費(fèi)爾干納盆地形成演化及其對油氣成藏的控制作用

劉　陣，王　鵬，張洪美，梁全勝，倉　輝，劉　瑛（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，西安710075）

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費(fèi)爾干納盆地形成演化及其對油氣成藏的控制作用

劉陣，王鵬，張洪美，梁全勝，倉輝，劉瑛
（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，西安710075）

摘要：通過對費(fèi)爾干納盆地鉆井、取心和地球物理資料的綜合分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識，研究了天山造山帶的活動與費(fèi)爾干納盆地形成演化之間的關(guān)系，闡述了盆地形成演化對油氣成藏的控制作用，并探討了影響盆地形成演化的地球動力學(xué)背景。研究認(rèn)為，費(fèi)爾干納盆地的形成演化與天山造山帶和帕米爾地塊的活動密切相關(guān)，盆地東北緣的塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂對盆地的形成演化與沉積展布有重要的制約作用；盆地經(jīng)歷了晚二疊世—早三疊世山間拗陷階段、晚三疊世構(gòu)造抬升階段、早侏羅世—中侏羅世盆地雛形形成階段、晚侏羅世—早白堊世構(gòu)造抬升階段、晚白堊世—古近紀(jì)持續(xù)沉降階段和新近紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造抬升階段；費(fèi)爾干納盆地生油層、儲集層和蓋層形成于構(gòu)造平靜期，油氣運(yùn)移和成藏于構(gòu)造活躍期。

關(guān)鍵詞：費(fèi)爾干納盆地；構(gòu)造運(yùn)動；南天山；油氣成藏；帕米爾地塊；塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂

費(fèi)爾干納盆地位于吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦和塔吉克斯坦的交界處，是天山造山帶（中國天山的西延部分）內(nèi)的一個山間盆地，呈北東—南西向展布，形狀近似三角形，面積41 179 km2（圖1）。前人對費(fèi)爾干納盆地的研究始于20世紀(jì)，1904年發(fā)現(xiàn)了第一個油田——奇米翁油田。費(fèi)爾干納盆地具有良好的油氣勘探前景[1-3]，研究費(fèi)爾干納盆地的形成演化及其對油氣成藏的控制作用，對深入研究我國西部山間含油氣盆地具有非常重要的意義。

受資料所限，前人將費(fèi)爾干納盆地演化簡單劃分為構(gòu)造隆升、拉張熱沉降和擠壓造山階段（或地槽、地臺與山間盆地階段），油氣勘探也主要著重于非構(gòu)造油氣藏的尋找和超深層勘探[4-5]。2010年以來，隨著對費(fèi)爾干納盆地周緣造山帶和區(qū)域斷裂系統(tǒng)研究的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)盆地的形成演化與天山造山帶和帕米爾地塊的活動有關(guān)[6-7]。另外，盆地東北緣北西—南東走向的塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂不同期次的右行走滑運(yùn)動，對盆地西南部狹窄、東北部較寬的幾何形態(tài)有明顯的控制作用[8-9]，并對盆地?zé)N源巖展布有重要的影響[10]。因此，有必要結(jié)合區(qū)域構(gòu)造認(rèn)識，對費(fèi)爾干納盆地形成演化進(jìn)行深入研究。本文通過分析盆地形成演化的影響因素與劃分盆地演化階段，闡述了費(fèi)爾干納盆地形成演化對油氣成藏的控制作用，并探討了盆地演化的地球動力學(xué)背景。

圖1　費(fèi)爾干納盆地構(gòu)造位置

1　區(qū)域地質(zhì)背景

費(fèi)爾干納盆地東北部較寬，向西南逐漸收斂變得狹窄。天山造山帶以北為極其穩(wěn)定的哈薩克斯坦地盾，以南為相對“活躍”的帕米爾地塊和塔里木微陸塊（圖1a）。北西—南東走向的塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂將天山造山帶劃分為西南天山和東北天山。在西南天山，費(fèi)爾干納盆地被中天山和南天山造山帶所圍限，帕米爾地塊向北逆沖在費(fèi)爾干納盆地南部天山造山帶之上（圖1b），此乃塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂后期持續(xù)右行走滑的動力學(xué)原因[11]。費(fèi)爾干納盆地的南部邊界為近東西走向的南費(fèi)爾干納斷裂，西北部邊界為北東—南西走向的北費(fèi)爾干納斷裂，2條斷裂均向盆地方向逆沖。盆地的東北部邊界為塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂伴生的一系列具有右行走滑性質(zhì)的分支斷裂（圖1b）。

費(fèi)爾干納盆地基底由古生界灰?guī)r、砂巖、頁巖、千枚巖和巖漿巖組成，出露于盆地周邊，局部輕微變質(zhì)；上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)“過渡性復(fù)合沉積”超覆在基底之上，發(fā)育磨拉石和凝灰?guī)r組成的狹窄的箕狀地塹沉積，可能為古特提斯洋關(guān)閉期間的弧后沉積序列[12]；下侏羅統(tǒng)—漸新統(tǒng)“臺地復(fù)合沉積”以高角度不整合覆蓋于“過渡性復(fù)合沉積”之上，侏羅系為湖泊、沼澤、沖積平原等陸相沉積，白堊系為陸相—海陸交互相—淺海相—局限臺地相的沉積序列，古近系陸表海沉積主要為上部碎屑巖、碳酸鹽巖和下部石膏層的組合；新近紀(jì)—第四紀(jì)受印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響，在費(fèi)爾干納盆地周緣發(fā)育磨拉石沉積（圖2）。

費(fèi)爾干納盆地中部北東—南西向展布的中央地塹為早期斷陷成因，其邊界斷裂多經(jīng)歷了后期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)[13]。受天山造山帶向費(fèi)爾干納盆地逆沖推覆的影響，在盆地南緣、北緣造山帶和中央地塹之間形成了平行于天山造山帶的逆沖斷階帶和臺階帶，盆地南部臺階帶還伴生許多凹陷帶（圖3a）。

2　費(fèi)爾干納盆地形成演化

2.1費(fèi)爾干納盆地形成演化的影響因素

深部地球物理資料顯示，造山帶之下存在莫霍面下插趨勢，中下地殼向造山帶之下的地幔發(fā)生俯沖消減，上地殼造山帶向兩側(cè)盆地逆沖推覆[14]，從而使盆地和造山帶在成因機(jī)制上表現(xiàn)為耦合關(guān)系[15]。費(fèi)爾干納盆地以北的哈薩克斯坦地盾極其穩(wěn)定，受南部帕米爾地塊構(gòu)造運(yùn)動影響，應(yīng)力在天山內(nèi)部集中，導(dǎo)致天山造山帶隆升和塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂右行走滑運(yùn)動。天山造山帶的隆升及向盆地方向的逆沖推覆制約了費(fèi)爾干納盆地的形成演化與沉積展布；塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂的右行走滑運(yùn)動對盆地西南部狹窄、東北部較寬的幾何形態(tài)有明顯的控制作用。同時，受應(yīng)力集中與構(gòu)造格架的控制，費(fèi)爾干納盆地在中、新生代表現(xiàn)出逆時針旋轉(zhuǎn)[16]。

帕米爾地塊自北向南存在有古生代、中生代和新生代的縫合帶，由不同的微地塊在不同的時期由南向北拼貼而成[17]。地塊拼貼產(chǎn)生的應(yīng)力使帕米爾地塊逆沖在費(fèi)爾干納盆地南部天山造山帶之上，導(dǎo)致天山內(nèi)部盆山系統(tǒng)之間的耦合。事實上，帕米爾各個微地塊的拼貼、碰撞，與區(qū)域上塔里木微陸塊、羌塘地塊、拉薩地塊、喀喇昆侖地塊的先后拼貼、碰撞是同步的，它們共同組成了歐亞板塊的一部分。

2.2費(fèi)爾干納盆地形成演化階段

通過對費(fèi)爾干納盆地鉆井和地球物理資料的分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識，綜合研究認(rèn)為費(fèi)爾干納盆地的形成演化可劃分為6個階段。

圖2　費(fèi)爾干納盆地地層綜合柱狀剖面（據(jù)IHS數(shù)據(jù)庫修改）

（1）晚二疊世—早三疊世山間拗陷階段費(fèi)爾干納盆地是由南天山和中天山造山帶所圍限的山間盆地，南天山與中天山造山帶在晚二疊世完成拼貼，盆地內(nèi)二疊系區(qū)域性不整合面反映了該期構(gòu)造事件。其后在費(fèi)爾干納地區(qū)發(fā)育上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)箕狀地塹沉積，這種北東—南西走向的箕狀地塹沉積主要發(fā)育在盆地東南部和北部，考慮到盆地后期經(jīng)歷了逆時針旋轉(zhuǎn)，盆地當(dāng)時的形態(tài)可能是南天山和中天山造山帶山前箕狀地塹組成的呈東西向展布的狹長的山間坳陷（圖3b，圖4）；另外，塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂從晚石炭世開始表現(xiàn)出右行走滑，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)是其重要的右行走滑期，山間坳陷的東部受斷裂右行走滑運(yùn)動的影響開始變得寬闊。

圖3　費(fèi)爾干納盆地現(xiàn)今構(gòu)造單元劃分及油氣田分布（a）和費(fèi)爾干納盆地形成演化示意（b）

圖4　費(fèi)爾干納盆地南北向構(gòu)造演化剖面與油氣成藏模式（剖面位置見圖3a）

（2）晚三疊世構(gòu)造抬升階段晚三疊世，受帕米爾微地塊拼貼、碰撞的影響，帕米爾地塊向北逆沖在費(fèi)爾干納南部天山造山帶之上，該期構(gòu)造運(yùn)動對應(yīng)區(qū)域上羌塘地塊與歐亞板塊的拼貼事件。由于帕米爾地塊向北逆沖，應(yīng)力在吉爾吉斯斯坦天山構(gòu)造帶內(nèi)集中，導(dǎo)致造山帶地殼縮短，費(fèi)爾干納盆地南部主要表現(xiàn)為天山山體的隆升，東北緣塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂主要表現(xiàn)為地殼的水平位移。在費(fèi)爾干納盆地內(nèi)存在三疊系內(nèi)部區(qū)域性不整合面，在靠近造山帶部位發(fā)育陸相磨拉石沉積（圖2）。

（3）早侏羅世—中侏羅世盆地雛形形成階段經(jīng)過晚三疊世構(gòu)造抬升運(yùn)動，費(fèi)爾干納地區(qū)天山山體隆升，中天山—南天山山間坳陷的東部在南北向上逐漸開闊，并沉積了侏羅紀(jì)拉張環(huán)境下的湖相、沼澤相泥巖和煤系地層，盆地的“雛形”得以形成。受塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂的右行走滑運(yùn)動影響，下侏羅統(tǒng)沖積平原沉積主要發(fā)育在盆地西南部，并向東部和東北部延展（圖3b，圖4）。從侏羅紀(jì)開始，費(fèi)爾干納盆地發(fā)育了較厚的陸相層序，蓋層加厚并逐漸沉降。侏羅紀(jì)是中亞地區(qū)區(qū)域性的應(yīng)力拉張時期，塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂表現(xiàn)為扭張性質(zhì)。

（4）晚侏羅世—早白堊世構(gòu)造抬升階段費(fèi)爾干納盆地雛形在早—中侏羅世形成，晚侏羅世—早白堊世進(jìn)入構(gòu)造抬升階段。受帕米爾微地塊拼貼影響，天山造山帶繼續(xù)隆升，塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂右行走滑運(yùn)動加劇，該期構(gòu)造運(yùn)動對應(yīng)區(qū)域上拉薩地塊與歐亞板塊拼貼事件，周緣造山帶樣品磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)及其熱演化歷史模擬均反映了該期構(gòu)造抬升運(yùn)動。在費(fèi)爾干納盆地內(nèi)存在侏羅系內(nèi)部不整合面，上侏羅統(tǒng)底部存在較厚的砂礫巖，下白堊統(tǒng)底部在靠近造山帶部位發(fā)育陸相磨拉石沉積（圖2），上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)被不同程度地剝蝕。

經(jīng)歷晚侏羅世—早白堊世構(gòu)造抬升運(yùn)動，塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂右行走滑運(yùn)動錯斷南天山造山帶并造成較大水平位移，盆地東緣被南天山部分圍限。

（5）晚白堊世—古近紀(jì)持續(xù)沉降階段晚白堊世，受帕米爾地塊拼貼影響，天山造山帶和塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂繼續(xù)活動，該期構(gòu)造運(yùn)動對應(yīng)區(qū)域上喀喇昆侖地塊的活動。費(fèi)爾干納盆地在白堊紀(jì)—古近紀(jì)為陸表海環(huán)境，晚白堊世構(gòu)造抬升運(yùn)動只是引起沉積水體變淺，造成盆地在古新世發(fā)育局限盆地的石膏與白云質(zhì)泥巖互層沉積[18]。周緣造山帶樣品磷灰石裂變徑跡熱演化歷史模擬表明[19]，晚白堊世—古近紀(jì)為構(gòu)造平靜期，費(fèi)爾干納盆地經(jīng)歷了相當(dāng)長時間的持續(xù)沉降。盆地主體在晚白堊世發(fā)育海相灰?guī)r沉積，古近紀(jì)中晚期為海相灰?guī)r、灰泥巖沉積。

經(jīng)歷了晚白堊世構(gòu)造抬升運(yùn)動，費(fèi)爾干納盆地東北緣基本上被南天山所圍限。盆地形態(tài)的基本定型和蓋層的穩(wěn)定沉降標(biāo)志著費(fèi)爾干納盆地的形成（圖3b，圖4）。

（6）新近紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造抬升階段新近紀(jì)—第四紀(jì)，受印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，天山造山帶和塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂劇烈運(yùn)動，表現(xiàn)為天山造山帶的快速隆升、斷裂-褶皺構(gòu)造的重新活動、費(fèi)爾干納斷裂帶的隆升和加劇的右行走滑運(yùn)動。已有資料表明，天山造山帶現(xiàn)今的隆升速率是地質(zhì)史上最大的；塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂從古生代末至今水平斷距達(dá)200 km，新近紀(jì)以來的斷距接近100 km，且主要表現(xiàn)為斷裂地體的逆時針旋轉(zhuǎn)[20]。劇烈的構(gòu)造抬升運(yùn)動導(dǎo)致盆地內(nèi)靠近造山帶部位古近系的剝蝕以及巨厚的磨拉石、沖積物沉積，在盆地內(nèi)存在新近系與古近系之間的區(qū)域性不整合面。

3　盆地形成演化對油氣成藏的控制

受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動，尤其是帕米爾地塊活動的影響，費(fèi)爾干納盆地從晚二疊世—早三疊世天山內(nèi)部山間坳陷逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)今形態(tài)，盆地主要發(fā)育侏羅系、白堊系和始新統(tǒng)3套烴源巖。盆地中部北東—南西向展布的中央地塹為早期斷陷成因，在早—中侏羅世區(qū)域伸展環(huán)境下沉積了相當(dāng)厚的湖相、沼澤相泥頁巖，白堊紀(jì)隨著埋藏變深，侏羅系烴源巖開始成熟并在晚白堊世達(dá)到生烴高峰，同時發(fā)生了自中央地塹向南、北天山造山帶方向的初次運(yùn)移；后期受新近紀(jì)—第四紀(jì)喜馬拉雅運(yùn)動影響，造山帶向盆地內(nèi)逆沖，形成南部臺階帶、北部臺階帶和北部逆沖斷階帶，原油裂解為天然氣，沿中央地塹和南部臺階帶、北部臺階帶之間的斜坡發(fā)生二次運(yùn)移。晚白堊世—古近紀(jì)為特提斯洋環(huán)境下的區(qū)域構(gòu)造平靜期，盆地沉積范圍擴(kuò)大并經(jīng)歷了穩(wěn)定沉降階段。白堊系烴源巖主要為上白堊統(tǒng)烏斯特里奇組區(qū)域海侵層，在古近紀(jì)末成熟，現(xiàn)已達(dá)過成熟階段，以生氣為主；始新統(tǒng)海相泥巖、泥灰?guī)r烴源巖在中新世中—晚期成熟并開始運(yùn)移，以生油為主[21]。

費(fèi)爾干納盆地自下而上發(fā)育侏羅系、白堊系、古近系和新近系4套含油氣層。侏羅系和白堊系含油氣層主要產(chǎn)天然氣，侏羅系為洪積相粉砂巖夾細(xì)砂巖儲集層，天然氣多分布于背斜翼部，為構(gòu)造-巖性油氣藏；白堊系為湖相、淺海相砂巖與灰?guī)r儲集層，以砂巖為主，圈閉類型較為復(fù)雜。古近系和新近系含油氣層主要產(chǎn)油，古近系為淺海相、濱岸相砂巖與灰?guī)r儲集層，產(chǎn)層以灰?guī)r儲集層為主；新近系陸相粗粒砂巖儲集層的油來自古近系，通過構(gòu)造裂縫、不整合面等通道運(yùn)移而來。盆地發(fā)育上侏羅統(tǒng)泥巖和膏巖、下白堊統(tǒng)泥巖與始新統(tǒng)上部—漸新統(tǒng)泥巖區(qū)域性蓋層。

從費(fèi)爾干納盆地形成演化階段上看，盆地演化對盆地油氣成藏有一定的控制作用。費(fèi)爾干納盆地生油層、儲集層、蓋層多沉積于早—中侏羅世和晚白堊世—古近紀(jì)的穩(wěn)定沉降階段，對應(yīng)區(qū)域上的構(gòu)造平靜期；油氣運(yùn)移并成藏多發(fā)生在構(gòu)造抬升階段，對應(yīng)區(qū)域上的構(gòu)造活躍期。受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動，尤其是新生代喜馬拉雅運(yùn)動遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響，盆地南、北形成逆沖斷階帶和臺階帶，發(fā)育斷層相關(guān)褶皺等有利構(gòu)造圈閉，油氣由生烴凹陷沿斜坡、斷裂或不整合面運(yùn)移到南、北部臺階帶而成藏。目前的勘探結(jié)果表明，費(fèi)爾干納盆地油氣田主要分布于南、北部臺階帶，盆地東北部的馬利蘇凸起也有大的油氣田發(fā)現(xiàn)（圖3a）。油氣主要儲集于始新統(tǒng)—中新統(tǒng)砂巖和灰?guī)r儲集層，占盆地已發(fā)現(xiàn)最終可采油氣儲量的75%.

4　結(jié)論

（1）帕米爾地塊不同時期向天山造山帶的逆沖作用，形成天山內(nèi)部盆山系統(tǒng)之間的耦合，是費(fèi)爾干納盆地形成演化的動力學(xué)因素；盆地東北緣的塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂對盆地的形態(tài)演化與沉積展布有重要的制約作用。

（2）盆地經(jīng)歷了山間拗陷（晚二疊世—早三疊世）、盆地雛形（早侏羅世—中侏羅世）、持續(xù)沉降（晚白堊世—古近紀(jì)）和構(gòu)造抬升（晚三疊世，晚侏羅世—早白堊世，新近紀(jì)—第四紀(jì)）6個演化階段。

（3）費(fèi)爾干納盆地生油層、儲集層和蓋層形成于構(gòu)造平靜期，油氣運(yùn)移并成藏于構(gòu)造活躍期。侏羅系烴源巖在白堊紀(jì)開始生油，新近紀(jì)烴源巖達(dá)到生氣門限；白堊系烴源巖在古近紀(jì)末成熟，現(xiàn)已達(dá)過成熟階段；始新統(tǒng)烴源巖在中新世中—晚期生油并開始運(yùn)移。

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（編輯曹元婷）

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

作者簡介：劉陣（1984-），男，山東濟(jì)寧人，工程師，博士，石油天然氣地質(zhì)，（Tel）15029299829（E-mail）cugblz@163.com.

基金項目：延長石油吉國勘探開發(fā)潛力評價項目（ycsy2012ky-A-14）

收稿日期：2015-07-06

修訂日期：2015-11-09

文章編號：1001-3873（2016）01-0120-05

DOI：10. 7657/XJPG20160123

中圖分類號：TE111.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A