塔里木盆地是典型叠合复合盆地^[1]，构造演化历史漫长、变形叠加改造复杂、油气成藏调整频繁，油气赋存层位多。根据第四次油气资源评价，塔里木盆地常规石油资源量为75.06×10⁸t，天然气资源量为12.94×10¹²m³，油气当量超过178×10⁸t，油气资源主要分布在深层（4500~6000m）和超深层（大于6000m），其中超深层石油资源量为34.5×10⁸t、天然气资源量为5.98×10¹²m³，分别占盆地石油和天然气资源量的46%和51%，但是超深层油气探明率极低，勘探潜力巨大^[2]。

塔里木盆地不同地区的超深勘探目的层不一样。库车前陆盆地超深目的层主要是白垩系和侏罗系，塔西南山前超深目的层则主要是白垩系、侏罗系和石炭系—二叠系，而台盆区超深目的层主要为奥陶系、寒武系和震旦系，满加尔凹陷及塔东地区则主要为志留系、奥陶系和寒武系。目前塔里木盆地超深层勘探和开发主要围绕库车前陆区白垩系和台盆区奥陶系，已取得巨大成效，建成了库车万亿立方米天然气和塔北—塔中10×10⁸t原油储量两个根据地，支撑塔里木油田2020年油气当量产量超过3000×10⁴t，“十三五”末如期建成中国第三大油气田。

“十四五”及今后更长一个时期，塔里木油田要建成世界一流大油气田，需要加强两个根据地以外的新区新领域勘探，特别是新区超深层的油气勘探，为中国石油塔里木油田公司（简称塔里木油田公司）可持续发展夯实资源基础。为此，本文总结了塔里木盆地超深层油气勘探主要地质认识，划分了盆地油气成藏组合，对不同成藏组合进行综合评价，指出了超深层勘探有利领域，为塔里木盆地新区新领域勘探指明了方向。

塔里木盆地超深层油气勘探经历了30余年的艰辛探索。早在1987年，在轮南地区钻探的轮南1井完钻井深就达到了6002m，并在奥陶系、三叠系、侏罗系获得重大突破，从而开启了盆地超深层油气勘探的序幕。此后超深层油气勘探虽然偶有发现，但受地质认识和勘探技术的限制而无法展开。2008年以后，塔里木盆地超深层勘探进入规模勘探阶段。通过在库车、塔北和塔中地区实施阵地战，先后在克深2井白垩系、哈7井和中古8井奥陶系缝洞型碳酸盐岩获得勘探发现。2008—2020年，塔里木油田公司实施完成井深大于6000m的超深层井470余口，近几年，超深层井比例更是呈快速上升的趋势，2020年超深层井比例高达84%。

塔里木盆地30多年的超深层勘探取得了巨大的成效，通过开展超深层规模勘探，先后发现了克拉苏盐下万亿立方米超深层大型气田、塔北超深层大型油田、塔中10亿吨级超深层大型凝析气田^[3] (图 1)。三大超深层油气田探明地质储量16.4×10⁸t，约占全球超深层油气探明地质储量的19%，勘探成果显著。

图 1

图 1 塔里木盆地超深层勘探成果图 Fig. 1 Exploration results of ultra-deep formations in Tarim Basin

截至2020年年底，塔里木油田超深层探明油气地质储量占油田探明油气地质储量的55%，超深层油气产量快速增加到1435×10⁴t/a（油当量），占到了油田油气产量的半壁江山。塔里木油田超深层开发效益好，超深层单井产量是中国平均水平的10倍以上，其中克拉苏大气田平均单井产气量为（35~48）×10⁴m³/d，哈拉哈塘油田单井原油产量为35t/d，富满油田单井原油产量为65t/d。利润从2010年约8亿元快速增长到2019年50多亿元，为塔里木油田公司盈利能力连续保持在国内上游企业前列作出了突出贡献。

根据塔里木盆地大地构造背景分析，结合盆地构造演化分析，可以将塔里木盆地划分为南华纪—志留纪、泥盆纪—三叠纪及侏罗纪—第四纪3期伸展—挤压构造旋回（图 2）。塔里木盆地3期伸展—挤压构造旋回与全球性超大陆会聚和裂解过程对应，主要是与哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆、冈瓦纳超大陆和盘古超大陆的裂解和会聚过程有关^[3-4]。罗迪尼亚超大陆裂解时期，塔里木盆地处于南华纪—奥陶纪拉张阶段；随后冈瓦纳超大陆发生聚敛，塔里木盆地处于奥陶纪末—志留纪末挤压阶段。冈瓦纳超大陆裂解，塔里木盆地处于泥盆纪—早二叠纪拉张构造阶段；随后盘古超大陆发生会聚，塔里木盆地处于挤压构造环境。三叠纪—古近纪，盘古超大陆发生裂解，塔里木盆地处于伸展背景，古近纪以来，受印度板块和欧亚板块碰撞影响，塔里木盆地处于陆内碰撞环境。

图 2

图 2 塔里木盆地构造旋回划分图 Fig. 2 Division of tectonic cycles of Tarim Basin

前人对盆地构造旋回与油气形成物质基础关系进行过大量的研究^[5]。含油气盆地伸展到挤压的构造旋回可以划分为伸展阶段、过渡阶段和挤压阶段。在盆地伸展阶段，地层快速沉降，在盆地周缘沉积近源碎屑物质，可能构成优质储层；在盆地中心沉积深水泥岩，发育烃源岩。在过渡阶段，盆地往往大面积发育砂岩储层和泥岩盖层。至挤压阶段，盆地一般经历构造挤压和隆升，形成构造带和圈闭带。

塔里木盆地主要发育下寒武统、石炭系—二叠系和三叠系—侏罗系3套主要烃源岩。其中下寒武统海相烃源岩主要发育在塔里木盆地北部坳陷及其周缘和麦盖提斜坡地区，与南华纪—震旦纪时期盆地裂陷槽发育密切相关，成为台盆区超深层（包括震旦系、寒武系、奥陶系）油气的主要烃源岩。陆相烃源岩包括石炭系—二叠系和三叠系—侏罗系，其中石炭系—二叠系烃源岩主要分布在塔西南地区，与海西期伸展背景下的被动大陆边缘沉积环境相关，是目前塔西南地区超深层（包括二叠系、侏罗系和白垩系）油气的主要烃源岩层；三叠系—侏罗系烃源岩主要分布在库车地区（图 3），侏罗系烃源岩在塔西南地区也发育，与周缘前陆盆地形成及后期伸展调整有关。

图 3

图 3 塔里木盆地烃源岩分布图 Fig. 3 Distribution of source rocks in Tarim Basin

盆地超深层发育3套近源区域性储盖组合（图 4）。第一套近源储盖组合以中寒武统膏盐岩为区域盖层，下寒武统白云岩为储层，该套盖层质量优且和储层配置好，分布在塔北、塔中和巴楚等台盆区，中深5井和轮探1井就是在该套储盖组合中获得油气发现。第二套近源储盖组合以石炭系中上部膏泥岩为盖层，东河砂岩、生屑灰岩段、卡拉沙依组砂泥岩段及小海子组石灰岩为储层，该套储层和盖层质量好、配置优，主要分布在塔北、塔中、巴楚、满西等台盆区，哈得逊油田等就是在该套储盖组合获得发现的。第三套近源储盖组合以古近系—新近系膏盐岩或泥岩为区域盖层，古近系及白垩系砂岩为主要储层，碳酸盐岩为次要储层，该套储层和盖层质量好、配置优，分布在库车前陆区和塔西南前陆区，克拉苏大气田就是该套储盖组合获得油气发现的代表。此外，还发育一套源上优质储盖组合，即上奥陶统泥岩盖层和中—上奥陶统石灰岩储层的储盖组合，在盆地坡折带以东地区则变为志留系泥岩—致密砂岩盖层和志留系砂岩储层的组合，目前塔北大油田和塔中大凝析气田就是该套储盖组合油气发现的典型代表。

图 4

图 4 塔里木盆地主要生储盖组合柱状图 Fig. 4 Comprehensive column of main source rock-reservoir-caprock assemblages in Tarim Basin

（1）“早期持续浅埋，晚期深埋”特性决定了超深层烃源岩持续生烃。

根据埋藏史恢复研究，塔里木盆地普遍经历了“早期浅埋，晚期快速深埋”的过程（图 5）。从埋藏史研究结果来看，库车坳陷在中生代以来缓慢沉降，古近纪以来急剧下沉，埋藏史曲线“先缓后陡”。晚白垩世库车坳陷短暂抬升，新生代以来，由于印度板块向北强烈挤压，使盆地北缘的天山隆升并向盆地内冲断，导致前陆盆地快速挠曲沉降，接受了巨厚的新生代沉积物，尤其库车组和第四系厚度可达2500~6000m。台盆区也经历快速深埋—抬升—缓慢下降—快速深埋的演化过程，早期快速深埋沉积了巨厚的中—上奥陶统和志留系，在志留纪末期沉积埋深幅度达到最大；石炭纪—古近纪末期，构造活动强度相对平缓，沉积地层缓慢；至新近纪，受构造活动影响，再次发生快速沉降作用，在65Ma内埋深增加1500~3000m。

图 5

图 5 塔里木盆地前陆区（上）和台盆区（下）埋藏史图 Fig. 5 Comparison of burial history in foreland area (upper) and platform basin area (lower) in Tarim Basin

由于塔里木盆地早期浅埋，沉积速率小，直接导致烃源岩早期熟化程度低，整体处于低成熟—成熟状态，生排烃强度规模不大，烃源岩自身仍保存着很好的生烃潜力，喜马拉雅期以来的快速沉降，使烃源岩快速熟化，迅速进入高成熟—过成熟阶段，处于大规模生干气阶段，且强度大。因此，目前塔里木盆地的超深层烃源岩仍处于大量生油气阶段，为超深层油气藏形成提供了雄厚的物质基础。

（2）典型“冷盆”特征决定了超深层油气得以生成和保存。

塔里木盆地是个典型的“冷盆”(图 6)，具有低地温梯度和低大地热流值特点^[6-8]，两者分别为1.5~2.8℃/100m和40~50mW/m²。地温是控制油气生成和聚集的重要因素之一，不同地区不同地温梯度条件下，烃源岩的生油气窗口门限和持续时间差别较大^[9]。例如，在中国东部的松辽盆地，地层埋深为2400~2800m时，即达到生烃高峰（生油高峰R_o=0.9%；生气高峰：R_o=1.3%），而塔里木盆地和准噶尔盆地地层埋深只有达到5400~6200m才能达到生烃高峰。

图 6

图 6 国内主要含油气盆地地温梯度对比图 Fig. 6 Comparison of geothermal gradients of major petroliferous basins in China

“冷盆”效应影响体现在两个方面。一是低地温梯度导致塔里木盆地超深层液态烃仍然可以保存。根据物理模拟结果，按照塔里木盆地目前的地温梯度，液态石油消亡温度达210℃左右，对应埋深在9000m以上。二是导致深层烃源岩成熟演化过程滞后，且后期多次构造运动有利于烃源岩的晚期、长期生烃，加上晚期圈闭形成的良好匹配，超深层油气得以良好保存。

（3）多期叠合复合盆地特征决定了超深层发育多个含油气系统和多套成藏组合。

含油气系统是常规油气勘探评价的一种科学理论体系^[10]，在塔里木盆地油气勘探中也得到广泛应用。塔里木盆地主要发育寒武系、石炭系—二叠系和三叠系—侏罗系3套主力烃源岩。前人根据烃源岩研究认识，有人将塔里木盆地划分为七大含油气系统^[1]，有人划分为3类十大含油气系统^[11-12]。随着研究深入，很多学者根据主力烃源岩展布和储盖组合匹配关系，将塔里木盆地划分为库车含油气系统、台盆区含油气系统和塔西南含油气系统^[13]。根据盆地烃源岩展布研究最新成果，结合目前已发现的油气特征与分布规律，按照含油气系统划分方法，将塔里木盆地划分为4个大的含油气系统，即库车陆相含油气系统、塔北—塔中海相含油气系统、麦盖提斜坡海相含油气系统、塔西南山前含油气系统（图 7），其中麦盖提斜坡和塔北—塔中地区虽然都是以寒武系为主力烃源岩，但由于中央隆起的分隔，烃源岩没有连片发育，所以划分为两个独立的含油气系统。

图 7

图 7 塔里木盆地主要含油气系统划分图 Fig. 7 Division of main petroleum systems in Tarim Basin

塔里木盆地经历了多期构造运动，每一期构造运动对盆地油气的形成与演化都起到不同程度的影响。不同的含油气系统经历的油气成藏期次各不相同，整体表现出多期多幕的成藏特征。其中，塔中—塔北海相含油气系统、麦盖提斜坡海相含油气系统主要经历了加里东晚期、海西晚期—印支期、喜马拉雅期三大油气成藏期^[14-15]，库车陆相含油气系统主要经历新近纪以来的3期成藏^[16-19]，而塔西南山前含油气系统主要为新近纪时期的早油晚气两期幕式油气充注^[20]。各含油气系统的多期多幕的油气充注特点，在复杂的构造运动影响下，与多套储盖组合有机融合，造就了塔里木盆地含油气层系多、油气藏类型多样、规模大等特点（图 8）。

图 8

图 8 塔里木盆地南北向油气藏剖面图 Fig. 8 NS direction oil reservoir profile in Tarim Basin

根据前人对中国中西部小型克拉通盆地群的叠合复合性质及其含油气系统的研究^[21]，中国西部含油气盆地的叠合复合性质决定了其具有叠合复合含油气系统，即具有多油气系统、多源多阶段生烃、多期成藏和多层系含油气的特征。根据已发现油气的分布特征，充分考虑各含油气系统的生储盖配置与组合关系，同时结合目前的油气勘探目的层位和构造特征，将各含油气系统从纵向上划分为上、中、下3套成藏组合（表 1）。不同含油气系统的成藏组合和油气藏特征存在差异性，下组合主要指近源/源内第一套区域储盖组合，油气近源—源间短距离聚集成藏为主，在库车前陆盆地三叠系—侏罗系、台盆区寒武系及塔西南山前二叠系均有分布。中组合是指源上第二套区域储盖组合，以构造—岩性油气藏为主，主要分布在库车前陆盆地和塔西南山前的古近系—白垩系、台盆区奥陶系。上组合主要指源上第三套区域储盖组合，油气藏主要通过次生调整形成，油气藏类型复杂，主要为构造油气藏，规模不大。

表 1

表 1 塔里木盆地油气成藏组合划分表 Table 1 Division of hydrocarbon accumulation assemblages in Tarim Basin 成藏组合 库车前陆盆地 台盆区 塔西南山前 成藏特征 上组合 新近系—第四系泥岩盖层/新进系—第四系砂岩储层 石炭系膏泥岩盖层/志留系—石炭系海相砂岩储层 中新统泥岩盖层/砂岩储层 次生油气藏，规模不大，构造油气藏为主 中组合 古近系盐膏层盖层/白垩系砂岩储层 奥陶系泥岩盖层/奥陶系石灰岩储层 古近系盐膏层盖层/白垩系砂岩储层 构造—岩性油气藏为主，处于大发现阶段 下组合 侏罗系泥岩盖层/三叠系—侏罗系储层 中寒武统膏盐岩盖层/震旦系—寒武系白云岩储层 二叠系泥岩盖层/碳酸盐岩储层 源内、近源成藏为主，待规模发现

表 1 塔里木盆地油气成藏组合划分表 Table 1 Division of hydrocarbon accumulation assemblages in Tarim Basin

塔里木盆地已发现的三大超深层油气田中，克拉苏大气田主力目的层为白垩系巴什基奇克组，埋深为5500~8000m，储层为裂缝型低孔砂岩储层，基质孔隙度为4%~7%、储层孔隙度一般为3%~10%，基质渗透率为0.05~0.50mD，裂缝渗透率为0.1~100mD。已发现34个超深层油气藏，以断背斜气藏为主，目的层温度为146~188℃、压力系数为1.60~1.86；油气藏普遍具有埋藏超深、低孔不低渗、高产又稳产的特点[单井日产量可达（30~70）×10⁴m³] ^[22-24]。塔北大油田主力目的层为奥陶系一间房组和鹰山组，储层主要为缝洞型碳酸盐岩^[25-30]，已发现7个油气田，目的层埋深为6300~8000m，温度为125~165℃、压力系数为1.10~1.55。塔中大凝析气田目的层和塔北大油田一样^[14]，储层也主要为缝洞型碳酸盐岩，已发现16个油气藏，目的层埋深为4300~6900m，温度为125~145℃、压力系数为1.08~1.16；油气藏具有埋藏超深、裂缝孔洞发育、高产又稳产的特点。从台盆区寒武系盐下超深层分析测试结果来看，埋藏深度在8000~12000m的白云岩储层其孔隙度可达1.8%~16.6%，渗透率为0.013~970mD。以TS1井为例，吾松格尔组白云岩储层在埋深8400m左右，孔隙度仍然高达9.1%。而在ZH1井，下寒武统肖尔布拉克组储层在埋深7400m左右，孔隙度高达15.7%，表明塔里木盆地超深层油气藏以常规油气藏为主。

非常规油气成藏与常规油气成藏的最本质区别在于非常规油气是非浮力驱动聚集^[31]，同时可以从基本概念、学科体系、地质研究等方面更加系统分析非常规油气与常规油气的区别和联系^[32]。此外，还可以从油气形成与聚集机理和油气层主要特征两大方面开展常规与非常规对比再认识^[33-34]。通过油气运聚动力、储层渗流能力、油水界面、源储关系、勘探开发经济性及自然产能对比，结合塔里木盆地超深层油气藏实际，确认塔里木盆地超深层主要以常规油气藏为主（表 2）。

表 2

表 2 常规油气藏与非常规油气藏特征对比表 Table 2 Comparison of characteristics between conventional and unconventional oil and gas reservoirs 类型 常规油气藏 非常规油气藏 塔里木盆地 油气运聚动力 浮力 膨胀压力、生烃压力 浮力为主 储层渗流能力 中—高渗透 低渗透（地层） 基质低渗透，断—缝体高渗透 油水界面 有，非连续分布 无，连续分布 有 源储关系 源储异地，二次运移 源储一体，初次运移 源储异地 经济性 经济 次经济 高效益 自然产能 常规措施获得经济产量 未经大型增产措施或特殊开采过程不能获得经济产量 常规措施获得经济产量，压裂只为解除储层伤害

表 2 常规油气藏与非常规油气藏特征对比表 Table 2 Comparison of characteristics between conventional and unconventional oil and gas reservoirs

根据第四次油气资源评价结果，塔里木盆地的油气资源主要分布在深层和超深层。按照埋深进行统计，塔里木盆地中浅层的石油资源量约为7.36×10⁸t，天然气资源量为2.0×10¹²m³，分别占盆地石油和天然气资源量的9.8%和17.1%。盆地深层的石油资源量为33.2×10⁸t，天然气资源量为3.75×10¹²m³，分别占盆地石油和天然气资源量的44.2%和31.9%。盆地超深层的石油资源量为34.5×10⁸t，天然气资源量为5.98×10¹²m³，分别占盆地石油和天然气资源量的46%和51%。从剩余油气资源分布情况来看，超深层剩余油气资源主要分布在库车坳陷白垩系、侏罗系，台盆区奥陶系、寒武系和震旦系，塔西南山前白垩系、侏罗系和石炭系—二叠系，是今后盆地超深层油气勘探的重点层系。

根据各油气成藏组合石油地质条件、油气资源潜力和剩余油气综合分析，优选出塔里木盆地超深层有利勘探领域8个（图 9）。下组合有利勘探领域4个，包括：库车北部侏罗系、台盆区寒武系盐下、草塘古城坡折带和塔西南山前石炭系—二叠系。中组合有利勘探领域4个，包括：中秋—东秋白垩系、台盆区奥陶系碳酸盐岩、满东志留系和塔西南山前白垩系。

图 9

图 9 塔里木盆地超深层勘探有利领域分布图 Fig. 9 Distribution of favorable exploration areas of ultra-deep formations in Tarim Basin

30多年的勘探实践表明，向深层、超深层挺进，逼近烃源岩进行勘探成为塔里木盆地勘探的主要方向。塔里木盆地今后超深层勘探思路是：扩展中组合，突破下组合。即持续开展库车坳陷克拉苏构造带和台盆区奥陶系碳酸盐岩的精细勘探，发现落实规模储量，夯实油田稳产上产基础；战略展开秋里塔格构造带、北部构造带侏罗系，以及台盆区寒武系盐下和轮南—古城坡折带的风险勘探，争取新区新领域战略发现，拓展油气勘探领域，发现新的油气资源战略接替区。

塔里木盆地超深层油气地质具有普遍性、特殊性和常规性。盆地超深层油气形成主要受寒武系、石炭系—二叠系和三叠系—侏罗系烃源岩控制，受盆地3个伸展—挤压构造旋回控制，与全球性超大旋回一致。塔里木盆地超深层油气地质具有早期持续浅埋、晚期快速深埋特点，盆地是典型“冷盆”，烃源岩具备连续生烃特点，同时盆地经历多期多幕成藏，形成了多套成藏组合，超深层勘探领域多。盆地已发现油气藏大多为常规油气藏，普遍高产稳产，具备规模勘探和高效开发的潜力。

根据烃源岩展布和储盖组合匹配关系，将塔里木盆地划分为4个含油气系统，每个含油气系统可进一步划分上、中、下3个成藏组合。通过综合评价，认为中组合和下组合仍具有很大勘探潜力，指出了8个超深层勘探有利领域。

今后塔里木盆地超深层勘探应该按照“扩展中组合、突破下组合”的思路来开展，重点开展下组合4个领域和中组合4个领域的风险勘探与预探，争取新区新领域超深层获得战略性突破，为油田持续发展夯实资源基础。