多相构造演化调控了塔里木盆地（中国西北部）中上奥陶世时期的多源沉积物来源及其时空分布特征

塔里木盆地奥陶系中上统通过整合露头、岩芯、测井及地震数据，建立了高分辨率序列地层格架（SQ1-SQ5），揭示构造激活驱动物源迁移（外源→内源）与沉积体系迁移（深水重力流→浅水三角洲）的耦合机制，提出反应活基底盆地沉积模型。

刘倩|吴俊|范Tailiang|吴鹏飞|张卫国|杨素菊|徐琴琦|夏永涛|兰明杰

中国地质大学（北京）能源资源学院，北京100083，中国

摘要

塔里木盆地中上奥陶统的地层记录了一个“重新激活的克拉通盆地”从被动大陆边缘向碰撞大陆边缘转变过程中的演化过程。由于极端的埋藏深度、有限的地震分辨率以及不明确的构造-沉积耦合机制，深部勘探受到了阻碍。本研究整合了露头、岩心、测井资料、地震数据和地球化学分析，建立了高分辨率的地层框架，重建了物源演化历史，并解码了沉积系统的时空迁移过程。共识别出五个三级地层序列（SQ1–SQ5）：SQ1——上义建坊组和下恰尔巴克组；SQ2——良里塔格组和下桑塔木组；SQ3–SQ5——中上桑塔木组。物源演化呈现出明显的三阶段构造控制模式：在SQ1–SQ2阶段，外部源区占主导地位，主要来自阿尔金造山带，其形成受东西向“剪刀状”斜向碰撞驱动；SQ3阶段为混合源区，物源来自阿尔金造山带以及塔中和塔北古隆起；SQ4–SQ5阶段则转变为内部源区占主导。沉积系统的演化受到外部和内部构造动力、构造驱动的物源迁移以及相对海平面变化的共同控制，总体表现为从深水重力流系统向浅水三角洲系统的转变：（1）SQ1–SQ2阶段以东部海底扇和西部碳酸盐平台为主；（2）SQ3阶段东部海底扇扩大，西部斜坡浊积扇新发育；（3）SQ4–SQ5阶段以盆地中心的“陆架到陆缘三角洲”系统为主，东部深水扇逐渐萎缩。本研究阐明了“构造激活驱动物源转变，进而控制地层分布和沉积迁移”的核心机制，并建立了适用于塔里木盆地的“重新激活的克拉通盆地”沉积演化模型。研究结果为全球克拉通碰撞盆地的构造-沉积分析提供了重要参考。

引言

克拉通内部沉积盆地的时空结构和沉积演化从根本上受到构造活动、相对海平面变化和沉积物供应的动态相互作用的影响（Di Celma等，2010；Catuneanu，2020；Yang等，2021；Zhu等，2024）。在这些基底坚硬、能够放大远场碰撞应力的盆地中（Silva等，2018），构造作用是主导因素（Cloetingh等，2005）。它不仅决定了沉积空间的形成和构造地貌的发育（例如，隆起、沉降、坡度变化；Morley等，1990），而且关键地驱动了原有基底结构的重新激活，这些结构可能形成固有的薄弱区。这种构造重新激活直接导致了物源从外部向内部的转变（Zeng等，2019），进而调节了沉积通量（Zhu等，2023）、沉积系统迁移和地层分布（Forzoni等，2014；Helland-Hansen等，2016；Wang等，2025）。

同时，相对海平面变化也起着关键的次要作用，调节了构造形成的沉积空间内的堆积模式和相分布。这种力的相互作用在多种盆地系统中都有体现：在构造活跃期，活跃的断层运动有助于结构化沉积系统的发育（例如，扇形三角洲和深水相），特别是当构造驱动的相对海平面变化调节了沉积空间和沉积物输送效率时（Liu等，2012）；而在构造静止期，相对海平面变化和沉积物供应则主导了沉积记录（Matenco和Haq，2020）。这种构造-沉积耦合机制，即构造激活驱动物源转变，从而调节地层结构和沉积系统演化，为分析盆地演化提供了关键的概念基础。中国西北部的塔里木盆地是一个研究这一机制的理想自然实验室。

塔里木盆地是一个克拉通内部的叠加盆地，其基底为前震旦纪结晶岩（He等，2005a，He等，2005b）。到中奥陶世，塔里木南部已从被动大陆边缘转变为受压构造作用下的弧后前陆盆地（Lin等，2011），引发了盆地内部古隆起的广泛多阶段重新激活（例如，塔北、塔中和塔西纳隆起；Yan，2022）。这种构造重组增强了碎屑沉积物的供应，促进了初始均匀平台的分化（即分裂成多个独立的子平台），并导致碳酸盐平台的消亡，使马家尔坳陷从沉积物匮乏的状态转变为补偿状态（Zhao等，2009；Yu等，2011a，Yu等，2011b）。

尽管取得了这些进展，但仍存在关键空白，对构造-沉积耦合的全面理解仍不够充分。以往的研究主要集中在孤立方面：例如，构造对古隆起形成和断层活动的影响（He等，2011），构造对碳酸盐岩改造的作用（Li，2009），以及双物源系统和区域沉积变异性的识别（Zhao等，2009；Dong，2013；Yang等，2018）。然而，缺乏系统的综合研究，几个关键问题仍未得到解答。多源物源转变的时间和动态机制尚不明确，这主要是由于传统物源指示剂的区分精度有限，以及缺乏针对研究区域的稳健的多指示剂追踪系统。多阶段构造演化与物源和沉积系统的时空响应之间的耦合关系尚未建立。缺乏一个能够纳入克拉通内部盆地独特重新激活特征的统一理论模型。

为了解决这一地区构造-沉积耦合方面的认识空白，本研究整合了多学科数据集，包括露头、岩心、测井资料和地球化学数据（X射线衍射、主要元素分析以及碎屑锆石U-Pb测年）。这些综合数据用于实现三个主要目标：（1）建立中上奥陶统的高分辨率地层框架，确定多阶段构造重新激活的时间；（2）重建多源物源的时间演化并解析其构造驱动因素；（3）解码“构造重新激活–物源转变–沉积迁移”的动态耦合机制，提出“重新激活的克拉通盆地”模型。

本研究的结果将从理论上阐明由克拉通重新激活驱动的源区到沉积区的系统，为全球克拉通碰撞盆地提供有力的类比（Andersson等，2004；Tian等，2025）。此外，它还明确了马家尔坳陷中深水砂岩储层（例如，海底扇、斜坡浊积扇）的时空分布，推进了对重新激活的克拉通盆地沉积迁移过程的理解。

地质背景

塔里木盆地东部的马家尔坳陷及其周边地区是本研究的核心区域。作为奥陶纪沉积盆地系统中的关键沉积中心（He等，2005a，He等，2005b），它被塔北（NW）、塔中（SW）和库鲁克塔格（NE）等古隆起所环绕（图1A）。这些隆起不仅是构造边界，也是同时期的沉积物来源区，决定了马家尔坳陷的沉积演化

数据

本研究得到了中国石油西北油田分公司提供的全面数据支持。地球物理数据包括塔里木盆地西部坳陷的2D地震勘探（覆盖面积约110,000平方公里）和3D地震数据（图1B）。测井资料包括常规测井（伽马射线（GR）、自发电位（SP）、深部侧向电阻率测井（RD）、浅部侧向电阻率测井（RS）、声学补偿传输时间（AC）和密度（DEN）以及岩石学信息

地层界线的确定

通过整合露头、岩心、测井和地震数据，确定了地层界线。每个三级地层序列（SQ1–SQ5）的基底和顶部边界是根据区域显著的界面、相变、侵蚀截断或在盆地中心的对应一致性来界定的。具体的地层边界识别指标如下：

在岩心和露头中，这些边界的关键识别指标包括明显的岩石学变化

构造演化对物源转变的制约作用

碎屑岩物源分析对于重建源区构造、约束地质动力学时间线以及解码沉积物运移路径至关重要，这是理解沉积盆地演化的基础（Dickinson和Gehrels，2009；von Eynatten等，2019）。对于邻近活跃造山带的克拉通内部盆地（例如塔里木盆地）来说尤其如此，因为原有的基底构造影响了沉积物的分散，不同于经典前陆的单向物源系统

结论

在塔里木盆地建立了中上奥陶统的高分辨率地层框架，包括五个三级地层序列（SQ1–SQ5）。该框架解决了长期存在的平台-盆地年代地层对比问题，地层堆积从早期的楔形后退（SQ1–SQ3）转变为后期的前积-加积（SQ4–SQ5），记录了盆地从深水环境向浅水环境的转变。

多指标分析（砂岩

作者贡献声明

刘倩：撰写——初稿。吴俊：撰写——审阅与编辑。范Tailiang：项目管理。吴鹏飞：软件应用与调查。张卫国：监督与调查。杨素菊：监督。徐琴琦：监督。夏永涛：监督。兰明杰：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金[项目编号U24B6001；42102151]；中央高校基本科研业务费[项目编号2-9-2022-034]；研究生创新实践项目[项目编号CX2025YC099]；以及中国石油西北油田公司石油勘探与生产研究所[项目编号KY2022-045]的支持。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿准备。