Question

区域地质构造与盆地分布

Answer 1

由于该区地质构造特征与美国阿拉斯加北坡有许多相似之处，而后者研究程度较高，因此通常通过比较认识该区地质特征，同时也认为该区蕴藏巨大的油气资源潜力。东西伯利亚海-楚科奇海的基底为前寒武纪北极地台的一部分（Khain et al.，2007）。显生宙的沉积中，可以区分出3套地震地层复合体：下古生界-泥盆系，上泥盆统（一些地区为石炭系）-下尼奥科姆统（Neocomian），白垩系-新生界。其时代与北阿拉斯加的富兰克林、埃尔斯米尔和布鲁克斯地层单元相当。剖面上看，研究区大部分为陆相沉积，只有下埃尔斯米尔（石炭系）例外，其碳酸盐岩沉积意义重大。

一、新西伯利亚群岛和北极东北邻近陆地地质

由于该区地质调查程度低，岛屿和陆地地质特征是海区很好的参考对比。Khian et al.（2007）对该区岛屿——新西伯利亚群岛地质及邻近陆地地质和油气指标进行了总结。

弗兰格尔岛构造是由复杂的推覆体组成的，其不同时期的沉积层序和变质层序相互覆盖。推测弗兰格尔岛最老的地层单元是变质页岩夹花岗片麻岩。据K-Ar法测年结果，这些岩石年代属里菲期-文德期，并可能是结晶基底的一部分。据岩石-地球化学研究结果，弗兰格尔岛石炭系和三叠系应属生油层。弗兰格尔岛石炭纪地层和阿拉斯加Lisburne组具有相似性，后者是普鲁德霍湾油田的产油层之一。

在新西伯利亚群岛的奥陶纪-白垩纪地层剖面中，显示有大量油气标志的存在。而最好的显示出现在科捷利内和Bel’ kovsky岛的下-中泥盆统、石炭系、二叠系和三叠系中，它们仍然保留生油岩的特征。特别注意的是下-中泥盆统和石炭系层序，包含有最丰富的碳沥青证据。碳沥青显示的强度依赖于母岩的生油特性以及有机质含量与类型，尚未找到碳沥青与所含油气之间的关系。在科捷利内和Bel ’ kovsky岛，碳沥青的分布与高品质泥盆纪生油母岩层序之间存在明显的关系，后者分布于热液上升的活动区。从油气指标的数量来看，石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和白垩纪母岩层序的生油潜力应该是较低的。

生气母岩层序包括阿尔布期-古新世沉积。甲烷及其同族体在南部Bunge Land沿岸渐新世-中新世和德米特里·拉普捷夫海峡中新世的样品中测到，含量为75%～95%。

新西伯利亚群岛与弗兰格尔岛古生代地层对比表明，后者岩石后生作用强（有时包括变质作用）且有明显的位移，导致有机质中的沥青含量较低。

在楚科奇海和东西伯利亚海南部陆地，也有沥青和气体显示。在东楚科奇隆起，可见厚层的古生代地层，其中上奥陶统、志留系和下泥盆统有区域性的含沥青层。与新西伯利亚群岛相似，这些地层也有明显的变质作用、位移以及沥青的释出，在方解石脉中有碳沥青。在Indigirka-Zyryansk槽Mora坳陷，厚层的下白垩统含煤地层广泛分布，发现有裂解成因气。在Chaun低地也见有气体显示。

二、区域构造及其演化

Khain V.E.et al.（2009）认为，东北极地区包括前寒武纪北极（Hyperborean）克拉通块体和早古生代-中白垩世（晚基末利期）褶皱带。研究区极地部分被晚侏罗世-白垩纪美亚海盆所覆盖，目前为北冰洋的一部分。研究区陆壳经历了以下的构造运动事件：格林威尔、贝加尔、埃尔斯米尔以及晚启的莫里奇运动。这些构造运动与相应的大洋的闭合、俯冲褶皱带的形成相关，并伴随绿片岩-角闪岩和麻粒岩相变质作用（Khain et al.，2007；Lawver et al.，2002；Parfenov et al.，2001）。该区包含两个大陆板块的碎块：①包括格林威尔（Grenvillian）北极块体在内的早古生代板块；②包括前寒武纪西伯利亚块体和侏罗纪-中白垩世上扬斯克-楚科奇构造带的板块。美亚海盆以东西伯利亚海和楚科奇海的现代陆架为边界，代表了由中白垩世构造运动和美亚、欧亚海盆扩张而形成的白垩纪-新生代地质构造（包括盆地及断裂体系）（图8-2）。

图8-2 东北极地区构造体系图

（据Khain V.E.et al.，2009）

1，2—早古生代陆块（劳亚大陆东北极部分），包括（1）北极克拉通（格林维尔和贝加尔运动块体）及东西伯利亚和楚科奇大陆架（a）、门捷列夫海岭（b）、楚科奇海岭（c）、德龙穹隆（d）的弱变形新元古代-中生代沉积盖层和（2）早古生代造山带块体；3～11—晚侏罗世-中白垩世上扬斯克-楚科奇-北阿拉斯加构造带及新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯造山体系（古生代变形板块边缘）（3～5）：大陆板块的强裂变形沉积盖层和变质片麻岩区的内楚科奇带，已知陆上（a）及推断的楚科奇陆架区（b）（3），白垩世片麻岩区（4）；新西伯利亚-弗兰格尔-Herald-里斯本-布鲁克斯大陆板块及变形沉积盖层（5）已知陆上（a）及推断北极大陆架（b）；6，7—上扬斯克-科累马碰撞体系及其边缘中白垩世缝合带：古生代-纽康姆岛弧、陆架及海相逆冲皱褶带（6）中白垩世缝合带沉积物（7）包括科累马弧（a）、南阿纽伊及白垩系-新生界下伏沉积物（b）及Kobuk（c）；8—上扬斯克造山体系（西伯利亚克拉通变形边缘）；9～11—火成岩及中白垩世（晚基米里期）造山带盆地：早白垩世同碰撞花岗岩（9），浊积岩及陆源-灰岩充填的同逆冲期或后逆冲期盆地和拉分盆地（10），逆冲前缘的叠瓦状白垩纪陆源充填盆地（11）；12—阿尔布期-晚白垩世鄂霍次克-楚科奇大陆边缘岩浆岩带；13～17—北极大陆架上的古生代-新生代大陆裂谷盆地及伴生岩浆作用：岩浆岩和沉积岩充填的泥盆纪裂谷盆地（13），陆源及火山岩充填的德龙穹隆的白垩纪弧形和放射形海槽（14），东西伯利亚和楚科奇海群岛、大陆架及大陆边缘的白垩纪-新生代裂谷和拉分盆地（a）和门捷列夫和楚科奇海岭间的新生代盆地（b）；陆上新近纪-第四纪沉积物（15），大陆斜坡及陆隆上的白垩纪-新生代盆地（16），板内玄武岩及双峰火山岩体：未细分的陆架及岛上（a）的早白垩世和新生代岩体，从磁测资料推断（b）（17）；18，19—洋壳与陆壳边界（影线指向美亚海盆方向）；21—已知（a）和推断（b）岩性单元边界；22—推断的早古生代造山带块体断裂边界；23—已知（a）和磁测资料推断（b）的科累马弧形和南阿纽伊-Kobuk缝合带前逆冲带；24—已知（a）和推断（b）的新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯造山体系前缘逆冲带（简化字母代表：NS-新西伯利亚；Wr-弗兰格尔；He-Herald；Li-里斯本；Br-布鲁克斯）；25—北风逆冲带；26—已知（a）和磁测资料推断（b）的南阿纽伊体系左旋走滑断裂；27—其他走滑断裂及其运动方向（点线代表推测断层）；28—正断层；29—白垩纪-新生代盆地的逆断层（a）和正断层（b）；30—白垩纪-新生代德龙穹隆边界弧形断层；31—未识别的断层；32—白垩纪-新生代盆地推测沉积厚度（km）；33—水深线（m）；盆地简化名称：Vi-维尔基茨基；Co-科维尔；NO-北风；NC-北楚科奇；Ha-汉纳；Ho-霍普；Ch-查里；SC-南楚科奇；PM和CN分别代表皮维克-门捷列夫断裂和楚科奇-北风断裂；嵌入小图为研究区位置图及俄罗斯与美国的边界线

1.北极克拉通

北极克拉通（据Shatski）或极地陆块（据Zonenshain）基底由前寒武纪（格林威尔期）块体构成。从现在的构造框架来看，北极克拉通包括西北极的喀拉（Kara）微板块和斯瓦尔巴特微板块，以及出露于东北极的新西伯利亚和德龙群岛、皮尔里（Peary）半岛、加拿大北极群岛、罗蒙诺索夫、门捷列夫和楚科奇海岭组成（图8-2）。至新元古代末，在约10亿a的时间内，北极陆块为罗迪尼亚（Rodinia）超级大陆的一部分。中新元古代，劳亚（Laurussia）大陆开始分解成几个陆块，其中包括在古生代由赤道漂移至北极地区的北极陆块（Lawver et al.，2002）。元古宙-早古生代，北极陆块的主体为陆源碎屑和碳酸盐岩陆架沉积，仅在德龙群岛因白垩纪德龙岩浆侵入而产生微弱变形（Filatova et al.，2007）。

新元古代-寒武纪的贝加尔运动导致北极陆块随造山带的形成而增大。该造山带的西部，为蒂曼-伯朝拉褶皱带（Kuznestov et al.，2007），其东部为出露的泰梅尔半岛、弗兰格尔岛、东楚科奇、苏厄德半岛和北阿拉斯加地区。Vernikovsky（Bogdanow et al.，1998）在北极克拉通边缘同时发现了新元古代蛇绿岩、岛弧玄武岩、安山岩和拉斑玄武岩系列的流纹岩和850～740 Ma的斜长花岗岩，说明克拉通边缘为被动大陆边缘背景。板块碰撞及洋盆闭合伴随麻粒岩-角闪岩变质作用和火山作用，最年轻的花岗岩年龄为612～570 Ma。再向东，新元古代造山带仅局限于北极克拉通的陆块之间（见图8-2）。贝加尔运动，约700 Ma前在弗兰格尔岛形成角闪岩、辉长岩和辉长-辉绿岩（Kos ’ ko et al.，1993）；592～547Ma，在巴罗背斜南部的楚科奇陆架、东楚科奇片麻岩区、北阿拉斯加和苏厄德半岛形成了角闪岩-绿片岩（Klemperer et al.，2002；Natalin et al.，1999）。在科累马白垩纪环形缝合带的寒武纪陆源沉积岩中发现了铁镁质-超铁镁质碎块和碧玉（Parfenov et al.，2001）。

新元古代-寒武纪之交，随着古大西洋的打开，劳伦古陆、北极大陆、波罗的古陆及西伯利亚大陆重新形成裂谷（Lawver et al.，2002）。而在早古生代北极大陆仍以陆源和碳酸盐岩陆架沉积为主，加拿大西部群岛，包括发育奥陶纪俯冲带皮尔里（Peary）蛇绿岩的埃尔斯米尔岛、西西伯利亚和现加拿大南界和波德沃德科尼夫盆地为洋壳（包括Henrietta和Jeannette岛）（Parfenov et al.，2001）。阿拉斯加和东北极大陆架的早古生代海相、陆架和岛弧沉积岩定为富兰克林层序（Houseknecht et al.，2005；Sherwood et al.，2002），该层序在地震剖面上被看做声波基底。巴罗背斜南部的钻井揭示，该层序主要为奥陶纪和志留纪浊积岩、半远洋页岩、碧玉、燧石和火山岩沉积。推测德龙群岛早古生代地层主要为浊积岩和钙-碱性火山岩沉积。

参考前人研究成果（Filatova et al.，2007），本书重建了古大西洋另一侧：东西伯利亚，在上扬斯克-科累马造山系西部科累马环形缝合带中发现了铁镁质-超铁镁质断块，其角闪岩-绿片岩变质作用⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄（430～419Ma）为志留纪。另一些外来体由寒武系粉砂岩夹蛇绿岩、玄武岩、碧玉以及远洋硅质页岩和奥陶系笔石玄武岩碎屑组成。

在早古生代斯堪的纳维亚期和埃尔斯米尔期，劳伦（Laurentia）古陆、北极大陆、西伯利亚大陆和波罗的古陆在造山作用下拼合为劳亚（Laurussia）大陆，至石炭纪漂移至现今纬度。这导致大部分陆架由红层沉积（含蒸发岩）变为灰色陆源沉积。这些大陆板块的汇聚形成泛大陆Ⅱ，并伴随几个裂谷期。第一期裂谷运动，泥盆纪-石炭纪之交，产生一些裂谷，包括汉纳海槽（Hanna trough），由火山-陆源碎屑充填（Endicott群及其相当地层）。大陆裂谷局部转变为海底扩张，中古生代-晚侏罗世阿拉折雅（Aleya）-南阿纽伊-Angayucham洋盆打开（Parfenov et al.，2001；Sokolov et al.，2002）。此洋盆为太平洋的一翼，陆上延伸至Oimyakon盆地（Parfenov et al.，2003）。

2.上扬斯克-楚科奇碰撞带

上扬斯克-楚科奇碰撞带（图8-2）是古生代楚科奇-阿拉斯加板块与西伯利亚板块在晚侏罗世-纽康姆期碰撞，致使阿拉折雅-南阿纽伊-Angayucham洋闭合的结果。碰撞带中部为沿中白垩世碰撞缝合带分布的上扬斯克-科累马碰撞体系。该碰撞带构成古生代板块（含前寒武纪碎块）的变形边缘，板块东北部边缘称为新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯褶皱带，西南部边缘为西伯利亚克拉通陆块（上扬斯克造山带）（Bogdanov et al.，1993；Filatova et al.，2008；Parfenov et al.，2003）。

（1）上扬斯克-科累马碰撞系统

上扬斯克-科累马碰撞系统，为上扬斯克-楚科奇碰撞带的核心，具复杂的褶皱-逆冲构造，由寒武纪-纽康姆期不同时代的浅海、陆架及岛弧沉积（蛇绿岩、火山岩、碧玉和陆源沉积岩）并列而成。中白垩世碰撞缝合带包括科累马环形带和南阿纽伊缝合线，受左旋走滑断裂体系分隔，东部为科伯克（Kobuk）缝合线（图8-2）。缝合带包含了洋盆闭合而产生的变形地层（Bondarenko，2004；Kuz’ michev et al.，2005；Sokolov et al.，2001）。

（2）新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯褶皱逆冲系统

新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯褶皱逆冲系统，由前陆盆地地层发生薄皮构造变形而产生近NS向褶皱和叠瓦状逆冲断层构成。这种构造变形在远离上扬斯克-科累马碰撞体系而逐渐减弱。根据变形程度，可将新西伯利亚-楚科奇-布鲁克斯体系划分为内带和外带（图8-2）。

楚科奇内带，沿缝合带分布，位于现在的大陆边缘，紧邻楚科奇海大陆架，构成新生代南楚科奇-霍普（Hope）盆地的基底。褶皱逆冲带，在古生代板块主要由元古宙-古生代的陆源碎屑和碳酸盐岩沉积物组成，也包括三叠纪、侏罗纪与裂谷相关的陆源碎屑和少量火成岩。冲断体系上部构造位置主要为上扬斯克-科累马碰撞体系的古生代和中生代海相、陆架和岛弧相冲断带沉积。楚科奇构造带经历了晚侏罗世-早白垩世麻粒岩-角闪岩相变质作用，包括链状片麻岩区及大量同碰撞期火成岩。

新西伯利亚-弗兰格尔-Herald-里斯本-布鲁克斯外带，呈NW向延伸，覆盖东北极大陆架的主体。西南以楚科奇带或碰撞缝合线为界，东北仰冲于陆块弱变形沉积物之上。外带只出露于阿拉斯加和几个海岛，其边界表现为重力高值区，呈弯曲的串珠状，由NE向转换断层分隔成几个次级地块（见图8-2）。这些次级地块通常被看做是独立的地体，但通过对比发现（Filatova et al.，2007），东南部布鲁克斯山脉至西北部的新西伯利亚群岛具有相同的地质构造。

布鲁克斯山脉，为褶皱逆冲体系前带典型的薄皮构造，由近NS走向的逆冲板状岩层组成，夹陆架沉积，顶部为蛇绿岩碎屑；蛇绿岩底部向南一直延伸至科伯克缝合带（中白垩世Angayucham洋闭合遗迹）。叠瓦逆冲构造由古生代-晚侏罗世洋壳和岛弧火山岩组成。布鲁克斯山脉其他所有板状岩层向北逆冲至阿拉斯加大陆板块南缘（Klemperer et al.，2002；Patrick et al.，1988；Toro et al.，2002）。在里斯本、Herald（Moore et al.，2005）及弗兰格尔地区也出露有相同的薄皮构造。弗兰格尔岛为一系列NE走向的逆冲断层和NE向翻转褶皱构成（Kos’ ko et al.，1993），主要为陆壳之上的元古宙、古生代-中生代陆架沉积盖层。逆冲褶皱构造变形发生于150～115 Ma（Kos ’ ko et al.，2003）。Herald和弗兰格尔地块的褶皱逆冲构造在地震剖面上已有显示（Burlin et al.，2006），在剖面中NE向逆冲带包括富兰克林声波基底层和泥盆纪-早中生代地层。位于西北端的新西伯利亚褶皱带（见图8-2）出露于东西伯利亚海岛屿上。科捷利内岛所有古生代-凡兰吟期地层均经受了中白垩世构造运动而变形，并产生带有SW和NE向逆断层的NW向褶皱（Parfenov et al.，2001）。

前褶皱带与前陆盆地相伴生，这些前陆盆地形成于逆冲造山事件形成的前渊，时间和构造上与上扬斯克前渊带类似。中白垩世，东楚科奇前渊带为巴罗背斜的北界（Moore et al.，2002），以链状分布的盆地形式延伸至里斯本、Herald及弗兰格尔逆冲带，向西北可能延伸至新西伯利亚群岛。

前渊带布鲁克斯前逆冲带相邻的科维尔前陆盆地（见图8-2），不整合于埃尔斯米尔构造运动和NS向汉纳槽之上，发育宾夕法尼亚纪-中生代（包括早纽康姆期）沉积物（Sherwood et al.，2002）。前陆坳陷盆地接受来自持续隆升的布鲁克斯山脉的磨拉石沉积。下部主要为阿普特期-早阿尔布期细粒碎屑，向上变为阿尔布期末-晚白垩世粗粒沉积。科维尔盆地沉积充填总厚度可达5～8km，向西减薄至1～2km。通常将该套地层解释为前古生代构造不整合之上的早白垩世-新近纪布鲁克期沉积。然而，科维尔盆地主要从阿普特期至晚白垩世早期发育。随着布鲁克块体前逆冲带隆升及向北俯冲，科维尔盆地亦向北进积充填，其中二次俯冲为阿尔普期-阿尔布期俯冲沉积物，包括布鲁克斯海岭初始俯冲产物。东楚科奇前渊带北部边缘可能为北楚科奇新生代盆地基底。新生代以来，中白垩世布鲁克斯海岭隆升至今，对科维尔盆地持续注入陆源碎屑。

构成北冰洋周缘的上扬斯克-楚科奇构造带形成时间与北冰洋美亚海盆打开为同时代。