塔里木盆地塔北地区寒武纪古地貌的恢复及其地质意义

《ACS Omega》：Restoration of Cambrian Paleogeomorphology and Its Geological Significance in the Tabei Area, Tarim Basin

地质构造恢复方法与寒武系多期抬升作用关系研究，提出融合海岸线轨迹法与地层厚度法的综合技术体系。通过计算晚寒武世侵蚀量、恢复早寒武世Xiaoerbulake组构造抬升量，结合沉积充填空间与物源供给关系，揭示构造运动方向与沉积响应机制。研究证实该区早寒武世存在两期抬升作用，形成东北向沉积迁移带，北部Yuqi-6井区抬升量达峰值，控制台地边岸发育方向。方法有效解决低井控区复叠构造问题，建立量化抬升侵蚀的动态分析模型。

　　
塔里木盆地Tabei区寒武系地貌重建与构造运动耦合关系研究

1. 研究背景与科学问题
塔里木盆地寒武系作为重要的油气勘探目标，其碳酸盐岩储层发育受控于古地貌演化。研究区经历了加里东-华力西多期构造运动的叠加改造，导致原始地层强烈剥蚀，地貌反演面临重大挑战。传统单一技术方法存在三大瓶颈：①难以分离多期构造抬升与剥蚀的叠加效应；②静态地貌重建无法反映构造-沉积动态过程；③低井控区量化分析精度不足。基于此，研究团队创新性地构建了"岸线轨迹-地层厚度"协同反演体系，重点解决三个核心问题：①如何有效分离多期构造抬升与剥蚀的叠加影响；②如何实现静态地貌重建向动态过程分析的跨越；③如何建立适用于强改造区的量化地貌重建方法。

2. 地质演化框架
研究区寒武系呈现"三系六组"沉积序列，受控于南北向构造挤压体系。基底构造形成西高东低格局，早寒武世Xiaoerbulake组沉积期形成"两隆一凹"构造格局。沉积序列显示西缘斜坡-东缘盆地二元结构，早寒武世沉积厚度在北东向逐渐减薄，形成前积反射结构，揭示构造抬升主导的沉积充填过程。

3. 创新性研究方法
3.1 双界面约束的剥蚀量计算
选择T80（丘鲁塔格组顶界）和T90（下寒武统底界）作为关键界面，建立双界面恢复模型。通过地层厚度实测数据与地震反射层对比，发现平台边带存在系统性减薄（平均剥蚀量达45-58米），证实晚寒武世末发生区域性剥蚀事件。

3.2 动态耦合反演技术
3.2.1 岩石物理性质校正
引入GR测井曲线异常波动特征（锯齿状形态），结合地震反射层削截现象，证实T80界面存在构造剥蚀。通过构造叠合分析，建立剥蚀量与构造抬升的转换模型。

3.2.2 沉积补偿点优选
基于碳酸岩生产力-水深关系（图8），确定320米基准水深。该基准通过三方面验证：①地震相分析显示最大水 depths达300-400米；②沉积物类型组合（钙质泥岩夹页岩）指示深水环境；③钒铬比值（V/Cr=4.53）与铁氧化的铀/钍比值（U/Th=0.92）反映还原性深水沉积环境。

3.2.3 构造抬升量量化模型
建立地层厚度平衡方程（ΔH=H1' + H2' - H3），其中H1'和H2'分别为晚寒武世和早寒武世校正后的基底厚度，H3为早寒武世沉积厚度。通过井震数据联合反演，揭示早寒武世Xiaoerbulake组沉积期存在两期抬升事件，抬升量达12-18米，空间分布呈北东向递增趋势。

4. 关键发现与机制分析
4.1 动态地貌演化序列
早寒武世呈现三阶段沉积演化：①抬升前稳态沉积（Wusonggeer组），地层厚度稳定（±2米）；②首次抬升期（Shayilike组），北部抬升量达8米，导致东向沉积偏移；③二次抬升期（Awatage组），北部累计抬升16米，形成明显的前积朵体（图5a）。地震振幅属性图显示 northeast向迁移（图5b），验证构造活动的空间指向性。

4.2 构造-沉积耦合机制
4.2.1 抬升量空间分布
Yuqi-6井区北部抬升量达18米（图7），形成地貌隆起中心。该区域控制着沉积前积体系的推进方向（图10），导致平台边带向东北迁移15-20公里。

4.2.2 水动力响应
受构造抬升控制，水体能量呈现空间异质性。西北部发育局限台地环境（图9a），对应高值域沉积；东北部发育缓坡-台地过渡带（图9c），沉积物粒度由粗到细东向递变。地震相分析显示，前积反射结构迁移速率达2.5米/ka，验证了构造抬升速率（0.5-0.8米/ka）与沉积物供给速率的动态平衡。

4.2.3 溢出沉积作用
在T80界面剥蚀区（图7），发育小型钙质岩溶洞穴（洞高3-5米），充填早期埋藏珊瑚礁。该现象揭示了剥蚀期构造抬升与沉积充填的时空耦合关系。

5. 技术优势与应用价值
5.1 多源数据融合优势
通过井震结合（钻探控制点密度0.3井/100km2）与沉积学约束，将传统方法误差率从30%降至8%以下。特别在低井控区（如Tashen-5井区），利用岸线轨迹迁移速率（0.8-1.2米/ka）反演抬升量，精度达85%。

5.2 动态过程解析能力
建立"构造抬升-可容纳空间变化-沉积充填-岸线迁移"四维耦合模型（图10）。揭示早寒武世构造抬升速率与沉积物供给速率的匹配关系（Q=0.6-0.9），当抬升速率超过沉积补偿速率时（Q>1），引发岸线快速东迁。

5.3 勘探应用成效
指导部署3口重点探井（Yushen-1、Xiaoerbulake-2、Avekule-1），其中Xiaoerbulake-2井钻遇厚度达18米，含油饱和度提高至35%，较传统方法预测精度提升40%。新发现的北东向构造抬升轴带，成为下寒武统优质储层预测新靶区。

6. 方法论创新
6.1 双界面约束技术
通过T80（晚寒武世顶界）和T90（早寒武世底界）两个基准面的协同校正，有效分离晚寒武世剥蚀量（58±7米）与早寒武世构造抬升量（16±3米）。较传统单界面方法精度提升22%。

6.2 岸线轨迹动力学模型
引入三维地震数据提取的岸线轨迹迁移矢量（图5b），建立构造抬升量与沉积前积速率的数学关系式：
沉积前积速率 = 0.67 × 构造抬升量 + 8.2 （误差±1.5米/ka）
该模型成功解释了Xiaoerbulake组东北向前积朵体的形成机制。

6.3 低数据密度区适用性
在钻探密度<0.3井/100km2的东部位域，通过地震属性（振幅方差>0.15）识别出12处构造抬升中心，与岩心观察的溶蚀洞穴分布（图9d）高度吻合，验证方法在复杂地质条件下的适用性。

7. 研究局限与改进方向
7.1 基准面选择约束
T90界面抬升量计算受控于基底埋深校正精度，建议引入古磁倾角数据优化基底恢复。

7.2 动态参数耦合
现有模型未充分考虑古海洋水动力条件（如风暴波能级），后续研究可引入沉积物分选系数与构造抬升量的相关性分析。

7.3 多期构造叠合
针对加里东期基底隆升（幅度>200米）与华力西期叠加抬升（幅度<50米）的复杂情况，建议建立多期构造指数叠加模型。

8. 科学意义与工业价值
本研究建立的多参数耦合地貌重建技术，为碳酸盐岩储层预测提供了新思路。在塔里木盆地 Extensions区，成功指导发现下寒武统台地边缘-斜坡相带，预测厚度达15-25米，成为该区首个实现"构造-沉积"联合预测的勘探目标。该技术体系已拓展应用于鄂尔多斯盆地奥陶系、四川盆地二叠系等复杂构造区，平均勘探成功率提升至78%，较传统方法提高32个百分点。

9. 结论
研究证实早寒武世Xiaoerbulake组沉积期存在两期构造抬升事件（图10），抬升量空间分布呈现"阶梯状"特征：Yuqi-6井区北部累计抬升达18米，形成东向推进的台缘前积体。该构造活动不仅控制沉积格局，更导致碳酸盐岩储层空间垂向叠合（图9c），为多期次勘探提供了理论支撑。研究建立的"双界面约束-岸线轨迹反演-厚度平衡计算"技术体系，在复杂构造区地貌重建中具有显著优势，标志着古地理研究从静态描述向动态过程解析的重要转变。