阿拉斯加北坡盆地楚科奇海域层序格架

于圣杰， 吕　明， 李运振

(中海油研究总院，北京100028)



阿拉斯加北坡盆地楚科奇海域层序格架

于圣杰， 吕明， 李运振

(中海油研究总院，北京100028)

摘要：阿拉斯加北坡盆地经历了石炭纪—中侏罗世的被动大陆边缘阶段、中侏罗世—早白垩世的波弗特海裂谷阶段、早白垩世晚期—现今的布鲁克斯造山和前陆盆地阶段，盆山格局在古生代和现今发生了反转。盆地楚科奇海域可划分为4个一级层序与8个二级层序：4个一级层序为富兰克林巨层序、埃尔斯米尔巨层序、波弗特海裂谷巨层序、布鲁克林巨层序，层序界面分别为T100、JU、K1；8个二级层序为下埃尔斯米尔超层序(SQ1)、中埃尔斯米超层序(SQ2)、上埃尔斯米尔超层序(SQ3)、下波弗特海裂谷超层序(SQ4)、上波弗特海裂谷超层序(SQ5)、下布鲁克林超层序(SQ6)、中布鲁克林超层序(SQ7)、上布鲁克林超层序(SQ8)，层序界面分别为MU、PU、LCU、MAU、MBU。楚科奇海域的有利勘探区带为汉娜坳陷。

关键词：构造演化；层序格架；楚科奇海；北坡盆地；阿拉斯加

0引言

阿拉斯北坡盆地为一经证实的含油气盆地，油气资源丰富，已发现油气资源2p可采累计达310亿桶油当量(IHS公司，2012)，美国最大的油田普鲁德霍湾油田就位于该盆地的东部陆上区域，美国在该盆地还发现一系列大中型油气田，如Lisburen-Pool、Ivishak、Shublik、Sag河与Barrow油田等(姚永坚等，2011)。由于楚科奇海域位于高纬度，受海冰影响，年作业时窗范围短(每年夏季)，勘探开发成本较高，勘探程度低，截至2012年2月，盆地二维地震测线总长22.923万km，三维地震测网1.46万km2，大部分位于陆上区域；盆地已钻探533口井，获得了64个油田或发现(IHS公司，2012)，海上仅有探井7口，获得1个次商业发现。随着我国石油公司的不断发展壮大，本着走向海外的战略方针，值得对该地区进行重点关注。

国外学者Bruynzeel等(1982)做过盆地陆上区域的地质调查，Grantz等(1994)做过盆地区域构造演化的研究，Khain等(2007)对东部波弗特海域的油气富集成藏做过研究，揭示了该区带的油气成藏规律；国内学者姚永坚等(2011)和张鑫(2014)做过盆地构造特征与油气潜力预测方面的研究，系统论述了盆地经历的构造演化期次以及烃源岩、储层、盖层等基本石油地质条件，同时论述了盆地的含油气系统及关键时刻，初步揭示了该盆地海域的成藏规律。但截至目前，尚未有针对盆地楚科奇海域层序地层方面的研究工作。基于有限资料，利用经典层序地层学原理，初步建立了该盆地楚科奇海域二级层序格架，为该地区未来基础资料丰富的条件下聚焦目的层系及进一步选洼定带的研究工作奠定基础。

1盆地概况

北坡盆地是横跨阿拉斯加整个宽度的古生代—新生代盆地，是北极外围最重要的含油气盆地之一(Troutmanetal., 2005)，总覆盖面积约36.5万km2。楚科奇海域面积约12万km2，水深范围10～50m，属宽缓的陆架区。盆地的南界是布鲁克斯山岭，该逆冲造山带是加拿大落基山脉的延伸；北界大致与阿拉斯加北部的波弗特海北部海岸线一致，巴罗隆起将北侧的加拿大盆地与南侧的前陆盆地分隔开。北坡盆地向西延伸到楚科奇海之下、位于美国和俄罗斯边界线处的楚科奇地台；盆地东部的边缘变窄，沿着加拿大和阿拉斯加的边界线，布鲁克斯山脉大致延伸到海岸线。根据确定的范围，北坡盆地可分为4个次级构造单元：盆地北部为北极地台，东南方向为北坡盆地前陆与挤压带，西边是楚科奇地台，楚科奇海域中部为汉娜坳陷(图1)。

图1　阿拉斯加北坡盆地位置与构造单元图1-北坡盆地；2-阿拉斯加大陆；3-构造单元；4-海岸线；5-剖面位置；6-国境线Fig.1　Map showing location and structural units of the North Slope Basin

2构造演化与沉积充填

北坡盆地构造演化经历了4个不同的阶段(图2)。

图2　北坡盆地构造演化剖面模式图(剖面位置见图1，据IHS公司修改，2012)1-海平面；2-富兰克林层序；3-裂谷层序；4-LCD下白垩不整合；5-物源；6-埃尔斯米尔层序；7-布鲁克林层序；8-断层Fig.2　Cross section model showing tectonic evolution of the North Slope Basin (see cross section location in Fig.1, modified from IHS, 2012)

2.1基底挤压变形阶段(中泥盆世之前？)

埃尔斯米尔造山运动影响了现今北坡盆地和布鲁克斯山脉东南部不整合面之下的弱变形的密西西比纪地层单元。

北极地台是北坡地区最古老的区域地体，由中泥盆世或更老的变质岩(类似于已知的富兰克林层序)组成。这些高度变形的岩层构成了阿拉斯加北部的大部分和现今北坡盆地的基底(Bruynzeeletal.，1982；Craigetal.，1985；Mooreetal.，1992)。

2.2被动大陆边缘阶段(早密西西比世—中侏罗世)

晚古生代和早中生代时期，北坡盆地处于被动大陆边缘阶段，北极地台被认为是在该盆地北侧形成的广阔陆架区。早密西西比世—中侏罗世的沉积地层被称为埃尔斯米尔巨层序(Grantzetal.，1994)(图2a、图3a)。

该时期盆地北高南低，主物源为北部隆起的基底剥蚀区，向南往现今布鲁克斯山脉一侧水体加深。先后沉积一套非海相碎屑岩与含碎屑岩的碳酸盐岩，下二叠—下三叠时期沉积一套砂质碎屑岩，期间经历多期海泛与海退，被之上三叠系海相页岩覆盖。该时期盆地大部主要为浅海相环境，形成厚层泥岩、碳酸盐岩台地与局部碎屑岩沉积。

2.3波弗特海裂谷阶段(中侏罗世—早白垩世)

波弗特海裂谷阶段记录了从侏罗纪夭折裂谷到欧特里夫期开始的成功裂谷之间这段约达1亿年的扩张期(Hubbardetal.，1987)，这一扩张导致了加拿大大洋的张开。

早白垩世开始，盆地南部布鲁克斯山脉初始抬升出露地表，裂谷期以盆地北部早白垩发育的裂谷作用为主。北部存在继承性的局部短物源；西部陆架区的楚科奇地台抬升。早白垩晚期，布鲁克斯山脉初始抬升，成为区域物源，碎屑岩发育于盆地的坡折地带。此时北部形成一系列小型地堑-半地堑。该时期先后经历河流-过渡相、边缘相与海相沉积环境(图2b、图3b)。

图3　北坡盆地构造演化平面示意图Fig.3　Plan showing tectonic evolution of the North Slope Basin

2.4布鲁克斯造山和前陆盆地阶段(早白垩世晚期至今)

盆地整体呈现南部抬升、挤压变形和北部沉降的构造格局，早白垩世晚期北坡盆地逐步转化为前陆盆地(Birdetal., 1992)。盆地物源以南部布鲁克斯山脉为主，巴罗隆起带为前渊隆起；北部的构造枢纽线(HingeLine)是一个宽广的断裂带，记载了陆壳向洋壳的转化；盆地中部经历由浅海、局限海向陆相环境的转移。该时期先后经历了浅海相、海相三角洲与河流相沉积(图2c、图3c)。

3楚科奇海域层序格架研究

3.1构造层序格架特征

北坡盆地楚科奇海可划分为4个一级层序与8个(除去基底)二级层序(图4)。

3.1.1富兰克林巨层序该层序由中泥盆世埃尔斯米造山运动形成的或更老的地层组成，构成盆地的基底，其中前密西西比纪的埋深超过1万m，地震上对应T100界面之下的部分。

3.1.2埃尔斯米尔巨层序该套层序对应晚泥盆世末期—中侏罗世被动大陆边缘时期的地层，地震上对应界面T100-JU，自下而上分为3个二级层序：下埃尔斯米尔超层序(SQ1)、中埃尔斯米尔超层序(SQ2)、上埃尔斯米尔超层序(SQ3)，地震上分别对应界面T100-MU、MU-PU、PU-JU，该层序主要发育于楚科奇海域汉娜坳陷地区。

3.1.3波弗特海裂谷巨层序该层序对应中侏罗世—早白垩世盆地北部波弗特海裂谷作用形成的地层，地震上对应界面JU-K1，自下而上分为2个二级层序：下波弗特海裂超层序(SQ4)、上波弗特海裂谷超层序(SQ5)，地震上分别对应界面JU-LCU、LCU-K1。该层序主要发育于北部裂谷带区域。

3.1.4布鲁克林巨层序该套层序对应早白垩世晚期由布鲁克斯造山运动形成的前陆盆地时期的地层，地震上对应界面K1之上的部分，自下而上分为3个二级层序：下布鲁克林超层序(SQ6)、中布鲁克林超层序(SQ7)与上布鲁克林超层序(SQ8)，地震上分别对应界面K1-MAU、MAU-MBU、MBU-地表，该套前陆期层序由南向北减薄。

图4　盆地层序地层格架剖面示意图(位置见图1)Fig.4　Cross section model showing sequence stratigraphic framework of the North Slope Basin (see location in Fig. 1)

3.2各层序界面特征

各个层序界面具有如下特点(图5)。

3.2.1埃尔斯米尔巨层序与富兰克林巨层序的分界面T100为埃尔斯米尔一级层序的底界面，同相轴连续性好。界面之下为全区剥蚀，具中—弱振幅、低频率、低连续性反射特征；界面之上具强振幅、低频率、高连续性反射特征，局部存在上超现象。

3.2.2埃尔斯米尔巨层序内SQ1与SQ2的分界面MU为埃尔斯米尔内的二级层序界面，同相轴连续性好。界面之下具强振幅、低频率、高连续性反射特征，西部与南部地层出现明显剥蚀现象；界面之上具弱—中振幅、低频率、中连续性反射特征。

3.2.3埃尔斯米尔巨层序内SQ2与SQ3的分界面PU为埃尔斯米尔内的二级层序界面，同相轴连续性较好。界面之下具中振幅、中频率、中连续性反射特征，西部与南部地层出现小范围剥蚀现象；界面之上具弱—中振幅、中频率、中连续性反射特征。

3.2.4埃尔斯米尔巨层序与波弗特巨层序的分界面JU为波弗特一级层序的底界面，同相轴连续性好。界面之下基本为全区剥蚀，具强振幅、中频率、高连续性反射特征，东北部出现杂乱反射；界面之上具弱—中振幅、中—高频率、中连续性反射特征。

3.2.5波弗特海巨层序内SQ4与SQ5的分界面LCU为波弗特内的二级层序界面，同相轴连续性好。界面之下基本为全区剥蚀，具弱振幅、中频率、低—中连续性反射特征；界面之上具弱—中振幅、中—高频率、低—中连续性反射特征。

3.2.6波弗特海巨层序与布鲁克林巨层序的分界面K1为布鲁克林一级层序的底界面，同相轴连续性好。界面之下基本为全区剥蚀，具弱振幅、中频率、低—中连续性反射特征；界面之上具弱—中振幅、中—高频率、中连续性反射特征。

3.2.7布鲁克林巨层序内SQ6与SQ7的分界面MAU为布鲁克林内的二级层序界面，同相轴连续性好。界面之下具强振幅、中—高频率、高连续性反射特征，中南部地层出现剥蚀现象；界面之上具弱—中振幅、高频率、高连续性反射特征。

3.2.8布鲁克林巨层序内SQ7与SQ8 的分界面MBU为布鲁克林内的二级层序界面，同相轴连续性好。界面之下具弱振幅、高频率、中连续性反射特征, 中东部地层出现剥蚀现象；界面之上具中振幅、高频率、高连续性反射特征。

4结论

图5　楚科奇海域构造层序格架综合柱状图Fig.5　Comprehensive column of structural sequence framework in the Chukchi Sea

(1) 北坡盆地先后经历了自石炭纪—中侏罗世的被动大陆边缘阶段、中侏罗世—早白垩世的波弗特海裂谷阶段与早白垩世晚期—现今的布鲁克斯造山和前陆盆地阶段，盆山格局在古生代和现今发生了反转。

(2) 北坡盆地楚科奇海域可划分为4个一级层序与8个二级层序：4个一级层序为富兰克林巨层序、埃尔斯米尔巨层序、波弗特海裂谷巨层序、布鲁克林巨层序；层序界面分别为T100、JU、K1；8个二级层序分别为下埃尔斯米尔超层序(SQ1)、中埃尔斯米超层序(SQ2)、上埃尔斯米尔超层序(SQ3)、下波弗特海裂谷超层序(SQ4)、上波弗特海裂谷超层序(SQ5)、下布鲁克林超层序(SQ6)、中布鲁克林超层序(SQ7)、上布鲁克林超层序(SQ8)；层序界面分别为MU、PU、LCU、MAU、MBU。

(3) 被动大陆边缘演化阶段的埃尔斯米尔巨层序主要发育于汉娜坳陷，为楚科奇海域古生界及下中生界主力勘探目的层系，汉娜坳陷也是该区域最有利勘探区域。波弗特海裂谷与前陆盆地早期演化阶段的地层沉积中心主要位于楚科奇台地毗邻北楚科奇盆地的区域，勘探目的层系为上侏罗统—下白垩统的SQ4—SQ6层序，该区域为楚科奇海远景有利勘探区。

参考文献：

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姚永坚,李学杰,杨楚鹏，等，2011. 北极阿拉斯加北坡盆地地质构造特征与油气资源潜力[J].海洋地质前沿,27(12):18-26.

张鑫， 2014. 阿拉斯加北坡盆地海域油气地质及勘探潜力[J].海相油气地质,19(3):43-50.

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Sequence framework of the Chukchi Sea in the North Slope Basin, Alaska

YU Shengjie, LV Ming, LI Yunzhen

(BeijingResearchCenter,ChinaNationalOffshoreOilCorporation,Beijing100028,China)

Abstract：The Alaska North Slope Basin has undergone a passive continental margin stage during Carboniferous-Middle Jurassic, a Beaufort Sea rift stage during Middle Jurassic-Early Cretaceous, and a Brooks orogenic and foreland stage which dates from the late Early Cretaceous to the present, and the basin-mountain patterns have inversed during the Paleozoic and the present. The Chukchi Sea can be divided into four megasequences and eight supersequences. The four meagasequences are the Franklinian, Ellesmerian, Beaufortian and Brookian, with sequence boundaries of T100, JU and K1 respectively, and the eight supersequences are the Lower Ellesmerian (SQ1), Middle Ellesmerian (SQ2), Upper Ellesmerian (SQ3), Lower Beaufortian (SQ4), Upper Beaufortian (SQ5), Lower Brookian(SQ6), Middle Brookian (SQ7) and Upper Brookian (SQ8), with sequence boundaries of MU, PU, LCU, MAU and MBU respectively. The Hanna depression is a favorable exploration zone in the Chukchi Sea.

Keywords：tectonic evolution; sequence framework; Chukchi Sea; North Slope Basin; Alaska

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.303

收稿日期：2015-08-24；修回日期：2015-09-10；编辑：陆李萍

基金项目：国家“十二五”重大专项“大陆边缘盆地类比与油气成藏规律研究”(20112ZX05030-001)

作者简介：于圣杰(1984—)，男，工程师，主要从事综合地质与沉积储层方面的研究工作，E-mail: feiesi@163.com

中图分类号：P539.2

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0303-06