昆仑山北坡露头区南华系— 震旦系厚约2 700 m^[12], 自下而上划分为牙拉古孜组、波龙组、克里西组、雨塘组、库尔恰克组和克孜苏胡木组（见图2）。南华系— 震旦系充填演化可划分为3期、5阶段。①裂谷沉积充填期：包括3个阶段, 以牙拉古孜组冲积相底砾岩以及波龙组湖相沉积和双峰式火山喷发相韵律性互层为第1阶段, 代表早期裂谷发育阶段; 以波龙组巨厚冰碛岩和克里西组滨浅海砂岩为第2阶段, 是裂谷稳定发育的鼎盛时期; 以雨塘组滨海相冰碛岩和震旦系库尔恰克组底部白云岩为第3阶段, 代表裂谷发育萎缩阶段。3个阶段均为由粗到细、由低位域到海（湖）侵域的正沉积旋回。②断拗转换沉积充填期：包括库尔恰克组中、下段深海陆棚相灰黑色泥岩段、上段滨浅海相砂质粉砂岩和页岩薄互层。③拗陷沉积充填阶段：包括克孜苏胡木组下段滨海相砂岩和上段潮坪相粉晶白云岩。总之, 南华纪— 震旦纪盆地经历了从陆相到海相、从裂谷到拗陷的充填演化过程。

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 塔西南地区南华系— 震旦系柱状图[13]

根据巴楚隆起南缘及盆地内前寒武系钻井地震资料标定结果（见图3）, 中深1井古元古界花岗岩地震相为杂乱状反射, 巴探5井南华系杂色砾岩地震相为中等连续层状中弱振幅反射, 同1井下震旦统岩性为滨海相砂岩、火山岩夹有辉绿岩侵入体以及千枚岩化浅变质岩, 地震相特征为不连续层状中等振幅反射, 二者与下伏古元古界花岗岩杂乱状反射可明显区分, 玛北1井古元古界黑云母钾长副片岩地震相为较连续层状中强振幅反射。综合上述前寒武系钻井地震相特征可以发现, 南华纪— 震旦纪沉积地层具有明显的层状反射特征, 与花岗岩结晶基底地震相特征迥异。古元古界副片岩地震相也表现出较好的成层性, 与南华系— 震旦系地震反射的差异主要有：①副片岩与上覆中寒武统膏盐岩层的地震反射结构、形态以及频率基本一致, 可能是膏盐岩层强反射对地震反射能量的吸收, 引起的多次波干扰, 而南华系— 震旦系地震反射结构和形态具有独特性, 与上覆地层不一致, 且反射频率普遍比中寒武统膏盐岩层高; ②副片岩层状反射连片分布, 横向上稳定, 而南华系— 震旦系横向上存在正断层及厚度变化。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 钻穿寒武系钻井地震层位标定

利用南华系— 震旦系沉积地层与前寒武系花岗岩、变质岩结晶基底的地震相差异, 结合不同时期构造控盆特征, 可以建立塔西南南华系— 震旦系地震响应模式（见图4）：①南华系发育控制裂谷沉积的正断层, 断层上盘下降形成地堑, 下盘上升形成地垒, 裂谷内部表现为连续层状地震反射特征, 由控边正断层与外侧杂乱状反射的结晶基底分隔; ②震旦系总体表现为连续、层状平行地震反射特征, 局部可见弱张性正断层, 控沉积作用相比南华系明显减弱, 厚度相对均一; ③部分南华系正断层向上断至中寒武统, 在中下寒武统断距普遍较小, 并具有明显同沉积特征, 表明南华系正断层在早、中寒武世弱伸展构造背景下往往存在持续活动。总体上, 塔西南地区南华系— 震旦系表现为“ 下断上坳” 结构特征, 与新藏公路露头区“ 南华系裂谷、早震旦世裂拗转换、晚震旦世拗陷” 沉积充填序列相对应。

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 塔西南坳陷南华系— 震旦系典型地震解释剖面（剖面位置见图1） （a）塔西南坳陷中段AA° 南北向二维测线叠前时间偏移剖面; （b）塔西南坳陷中段BB° 南北向二维测线叠前时间偏移剖面; （c）麦盖提斜坡中段CC° 东西向二维测线叠前时间偏移剖面; （d）塔西南坳陷东段DD° 南北向二维测线叠前时间偏移剖面; （e）麦盖提斜坡中段罗南三维EE° 叠前时间偏移剖面; （f）麦盖提斜坡中段FF° 南北向二维测线叠前时间偏移剖面; （g）麦盖提斜坡西段GG° 东西向二维测线叠前时间偏移剖面

塔西南坳陷中段AA° 南北向地震剖面可识别出山前凹陷和麦盖提斜坡2个南华系裂谷中心（见图4a）, 山前凹陷南华系表现为箕状半地堑构造样式, 即南华纪沉积地层由控边正断层与北侧结晶基底分隔。震旦系结构特征表现为向北剥蚀减薄的“ 楔状体” , 盖于南华系裂谷之上。南华系— 震旦系的地震反射时间厚度为0.9 s, 按照地震波速6 000 m/s平均速度计算, 南华系— 震旦系厚度约为2 700 m, 与露头区厚度相当。麦盖提斜坡南华系发育3条产状大致相同的正断层, 各自的上盘向北依次下降, 组成形如阶梯状的断层组合, 震旦系向北平缓增厚。麦盖提斜坡南华系— 震旦系裂谷沉积中心厚约1 500 m, 仅为山前凹陷的一半。AA° 剖面相邻的BB° 地震剖面显示, 南华系裂谷发育多个内部正断层（见图4b）, 没有观察到裂谷边界断层, 指示该条剖面可能为顺裂谷轴部方向。

麦盖提斜坡中段东西向区域地震剖面显示（见图4c）, 南华系— 震旦系表现为3个单地堑及周边地垒共同组成复合堑垒结构特征。受裂谷内部正断层的影响, 南华系底界多表现为起伏不平的地貌特征, 二维地震资料上可以大致区分南华系层状反射与下伏基底杂乱反射之间的界面。剖面CC° 对应的三维资料上南华系与下伏基底界面特征清晰（见图4e）, 并可见南华系填平补齐超覆于基底之上。斜坡中段南北向地震剖面上南华系表现为“ 阶梯状” 地堑结构（见图4f）, 即裂谷沉积中心位于斜坡区深部, 向斜坡北缘过渡为裂谷边缘, 从裂谷中心至裂谷边缘形成了类似于东部断陷盆地的“ 断阶带” 。

塔西南坳陷东段DD° 南北向地震剖面显示, 玉北1井南面发育南华系裂谷（见图4d）, 由南北两侧边界断层控制, 形成对称地堑结构。剖面上山前凹陷可见箕状半地堑覆于震旦系“ 楔状体” 之下, 其结构特征与AA° 剖面一致。

西昆仑山北坡南华系— 震旦系从西北部的新藏公路一带到东南部铁克里克均有出露^[12], 暗示该区南华系— 震旦系裂谷区域上稳定分布。地震资料解释显示, 紧邻露头区的山前凹陷广泛发育南华系— 震旦系裂谷, 南华系分布受边界正断层控制, 震旦系“ 楔状体” 边界位于南华系边界正断层以北约20 km。因此, 可以推断山前凹陷与露头区南华系— 震旦系为同一支裂谷, 沿着叶城— 皮山— 和田县一带呈近东西向展布（见图5）。

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 塔西南坳陷新元古代地层分布图

麦盖提斜坡发育2支北东向展布的南华系— 震旦系裂谷（见图5）, 一支位于斜坡中段, 本文命名为“ 罗南裂谷” , 一支位于斜坡东段玉北地区, 本文命名为“ 玉北裂谷” 。上文已述及, 罗南裂谷发育3个单地堑, 其中罗斯2井西侧的地堑发育规模最大, 呈北东向展布, 南华系厚度800~1 200 m, 宽度30~50 km, 为主干裂谷。主干裂谷西侧为西分支裂谷, 图2中CC° 和GG° 剖面均可见西分支裂谷的边界, 位于斜坡西段塔参2井区。主干裂谷以东发育另一个单地堑, 呈北东东向展布, 其东边界位于山1井以南20 km处, 南华系控边断层特征清楚, 而震旦系分布范围更大, 且未明显受该断层控制。由于斜坡北缘受晚期构造运动强烈改造, 罗南裂谷的北边界并不清楚（见图4f）, 从已钻穿寒武系钻井资料点分析, 巴楚隆起基本不发育南华系— 震旦系, 罗南裂谷的北边界应主要分布在斜坡北缘。总体而言, 罗南裂谷分布范围较大, 面积为1.6× 10⁴ km², 形态更为复杂, 且具有东、西两个分支, 玉北裂谷分布范围相对较小, 面积仅为0.6× 10⁴ km²。

利用航磁资料识别盆地覆盖区基底结构及隐伏裂谷具有较好效果^[1]。但航磁异常是深源体、浅源体和相邻磁性体叠加的综合反映^{[13, 14]}, 要真实揭示前寒武系地质结构, 必须剔除显生宙以来构造和岩浆活动引起的磁异常^[1]。塔西南坳陷航磁异常由9条北东西展布的正负相间的磁异常带构成（见图6a）, 各异常带之间梯度变化普遍较为宽缓, 局部表现为高梯度带。升高正异常带变化范围为100~250 nT, 降低负异常带在0~150 nT。叶城负异常和玉龙负异常是较大的2个航磁负异常带, 前者长约230 km, 宽约60 km, 后者长约400 km, 宽约50 km。负异常带周缘发育皮山、和田等北东向航磁正异常带。

图6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 塔里木盆地航磁化极异常（a）、塔西南地区二叠系火山岩分布叠置（b）和南华系裂谷分布叠置图（c）

前人研究结果表明, 太古宇结晶基底、元古宇结晶基底、南华系— 震旦系基性— 超基性侵入岩、二叠系玄武岩以及新近系砂岩是塔里木盆地主要磁源体^{[13, 14]}。其中太古宇和古元古界结晶基底为深变质岩, 具有较强的磁性, 磁化率一般为（377~754）× 10⁵ SI, 最大可达23 512.3× 10⁵ SI^[18]; 中元古界岩性由石英岩、大理岩和片岩组成, 属于中弱磁性地层, 局部基性岩可引起强磁异常^{[13, 14]}; 南华系— 震旦系沉积岩具有较低的磁性, 但局部夹有基性火山岩时, 具有中— 强磁性, 磁化率平均值为（1 032~4 571）× 10⁵ SI^[13]; 二叠系玄武岩和新近系砂岩均有磁性, 磁化率分别为（1 300~3 400）× 10⁵ SI和（60~130）× 10⁵ SI^[14]。塔西南坳陷新近系砂岩全区稳定分布, 而二叠系玄武岩在区域二维地震资料上表现为一套连续层状强波阻抗反射, 除了西北部遭受后期抬升剥蚀尖灭, 其他地区稳定分布（见图6b）。塔西南坳陷北东向展布正负相间磁异常显然与这2套磁性均匀、厚度变化小的盖层不一定相关, 可能主要反映前寒武系物质组成。

和田2井和玛北1井是位于皮山航磁正异常带的深钻井, 两者揭示前寒武系岩性分别为古元古界黑云钾长片麻岩和细晶辉长岩, 均为磁性较强的岩石类型, 指示宽缓升高正异常为古元古界结晶基底的响应。本次研究识别出罗南裂谷和玉北裂谷均位于航磁负异常带和相对较低的航磁异常带（航磁异常小于75 nT）, 特别是罗南北东主干裂谷以及东、西分支裂谷分布都与航磁低值带和负异常带吻合较好（见图6c）, 表明南华系— 震旦系厚层弱磁性沉积岩可以引起区域上具有明显线性走向的低值带和负异常带。

西昆仑北坡发现的侵入于新元古界青白口系、被南华系超覆的辉绿岩墙以及南华系底部玄武岩具有板内/陆内OIB（洋岛玄武岩）型的微量元素地球化学特征, 表明两者来自大陆板内EMI型（Rb/Sr值高, Sm/Nd值低, Th/Nd（Th/Nb）和Th/La值较高）软流圈地幔源区^{[15, 16, 17]}。上述地层记录无疑肯定了塔西南地区南华系裂谷形成于大陆板内的拉张环境, 由地幔柱在板块运动中的上隆作用构成它们形成的动力学背景。辉绿岩墙和玄武岩的年龄为783~802 Ma^[17], 代表了裂谷开启时间的下限, 而同样在西昆仑北坡发现的库地蛇绿岩属于典型的形成于洋中脊的蛇绿岩套^{[18, 19]}, 指示板块南缘的南华系裂谷在寒武纪已经拉开成为大洋。从地震和航磁资料揭示盆内的裂谷形态来看, 南华系裂谷受伸展张裂的应力控制, 呈条带状展布, 由山前凹陷近东西向展布的裂谷和麦盖提斜坡北东向展布的裂谷组合而成, 其几何形态十分类似于传统板块构造理论中的“ 三叉裂谷” 系, 其中山前带是三叉裂谷系发展为大洋的裂谷, 而伸入麦盖提斜坡的罗南、玉北裂谷被寒武系碳酸盐台地覆盖, 表现为衰退裂谷特征。

Rodinia超大陆裂解事件在塔西南克拉通边缘和内部形成裂谷系, 该阶段发育条带状、多分支的小型裂谷盆地, 基底地貌和同沉积正断层活动造就该时期堑、垒结构。西昆仑北坡露头区揭示山前凹陷南华纪裂谷早期为陆相冲积扇和湖盆沉积充填（见图7a）, 裂谷发育的鼎盛时期充填巨厚冰碛岩和浅海陆棚相砂泥岩（见图7b）, 裂谷发育萎缩时期充填滨海相冰碛岩。山前凹陷地震资料显示裂谷内部发育3套地震相特征差异明显的地震反射, 呈现弱-强-弱特征（见图4a）, 与露头区南华系3套沉积旋回有较好的对应关系。麦盖提斜坡南华系沉积厚度仅为山前凹陷的一半, 地震剖面上仅可见两套沉积旋回。这可能是南华纪长期、持续、幕式的张裂作用的结果, 即3套沉积旋回对应着3幕张裂作用, 一幕张裂作用位于山前凹陷板块边缘（见图7a）, 二幕张裂作用向板块内部跃迁, 形成北东向展布的裂谷（见图7b）, 第3幕继承第2幕持续张裂作用。根据研究区南华纪张裂作用的过程以及衰退裂谷与板块南缘的关系, 可以推测麦盖提斜坡南华系裂谷以海陆过渡相沉积充填为主（见图7b）。

该阶段盆地性质由裂谷转换为拗陷。震旦系库尔恰克组底部发育厚7~10 m“ 盖帽” 白云岩^[12], 以低角度稳定超覆于南华系雨塘组滨浅海相砂岩之上, 为裂谷作用结束的标志性沉积层。盆地覆盖区地震资料也反映震旦系控沉积正断层活动明显减弱（见图4）, 南华纪堑-垒结构转变为震旦纪隆-坳结构。该阶段沉积盆地范围逐渐扩大, 南华纪相对孤立的三叉裂谷系逐渐连片, 形成统一的大陆架。山前凹陷为向广海延伸的中— 外陆架, 罗南、玉北南华纪衰退裂谷在此时期为内陆架, 呈舌状展布伸向克拉通（见图7c）。露头区揭示震旦系底部发育一套厚约100 m深水陆棚相灰黑色泥页岩, 表明震旦纪初期存在一期规模较大的海侵。随后水体变浅, 大面积沉积滨浅海相砂岩-潮坪相白云岩岩性组合（见图7d）。上述沉积充填特征暗示震旦纪板块西南缘扩张变成为浅海相或深海相, 并未完全拉开形成洋盆。

在经历震旦纪末区域性隆升构造运动之后, 随着板块西南缘洋盆扩张和广泛海侵, 盆地进入成熟的被动大陆边缘发育阶段。昆仑山前在寒武纪为克拉通边缘坳陷, 由近东西向展布的南华系— 震旦系裂谷继承性演化而来。山前凹陷南北向地震剖面揭示了早古生代克拉通边缘相带特征。图8地震剖面显示, 下寒武统、中寒武统、上寒武统、下奥陶统蓬莱坝组、中— 下奥陶统鹰山组均表现为自北向南地层厚度减薄的特征。其中下寒武统厚度平缓减薄, 未见明显的坡折, 厚度减薄区发育由北向南逐渐下超终止的前积复合体, 为由碳酸盐岩浅水沉积向深水盆地过渡的斜坡带响应。中寒武统— 中奥陶统可见地层厚度快速减薄的坡折带, 在坡折带下部同样发育前积反射, 并在靠台地一侧存在“ 丘状” 弱振幅、杂乱反射, 表现为弱镶边台地边缘特征。上述结构特征反映早寒武世被动陆缘的性质表现为碎屑岩-碳酸盐缓坡, 中寒武世地势平坦的台地和明显的台地边缘才逐渐形成。

图8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 塔西南坳陷中段南北向南华系— 奥陶系地震解释（a）与地质结构（b）剖面（剖面位置见图7）

麦盖提斜坡早寒武世克拉通内坳陷的沉积格局明显受衰退裂谷的继承性演化控制。从麦盖提斜坡东西向地震剖面可以看出（见图9）, 下寒武统由斜坡中段向东、西两侧超覆减薄, 表现为“ 中间厚、两侧薄” 的结构特征。表明早寒武世斜坡中段发育台内凹陷, 与东、西两侧古隆起构成“ 两隆一凹” 的古地理格局。斜坡中段早寒武世台内凹地与罗南南华系裂谷的发育位置具有高度一致性, 暗示早寒武世碳酸盐台内凹陷由南华纪衰退裂谷沉积中心继承性演化而来, 而早寒武世台凹两侧的古隆起则发育在前寒武系结晶基底之上。

图9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 麦盖提斜坡东西向南华系— 中寒武统地震解释（a）与地质结构（b）剖面（剖面位置见图7）

总体而言, 塔西南地区南华纪— 寒武纪经历了从裂陷到拗陷、从陆内裂谷到被动大陆边缘的演化过程, 区域拉张作用逐渐减弱, 古地貌逐步平缓化, 沉积盆地分布范围逐步扩大, 其过程类似于“ 填平补齐” 作用。由于南华系— 下寒武统盆地的发展演化受控于大陆裂解和洋盆扩张构造体制, 为一套完整的构造旋回。因此, 虽然经历了南华纪末、震旦纪末区域性构造运动, 但整个盆地的构造格局并未发生根本性改变, 无论是山前凹陷还是麦盖提斜坡, 南华系裂谷沉积中心在后期震旦纪— 早寒武世均表现出继承性特征。

塔西南地区南华纪三幕张裂作用形成的3套沉积旋回均为从低位域到海（湖）侵域的正沉积旋回, 在3套沉积旋回的上部分别发育波龙组、克里西组、雨塘组泥页岩, 其中克里西组、雨塘组泥页岩为暗色泥页岩, 形成于冰期之后的广泛海侵。前人对扬子克拉通新元古代烃源岩发育环境的研究结果表明^[20], 全球性冰期之后的广泛海侵有利于形成富有机质页岩沉积。塔西南地区南华纪两期冰积事件与塔里木北部、中上扬子乃至全球都具有一致性, 克里西组、雨塘组泥页岩分别是Sturtian冰期（距今680~715 Ma）、Marinoan冰期（距今635~660 Ma）后的泥页岩沉积, 具备形成优质烃源岩的地质条件。受西昆仑山北坡自然条件的限制, 目前露头区南华系两套暗色泥页岩还未取得相应的烃源岩指标, 但仍不排除塔西南地区南华系裂谷内发育潜在烃源岩。

塔西南地区后裂谷期被动陆缘发育阶段共经历两次区域性海侵。第1次海侵发生在震旦纪初期, 规模相对较小, 形成了库尔恰克组深水陆棚相暗色泥页岩。第2次海侵发生在寒武纪初期, 是一次全球性海侵、缺氧事件^{[21, 22]}, 形成了玉尓吐斯组深水陆棚相暗色泥页岩。两套泥页岩均形成于裂后期与填平补齐相关的沉积凹陷内, 其分布明显受南华系裂谷沉积中心的控制, 即前寒武系基底古隆起区没有泥页岩沉积, 或者仅发育潮坪相白云岩、滨浅海砂岩, 南华系裂谷之上发育库尔恰克组深水陆棚相泥页岩（见图7c）和玉尔吐斯组深水陆棚相泥页岩（见图7e）, 主要分布于山前凹陷和麦盖提斜坡中段、群古1井以南、山1井以南以及斜坡东段玉北1井以南地区。

塔西南地区发育上震旦统克孜苏胡木组、下寒武统肖尔布拉克组两套规模白云岩储集层。后裂谷期以沉积中心继承性发育为特点的坳陷型盆地演化造就了两套规模储集层的发育。

上震旦统白云岩储集层发育于晚震旦世内陆架陆表海沉积背景, 在山前凹陷和麦盖提斜坡广泛沉积一套潮坪相微生物白云岩^[23]。震旦纪末区域性不整合面为上震旦统白云岩风化壳岩溶作用创造了条件, 有利相带与岩溶作用的大面积叠合决定了该套储集层在研究区内上震旦统白云岩残留分布区内广泛发育。

下寒武统肖尔布拉克组白云岩储集层发育于碳酸盐缓坡型台地沉积背景^[23], 山前凹陷为外缓坡相较深水沉积, 麦盖提斜坡为内— 中缓坡沉积, 普遍发育白云岩丘滩体。肖尔布拉克组内— 中缓坡相带分布明显受到前寒武系古构造的控制（见图7f）。前寒武系基底古隆起控制肖尔布拉克组内缓坡分布, 南华系裂谷中心位置形成了肖尔布拉克组中缓坡台内洼地相, 台洼两侧成为中缓坡丘滩体储集层规模发育区（见图9）。

塔西南地区南华系— 寒武系已证实的烃源岩和储集层主要形成于后裂谷期被动陆缘发育阶段, 包括震旦系底部、寒武系底部两套主力烃源岩和上震旦统克孜苏胡木组、下寒武统肖尔布拉克组两套规模白云岩储集层, 由此构成了震旦系和下寒武统两套“ 下生上储” 型成藏组合（见图9）。两套成藏组合均具备良好的盖层条件, 寒武系底部玉尓吐斯组泥页岩覆于上震旦统白云岩之上, 中寒武统膏盐岩层盖于下寒武统肖尔布拉克组白云岩之上, 其中中寒武统盖层条件更优。

塔西南地区寒武系盐下白云岩和上震旦统白云岩埋藏较深, 普遍超过7 000 m。综合考虑埋深和成藏条件, 麦盖提斜坡中段是寒武系盐下白云岩和上震旦统白云岩领域最有利、也是最现实的勘探区带, 有利因素有：①原地发育寒武系玉尓吐斯组和震旦系库尔恰克组烃源岩（见图9）; ②下寒武统肖尔布拉克组台洼两侧发育规模丘滩, 上震旦统白云岩及其顶部不整合面的地震相特征清晰可靠（见图4c）, 发育白云岩优质储集层可能性大; ③处于区域上“ 跷跷板” 式构造调整的枢纽带, 有利于油气运聚与保存; ④寒武系盐下白云岩埋深相对较浅, 埋深小于8 500 m。下一步应加强麦盖提斜坡中段地震部署, 落实寒武系盐下白云岩和震旦系白云岩有利目标, 通过钻探寻求油气发现。