塔里木盆地位于新疆南部，四周被天山､昆仑山及阿尔金山所环绕，面积56万km².塔里木盆地在太古界及元古界基底之上沉积了巨厚的古生界､中生界及新生界沉积盖层.盆地内部的二级构造单元如图 1所示，包含巴楚隆起､塔中和塔北隆起､塔东隆起和满加尔凹陷､阿瓦提凹陷､塔西南凹陷及麦盖提斜坡､孔雀河斜坡等.盆地的主力生油期在古生代，油气勘探要求对全盆进行地球物理调查与定位.由中国地质调查局资助，笔者用重力､磁力､地震和大地电磁四类地球物理方法技术系列，进行了比例尺100万的塔里木地壳结构研究，本文将主要介绍取得的塔里木盆地结晶基底地震调查和处理成果.

图 1

Fig. 1

图 1 塔里木盆地构造分区略图 (红框为本次调查测区及邻区范围) Fig. 1 Tectonic divisions of Tarim Basin and the investigation area marked by the red frame

板块构造学说对于某些类型的沉积盆地的起源作出了很好的解释，如挤压挠曲型和拉伸裂陷型沉积盆地､走滑拉分型盆地等.但是，大型克拉通内部沉积盆地是如何起源的?克拉通沉积盆地的起源与沉积盆地的结晶基底有直接关系.塔里木盆地内部结晶基底埋藏深度大，打到结晶基底钻孔很少.由于塔里木盆地面积巨大，东西宽900km²，南北长400km²，周缘看到的基底受天山或昆仑山造山运动影响大，能否代表盆地内部沉积地层的结晶基底难以肯定.因此，现今对塔里木盆地内部基底的空间变化所知甚少，而用深钻去取心成本太高.对此人们可以转向地球物理研究，尤其是油气勘探中最常用的反射地震调查.但是，常规石油勘探中反射地震记录长度大多只有6s，因此无法取得沉积盆地下方结晶基底全面的影像.2007 年中石化西北局在塔里木盆地开展巴楚-塔中地区的反射地震调查.为了解沉积盆地结晶基底的反射地震特征，经作者们共同建议，将接收记录从6s加长到12s，为研究克拉通盆地起源提供了难得的第一手资料.这篇文章主要介绍这次调查的反射地震剖面，讨论深反射地震数据处理的关键技术，展示塔里木盆地巴楚-塔中地区的四条12s反射地震剖面，并对反射剖面的地震组构作初步分析.

塔里木盆地结晶基底的地质研究主要通过盆地周边元古代地层的露头和盆地内极少的深井岩心开展^[1-5].塔里木盆地结晶基底为前震旦纪变质岩系.前震旦系褶皱结晶基底经阜平､中条､塔里木三次大的构造运动形成，有塔南型三层结构和阿克苏型单层结构两种不同的基底类型.南塔里木地块(塔南型)基底中最老的长城系，为混合片麻岩､麻粒岩的基底，其上覆为中､上元古界.北塔里木地块(阿克苏型)以中､上元古界的浅变质岩为基底；地层比较新，与库鲁克塔格出露的基底相同.因此，反映克拉通陆核的基底主要分布在塔里木南部.康玉柱､贾承造等指出^[1-6]，塔里木地块最终形成于元古宙青白口纪末，岩石以碎屑沉积岩及大理岩为主.震旦系在库鲁克塔格为砂岩夹砾岩火山岩，盆地内多为砂泥岩及碳酸盐岩.盆地内基底埋藏深度从5~15km 不等，巴楚隆起､塔北隆起埋深最小，而满加尔坳陷和阿瓦提坳陷埋深最大(见图 1).康玉柱认为^[1-2]，震旦纪塔里木盆地处在拉张背景下，开始了上地壳裂陷和克拉通原型盆地发育期.克拉通原型盆地发育期一直延续到二叠纪.

震旦系可分为五个沉积旋回，旋回间均以不整合面分开，可能代表局部地壳频繁的裂解运动.塔里木盆地内部普遍缺失下震旦统.上震旦统广布全盆，除孔雀河-黄羊沟一带为深水陆坡-盆地相沉积外，其余广大地区沉积了一套以浅水台地相和斜坡-开阔陆棚相碳酸盐岩.满加尔一带形成了大范围的深坳陷，发育了一套巨厚的富含分散有机质的沉积，厚度达3000~7000m，蕴藏了极厚的烃源岩层.古地磁等地球物理研究表明^[5-9]，塔里木克拉通陆块在元古代可能属于南半球的陆块集团，即处在冈瓦纳大陆边缘，纬度在南半球30°左右.震旦纪塔里木地块西南周边发生陆缘裂谷，使其开始从冈瓦纳大陆裂解.沿甘肃北山､库鲁克塔格至满加尔一带，有一套巨厚的冰碛岩､冰碛砾岩､浊积岩､双峰火山岩建造.周缘裂谷切穿岩石圈以后，塔里木地块开始向北半球漂移，漂移的过程也就是克拉通原型盆地发育的过程.

古地磁等地球物理研究还表明，塔里木地块寒武纪开始与冈瓦纳大陆分裂^[5-6].漂移的速度到奥陶纪达成最大，到志留纪漂移速度减缓，到石炭纪与哈萨克斯坦地块碰撞时，位置在北纬30°左右.早奥陶世漂移开始后，塔里木克拉通地块从被动大陆边缘的构造环境，转变为大洋包围的克拉通沉积盆地.奥陶纪是地球温室效应的发育期，海平面上升，在中晚奥陶世海侵达到高潮，大部分陆地被海水淹没，成为坡度较小､水体较浅的陆表海.地块周边地区也成为坡度较大､水体较深的陆缘海.这两种地理单元位于南北纬度30°之间的大洋之中，温暖清明的海水养育繁茂的钙藻和礁状生物，使塔里木盆地形成了宽阔的碳酸盐岩台地，发育了广泛的礁滩､鲕滩和巨厚的生物岩沉积体.海退时部分礁滩露出水面遭受风化侵蚀，形成规模很大的岩溶群，以及反映为地震反射事件的侵蚀面，有利于早古生代生油岩和油气储层盖层的形成.

2007年中石化西北局在塔里木盆地开展巴楚-塔中地区的反射地震研究，为研究克拉通盆地结晶基底构造提供了第一手资料.这次反射地震采集的叠加为120次，采样率2ms，记录长度12s.反射地震剖面总长度为1400km 左右，分为四条线施工，位置和穿过的构造单元见图 2.沿构造走向的三条线命名为J01､J02､J03，首尾相接，总长1040km.从西向东南，J01 剖面西起巴楚隆起与柯坪隆起交界处，穿过巴楚隆起北沿.J02剖面西起巴楚隆起北沿，穿着阿瓦提坳陷南部和吐木休克断裂带，最后进入卡塔克隆起.J03剖面沿卡塔克隆起北沿行进，平行于塔中1号断裂及油气田密集区.穿过巴楚隆起顶部的倾向剖面272线全长365km，剖面位于巴楚隆起中段，走向约NE78°，从南向北分别穿过玛扎塔克断裂带､和田河气田､巴楚南部向斜区､卡拉沙依断裂､巴楚北部褶断带､吐木休克断裂带和阿瓦提坳陷.

图 2

Fig. 2

图 2 反射地震剖面位置和穿过的构造单元 红点为已知油气井 Fig. 2 Location of reglection profiles,red spots show oil/gas fileds

本次调查的地震处理具有一定的特殊性.地震处理要取得的地下映像分为上下两部分:上部为沉积盆地，下部为结晶岩石.众所周知，沉积盆地内地层界面连续，反射系数较大，一般可达10%~30%.与此相反，结晶岩内部岩块之间反射系数较小，一般在1%~3% 范围内；岩块内多见不连续的散射波场，散射的幅度和分布样式与岩块组构相关.因此，常规油气勘探地震处理剖面只能反映沉积地层构造，而不能反映结晶基底的内部构造.如果不进行分段分别处理，盆地下方结晶基底的组构难以揭示.结晶岩区地震剖面处理比较接近深反射地震.深反射地震处理方法取得的结果适应结晶岩石地震散射的特点，可以准确地揭示结晶岩石内部的组构^[10-20].但是，深反射地震处理的结果分辨率比较低，如果用沉积地层油气勘探地震处理剖面质量的尺度来衡量，深反射地震处理的地震剖面显得模糊而不够清晰.为取长补短，本文采取把沉积盆地(0~6s)和结晶基底(6~12s)分开处理的方法技术，0~6s用常规油气勘探地震处理.常规油气勘探地震处理除静校正及滤波外，主要用克希霍夫积分偏移作速度分析，取得剖面波速模型，然后用叠前波动方程偏移准确归位，振幅保持.6~12s用深反射地震处理方法提取结晶基底的散射波场，主要服务于结晶基底研究，包括常规波场叠加处理后，进行振幅保持深反射事件增强处理，并用叠后波场偏移归位成像.然后两段处理结果拼合出深反射地震处理剖面图.因此，当两段处理结果拼合成0~12s反射地震剖面图时，在6s的水平线上有明显接痕，而且接缝上下地震成像分辨率有明显区别，看起来不大舒服.除上下方处理之不同处外，6s以下的反射体振幅比上方放大了10倍左右.以下见到的一些有接痕的反射地震剖面图都属于这种情况.

以J01剖面为例，用常规油气勘探地震处理系统对12s剖面进行处理，取得的结果示如图 3.由图可见，0~5s剖面记录地震反射比较清晰，可以追踪盆地边缘断裂，并内部地层产状作出准确解释.但是，在对应盆地下方结晶基底的5~12s，地震反射体似有似无，无法看清其组构细节.把12s数据分截为上下两段进行处理，即0~6s记录用沉积盆地地震处理系统处理，6~12s记录用结晶岩区深反射地震处理系统处理，便可针对这两套不同岩系的特征，提取不同类型反射体的信息.J01线两段处理结果拼合成0~12s反射地震剖面图示如图 4.由图可见，拼合剖面不仅可以准确反映出盆地边缘断裂及内部地层产状，而且在对应盆地下方结晶基底的6~12s，不仅可清晰判别地震散射体的分布范围，还可看清出产状及许多组构细节.此例说明，这种处理方案可以提取全面的上地壳组构信息，但是在6s处有一条明显的接缝，而且接缝上下地震成像分辨率有明显区别，由于过渡不够自然而看起来有点别扭.

图 3

Fig. 3

图 3 J01线12s 不分段处理地震剖面 Fig. 3 Profile J01 after 12s seismic processing of whole record

图 4

Fig. 4

图 4 J01线分段处理12s地震剖面 Fig. 4 Profile J01 produced by combined two-section processing

下面来展示塔里木盆地巴楚-塔中地区的四条12s反射地震剖面，并对反射剖面作初步分析.笔者认为，重要的首先是共享地球探测的成果，而解释推断则需要较长的时间与资料的积累.因此，本文对12s反射地震剖面只作初步分析讨论，不作深入的解释推断.先来看沿倾向的272反射地震剖面，以便了解塔里木盆地西南部一般的构造地层特征.

塔里木盆地是一个长期发育的大型复合叠加含油气盆地.在地震反射信号识别的基础上，盆地内可划分出八个构造-地层组合^[1-6].石油界对盆地内部的构造---地层地震序列用反射体顺序编号表示.在研究区最重要的反射体编号为T50，T60，T70，T74，T81和T90，它们都是塔西南地层的标准界面.T50是古生界的顶面，即印支期!蚀面.T60 是石炭系的顶面，即泥盆系底面.T70 是奥陶系的顶面，即志留系底面.T74是上中奥陶系的底面，即下奥陶系顶面.T81是接近寒武系顶部的一个强反射层.T90是震旦系的顶面，在盆地内断断续续有所发现.这些标志性的反射体标在地震剖面上(见图 5)，赋予剖面沉积时序的信息.反射地震剖面272 线长四百余千米，发表时只能将它作横向压缩，图 3-7中垂向比例尺要比水平方向比例尺大十倍左右.因此，图 5中的断层都显得过于陡立，请读者注意这种印刷显示中难以避免的畸变.

图 5

Fig. 5

图 5 272线12s地震剖面 F1-F5断裂带编号：T60-T90 地震反射体编号 Fig. 5 Profile #272 F1-5 mark fault zones ,T60-T90 mark reflectors

图 6

Fig. 6

图 6 J02线分段处理12s地震剖面 Fig. 6 Refelction seismic profile J02

图 7

Fig. 7

图 7 J03线分段处理12s地震剖面 Fig. 7 Refelction seismic profile J03

沿倾向反射地震剖面272线0~4s显示有十余组清晰连续的反射波(见图 5)，反射体为T50，T60，T70，T74，T81和T90都清晰可辨识.反射地震剖面显示巴楚隆起沉积盆地底部的反射波组出现不超过4s，因此，巴楚隆起4s以上剖面记录了盆地比较完整的沉积岩系，只不过中新生代地层被部分!蚀.在印支不整合面(T50)以下，盆地古生代沉积地层出露较全，尤其是寒武-中奥陶地层发育，厚度较大.沿倾向看，272 反射地震剖面为陡倾断裂带分割，断裂切穿沉积盆地底部，南侧多有背斜发育.巴楚隆起两侧为穿透上地壳的深断裂带.图中不难看到，南侧的玛扎塔克断裂带(F₁)宽度可达10~20km，属于带走滑的张性断裂带(正断层)，其中上涌聚集有天然气，对形成和田河气田起到关键性作用.北侧的卡拉沙依断裂(F5)和皮卡克逊断裂(F4)也是切穿上地壳的深断裂带，但它们属于挤压性断裂带(逆断层).巴楚隆起内还有两条断裂带，图 5中编号为F₂和F3，它们是切入基底的断裂带，属于逆断层.272反射地震剖面沿倾向穿过巴楚隆起中部，揭示的构造模式表明，巴楚隆起的起源与西昆仑向北东推挤逆冲直接关联.

由272反射地震剖面4s以下剖面记录不难看出，切入地壳的深断裂(如F₁ 和F5)对应结晶基底相对“透明"的条状区带，即杂乱散射波幅度小的区带.切入基底的断裂(如F₂ 和F3)对应结晶基底区带的散射波幅度也减小，这是由于断裂时岩石的研磨作用所致.断裂时岩石的研磨作用产生大量断层泥，相对均匀地充填在整个断裂带内，因而不仅减少了散射产生的机会，还增加了对散射波能量的吸收.因此，相对“透明"的条状区带常反映结晶基底断裂带.

讨论塔里木盆地内部反射震相不是本文的主题，下面来讨论盆地基底的物性.盆地基底是由坚硬的结晶岩石组成的，主要岩石为片麻岩和火山岩.塔里木盆地沉积岩石物性测量数据很多，结晶基底岩石地震波速测定数据很少，而且未经过标定.因此，在基底地震解释时，只能参照我国已有的经标定的地壳结晶岩石物性资料.我国西部地区大盆地下方结晶基底中的反射体几乎还没有被揭露过，更谈不上进行过科学钻探标定，经过科学钻探标定的地壳结晶岩石物性测定资料在我国东部有CCSD 科学钻探的结果，因此本文引用CCSD 的结果作为推断解释的依据.中国大陆科学钻探(CCSD)提供了难得的深孔岩性､构造与地球物理测井资料，可以对基底岩石的地震组构进行了标定^[21-23].2005年中国大陆科学钻探完成了主孔岩心的波速测试和地球物理测井^[23-26].根据岩心的初步分析，可将主孔岩心分为9段(见表 1).由表 1可知，在基岩中正片麻岩的波速较低.

表 1(Table 1)

表 1 中国大陆科学钻探主孔岩心的波速标定 Table 1 CCSD main-hole velocity model obtained based oncore-measurements and acoustic well-logging data

表 1 中国大陆科学钻探主孔岩心的波速标定 Table 1 CCSD main-hole velocity model obtained based oncore-measurements and acoustic well-logging data

中国大陆科学钻探对基底岩石的地震组构进行的标定表明^[23-24]，正､副片麻岩的密度与纵波速度相差无几，但具有不同的反射特性.正片麻岩的地震响应与花岗岩体类似，由于具有较好的均质性和各向同性，只能引起弥漫状的弱散射.与此相反，副片麻岩本身具有很强的非均质性和各向异性，可能引起地壳中骨片状的强反射.副片麻岩是一种相当特殊的结晶岩石，它们继承了源岩沉积岩的多种属性，在地球物理资料分析时不宜把它们与其它结晶岩等同看待.

副片麻岩不一定要与其它岩石接触，本身就可以形成较强反射.其原因包括:

(1) 由于副片麻岩是由沉积岩变质而来，其源岩带有强烈的沉积构造和岩性的变异，这些岩性构造上的差异是变质作用无力消化的.因此，非均质性是副片麻岩天生的特征，也是正片麻岩､侵入岩等其它结晶岩石所不具备的.可以认为，副片麻岩的非均质性是它们形成较强反射的主要原因.

(2) 副片麻岩的横波速度较低，反映其抗剪切强度低而易形成裂隙，成为水和甲烷等流体的通道.同时，副片麻岩层也为地壳中韧性剪切作用提供了薄弱介质区段.在这种情况下骨片状强反射体的出现就不难理解了.

(3) 大陆科学钻探测量结果还表明，副片麻岩具有很强的各向异性，其各向异性系数常常达到10%以上，这在其它结晶岩中是很少出现的.因此，当副片麻岩呈薄层出现时，由于其相对强的各向异性也可以产生一定强度的反射.引用上述大陆科学钻探对基底岩石的标定结果之后，便可继续对塔里木盆地内部基底的震相作初步的分析.

图 3-4己经显示了J01 剖面，它同时揭示了克拉通盆地内两类典型的基底.J01 线地震剖面位于巴楚隆起西北部，走向约NW155°，西端邻近坷坪隆起，穿越吐木休克断裂带和巴楚北部褶断带.这是一条大致平行于地层走向的二维地震剖面.J01 反射地震剖面显示巴楚隆起西北段沉积盆地底部最深约8000m(对应反射双程时3200 ms).剖面内盆地底部寒武系多组反射(T80-T83)清晰连续，在图 4 中用字母Z标记震旦系和晚元古界，T80-T83多组反射位于字母Z上方.

反射地震剖面显示J01线西端有中新生代拉张(拉分)断陷盆地发育，其东侧为吐木休克断裂带，延深达25km 左右，至少到达中地壳.断陷盆地深达4km左右.再向东进入巴楚隆起西北部褶断带，古生代盆地向东加深.吐木休克之东南构造高之基底，呈现地震拱弧指纹，4~12s波场散射幅度很强，呈山丘状从剖面底部升起(在图 4中用字母A 标记)，顶端接近盆地底部.属于强散射结晶基底.剖面在5s以下的基底岩石中有较强散射波，与幔源玄武岩浆的快速渗入上地壳有关，通常反映来自下地壳的玄武岩侵位^[20].玄武岩侵位引起上覆沉积岩层上隆错断，也反映为散射波增强，向上影响到1s处的反射剖面记录，上方即为反映古生界顶面不整合的反射波组T50，指示玄武岩侵位的时代应为二叠纪.通过钻孔岩心测定玄武岩K-Ar 同位素年龄为241~278 Ma，辉长岩的Sm-Nd 年龄为259 Ma.二叠系玄武岩，分布范围较广，平均磁化率为1738.3~4571×10^-5SI，具有较强的磁性，是塔里木盆地沉积盖层中最强磁性地层.J01 剖面西段对应有强的航磁异常群^[27]，磁异常源体的顶部埋藏深度在2km左右，也引证了二叠纪玄武岩侵位.J01剖面西段还有很有强的正布伽重力异常，源的深度亦为2~5km^[7].由于玄武岩密度大，二叠纪玄武岩侵位也为重力资料所证实.但是，只有在J01反射地震剖面上才能准确圈定玄武岩侵位的形态(图 4).

在J01反射地震剖面上可以看到，玄武岩侵位不同于金伯利岩筒式的火山结构，在基底中玄武岩侵入体呈现出锥状或秤铊状向下拓宽的形态.从下地壳上侵的玄武岩浆似乎不是“挤入"，而是“充填进入"上地壳结晶基底中.这种态势表明，巴楚隆起北沿在二叠纪前上地壳结晶基底可能有缝隙，或者说巴楚隆起基底与塔里木盆地北部的基底原先就不是一块东西.与J01反射地震剖面西段相反，东段散射明显弱，而且散射源分布趋于均匀(图 4)，呈现的是克拉通盆地基底的典型特征，这种特征在下面分析J03反射地震剖面还要见到.

接下来分析J02 线剖面(见图 6)，它显示了克拉通盆地内另一类典型的基底.J02 线地震剖面位于巴楚隆起北部，穿越吐木休克断裂带和阿瓦提坳陷南端.J02反射地震剖面显示阿瓦提坳陷南端寒武系多组反射(T80-T83)清晰连续，沉积层厚达超过15000m(对应反射双程时5200ms)，如此巨厚的沉积岩层，实为罕见.

J02线阿瓦提坳陷之基底特征表现为5~12s散射波场上，而散射波场可分为A､B､C､F 几个区块(见图 6).区块A 和B散射波场幅度很强，区块C和F散射波场幅度很弱.由上已述，区块F 位于深断裂带下方，散射波场幅度很弱不难理解；而区块C可能反映克拉通盆地的正常结晶基底.区块A 位于阿瓦提坳陷南端，不仅属于强散射结晶基底，而且隐约可见不连续的骨片状地震反射波组，产状平缓，多组平行，向下延深到9s之后逐渐变为散射(见图 6字母A 位置).这种隐含层状反射体的结晶基底与J01剖面含拱弧反射体的结晶基底不同，说明阿瓦提坳陷南端在盆地萌芽期所处沉积环境异于塔里木盆地其它地区.

如上已述，地质学家根据邻区露头观测认为，塔里木盆地有塔南型和阿克苏型两种不同的基底类型.塔南型基底为混合片麻岩､麻粒岩组成，在地震剖面上表示为弱而且分布均匀的散射波场，以J03剖面最为典型.阿瓦提坳陷的基底归属于北塔里木地块的阿克苏型，以中､上元古界的浅变质岩为基底；地层比较新，在地震剖面上的反映的确不同于弱而且分布均匀的散射波场，而呈现为隐含层状反射体的散射波场.由于大陆科学钻探结果表明^[23-26]，副片麻岩继承了源岩沉积岩的多种属性，具有很强的各向异性，可以产生一定强度的反射；因此，可以把J02线阿瓦提坳陷南端之基底解释为副片麻岩类型结晶基底.

最能体现克拉通型古老结晶基底特征的是J03线地震剖面(图 7).剖面散射波场弱而且整体分布均匀，没有明显定向的反射波列出现.参照中国大陆科学钻探对结晶岩石地震组构的标定，这种情况与正片麻岩为主要成分的结晶基底的散射特征吻合.正片麻岩结晶基底源岩一般就是结晶岩，又经历了区域变质作用，而区域变质具有普遍重结晶及匀化介质的作用.时代越古老，岩石受变质期次越多､程度越高，相应副变质岩的沉积岩就越来越多地转化为正片麻岩，整体组构就越均匀，从而使地震散射作用弱化而且分布均匀.J03 线地震剖面反射体T83以下反映了大型克拉通盆地刚性的结晶基底的特征，这就是弱而且整体分布均匀散射波场图像.由于正片麻岩重结晶程度高，因此结晶基底更具刚性，这对上方沉积盆地的长期稳定发育是很有利的.沉积盆地的长期稳定发育也是大型油气藏形成的有利条件之一.

5.1 大型克拉通内部沉积盆地基底组构特征，可通过加大反射地震记录长度的剖面来研究.本次调查将地震剖面接收记录从6s加长到12s，采集处理的成本只增加了3% 左右，但是可为研究克拉通盆地结晶基底和上地壳不均匀性提供很有价值的第一手资料.

5.2 大型沉积盆地的结晶基底是不均匀的，反映出不同的散射地震组构，如含拱弧反射体的结晶基底､隐含层状反射体的结晶基底与散射弱而且整体分布均匀的结晶基底等.

5.3 古老克拉通型结晶基底地震组构的特征为整体分布均匀的弱散射波场，没有明显定向的反射波列出现.这种组构主要是岩石经历多期区域变质作用的结果.

5.4 深反射地震剖面能准确圈定玄武岩侵位的形态.玄武岩侵位引起上覆沉积岩层上隆错断，反映为散射波增强.由于玄武岩密度大，磁性强，伴生有正布伽重力异常和航磁异常群.

5.5 识别出大型沉积盆地的结晶基底的性质与类型是地质学家非常关注的课题，关于本次调查结果的综合地质解释，将另拟文发表.