聚敛或离散作用向板内传播的应力所致[2,4]，塔里木盆地早期伸展作用是否控制古隆起的形成与分布仍存在分歧。

分析发现，塔里木盆地具有前南华纪结晶基底[2,23]，寒武纪以来发育克拉通内大型的克拉通内台、盆沉积，处于弱伸展背景，沉积稳定[18]。通过近年来新的地震资料与钻井资料分析，古隆起区缺乏大型的伸展构造，缺少拉张断陷形成的断隆。新的地震资料分析表明，塔中Ⅰ号断裂是中奥陶世形成的大型逆冲断裂[15]。东部断裂向上逆冲断至中下奥陶统鹰山组顶面，向下断至基底，缺乏大规模的正断层发育。而西部寒武系虽有微小正断层发育（图3），但地层沉积连续，并没有控制古隆起的规模。在稳定克拉通内弱伸展的构造背景下（图5-a），盆地内以东西向沉积分异为主，塔中、塔北、塔西南古隆起呈东西向展布，与东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。

早奥陶世末塔里木南部被动大陆边缘转向活动大陆边缘[2,20]（图5-b），在强烈的区域挤压作用下，板块内部近东西走向的基底古隆起区是区域应力集中部位，其上沉积盖层也相对较薄，区域挤压应力和沉积载荷形成板内挠曲变形，有利于发育挤压型古隆起。在板块南缘区域挤压作用逐渐增加过程中，塔中、塔西南基底古隆起发育区开始挠曲隆升，形成巴楚—塔中前缘隆起（图4）。受远程挤压应力影响，古老克拉通地壳仅出现微弱的褶皱变形，因此一间房组石灰岩出现广泛而且稳定的分布，但厚度不足100 m[11,18]，表明其古地貌起伏仍很小。塔里木盆地北部此时仍然处于离散状态，但受南缘碰撞作用，基底古隆起复活，出现东西向隆起雏形。在塔北—库车板缘地区发育库车水下低隆，沉积厚度较薄，呈东西向展布，并控制了一间房组的沉积分布。

图5　塔里木盆地古隆起形成演化模式图

综合分析，在中奥陶世塔里木板块内部开始进入区域挤压阶段，在基底古隆起的基础上，发育巴楚—塔中弧后前缘古隆起，以及塔北水下低隆起（图4），下古生界碳酸盐岩古隆起出现雏形，奠定了后期塔中、塔北与塔西南三大古隆起发育的基础，属挤压型古隆起。

晚奥陶世，阿尔金洋闭合消减，岛弧活动强烈[2,21]，南部构造挤压作用不断加强，以及东南方向弧陆碰撞，塔里木盆地碳酸盐岩古隆起形成（图5-c）。满西地区开始出现东西走向的坳陷，塔北与塔中地区发生分隔。南部塔西南古隆起与塔中古隆起分离，其间为巴楚低梁区分隔，由于邻近板块边缘，构造抬升大，北西向的塔西南古隆起奥陶系碳酸盐岩大面积出露，与基底隆起的展布接近。塔中地区以东西翘倾运动为主，形成东高西低的构造格局，东部发育大面积的奥陶系碳酸盐岩风化壳[11]。南北方向上发生褶皱作用，中部隆升强、向南北方向抬升减弱，寒武—奥陶系碳酸盐岩北西向的古隆起形态基本保持不变。塔北地区同样也发生褶皱隆升，南部与满西凹陷呈斜坡渐变，志留系超覆到奥陶系碳酸盐岩顶面。塔北也有大面积的下古生界碳酸盐岩出露地表，古隆起形成并稳定发育。因此可见，在奥陶纪晚期塔里木盆地塔中、塔北、塔西南古隆起基本定型（图1），下古生界碳酸盐岩以继承性褶皱隆升为主。

志留纪以来，古隆起又经历多期强烈构造改造作用，古隆起内部构造变化大[2,12-16]。但以寒武—奥陶系为主的海相碳酸盐岩古隆起继承性发育，新生代之前古隆起的形态与主体构造面貌变化不大[11,15]，油气运聚与保存有利[11]。由于古隆起形成早，成藏时空配置优越，油气可能不会仅局限于现今塔北、塔中地区仅2×104km2的勘探范围[11]，更为广阔的、深层保存条件好的古构造区碳酸盐岩油气勘探潜力巨大。

4 结论

1）中奥陶世塔北、塔中、塔西南三大海相碳酸盐岩古隆起已开始出现雏形，形成时期相同，而且都为宽缓的褶皱隆起。

2）塔里木盆地古隆起的形成受控基底古隆起的制约，是在基底古隆起基础上受板块南缘聚敛作用形成的挤压型古隆起，其形成演化具有继承性。

参 考 文 献

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(修改回稿日期 2016-02-04 编 辑 罗冬梅)

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

基金项目：国家科技重大专项（编号：2011ZX05004-004、2011ZX05003-004）、国家自然科学基金项目（编号：41472103）。

作者简介：能源，1982年生，高级工程师；从事构造地质与油气勘探综合研究工作。地址：（841000）新疆维吾尔自治区库尔勒市中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院。ORCID:0000-0002-6995-6460。E-mail:nengyuan@foxmail.com