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中国科学院:朱日祥院士-多圈层作用驱动北海盆地油气形成与富集

北海盆地是欧洲最重要的油气产区, 也是众多经典油气地质理论的发源地。

本文从地球多圈层相互作用的视角, 论述了深部动力驱动的陆块碰撞造山、地幔柱隆升和板内变形联合控制的北海盆地“裂谷-前陆-裂谷”演化过程; 发现北海盆地自石炭纪以来持续北向漂移, 在经过低纬度哈德里环流带和中纬度费雷尔环流带时, 分别形成了上石炭统威斯特伐利亚阶煤和含煤页岩、上侏罗统钦莫利组海相页岩两套主要烃源岩。

提出深部过程、构造和海侵-气候演变共同控制了北海盆地不同地区烃源岩的性质、储层和盖层的类型及层位, 在盆地南部主要形成了海陆过渡相煤系烃源岩-沙漠湖相风成砂岩储层-蒸发岩盖层的石炭系-下三叠统富气系统, 在盆地北部则主要形成了海相地堑型烃源岩-三角洲相砂岩和海相灰岩储层-海相致密泥灰岩及泥页岩盖层的上三叠统-古近系富油系统; 盆地后期构造埋深和隆升进一步控制了油气的生成和富集过程, 最终形成了盆地北部富油和南部富气的差异分布格局。

未来亟待从地球多圈层作用的视角, 重新认识大型成熟探区(如北海等超级油气盆地)和低勘探程度区(如鄂霍茨克海域、北极地区)的油气形成富集机制, 为全球油气资源增储提供新的理论支撑。石油工业人工智能的发展应关注北海盆地积累的海量勘探与地质数据, 通过数字地质创新, 实现油气和伴生资源(如氦、氢等)的“碳中和”式综合利用, 为全球油气勘探开发提供新范例。

结论及展望

本文从地球多圈层相互作用的视角, 重建了北海盆地构造演化和沉积充填过程, 系统论证了深部动力过程和海侵-气候演变对油气系统形成、演化的控制作用, 讨论了中高纬度区油气勘探前景, 取得了如下重要认识:

(1) 在深部热-动力过程驱动下, 陆块碰撞造山、地幔柱隆升和陆内变形控制了北海盆地的构造演化和沉积过程。加里东造山后地壳伸展、华力西造山挤压运动、地幔柱隆升以及随后的热沉降等一系列构造过程导致北海盆地依次经历了泥盆纪裂谷盆地、石炭纪前陆盆地和自二叠纪末期以来多阶段裂谷盆地的演化历史, 造成不同沉积体系的时空转换和叠加。

(2) 多圈层相互作用控制了北海盆地油气系统的发育、演化和“北部富油、南部富气”的油气分布格局。北海盆地向北漂移的过程中, 在经过低纬度哈德里环流的ITCZ和中纬度费雷尔环流带时, 分别发育了上石炭统煤和含煤页岩(主要气源岩)以及上侏罗统钦莫利组海相页岩(主要油源岩)。构造、海侵-海退、海洋环流、气候演变共同控制了北海盆地不同地区主要烃源岩的层位和性质、储集层和盖层的类型、层位和分布, 在盆地南部形成了海陆过渡相煤系烃源岩-沙漠湖相风尘砂岩储层-蒸发岩相膏盐盖层的石炭系-下三叠统富气系统, 在盆地北部则形成了海相地堑型烃源岩-三角洲相砂岩和海相灰岩储层-海相致密泥灰岩和泥页岩盖层的上三叠统-古近系富油系统。

(3) 对比研究发现, 鄂霍茨克海盆与同处于中纬度的北海盆地在构造发展和油气演化方面具有诸多类似之处, 如具有相似的山-盆-海构造体系、都受气候环流带的影响、含多个沉积坳陷和多套烃源层、发育有利的生-储-盖叠置组合。因此, 从全球能源战略考量, 鄂霍茨克海盆是未来油气资源发现最值得期待的地区之一, 应高度关注鄂霍茨克海域的油气资源勘探开发. 对比研究结果也进一步指示, 中纬度费雷尔环流带是地质历史上有利于油气富集的另一个重要纬度带。

引用本文

朱日祥,张水昌,王华建,王晓梅,柳宇柯,张旺,郝芳,金之钧.2024.多圈层作用驱动北海盆地油气形成与富集.中国科学:地球科学,54(11): 3433–3457,

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