塔里木盆地是我国最大的内陆盆地,面积约56万km2。盆内腹地的塔克拉玛干沙漠面积达33.7万km2,被称为“死亡之海”,浩瀚无垠。前人根据物探资料,认为盆地具有一个较稳定的地台型基底,其内部以中央隆起带为界,划分为塔北和塔南两部分,确定了从古生界至新生界多个含油气层位,并于1984年在奥陶系灰岩中喷出高产工业油气流,实现了下古生界海相碳酸盐岩的首次重大突破(《中国石油天然气的勘查与发现》编写组,1992)。塔里木盆地可按地史演化特征分为4个阶段:
第一阶段:寒武纪至奥陶纪时的塔里木盆地,在克拉通内坳陷和大陆边缘沉积丰富的油气源岩,具自生储盖体系。克拉通内主要有寒武系和中上奥陶统两套生油岩,以泥质碳酸盐和泥质岩为主,厚约500m。大陆边缘即库鲁克塔格以南的满加尔坳陷,主要为寒武系和中下奥陶统的黑色页岩与暗色微晶碳酸盐岩,厚约300~1000m,有机质丰度高,是塔里木盆地古生代海相油气的主力生油岩,现仍完整保存于腹地的面积达8万km2(注:上奥陶统为碎屑浊积岩,无生烃力)。晚奥陶世是泛华运动的主幕,边缘已造山,志留系为海退序列碎屑岩,克拉通上转为面状古隆起,部分地区缺失中晚志留世沉积。泥盆系为晚古生代海侵上超地层,超覆在志留系和中下奥陶统上,海侵由南西向北东方向。
第二阶段:奠定塔里木盆地油气构造总貌的泛华夏-海西运动,在塔北和塔中古隆起上有长的沉积间断,奥陶纪的碳酸盐岩发生古岩溶喀斯特化,与上覆下石炭统接触面之间的溶孔洞-裂缝,成为工业油气流的重要储集体(前陆盆地演化阶段,克拉通上转为前陆隆起)。石炭纪时的海侵比泥盆纪时向北东方向扩大,沉积了碎屑岩和碳酸岩,但在天山海槽区则沉积了厚达万米的含火山物质地层。海西晚期天山海槽最终消失,碰撞造山,塔里木海盆转变为以(塔北)中央隆起分隔的两个陆盆,即西南和东北坳陷区。海西运动既为油气圈闭创造了有利的构造空间,也造成严重的油气散失。
第三阶段:中生代及古近纪除库车山前坳陷外,陆盆相对稳定。塔东北陆盆仍以满加尔为中心,沉积了约1500m厚的碎屑岩。西南陆盆的沉降幅度和范围相对要小一些,但上述两个陆盆都有一定的生油条件,处于低成熟到成熟阶段。
第四阶段:新近纪至第四纪为塔里木盆地统一期,由于塔里木已远离造山带,地温梯度较低,地层中间夹较差的生油岩,一般未达成熟阶段。但新近系覆盖下的古生界及三叠系油源岩进入成熟至过成熟期,生油、气量大大增加,而且形成大区域的良好封盖系统,使油气免遭散失,从而形成一批重要油气藏。