刘　阵，王　鹏，张洪美，梁全胜，仓　辉，刘　瑛（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安710075）



费尔干纳盆地形成演化及其对油气成藏的控制作用

刘阵，王鹏，张洪美，梁全胜，仓辉，刘瑛
（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安710075）

摘要：通过对费尔干纳盆地钻井、取心和地球物理资料的综合分析，结合区域地质认识，研究了天山造山带的活动与费尔干纳盆地形成演化之间的关系，阐述了盆地形成演化对油气成藏的控制作用，并探讨了影响盆地形成演化的地球动力学背景。研究认为，费尔干纳盆地的形成演化与天山造山带和帕米尔地块的活动密切相关，盆地东北缘的塔拉斯—费尔干纳断裂对盆地的形成演化与沉积展布有重要的制约作用；盆地经历了晚二叠世—早三叠世山间拗陷阶段、晚三叠世构造抬升阶段、早侏罗世—中侏罗世盆地雏形形成阶段、晚侏罗世—早白垩世构造抬升阶段、晚白垩世—古近纪持续沉降阶段和新近纪—第四纪构造抬升阶段；费尔干纳盆地生油层、储集层和盖层形成于构造平静期，油气运移和成藏于构造活跃期。

关键词：费尔干纳盆地；构造运动；南天山；油气成藏；帕米尔地块；塔拉斯—费尔干纳断裂

费尔干纳盆地位于吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦和塔吉克斯坦的交界处，是天山造山带（中国天山的西延部分）内的一个山间盆地，呈北东—南西向展布，形状近似三角形，面积41 179 km2（图1）。前人对费尔干纳盆地的研究始于20世纪，1904年发现了第一个油田——奇米翁油田。费尔干纳盆地具有良好的油气勘探前景[1-3]，研究费尔干纳盆地的形成演化及其对油气成藏的控制作用，对深入研究我国西部山间含油气盆地具有非常重要的意义。

受资料所限，前人将费尔干纳盆地演化简单划分为构造隆升、拉张热沉降和挤压造山阶段（或地槽、地台与山间盆地阶段），油气勘探也主要着重于非构造油气藏的寻找和超深层勘探[4-5]。2010年以来，随着对费尔干纳盆地周缘造山带和区域断裂系统研究的逐渐深入，发现盆地的形成演化与天山造山带和帕米尔地块的活动有关[6-7]。另外，盆地东北缘北西—南东走向的塔拉斯—费尔干纳断裂不同期次的右行走滑运动，对盆地西南部狭窄、东北部较宽的几何形态有明显的控制作用[8-9]，并对盆地烃源岩展布有重要的影响[10]。因此，有必要结合区域构造认识，对费尔干纳盆地形成演化进行深入研究。本文通过分析盆地形成演化的影响因素与划分盆地演化阶段，阐述了费尔干纳盆地形成演化对油气成藏的控制作用，并探讨了盆地演化的地球动力学背景。

图1　费尔干纳盆地构造位置

1　区域地质背景

费尔干纳盆地东北部较宽，向西南逐渐收敛变得狭窄。天山造山带以北为极其稳定的哈萨克斯坦地盾，以南为相对“活跃”的帕米尔地块和塔里木微陆块（图1a）。北西—南东走向的塔拉斯—费尔干纳断裂将天山造山带划分为西南天山和东北天山。在西南天山，费尔干纳盆地被中天山和南天山造山带所围限，帕米尔地块向北逆冲在费尔干纳盆地南部天山造山带之上（图1b），此乃塔拉斯—费尔干纳断裂后期持续右行走滑的动力学原因[11]。费尔干纳盆地的南部边界为近东西走向的南费尔干纳断裂，西北部边界为北东—南西走向的北费尔干纳断裂，2条断裂均向盆地方向逆冲。盆地的东北部边界为塔拉斯—费尔干纳断裂伴生的一系列具有右行走滑性质的分支断裂（图1b）。

费尔干纳盆地基底由古生界灰岩、砂岩、页岩、千枚岩和岩浆岩组成，出露于盆地周边，局部轻微变质；上二叠统—下三叠统“过渡性复合沉积”超覆在基底之上，发育磨拉石和凝灰岩组成的狭窄的箕状地堑沉积，可能为古特提斯洋关闭期间的弧后沉积序列[12]；下侏罗统—渐新统“台地复合沉积”以高角度不整合覆盖于“过渡性复合沉积”之上，侏罗系为湖泊、沼泽、冲积平原等陆相沉积，白垩系为陆相—海陆交互相—浅海相—局限台地相的沉积序列，古近系陆表海沉积主要为上部碎屑岩、碳酸盐岩和下部石膏层的组合；新近纪—第四纪受印度板块与欧亚板块碰撞的影响，在费尔干纳盆地周缘发育磨拉石沉积（图2）。

费尔干纳盆地中部北东—南西向展布的中央地堑为早期断陷成因，其边界断裂多经历了后期的构造反转[13]。受天山造山带向费尔干纳盆地逆冲推覆的影响，在盆地南缘、北缘造山带和中央地堑之间形成了平行于天山造山带的逆冲断阶带和台阶带，盆地南部台阶带还伴生许多凹陷带（图3a）。

2　费尔干纳盆地形成演化

2.1费尔干纳盆地形成演化的影响因素

深部地球物理资料显示，造山带之下存在莫霍面下插趋势，中下地壳向造山带之下的地幔发生俯冲消减，上地壳造山带向两侧盆地逆冲推覆[14]，从而使盆地和造山带在成因机制上表现为耦合关系[15]。费尔干纳盆地以北的哈萨克斯坦地盾极其稳定，受南部帕米尔地块构造运动影响，应力在天山内部集中，导致天山造山带隆升和塔拉斯—费尔干纳断裂右行走滑运动。天山造山带的隆升及向盆地方向的逆冲推覆制约了费尔干纳盆地的形成演化与沉积展布；塔拉斯—费尔干纳断裂的右行走滑运动对盆地西南部狭窄、东北部较宽的几何形态有明显的控制作用。同时，受应力集中与构造格架的控制，费尔干纳盆地在中、新生代表现出逆时针旋转[16]。

帕米尔地块自北向南存在有古生代、中生代和新生代的缝合带，由不同的微地块在不同的时期由南向北拼贴而成[17]。地块拼贴产生的应力使帕米尔地块逆冲在费尔干纳盆地南部天山造山带之上，导致天山内部盆山系统之间的耦合。事实上，帕米尔各个微地块的拼贴、碰撞，与区域上塔里木微陆块、羌塘地块、拉萨地块、喀喇昆仑地块的先后拼贴、碰撞是同步的，它们共同组成了欧亚板块的一部分。

2.2费尔干纳盆地形成演化阶段

通过对费尔干纳盆地钻井和地球物理资料的分析，结合区域地质认识，综合研究认为费尔干纳盆地的形成演化可划分为6个阶段。

图2　费尔干纳盆地地层综合柱状剖面（据IHS数据库修改）

（1）晚二叠世—早三叠世山间拗陷阶段费尔干纳盆地是由南天山和中天山造山带所围限的山间盆地，南天山与中天山造山带在晚二叠世完成拼贴，盆地内二叠系区域性不整合面反映了该期构造事件。其后在费尔干纳地区发育上二叠统—下三叠统箕状地堑沉积，这种北东—南西走向的箕状地堑沉积主要发育在盆地东南部和北部，考虑到盆地后期经历了逆时针旋转，盆地当时的形态可能是南天山和中天山造山带山前箕状地堑组成的呈东西向展布的狭长的山间坳陷（图3b，图4）；另外，塔拉斯—费尔干纳断裂从晚石炭世开始表现出右行走滑，二叠纪—三叠纪是其重要的右行走滑期，山间坳陷的东部受断裂右行走滑运动的影响开始变得宽阔。

图3　费尔干纳盆地现今构造单元划分及油气田分布（a）和费尔干纳盆地形成演化示意（b）

图4　费尔干纳盆地南北向构造演化剖面与油气成藏模式（剖面位置见图3a）

（2）晚三叠世构造抬升阶段晚三叠世，受帕米尔微地块拼贴、碰撞的影响，帕米尔地块向北逆冲在费尔干纳南部天山造山带之上，该期构造运动对应区域上羌塘地块与欧亚板块的拼贴事件。由于帕米尔地块向北逆冲，应力在吉尔吉斯斯坦天山构造带内集中，导致造山带地壳缩短，费尔干纳盆地南部主要表现为天山山体的隆升，东北缘塔拉斯—费尔干纳断裂主要表现为地壳的水平位移。在费尔干纳盆地内存在三叠系内部区域性不整合面，在靠近造山带部位发育陆相磨拉石沉积（图2）。

（3）早侏罗世—中侏罗世盆地雏形形成阶段经过晚三叠世构造抬升运动，费尔干纳地区天山山体隆升，中天山—南天山山间坳陷的东部在南北向上逐渐开阔，并沉积了侏罗纪拉张环境下的湖相、沼泽相泥岩和煤系地层，盆地的“雏形”得以形成。受塔拉斯—费尔干纳断裂的右行走滑运动影响，下侏罗统冲积平原沉积主要发育在盆地西南部，并向东部和东北部延展（图3b，图4）。从侏罗纪开始，费尔干纳盆地发育了较厚的陆相层序，盖层加厚并逐渐沉降。侏罗纪是中亚地区区域性的应力拉张时期，塔拉斯—费尔干纳断裂表现为扭张性质。

（4）晚侏罗世—早白垩世构造抬升阶段费尔干纳盆地雏形在早—中侏罗世形成，晚侏罗世—早白垩世进入构造抬升阶段。受帕米尔微地块拼贴影响，天山造山带继续隆升，塔拉斯—费尔干纳断裂右行走滑运动加剧，该期构造运动对应区域上拉萨地块与欧亚板块拼贴事件，周缘造山带样品磷灰石裂变径迹数据及其热演化历史模拟均反映了该期构造抬升运动。在费尔干纳盆地内存在侏罗系内部不整合面，上侏罗统底部存在较厚的砂砾岩，下白垩统底部在靠近造山带部位发育陆相磨拉石沉积（图2），上侏罗统和下白垩统被不同程度地剥蚀。

经历晚侏罗世—早白垩世构造抬升运动，塔拉斯—费尔干纳断裂右行走滑运动错断南天山造山带并造成较大水平位移，盆地东缘被南天山部分围限。

（5）晚白垩世—古近纪持续沉降阶段晚白垩世，受帕米尔地块拼贴影响，天山造山带和塔拉斯—费尔干纳断裂继续活动，该期构造运动对应区域上喀喇昆仑地块的活动。费尔干纳盆地在白垩纪—古近纪为陆表海环境，晚白垩世构造抬升运动只是引起沉积水体变浅，造成盆地在古新世发育局限盆地的石膏与白云质泥岩互层沉积[18]。周缘造山带样品磷灰石裂变径迹热演化历史模拟表明[19]，晚白垩世—古近纪为构造平静期，费尔干纳盆地经历了相当长时间的持续沉降。盆地主体在晚白垩世发育海相灰岩沉积，古近纪中晚期为海相灰岩、灰泥岩沉积。

经历了晚白垩世构造抬升运动，费尔干纳盆地东北缘基本上被南天山所围限。盆地形态的基本定型和盖层的稳定沉降标志着费尔干纳盆地的形成（图3b，图4）。

（6）新近纪—第四纪构造抬升阶段新近纪—第四纪，受印度板块与欧亚板块碰撞的远程效应影响，天山造山带和塔拉斯—费尔干纳断裂剧烈运动，表现为天山造山带的快速隆升、断裂-褶皱构造的重新活动、费尔干纳断裂带的隆升和加剧的右行走滑运动。已有资料表明，天山造山带现今的隆升速率是地质史上最大的；塔拉斯—费尔干纳断裂从古生代末至今水平断距达200 km，新近纪以来的断距接近100 km，且主要表现为断裂地体的逆时针旋转[20]。剧烈的构造抬升运动导致盆地内靠近造山带部位古近系的剥蚀以及巨厚的磨拉石、冲积物沉积，在盆地内存在新近系与古近系之间的区域性不整合面。

3　盆地形成演化对油气成藏的控制

受区域构造运动，尤其是帕米尔地块活动的影响，费尔干纳盆地从晚二叠世—早三叠世天山内部山间坳陷逐渐演变为现今形态，盆地主要发育侏罗系、白垩系和始新统3套烃源岩。盆地中部北东—南西向展布的中央地堑为早期断陷成因，在早—中侏罗世区域伸展环境下沉积了相当厚的湖相、沼泽相泥页岩，白垩纪随着埋藏变深，侏罗系烃源岩开始成熟并在晚白垩世达到生烃高峰，同时发生了自中央地堑向南、北天山造山带方向的初次运移；后期受新近纪—第四纪喜马拉雅运动影响，造山带向盆地内逆冲，形成南部台阶带、北部台阶带和北部逆冲断阶带，原油裂解为天然气，沿中央地堑和南部台阶带、北部台阶带之间的斜坡发生二次运移。晚白垩世—古近纪为特提斯洋环境下的区域构造平静期，盆地沉积范围扩大并经历了稳定沉降阶段。白垩系烃源岩主要为上白垩统乌斯特里奇组区域海侵层，在古近纪末成熟，现已达过成熟阶段，以生气为主；始新统海相泥岩、泥灰岩烃源岩在中新世中—晚期成熟并开始运移，以生油为主[21]。

费尔干纳盆地自下而上发育侏罗系、白垩系、古近系和新近系4套含油气层。侏罗系和白垩系含油气层主要产天然气，侏罗系为洪积相粉砂岩夹细砂岩储集层，天然气多分布于背斜翼部，为构造-岩性油气藏；白垩系为湖相、浅海相砂岩与灰岩储集层，以砂岩为主，圈闭类型较为复杂。古近系和新近系含油气层主要产油，古近系为浅海相、滨岸相砂岩与灰岩储集层，产层以灰岩储集层为主；新近系陆相粗粒砂岩储集层的油来自古近系，通过构造裂缝、不整合面等通道运移而来。盆地发育上侏罗统泥岩和膏岩、下白垩统泥岩与始新统上部—渐新统泥岩区域性盖层。

从费尔干纳盆地形成演化阶段上看，盆地演化对盆地油气成藏有一定的控制作用。费尔干纳盆地生油层、储集层、盖层多沉积于早—中侏罗世和晚白垩世—古近纪的稳定沉降阶段，对应区域上的构造平静期；油气运移并成藏多发生在构造抬升阶段，对应区域上的构造活跃期。受区域构造运动，尤其是新生代喜马拉雅运动远程效应的影响，盆地南、北形成逆冲断阶带和台阶带，发育断层相关褶皱等有利构造圈闭，油气由生烃凹陷沿斜坡、断裂或不整合面运移到南、北部台阶带而成藏。目前的勘探结果表明，费尔干纳盆地油气田主要分布于南、北部台阶带，盆地东北部的马利苏凸起也有大的油气田发现（图3a）。油气主要储集于始新统—中新统砂岩和灰岩储集层，占盆地已发现最终可采油气储量的75%.

4　结论

（1）帕米尔地块不同时期向天山造山带的逆冲作用，形成天山内部盆山系统之间的耦合，是费尔干纳盆地形成演化的动力学因素；盆地东北缘的塔拉斯—费尔干纳断裂对盆地的形态演化与沉积展布有重要的制约作用。

（2）盆地经历了山间拗陷（晚二叠世—早三叠世）、盆地雏形（早侏罗世—中侏罗世）、持续沉降（晚白垩世—古近纪）和构造抬升（晚三叠世，晚侏罗世—早白垩世，新近纪—第四纪）6个演化阶段。

（3）费尔干纳盆地生油层、储集层和盖层形成于构造平静期，油气运移并成藏于构造活跃期。侏罗系烃源岩在白垩纪开始生油，新近纪烃源岩达到生气门限；白垩系烃源岩在古近纪末成熟，现已达过成熟阶段；始新统烃源岩在中新世中—晚期生油并开始运移。

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（编辑曹元婷）

Formation and Evolution of Fergana Basin and Its Controlling Effect on Hydrocarbon Accumulation

LIU Zhen, WANG Peng, ZHANG Hongmei, LIANG Quansheng, CANG Hui, LIU Ying
（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., LTD, Xi’an, Shaanxi 710075, China）

Abstract：This paper analyzed the drilling, coring and geophysical data from Fergana basin, studied the relationship between Tianshan oro⁃genic belt activities and Fergana basin formation and evolution, combined with the previous regional geology recognitions, illustrated the controlling effect of its formation and evolution on hydrocarbon accumulation, and discussed the geodynamic setting influencing this basin’s formation and evolution.It is recognized that the formation and evolution of Fergana basin are closely related to Tianshan orogenic belt and Pamir massif activity, the Talas-Fergana fault in northeastern margin of Fergana basin has an important restrictive function on formation, evolution and sedimentary distribution of the basin; this basin experiences six stages in evolution: the intermountain depression (P2-T1), the tectonic uplift (P2), the prototype basin formation (J1-J2), the tectonic uplift (J3-K1), the continuous subsidence (K2-E), and the tectonic up⁃lift (N-Q); the source, reservoir and cap rocks are formed in the tectonic quiet period, and the petroleum migration and hydrocarbon accu⁃mulation occur in the tectonic active period in Fergana basin.

Keywords：Fergana basin; tectonic movement; South Tianshan mountains; hydrocarbon accumulation; Pamir massif; Talas-Fergana fault

作者简介：刘阵（1984-），男，山东济宁人，工程师，博士，石油天然气地质，（Tel）15029299829（E-mail）cugblz@163.com.

基金项目：延长石油吉国勘探开发潜力评价项目（ycsy2012ky-A-14）

收稿日期：2015-07-06

修订日期：2015-11-09

文章编号：1001-3873（2016）01-0120-05

DOI：10. 7657/XJPG20160123

中图分类号：TE111.1

文献标识码：A