張春宇，趙 越，王 珞

阿拉斯加北坡區(qū)域地質(zhì)演化及油氣資源

張春宇1，2，趙 越2，王 珞2

（1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081）

在收集國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，分析研究阿拉斯加北坡地區(qū)的構(gòu)造演化過程，地層序列及演化階段，并對本區(qū)石油勘探歷史，地質(zhì)特征和油氣資源進(jìn)行了總結(jié)。確定了4個主要地層序列，分別為富蘭克林層序（密西西比系之下），埃爾斯米爾層序（密西西比系—三疊系），波弗特層序（侏羅系—下白堊統(tǒng)）和布魯克斯層序（下白堊統(tǒng)—第四系）。阿拉斯加北坡地區(qū)經(jīng)歷了比較復(fù)雜的演化過程，北坡盆地即位于此。盆地主要經(jīng)歷了3個演化階段，分別為埃爾斯米爾造山階段、同裂谷階段和前陸階段。本區(qū)具有石油遠(yuǎn)景的巖石大多在密西西比紀(jì)及之后的地層中，它們記錄了整個被動大陸邊緣、裂谷和前陸盆地構(gòu)造階段地層序列和地質(zhì)方面的演化。本區(qū)油氣潛力巨大，勘探歷史悠久。石油和天然氣的未探明儲量分別為244.9 ×108桶和2.905×1012m3，頁巖油約9.4×108桶，頁巖氣約1.19×1012m3。

地層特征；地質(zhì)演化；油氣資源；阿拉斯加北坡

美國阿拉斯加州油氣資源豐富，是美國第二大原油產(chǎn)出地，其中阿拉斯加北坡地區(qū)是阿拉斯加州主要的產(chǎn)油區(qū)。這一地區(qū)自然環(huán)境條件惡劣，油氣勘探活動進(jìn)行的相對較晚。自1967年普拉德霍灣超大油田被發(fā)現(xiàn)后，大量的鉆井和地震等勘探活動才在這一地區(qū)進(jìn)行。阿拉斯加北坡地區(qū)演化程度高，構(gòu)造復(fù)雜。前人對該區(qū)域進(jìn)行過許多研究，探討了本區(qū)不同時期不同地區(qū)的地層特征、造山演化和油氣的生、儲、蓋、運(yùn)移等過程。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，區(qū)分了北坡地區(qū)的構(gòu)造演化過程，對每個演化階段進(jìn)行了介紹，將地層分成了4個主要的層序，闡明它們之間的關(guān)系，并對本區(qū)石油勘探歷史，地質(zhì)特征和油氣資源進(jìn)行了總結(jié)。

1 區(qū)域概況

阿拉斯加北坡地區(qū)位于北極圈北部，西邊為楚克奇海（Chukchi Sea），東部為波弗特海（Beaufort Sea），從布魯克斯山脈向北延至近北冰洋沿岸地區(qū)（見圖1）。東西長約1100 km，南北寬100～600 km。阿拉斯加北坡盆地即位于此。阿拉斯加北坡盆地是北極外圍最重要的油氣盆地之一，面積約30萬km2。南部包括布魯克斯山脈山麓地區(qū)（Foothills），這里有一系列向東傾向的波狀丘陵和山嶺。北部邊界幾乎與阿拉斯加北部海岸線重合，被巴羅穹窿（Barrow Arch）所覆蓋［1～2］。

圖1 阿拉斯加北坡平面構(gòu)造圖（據(jù)文獻(xiàn)［3］修改）Fig.1 A map showing the structures in the North Slope of Alaska

阿拉斯加北極區(qū)域包含阿拉斯加北極微型板塊中一個重要的部分［4］，這塊大陸碎片包括布魯克斯山脈、北部斜坡（the North Slope）、波弗特海及楚克奇海陸架周邊地區(qū)、東西伯利亞海部分區(qū)域和Chukotka Peninsula北部地區(qū)。古生物和地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明北坡地體起源于勞倫古陸（Laurentia）［5～6］。阿拉斯加北極微型板塊在侏羅紀(jì)—早白堊世加拿大盆地形成時期，從加拿大北極地區(qū)的邊緣斷裂開來［4，7］。

巴羅穹窿為波弗特裂谷肩（Beaufort Rift Shoulder）頂部。波弗特裂谷肩形成于侏羅紀(jì)—早白堊世加拿大盆地張開時期，從地震剖面圖中可以看出為高位地震基底（見圖2），位于阿拉斯加北極地區(qū)和楚克奇陸架之下，普遍向南下沉，之后向北前進(jìn)了一小段距離，穿過正斷層至波弗特陸架之下很深的深度。

科爾維爾（Coville）前陸盆地是一個東西向非對稱盆地，沉積物向南充填多達(dá)10 km，靠近布魯克斯山脈前。盆地曾經(jīng)的沉降與地殼重荷和沉積物碎屑的聚集有關(guān)。這些沉積物碎屑來自布魯克斯山脈造山帶侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)時期的蝕頂作用。前陸盆地的形成和早期的發(fā)育與加拿大盆地的開張和斷裂在同一時期發(fā)生。

構(gòu)成阿拉斯加北極含油區(qū)南部邊界的布魯克斯山脈和赫德拉高地（Herald）是一個北傾的褶皺沖斷帶。布魯克斯山脈及山麓地區(qū)地層構(gòu)成了一個褶皺逆沖帶。在地貌學(xué)上，布魯克斯山脈長久以來被認(rèn)為是落基山脈向北的延續(xù)［8］。從構(gòu)造上講，布魯克斯山脈是一個大陸俯沖造山帶，長約1000 km，寬約300 km。布魯克斯山脈北部和山前地區(qū)由7個主要的逆沖巖席和外來體組成［9］，經(jīng)歷了至少兩期逆沖推覆作用［10］。

2 區(qū)域地質(zhì)演化

2.1 地層層序

圖2 B?B′地震剖面圖（剖面位置見圖1，據(jù)文獻(xiàn)［12］修改）Fig.2 Seismic cross section map from B?B′

阿拉斯加北坡包括厚度巨大的沉積巖和較少量的火成巖。Lerand［11］將本地區(qū)復(fù)雜的地層分類予以簡化，北坡區(qū)域由4套層序組成（見圖3，圖4），分別為富蘭克林層序（Franklinian），埃爾斯米爾層序（Ellesmerian），波弗特層序（Beaufortian）和布魯克斯層序（Brookian）［11，13～18］，該層序劃分得到了廣泛認(rèn)同。

圖3 A?A′地震剖面圖（剖面位置見圖1，LCU表示下白堊統(tǒng)不整合面，據(jù)文獻(xiàn)［20］修改）Fig.3 Seismic cross section map from A?A′

2.1.1 富蘭克林層序

富蘭克林層序一般指密西西比系之下的地層（見圖1，圖3，圖5）。這套地層包含了多種巖石類型，如變質(zhì)泥巖、雜砂巖、石英巖和碳酸鹽巖，以及一些火山巖如花崗巖，可細(xì)分為3個次一級序列［19］：①新元古代（？）到早泥盆世盆內(nèi)硅質(zhì)碎屑和火山巖序列，在布魯克斯山脈東北部和育空（Yukon）地區(qū)有所發(fā)現(xiàn)［5，14］，它廣泛分布，但對它的了解很少；②新元古代—晚奧陶世臺地碳酸鹽巖序列，在舒布里克和薩德羅奇特山均有出露；③寒武紀(jì)—志留紀(jì)與島弧相關(guān)的火山巖和硅質(zhì)碎屑盆地序列。雖然這套地層序列的埋深超過了10 km，但沿著巴羅穹窿附近的鉆井還是打到了這套地層。這套地層的一部分在海底形成了被動大陸邊緣，向南傾斜加深。探井信息表明這套地層大多包含傾斜較陡的、輕度變質(zhì)的薄層硅質(zhì)黏土巖、泥巖和細(xì)粒石英砂巖。局部地區(qū)，黏土巖包含雜砂巖、灰?guī)r、白云巖和燧石條帶的夾層

圖4 阿拉斯加北坡地區(qū)地層序列（據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.4 Generalized chronostratigraphy in the North Slope of Alaska

圖5 北坡地區(qū)縱向剖面圖（剖面位置見圖1 C?C′，據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.5 Cross section map of the North Slope

［14］。富蘭克林層序因其較高的熱成熟度和普遍較差的儲層質(zhì)量，一般被認(rèn)為是沒有油氣遠(yuǎn)景的“基底”。富蘭克林層序貫穿阿拉斯加北部大多數(shù)地區(qū)，在埃爾斯米爾造山運(yùn)動和變質(zhì)作用中結(jié)束。

2.1.2 埃爾斯米爾層序

早密西西比世的碎屑巖沉積物來源于抬升的富蘭克林層序內(nèi)巖石的剝蝕，位于現(xiàn)今北方波弗特海海岸位置。這些沉積物向南運(yùn)移，沉積在北極阿拉斯加盆地的沿岸和海洋環(huán)境中，一直持續(xù)到早侏羅或者中侏羅世［11］。這套朝南的被動大陸邊緣沉積本質(zhì)上就是埃爾斯米爾層序。埃爾斯米爾層序一般厚度為2～4 km。最下部的沉積物包括陸相的含煤砂巖、頁巖和礫巖；緊接著是一套淺海相黑色頁巖，在北部盆地邊界則是紅綠色泥巖；再向上這些頁巖變?yōu)閰^(qū)域性的碳酸鹽巖臺地，即里斯本群（Lisburne）。里斯本群發(fā)育于密西西比紀(jì)至賓夕法尼亞紀(jì)，是海侵時期一套由南至北的碳酸鹽巖沉積物。晚賓夕法尼亞時期到早二疊世的海退作用使里斯本群上部發(fā)育了不整合界面。這個區(qū)域性不整合面將埃爾斯米爾層序分為上下2個層序，下埃爾斯米爾層序包括上述的埃迪克特群（Endicott）和里斯本群。緊接著沉積的薩德羅奇特群（Sadlerochit）主要為碎屑沉積物。由下自上分別為向北變薄的海相砂巖、泥巖，前三角洲頁巖、粉砂巖，向南進(jìn)積的海相和陸相砂巖、礫巖，最上部為一套正韻律的粉砂巖和泥質(zhì)砂巖。隨后，海侵作用開始，發(fā)育的舒布里克組（Shublik）包括富含生物化石的頁巖、粉砂巖、泥巖和灰?guī)r。在盆地邊界區(qū)域，舒布里克組不整合于薩德羅奇特之上。舒布里克組既是本區(qū)重要的烴源巖，也是重要的儲集層。最后，海相陸架環(huán)境下沉積了一套海退作用下形成的砂巖、粉砂巖單元，即薩格河組（Sag River）。上埃爾斯米爾層序包括薩德羅奇特群，舒布里克組、薩格河組［13～14］。埃爾斯米爾層序沉積時間至少有150 Ma，期間海陸沉積環(huán)境變換多次，該層序發(fā)育一系列變化多樣的碎屑巖和碳酸鹽巖，包括富含油氣的烴源巖，高質(zhì)量的儲集層和蓋層單元，屬于自生自儲型。從楚克奇海厚度最厚的漢娜海槽（Hanna Trough），米迪（Meade）、伊克皮克普克（Ikpikpuk）和烏米亞特（Umiat）次級盆地向南，埃爾斯米爾層序由于逐漸遠(yuǎn)離物源而變薄，同時由于一套上超沉積組合和沉積后的抬升侵蝕作用，埃爾斯米爾層序向北也變?。?3～14，21］。

2.1.3 波弗特層序

Hubbard等［4］最先將侏羅系和下白堊統(tǒng)從埃爾斯米爾層序中單獨(dú)列出，稱作波弗特層序，也有研究者稱之為Barrovian層序［22］。這個序列地層復(fù)雜，泥質(zhì)為主，內(nèi)部含有多種不整合面，厚度變化大。正斷層和沉積物充注的地塹—半地塹主要位于裂谷肩北翼和漢娜海槽的北部地區(qū)。在北坡盆地中間地區(qū)，共計有4個總厚度超過1200 m的地層層序序列，指示出向南進(jìn)積的陸架沉積物——金扎克組（Kingak），這些沉積物最終下超且合并成一個盆地凝縮段［15］。金扎克組主要包含灰黑色至黑色海相頁巖，是重要的烴源巖。根據(jù)地震、測井和錄井資料，金扎克組可進(jìn)一步分為K1—K4等4個沉積序列［23］。K1組沉積中心位于國家石油儲備區(qū)域中部偏北，包括低位、海侵和高位體系域，主要是海相到臨濱的沉積物。K2組包括多個次級層序，每個次級層序都反映了一次強(qiáng)制海退，這就導(dǎo)致了在國家石油儲備區(qū)域的中北部存在廣泛的剝蝕面，沉積物在低位體系域陸架邊緣處沉積，隨后的海侵時期形成分選較好的臨濱砂，上覆頁巖凝縮層。K3組顯示出遠(yuǎn)源相的特征，在沉積過程中海平面大多數(shù)時候都處于一個相對高的位置。K4組為一個陸架邊緣楔，是構(gòu)造抬升的結(jié)果，它包括了低位和海侵體系域。卵石頁巖組合（Pebble shale unit）是一套海侵作用形成的頁巖單元，主要包含灰黑色—黑色、含黏土和泥質(zhì)的頁巖，雜基支撐的角巖和石英質(zhì)卵石或顆粒，也是重要的烴源巖。

波弗特層序裂谷沉積的最早時間點(diǎn)存在很大的不確定性。地震解釋標(biāo)定最老的斷裂同期單元迪庫姆地塹（Dinkum Graben）底部，普拉德霍灣北部海上區(qū)域，現(xiàn)今埋深很深，未被鉆井鉆遇過。

2.1.4 布魯克斯層序

布魯克斯層序時代沒有準(zhǔn)確界定，通常認(rèn)為從阿普特階到第四系。下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)的一個區(qū)別就是后者包含較多的斑脫巖。阿普特階到阿爾布階一般被歸為一套沉積序列，在地震剖面上可以識別出為斜坡深水區(qū)的一部分。這套地層主要為橫向進(jìn)積序列，很少有垂向加積，可推斷當(dāng)時盆地沒有或者很少有抬升。彩色頁巖（Hue）為一個末端凝縮段，厚度在180 m至300 m之間，包含富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁巖和斑脫巖。托洛克組（Torok）包含前三角洲陸架、斜坡和盆地沉積物，厚度從北至南不斷增加（見圖2，圖5），由不足900 m至6000 m左右，主要包括泥巖和細(xì)粒濁積砂巖薄夾層，是一套主要的烴源巖。托洛克組和那努舒克組（Nanushuk）在地震測線上共同顯示出底積層－斜坡－頂積層的組合，由下至上為濁基砂巖，斜坡泥巖，陸架及陸相砂巖，在北坡中西部的大部分地區(qū)都有顯示，表明沉積物向東—東北方向的遷移。坎寧組（Canning）為一個厚層前三角洲頁巖單元，厚度1200～1800 m，包括泥質(zhì)頁巖和斑脫巖頁巖，夾少量細(xì)粒濁積砂巖。薩格瓦尼托克（Sagavanirktok）組為一套厚層淺海相至陸相單元，厚度600～2300 m，其上部界面為一個剝蝕面。布魯克斯層序包含大量來自布魯克斯造山帶的沉積物，向北運(yùn)移充填到相鄰前陸盆地前緣帶［22～24］。布魯克斯層序下部的沉積物通常都包括幾十到上百米的頁巖和砂巖。層序內(nèi)上部巖石一般包括與海岸平原、河流三角洲或者其他陸架上淺水環(huán)境成因相關(guān)的砂巖和頁巖。當(dāng)沉積物向科爾維爾盆地充填時，沉積作用活躍地帶向東移動（見圖3）。也就是說，盆地內(nèi)布魯克斯層序自西向東逐漸由老變新。

在山麓區(qū)的北方，第四紀(jì)沉積物覆蓋在大多數(shù)較老基底之上。多數(shù)第四紀(jì)沉積物包括疏松的沙子和砂礫，其上覆蓋的是高含冰的河流淤泥和砂質(zhì)淤泥，其中有機(jī)質(zhì)含量變化較大。除了河流沉積，阿拉斯加國家石油儲備區(qū)北部以風(fēng)成砂為主，標(biāo)識了冰河時代寒冷、干燥的環(huán)境特點(diǎn)。

2.2 構(gòu)造演化

阿拉斯加北坡經(jīng)歷了比較復(fù)雜的演化過程，北坡盆地為被動大陸邊緣和前陸盆地的疊合盆地，發(fā)育多套沉積（見圖5）。前人對這一區(qū)域的研究提出了很多地質(zhì)地層概念，如阿拉斯加北極聯(lián)合地體，北極阿拉斯加—楚克奇聯(lián)合地體（也稱作阿拉斯加北極微型板塊）［6，25～26］。已有的古生物和地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明，本區(qū)為眾多大陸碎片中的一塊，起源于勞倫大陸東北部［5～6，14］，主要經(jīng)歷了2個造山運(yùn)動，3個明顯的構(gòu)造演化階段——埃爾斯米爾造山階段，同裂谷階段和前陸階段。

2.2.1 埃爾斯米爾造山階段

早泥盆世之前本區(qū)為深水海洋盆地。富蘭克林層序記錄了早古生代—中古生代的收縮變形作用、島弧深成巖作用以及之后泥盆紀(jì)時期的斷裂活動。測井地震數(shù)據(jù)表明北坡盆地密西西比紀(jì)之前巖石強(qiáng)烈變形，并且普遍傾向東［25，27］。埃爾斯米爾造山運(yùn)動發(fā)生在晚泥盆世—早石炭世，伴隨著一系列的褶皺、抬升和花崗巖侵入。埃爾斯米爾造山運(yùn)動標(biāo)志著富蘭克林層序的結(jié)束和斯沃德魯普盆地（Sverdrup Basin）沉積作用的開始。盡管其發(fā)生在晚泥盆世—早石炭世，但主要影響埃爾斯米爾不整合之下地層，即富蘭克林層序。

密西西比紀(jì)時期，下沉和沉積作用在多個次盆地發(fā)生。地震數(shù)據(jù)表明這些次盆地為凹陷或者部分以斷層為邊界（半地塹）。局部上，這些邊界斷層的傾向為正北至北西，落差達(dá)700 m。這些次盆地的形成與阿拉斯加北極大陸被動大陸邊緣在中生代的伸展和沉降有關(guān)［12］。晚泥盆世盆地發(fā)育了一個向南的復(fù)雜被動大陸邊緣，沿著這個被動大陸邊緣的沉降作用導(dǎo)致了晚泥盆世—賓夕法尼亞時期的河流三角洲沉積物和二疊紀(jì)—早白堊世時期半深海、淺海和陸相沉積物向北進(jìn)積，超覆在大陸架和碳酸鹽巖沉積之上［13～14，21］。

2.2.2 同裂谷階段

侏羅紀(jì)和早白堊世發(fā)育了一系列正斷層，其中大部分位于大陸架之下，走向與阿拉斯加北部大陸邊緣近似平行。早期夭折的裂谷作用開始于中侏羅世，發(fā)育因沉積物充填而形成的地塹，位于現(xiàn)今波弗特大陸架之下。晚期的裂谷作用發(fā)生于早白堊世，使得大陸分離，加拿大盆地張開，并北極阿拉斯加地區(qū)產(chǎn)生逆時針位移。兩期裂谷作用之間有一次伸展作用，在迪庫姆地塹地區(qū)有所記錄。沿著新形成的裂谷邊緣向北發(fā)生的沉降作用使得下白堊統(tǒng)和更早時期的地層發(fā)生了彎曲，形成了巴羅穹窿。巴羅穹窿在早白堊世大陸裂解的時候抬升，并暴露在海平面以上，局部發(fā)生了削蝕，但這個穹窿自從早白堊世后期開始逐漸下沉。它是這個時期多個區(qū)域事件共同作用的結(jié)果［4，12，14］。與大陸分離相關(guān)的斷層和抬升作用使巴羅穹窿北翼得以發(fā)育，截斷了下白堊統(tǒng)不整合面的上表面，最終形成大陸邊緣。南翼為向南傾斜的北極地臺。在巴羅穹窿北邊，多期裂谷活動發(fā)育的正斷層形成了迪庫姆地塹，大量的沉積物注入其中。

2.2.3 前陸階段

被洋殼覆蓋的部分北極阿拉斯加地體向南俯沖引發(fā)了弧陸碰撞，并伴隨著晚侏羅世—早白堊世朝北的厚層長距離搬運(yùn)逆沖巖席的侵入，形成了最初布魯克斯山脈的厚層殼體［22，25］。多個布魯克斯造山活動遠(yuǎn)源運(yùn)移的推覆體覆蓋在現(xiàn)今布魯克斯山脈的位置，與之相關(guān)的逆沖斷層和褶皺延伸至科爾維爾前陸盆地白堊系和第三系，位于布魯克斯山麓地區(qū)之下。

布魯克斯造山運(yùn)動始于中侏羅世，露頭資料、地震反射、測井及裂變徑跡數(shù)據(jù)表明其至少發(fā)生了2次擠壓構(gòu)造運(yùn)動［10］。較早期在中侏羅紀(jì)—早白堊世（距今160～120 Ma）活躍的造山帶產(chǎn)生了一個薄皮變形的楔形體，其特征為地殼發(fā)生了上百千米的收縮，并發(fā)育多個遠(yuǎn)距離運(yùn)移的外來體，構(gòu)造起伏相對較小。較晚期（距今60～45 Ma）的造山帶主要發(fā)生在古近紀(jì)［28］，可從前陸盆地褶皺帶的發(fā)育中觀察到。它使較早形成的造山帶變形，產(chǎn)生了一個縮短量相對較小、構(gòu)造起伏卻相對大的沖斷帶和前緣三角帶，并延伸到布魯克斯山脈——赫德拉高地的北部至前陸盆地。磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)表明在距今35～25 Ma時間段，布魯克斯山脈東北部發(fā)生過多次分散的擠壓構(gòu)造運(yùn)動。在研究區(qū)的北極國家野生動物保護(hù)區(qū)域，擠壓構(gòu)造活動一直持續(xù)到晚第三紀(jì)［29］。發(fā)生變形的始新世和第四紀(jì)地層發(fā)育于北極海岸平原和相鄰的波弗特海大陸架上，這表明布魯克斯變形活動持續(xù)到了第四紀(jì)［10，30］。

阿爾必期—第三紀(jì)，沿著布魯克斯山脈大多數(shù)地方，大部分沉積物形成了一個向東至東北方向進(jìn)積的三角洲。這個三角洲最終向北延伸，跨越了巴羅穹窿的西部地區(qū)，沿著加拿大盆地邊緣沉積了一個阿爾布階以及更新的構(gòu)造大陸邊緣地層序列，并最終形成了現(xiàn)今的科爾維爾盆地?？茽柧S爾盆地記錄了從中侏羅世—全新世約170 Ma地球演化的歷史。盆地發(fā)育于晚古生代—早中生代被動大陸邊緣之上，可能經(jīng)歷了2個階段。盆地早期（侏羅紀(jì)—早白堊世）發(fā)育的情況人們知之甚少，只能從保存在布魯克斯造山帶內(nèi)的盆地殘留碎片著手，這些碎片表明當(dāng)時地殼發(fā)生了上百千米的收縮。在距今105～96 Ma期間，也就是兩次造山運(yùn)動之間，布魯克斯山脈地區(qū)發(fā)生了一次伸展作用。盆地在此期間接受了大量布魯克斯山脈造山帶剝蝕下來的沉積物（厚度超過8 km），相比早期產(chǎn)生了大得多的沉積負(fù)載，油氣可能于該階段在烴源巖中生成并發(fā)生了運(yùn)移。由于變形作用普遍發(fā)生在盆地充填之后，所以晚期盆地發(fā)生擠壓變形的確切時間不得而知。盆地最初沉積的是深水沉積物，隨后向西北方向推進(jìn)變?yōu)槿侵藓完懪锍练e。中白堊世—晚白堊世，沉積中心由盆地西側(cè)向盆地中央轉(zhuǎn)變。到第三紀(jì)，沉積中心轉(zhuǎn)移到了盆地東側(cè)。水體和沉積中心的變化表明沉積物對布魯克斯沿岸地區(qū)盆地逐漸充填的過程（見圖3）。

3 區(qū)域油氣資源

阿拉斯加北坡是美國最豐富的油氣產(chǎn)區(qū)之一。本區(qū)含有美國最大的常規(guī)油田——普拉德霍灣油田，同時還有一系列大中型油田，如庫帕魯克油田、卡維克油田等。本區(qū)最早的油氣勘探活動開始于1923年。出于國家安全的考慮，美國海軍邀請美國地質(zhì)調(diào)查局對NPR?4區(qū)域進(jìn)行調(diào)查。二戰(zhàn)期間，一條全長925 km的輸油管線在加拿大和阿拉斯加北坡地區(qū)建成，為軍方提供燃料。1958年之后，商業(yè)公司可以通過購買租讓權(quán)的方式對北坡區(qū)域土地進(jìn)行石油勘探。1968年3月12日，ARCO和Exxon公司的鉆井發(fā)現(xiàn)了普拉德霍灣油田，之后1969年英國石油公司又打了一口井將其證實(shí)。但直到1977年貫穿阿拉斯加的輸油管線建成運(yùn)作之后，普拉德霍灣的油氣才被大量運(yùn)輸出去。普拉德霍灣油田最初儲量約為250×108桶原油，可采儲量超過130×108桶。在20世紀(jì)80年代中期，北坡地區(qū)的石油產(chǎn)量約占美國所有石油產(chǎn)量的1／4，1988年北坡地區(qū)的石油產(chǎn)量更是達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的7.43×108桶。20世紀(jì)90年代以后，由于普拉德霍灣油田產(chǎn)量下降［31］，且新勘探區(qū)塊增加的產(chǎn)量無法抵消下降的產(chǎn)量，阿拉斯加北坡的油氣產(chǎn)量明顯下滑，2013年北坡地區(qū)石油產(chǎn)量僅為2×108桶，約為最高點(diǎn)的27%［32～35］。

阿拉斯加北坡地區(qū)已探明多重油氣系統(tǒng)，許多油氣藏可能是2套甚至多套烴源巖油氣的混合，但目前尚無法對任何一套烴源巖生成石油的比例進(jìn)行定量測定［36］。本區(qū)主要發(fā)育3套烴源巖，分別為三疊系烴源巖，侏羅系烴源巖和白堊系—古近系烴源巖，這3套烴源巖的豐度幾乎占了本區(qū)幾乎所有的烴源巖豐度。三疊系烴源巖包括舒布里克組和其南部遠(yuǎn)端同時期的Otuk組三疊紀(jì)部分，這一部分在布魯克斯山脈沖斷帶前緣出露。侏羅系烴源巖包括金扎克頁巖下部和其南部遠(yuǎn)端的Otuk組Blankenship段的侏羅系部分，這一部分也在布魯克斯山脈沖斷帶前緣出露。白堊系—古近系烴源巖包括下白堊統(tǒng)卵石頁巖組合和伽瑪射線區(qū)（GRZ），上白堊統(tǒng)彩色頁巖，始新統(tǒng)希比組和坎寧組富有機(jī)物層。除了這3套主要的烴源巖，下古生界里斯本群上部也發(fā)育烴源巖。全區(qū)儲集層均以砂巖為主，多為河流－三角洲相、淺海相及深海相，局部地區(qū)里斯本群發(fā)育碳酸鹽巖儲層。蓋層為海相泥巖、頁巖。油氣于早白堊世在本區(qū)南部和西部開始生成，之后向東部和北部擴(kuò)展。陸域油氣的生成可能在晚新生代結(jié)束；東部地區(qū)，沉積作用在波弗特海大陸架上持續(xù)，油氣可能在此持續(xù)生成。油氣藏主要分布于地層圈閉及構(gòu)造－地層圈閉中。晚白堊紀(jì)從布魯克斯山脈剝蝕下來的沉積物埋深巨厚，形成了很多地層圈閉。隨后構(gòu)造的擾動使油氣發(fā)生再次運(yùn)移，向更高位置的構(gòu)造圈閉流動。圈閉內(nèi)油氣的逸散可能發(fā)生在古近紀(jì)，這一時期波弗特裂谷肩部朝東向下傾斜，區(qū)域性的傾斜導(dǎo)致普拉德霍灣油田油氣溢出，并再次運(yùn)移至更淺層圈閉中，導(dǎo)致油氣被生物降解［16，27，34～35］。

阿拉斯加北坡地區(qū)累計已產(chǎn)出石油約151.1×108桶，未發(fā)現(xiàn)的石油和天然氣儲量分別為300×108桶和6.23×1012m3［37］，大部分位于北坡地區(qū)。本區(qū)北部最重要的區(qū)帶主要在布魯克斯（頂積層和濁積相地層圈閉中）和波弗特（主要在頂積層的地層圈閉中，有些也在構(gòu)造圈閉中）層序中，南部重要的區(qū)帶在布魯克斯層序中，包括頂積層和濁積相的構(gòu)造圈閉。在美國地質(zhì)調(diào)查局2009年的評價中，將北坡地區(qū)分為4個區(qū)塊，分別為北坡西部、國家石油儲備區(qū)、北坡中部和1002區(qū)域（見圖6）。其中國家石油儲備區(qū)和1002區(qū)域的石油儲量接近，共計約占86%，約61%的天然氣資源位于國家石油儲備區(qū)域，24%位于北坡中部。每個區(qū)塊具體儲量見表1。在2012年對該區(qū)的評價中，頁巖油約有9.4×108桶，頁巖氣約有1.19×1012m3，天然氣凝析液約有2.6×108桶［38］。

圖6 北坡地區(qū)油氣資源分布（據(jù)文獻(xiàn)［31］ 修改）Fig.6 Distribution of oil and gas resources in the North Slope area

表1 北坡地區(qū)資源儲量（據(jù)文獻(xiàn)［31］修改）Table1 The assessment of oil and gas reserves in the North Slope

4 結(jié)論

阿拉斯加北坡地區(qū)位于北極圈北部，北坡盆地為一個經(jīng)歷了早、中、新生代的疊合盆地。阿拉斯加北坡主要發(fā)育4個地層序列，分別為富蘭克林層序、埃爾斯米爾層序、波弗特層序和布魯克斯層序。富蘭克林層序主要為變質(zhì)巖和火山巖侵入；埃爾斯米爾層序分為上、下2段，以里斯本群之上不整合界面為界，下段以碳酸鹽巖為主，上段以舒布里克組頁巖、泥巖為主；波弗特層序以泥質(zhì)為主，內(nèi)部含有多種不整合面，厚度變化大；布魯克斯層序通常認(rèn)為從阿普特階到第四系。

本區(qū)內(nèi)發(fā)育多個次級盆地，主要經(jīng)歷了3個演化階段，分別為埃爾斯米爾造山階段，同裂谷階段和前陸階段?；诪榍懊芪魑鞅燃o(jì)地層，有花崗巖侵入。密西西比紀(jì)之后，盆地逐漸演化為被動大陸邊緣。侏羅紀(jì)之后盆地經(jīng)歷了2次裂谷作用，后一期裂谷作用使加拿大海盆張開，北極阿拉斯加地體做逆時針運(yùn)動。中侏羅世，布魯克斯造山運(yùn)動開始，由布魯克斯山脈剝蝕產(chǎn)生的沉積物自南西向北東方向運(yùn)移，充填至科爾維爾盆地，變形活動一直持續(xù)到第四紀(jì)。

阿拉斯加北坡地區(qū)油氣勘探活動歷史悠久，是美國最豐富的油氣產(chǎn)區(qū)之一。本區(qū)主要發(fā)育3套烴源巖，儲層主要以砂巖為主，蓋層為海相泥巖及頁巖。油氣藏主要分布在地層圈閉及構(gòu)造－地層圈閉中。本區(qū)儲量中，石油為244.9×108桶，天然氣為2.91×1012m3。

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GEOLOGICAL EVOLUTION AND HYDROCARBON RESOURCES POTENTIAL IN NORTH SLOPE，ALASKA

ZHANG Chun?yu1，2，ZHAO Yue2，WANG Luo2

（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China）

Based on the collected data and materials，we analyze the evolution of tectonic and stratigraphy in the North Slope of Alaska and conclude the history of exploration，geological features and the hydrocarbon resources.Four major sequences are described here which are Franklinian sequence（olderthanMississippian），Ellesmeriansequence（MississippiantoTriassic），Beaufortian sequence（Jurassic to Lower Cretaceous）and Brookian sequence（Lower Cretaceous to Quaternary）respectively.The North Slope of Alaska has gone complicated history of evolution where The North Slope basin evolved here.The basin has experienced three major evolutions which are Ellesmerian orogeny，rift and foreland basin tectonic stage.The North Slope has a large petroleum potential and has gone through a long exploration history.Petroleum prospective rocks in the province，are mostly Mississippian and younger，recording a sequential geological evolution through passive margin，rift and foreland basin tectonic stage.The main mean of undiscovered resources include 24.3 billion barrels of oil，102.6 trillion cubic feet of gas，0.94 billion barrels of shale oil and 42 trillion cubic feet of shale gas.

stratigraphic characteristics；geological evolution；hydrocarbon resources；the Alaska North Slope

TE121.3

A

1006?6616（2014）04?0392?12

2014?06?05

（CHINARE2013?04?03?09）

張春宇（1990?），男，陜西西安人，碩士研究生，主要研究方向沉積學(xué)及石油地質(zhì)學(xué)。E?mail：sheep5678＠163.com