寒武纪—中奥陶世，塔里木克拉通坳陷发育厚层碳酸盐岩。中加里东—海西期的挤压构造运动形成了古隆起，成为奥陶系碳酸盐岩古岩溶的基础。基于大量地震、钻井和地质露头资料，分析了古生代多期构造运动和不同阶段岩溶作用的古岩溶发育，并推测了各阶段的古地貌和古岩溶水系统。

碳酸盐岩和非碳酸盐岩的构造运动产生的裂缝对于水循环至关重要，因此，深层碳酸盐岩中的岩溶发育至关重要。塔里木盆地古岩溶根据古地貌、岩溶化程度和层理可分为塔河型、缓山型、高陡山型和遮盖半开放型四大类型。

相对而言，塔河型多为山坡，岩溶作用最强；平丘型多位于平原地区或盆地底部，岩溶作用最弱；高陡山型受断层控制，岩溶作用中等；半山型则受断层控制，岩溶作用中等。开放型受降水和水力梯度控制，裂缝通道和溶洞多沿主裂缝发育。总体而言，塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶具有地质历史长、发育阶段多、埋藏深的特点。

古岩溶作用是指新生代以前由于区域构造隆升而暴露或接近地表的碳酸盐岩发生的岩溶作用。当岩溶碳酸盐岩后来由于地壳沉降而被其他沉积层覆盖时，就变成了古岩溶。古岩溶往往与碳氢化合物和地下水的储存和截留直接相关，因而成为石油地质学家和水文地质学家的研究热点。古岩溶作为与区域不整合面相关的油气藏，在1985年召开的“古岩溶系统和不整合面的特征和意义”国际研讨会上得到了广泛的讨论。

我国学者在1990年代对鄂尔多斯盆地和塔里木盆地古岩溶储层特征及其对老储层的控制进行了研究。近十年来，针对塔里木盆地古岩溶油藏，特别是油藏发育特征、分布规律、古储量控制因素、储油量预测方法等方面进行了广泛的研究，并提出了一些新的研究方法。塔河油田油气勘探取得进展。奥陶系古岩溶具有形成时间老、形成期多、埋深深、非均质性强的特点。

塔里木盆地是由南华系—泥盆系海相、石炭系—二叠系海陆过渡带、三叠系—第四系陆相沉积层序组成的大型叠合复合盆地。寒武纪—中奥陶世地质时期发育克拉通内坳陷盆地和克拉通边缘盆地。塔里木盆地中西部克拉通内坳陷盆地由厚层白云岩、膏质白云岩、灰质白云岩和石灰岩组成。

塔里木盆地东北部克拉通边缘盆地由硅质泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩和黑色页岩组成。中奥陶世晚期至晚奥陶世早期沉积相发生显著变化。塔里木盆地西部台地相转变为台陆相交替格局，自北向南发育塔北、塔中、唐南台地，陆架相隔。晚奥陶世发生大规模海侵，淹没了碳酸盐台地，形成了极厚的深水陆棚和斜坡相暗色泥岩和钙质泥岩。

为了了解多期构造隆升过程中岩溶作用的特征，主要针对奥陶系碳酸盐岩进行分析。盆地中西部奥陶系地层可分为下蓬莱坝组、下鹰山组、一间房组三系六层。上恰尔巴克组、良里塔格组、桑塔木组。蓬莱坝组主要由白云石组成。鹰山组下层为厚层白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩，上层为厚层灰岩。

一间房组主要由粒岩、泥晶岩、海绵礁灰岩组成。恰尔巴克组厚约20～50米，由紫色、棕灰色丘疹状泥质灰岩和泥质灰岩组成。良里塔格组主要由厚层深灰色互层钙质泥岩、薄层泥灰岩、绿灰色粉砂岩-细砂岩组成，为混合陆架相。

近年来，塔里木盆地油气勘探进行了大量的地震采集和钻井工作，为认识埋藏古岩溶提供了可能。对古地貌、古断层和古水系统的分析是基于区域地质背景，结合岩性和古生物资料以及大量的2D和3D地震资料。下古生界碳酸盐岩埋藏深度一般大于5000m。深钻井、测井和地震数据经常显示这些岩石中存在古岩溶的迹象。古岩溶迹象包括钻头和钻井液流失、钻井水淹、钻井时间加快、岩心采收率低等。从图中可以看出，存在岩溶特征的断面，CAL和GR值较高，RS值和密度较低。岩心样本显示，空隙被砂岩和泥岩、岩溶角砾岩、化学沉积物（巨晶方解石、钟乳石）、风化裂缝和泥质填充物填充。地震剖面的不连续性显示出强烈的喀斯特洞穴特征，特别是在奥陶纪石灰岩顶部附近。

构造演化分别在早中奥陶世后期、晚奥陶世、中泥盆世晚期和晚二叠世形成了5个主要隆起，导致地层特征复杂多样。尽管对于塔里木盆地西南部、中部和北部隆起的地质时代存在争议, 但对于四大不整合面的看法是一致的。岩溶作用的分布和强度很大程度上受不整合面控制。表 1列出了塔里木盆地4个有特色的主要不整合面及相应的岩溶特征。

晚奥陶世的构造运动在塔中地区形成了一系列北西向、北东向的带状逆冲褶皱，如塔中二号褶皱。逆冲褶皱周围的隆起可能长达数公里，且地表坡度陡峭。由于岩溶斜坡发育有限，岩溶水补给面积小，岩溶作用主要发生在断褶带内。

中泥盆世晚期的构造挤压导致塔北地区显著隆起。自北向南发育喀斯特高原、喀斯特斜坡、喀斯特盆地等大面积喀斯特地貌。断层和褶皱同时发育，加剧了喀斯特地貌的风化作用，形成残山。此外，地表水和地下岩溶管道系统作为耦合流系统相互作用。二叠纪晚期，塔北地区发生了更多的抬升。喀斯特高原北部中泥盆统喀斯特高原上覆石炭系—二叠系地层遭受侵蚀。奥陶系碳酸盐岩再次受到侵蚀，导致岩溶破坏，如溶洞塌陷、充填等。然而，中泥盆世的残丘、喀斯特森林等喀斯特地貌。

塔河型主要分布在塔北台地。地貌由岩溶高原、岩溶斜坡区、岩溶盆地转变，以岩溶斜坡地貌为主。岩溶作用发生在压实厚度较厚的O 2 yj和O 1~2 ys灰岩中，岩溶阶段为D 2晚期左右。此类喀斯特地貌具有以下特点：（1）大型溶洞系统。根据钻探数据解释，未填充沉积物的最大洞穴达29.49米和37米。根据钻探岩心解释的最大填充洞穴长达 20 米，根据钻井测试解释最大可达 73 m。(2)岩溶作用与不整合面高度相关。岩溶多发育在不整合面250米深度内。(3)多层洞穴。岩溶受各阶段构造运动和岩溶发育周期的控制。

早期岩溶发育处于D 2晚期强烈抬升剥蚀作用后的结构稳定期，岩溶特征由风化带、地表岩溶带、潜水岩溶带、深部缓流带形成。当岩溶层抬升时，后期岩溶在早期岩溶上继续发育，缓流带抬升成为潜水岩溶带，同时又发育新的缓流岩溶带。塔河地区可识别出2～3个岩溶发育旋回。岩溶特征在纵向和横向上均表现出高度的异质性。溶洞保存完好。钻探数据显示，44.2%的洞穴没有被填充，只有29.2%的洞穴被完全填充。钻探数据还显示，充填物质大多不致密，这意味着没有发生大的洞穴塌陷。图中展示了塔北地区岩溶发育的周期。

塔中型岩溶在麦盖特—巴楚—塔中地区广泛分布。岩溶作用主要发生在晚O 1 -早O 3的中营山组（O 1~2 ys）的石灰岩、白云质灰岩和被梁里塔格组（O 3 l）覆盖的白云岩中。塔中地区整体隆起，无大角度不整合面，未经历夷平剥蚀。古地貌较为平坦，无明显岩溶台地和岩溶斜坡，岩溶发育较弱。钻探数据仅显示喀斯特空隙被方解石填充，但没有大型洞穴。岩溶发育层厚度较薄。

与前面讨论的三种类型不同，该类型的岩溶作用发生在中、晚奥陶统碳酸盐岩上，上面覆盖着上奥陶统泥岩。但岩溶作用更多是由于降水通过上层裂隙的水循环渗滤所致。该系统仍然是一个开放的喀斯特系统。此类岩溶位于塔北裂谷斜坡区南端附近。碳酸盐岩层被上奥陶统—志留系泥岩、砂岩覆盖。深水循环主要受南北高差驱动，岩溶作用主要受断裂带控制。该类型的主要特点是：（1）溶洞、空洞多与断裂有关。例如，沿断裂带和靠近断裂带的NS方向上洞穴的数量和尺寸较多，而远离断裂带的洞穴的数量和尺寸则少得多。(2)岩溶分布范围大，埋深300～1000米。(3) 裂缝和空隙被化学沉积物填充，来自地表的物质不多。(4)没有明显的岩溶垂直分带，没有明显的渗流带岩溶特征。

该类型多位于塔里木盆地南部晚奥陶世、中泥盆世形成的背斜逆冲褶皱带上。岩溶作用发生在出露的奥陶系碳酸盐岩中。岩溶高原沿陆面断裂带分布，岩溶斜坡不发育。垂直方向上岩溶发育程度由顶部风化带、向潜水带、向缓流岩溶带递减。典型的喀斯特特征包括大型洞穴、风化裂缝以及空洞-洞穴-裂缝组合。

但与塔河类型相比，洞穴数量少得多，规模也小得多。此类岩溶特征包括：（1）由于高山陡坡断裂作用，岩溶发生深度范围广，如TZ38测井显示岩溶深度为3 485.9~3 487.6 m；Z3井在3837.47～4638.30米处发育岩溶，总深差约1100米。（2）晚奥陶世和中泥盆世，由于构造运动，发生了多层岩溶作用。在（O3l ) 石灰岩，在 O 1–2ys白云质灰岩和石灰白云岩互层中，以及在 O 1p白云岩中。(3)岩溶作用与岩性密切相关。O 3l石灰岩的特征是风化裂缝和充满泥浆和方解石的岩溶空隙。晚奥陶世碳酸盐岩上部以大型溶洞为主，下部溶洞较多，但也可见到一些大型溶洞。

沿断层带的碳酸盐岩由于断裂产生裂缝，渗透性较高，近地表和上部渗透带发生岩溶作用，降水向深层补给，在深层侧流层中也形成岩溶洞穴穿过断层和裂缝。塔北裂谷奥陶系碳酸盐岩的钻探数据显示出显著的喀斯特特征，例如，91%的钻探都触及洞穴，而对于埋藏的碳酸盐岩来说，系统中的水循环必须存在裂缝。例如，塔北裂谷中泥盆世岩溶作用表现为北部为岩溶高原、中部为岩溶丘陵、南部为岩溶山谷。南部喀斯特河谷多为O 3系泥岩、志留系—泥盆系砂岩、泥岩覆盖。断层、裂缝和南北高差为遮盖至半开放岩溶系统的岩溶作用创造了有利的水流条件。钻探资料表明，岩溶作用和溶洞沿断裂带较多，远离断裂带较少，说明断裂和裂缝是盆地岩溶作用的控制因素。

塔里木克拉通盆地寒武纪—中奥陶世沉积了厚层碳酸盐岩。中加里东—海西期区域挤压构造运动导致塔中、塔北古隆起形成，导致奥陶系碳酸盐岩出露，并发生侵蚀和岩溶作用。塔里木盆地的古地貌、古水文地质和岩溶发育旋回受多次构造运动的控制。盆地构造活动产生的裂缝通过增加渗透性和水循环为岩溶作用提供了有利和必要的条件。

多期地层剥蚀作用形成了古岩溶地貌，而古地貌又影响了岩溶的发育。根据喀斯特地貌，根据岩溶发育程度以及岩溶层与上覆地层的分层程度，将塔里木盆地古岩溶分为塔河型（大角度不整合面）、缓山型（低角度不整合面-平行不整合面）四种类型、高陡山型（角度不整合）、覆盖半开放型（连续地层未露头）。相对而言，塔河型岩溶作用最强，缓山型由于其准面岩溶地貌，岩溶作用较弱，高陡山型岩溶作用中等强，但仅分布在逆冲褶皱带沿线或附近。遮盖型和半开放型岩溶作用主要发生在断裂带上，受断裂带和补排带水力梯度的控制。