新特提斯域演化對(duì)波斯灣超級(jí)含油氣盆地形成的影響

朱日祥，張水昌，萬博，張旺，李勇，王華建，羅貝維，柳宇柯，何治亮，金之鈞

（1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石油化工股份有限公司，北京 100728；4.北京大學(xué)能源研究院，北京 100871）

1 問題提出

近年來，地球圈層相互作用，特別是固體地球動(dòng)力過程如何影響地表環(huán)境演變及能源資源富集，已經(jīng)成為多學(xué)科交叉研究的熱點(diǎn)，因此，越來越多的學(xué)者倡議，未來要從更宏觀的視野來思考和研究“地球的系統(tǒng)科學(xué)”[1]。油氣是地球系統(tǒng)演化的產(chǎn)物之一，沉積盆地是油氣形成的基本地質(zhì)單元。自“板塊構(gòu)造理論”創(chuàng)建之后，油氣地質(zhì)學(xué)家就開始用活動(dòng)論觀點(diǎn)研究沉積盆地，并指導(dǎo)油氣發(fā)現(xiàn)[2-3]。油氣地質(zhì)學(xué)家不僅研究原型盆地形成及疊加演化過程，而且特別關(guān)注全球主要成烴成藏過程相關(guān)的板塊運(yùn)動(dòng)和全球性事件，如超大陸聚散[4]、大火成巖省事件（Large igneous provinces，LIPs）[5]、大洋缺氧事件（Oceanic anoxic events，OAEs）[6]、氣候帶變化[7]等。油氣地質(zhì)研究已進(jìn)入地球圈層相互作用與資源環(huán)境演化整合的新時(shí)代[8]。

顯生宙以來，岡瓦納大陸裂解出來的陸塊相繼與歐亞大陸碰撞，形成了以“南裂北聚”為特征的巨型緯向特提斯構(gòu)造域，與經(jīng)向環(huán)太平洋構(gòu)造域一起，共同構(gòu)成“現(xiàn)代地球上最顯著的兩大造山系”。其中特提斯構(gòu)造域是全球油氣資源最富集的區(qū)域，也是支撐人類工業(yè)文明高速發(fā)展的“聚寶盆”。21世紀(jì)以來，特提斯域探明油氣儲(chǔ)量仍保持穩(wěn)定增長，剩余可采常規(guī)油氣儲(chǔ)量占全球近55%（見圖1）。波斯灣地區(qū)賦存了特提斯域近72%的常規(guī)油氣儲(chǔ)量，是全球油氣資源最富集的超級(jí)含油氣盆地（見圖1）。波斯灣超級(jí)含油氣盆地80%的油氣賦存于中生代以來地層系統(tǒng)內(nèi)[9-12]。為什么油氣資源能在短時(shí)間內(nèi)巨量富集在一個(gè)局限區(qū)域，這不僅是石油工業(yè)界關(guān)心的現(xiàn)實(shí)問題，也是地學(xué)界關(guān)心的重大科學(xué)問題。

圖1 全球大型油氣田分布[10-12]（截至2021年底）

特提斯構(gòu)造域演化與波斯灣超級(jí)含油氣盆地耦合關(guān)系研究，是揭示深部動(dòng)力過程、表層環(huán)境效應(yīng)和化石能源形成最理想的場所，本文聚焦波斯灣超級(jí)含油氣盆地中生代以來的地質(zhì)演化歷史，基于新特提斯動(dòng)力學(xué)研究新進(jìn)展和油氣勘探新數(shù)據(jù)，揭示波斯灣“油氣聚寶盆”效應(yīng)，探索巖石圈-水圈-大氣圈-生物圈相互作用的地球科學(xué)前沿問題，拓展油氣地質(zhì)研究的知識(shí)邊界，期盼不僅為地球系統(tǒng)研究提供新的著力點(diǎn)，也為全球油氣資源新發(fā)現(xiàn)提供科學(xué)依據(jù)。

2 波斯灣超級(jí)含油氣盆地地質(zhì)條件

波斯灣超級(jí)含油氣盆地可分為西阿拉伯盆地、維典—美索不達(dá)米亞盆地、中阿拉伯盆地、魯卜哈利盆地、阿曼盆地和扎格羅斯盆地。構(gòu)造上可簡化為西部阿拉伯地盾區(qū)、中部穩(wěn)定的阿拉伯地臺(tái)區(qū)和東部扎格羅斯前陸變形區(qū) 3個(gè)宏觀地質(zhì)單元。區(qū)域上，自西向東由物源區(qū)向沉積區(qū)過渡，西部的阿拉伯地盾一直演化至今，中東部為巨大的古生代內(nèi)克拉通、中生代被動(dòng)大陸邊緣和新生代前陸構(gòu)成的疊合盆地（見圖2a）。波斯灣超級(jí)含油氣盆地地質(zhì)條件十分優(yōu)越，生、儲(chǔ)、蓋層涵蓋前寒武系至新生界的各個(gè)層系。主要烴源巖發(fā)育于前寒武系侯格夫群、下志留統(tǒng)、中侏羅統(tǒng)和白堊系。尤其在中生代，波斯灣盆地發(fā)育了以碳酸鹽巖為主的巨厚（超過5 km）海相沉積。持續(xù)、穩(wěn)定的海相沉積為波斯灣超級(jí)含油氣盆地的形成提供了物質(zhì)保障。中生界烴源巖展布主要受侏羅紀(jì)—白堊紀(jì) 3期臺(tái)內(nèi)盆地控制，其中，中—晚侏羅世發(fā)育的局限封閉臺(tái)內(nèi)盆地有利于缺氧環(huán)境形成，白堊紀(jì)發(fā)育的寬廣陸架—斜坡環(huán)境在富營養(yǎng)上升洋流作用下有利于初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)，進(jìn)而促使高品質(zhì)烴源巖發(fā)育[13]。由于阿拉伯陸塊相對(duì)穩(wěn)定，能夠承受周圍構(gòu)造活動(dòng)的長期作用力[14]，在寬廣陸架上發(fā)育連續(xù)性好、以碳酸鹽巖為主的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層（見圖2b）。波斯灣超級(jí)含油氣盆地中生界區(qū)域性蓋層主要包括侏羅系頂部 Hith組膏鹽層和中新統(tǒng)Fars組膏鹽層，白堊系致密灰?guī)r層和頁巖也構(gòu)成了重要的局部蓋層，進(jìn)而控制了上侏羅統(tǒng)和白堊系多套成藏組合。波斯灣超級(jí)含油氣盆地近 95%的油氣資源富集于東北部的扎格羅斯盆地、中部的中阿拉伯盆地和東部的魯卜哈利盆地，主要賦存在近南北向線性構(gòu)造、鹽控構(gòu)造和北西—南東走向的背斜圈閉中。南北向的線性構(gòu)造受前寒武系基底拼合影響，主要發(fā)育在波斯灣西南岸，屬于繼承性圈閉，孕育了世界最大油氣田——加瓦爾油田和北方—南帕斯氣田。鹽控構(gòu)造主要發(fā)育在波斯灣海至阿曼地區(qū)，以世界第 2大海上油田扎庫姆油田為代表；北西—南東走向的背斜圈閉主要受新特提斯洋裂解與閉合影響，發(fā)育在伊拉克、伊朗南部以及波斯灣北部的扎格羅斯前陸變形區(qū)。

圖2 波斯灣超級(jí)含油氣盆地構(gòu)造綱要（a）及中—新生界巖性柱狀圖（b）[15-22]

3 波斯灣超級(jí)含油氣盆地形成的“單向列車裝貨”動(dòng)力學(xué)模型

以中生代為主體的新特提斯域演化最顯著特征是自南半球?qū)呒{裂解出來的陸塊群受洋殼拖拽力影響，持續(xù)北向漂移與歐亞大陸碰撞，表現(xiàn)為“南裂北聚”、“主體單向俯沖”的特點(diǎn)[23-24]。事實(shí)上，在更古老的古特提斯和原特提斯大洋，這一過程也不斷發(fā)生，將不同時(shí)期裂離岡瓦納的陸塊向北匯聚至北方大陸，比如來自岡瓦納的印支、滇緬泰馬陸塊與北方大陸碰撞造成的印支運(yùn)動(dòng)[25]。這些事件總體導(dǎo)致地球過去5×108年以來海陸分布的重大變化，即整體處于南半球的大陸不斷漂移到北半球重新聚合[26]。新的研究指出，這種主體單向演化的驅(qū)動(dòng)力為特提斯洋不斷向北俯沖的重力所致[23]。這些裂離的陸塊并非勻速單向運(yùn)動(dòng)，而是有停留、有擺動(dòng)，甚至有往復(fù)，其運(yùn)動(dòng)特征就如同長途行進(jìn)中的列車。由于這些裂離自岡瓦納的陸塊歸宿都是北方大陸，因此萬博等將這些陸塊比喻為“特提斯單向列車”[23]。值得注意的是，從岡瓦納不同地區(qū)裂離的陸塊是多期次的，具有不同的漂移速度，比如印度陸塊是快速漂移，而阿拉伯陸塊是慢速漂移[24]。有關(guān)新特提斯構(gòu)造域內(nèi)陸塊的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征已在近年來的系列研究中有過詳細(xì)闡述[23-25]，本文不再贅述。本文特別關(guān)注新特提斯洋向北單向俯沖如何影響波斯灣盆地超常富集油氣資源，筆者進(jìn)一步用“單向列車裝貨”動(dòng)力學(xué)模型來表征新特提斯裂解匯聚過程中油氣系統(tǒng)形成與演化規(guī)律（見圖 3）。該模型包括3個(gè)主要階段：①啟動(dòng)期，陸塊自岡瓦納大陸裂解、開始向北漂移，形成被動(dòng)大陸邊緣盆地，為油氣系統(tǒng)發(fā)育提供了良好場所；②裝貨期，陸塊在新特提斯洋殼俯沖拖拽力和大西洋擴(kuò)張的共同作用下，向北旋轉(zhuǎn)漂移，在該時(shí)期陸塊不斷接受烴源巖、碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖等沉積，并形成優(yōu)質(zhì)“源-儲(chǔ)-蓋”組合；③?？科冢虮逼频年憠K與勞亞大陸碰撞，盆地內(nèi)有機(jī)質(zhì)熱演化加劇，并發(fā)生油氣運(yùn)聚成藏過程，被動(dòng)大陸邊緣向前陸盆地轉(zhuǎn)化。比如，阿拉伯陸塊與歐亞大陸的軟碰撞就發(fā)生在上述?？科?，波斯灣超級(jí)含油氣盆地的一部分進(jìn)入前陸盆地演化期，一方面通過有機(jī)質(zhì)熱演化和構(gòu)造沉降使油氣生成和運(yùn)移成藏；另一方面隨著海道關(guān)閉，海水蒸發(fā)形成區(qū)域膏鹽層，成為白堊系和新生界油氣成藏組合的有利蓋層。阿拉伯陸塊匯聚速率較低的軟碰撞和后續(xù)陸塊再碰撞的缺失也使該區(qū)域形成的油氣資源免遭大規(guī)模破壞，在阿拉伯陸塊中部繼承性圈閉和前陸變形區(qū)背斜圈閉內(nèi)得以高度富集，造就了全球油氣資源最豐富的波斯灣超級(jí)含油氣盆地。

圖3 新特提斯單向列車動(dòng)力過程與波斯灣盆地油氣資源富集效應(yīng)[23-25,32-35]

盡管上述 3個(gè)階段分別在油氣地質(zhì)背景中均有所闡述，而該模型的第 2個(gè)階段即“裝貨期”為何有如此高效的產(chǎn)出，還未有從圈層相互作用的視角深入討論。從已有資料可以看出，阿拉伯陸塊烴源巖主要形成期（晚侏羅世—早白堊世）具有兩個(gè)典型特征：①陸塊運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于全球板塊平均運(yùn)動(dòng)速度；②陸塊位置主要處于地球低緯度區(qū)。有研究從地質(zhì)現(xiàn)象以及數(shù)值模擬的角度指出，低緯度海陸分布變化對(duì)于洋流格局的改造、全球氣候的改變具有顯著作用[27-28]。顯然阿拉伯陸塊的上述兩個(gè)重要特征與中生代全球表層環(huán)境的耦合對(duì)油氣資源富集具有重要作用。下面分別論述“單向列車裝貨”動(dòng)力學(xué)模型在俯沖引擎作用下，以阿拉伯為代表的陸塊從岡瓦納大陸裂離，在低緯度區(qū)域慢速漂移過程中，如何與大洋環(huán)流、大氣環(huán)流、侏羅紀(jì)真極移、大火成巖省等重要事件共同作用下造就優(yōu)質(zhì)“源-儲(chǔ)-蓋”組合的機(jī)制，并討論其他陸塊是否具有與波斯灣超級(jí)含油氣盆地類似的油氣資源效應(yīng)。

3.1 單向俯沖動(dòng)力過程誘發(fā)的大洋環(huán)流變動(dòng)有利于波斯灣初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)

海平面變化對(duì)波斯灣超級(jí)含油氣盆地?zé)N源巖發(fā)育的影響受到廣泛關(guān)注和深入研究[29]。實(shí)際上，從地球系統(tǒng)角度看，海平面變化主要受控于氣候變化和板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[30]。受新特提斯域“南裂北聚”、“主體單向俯沖”動(dòng)力過程影響，在距今約199 Ma形成溝通中大西洋與新特提斯洋的Hispanic海道雛形[31]（見圖4a），最終于距今約140 Ma前后向西徹底打開（見圖4b），這使得泛大洋自東向西的洋流開始穿過新特提斯洋。在卡洛夫階至基莫里階的海平面持續(xù)上升期間，處于熱帶輻合區(qū)（Intertropical Convergence Zone，ITCZ）的阿拉伯陸塊及鄰近海域出現(xiàn)廣泛海侵，并長期受到表層暖流和赤道上升洋流影響，營養(yǎng)物充沛、初級(jí)生產(chǎn)力較高，在深水坳陷環(huán)境發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。與岡瓦納主體“南裂北聚”相伴隨的美洲大陸沿經(jīng)向裂離，在距今約100 Ma形成貫穿南北的大西洋[36]。之后的大西洋洋流呈經(jīng)向分布，形成連通北極和南極的大洋環(huán)流。在這一時(shí)期，阿拉伯陸塊及鄰近海域同時(shí)受到由西向東和由東向西兩股表層暖流的共同作用（見圖4c），也就使得單向漂移的陸塊發(fā)育更多的優(yōu)質(zhì)烴源巖。與白堊紀(jì)相比，古新世殘留的新特提斯洋表層暖流對(duì)阿拉伯陸塊及鄰近海域的影響已經(jīng)大大減弱（見圖4d），僅在波斯灣局部區(qū)域有優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，即單向漂移陸塊獲得優(yōu)質(zhì)烴源巖較為有限的時(shí)期。

圖4 岡瓦納超大陸裂解和新特提斯單向俯沖控制的全球古洋流系統(tǒng)示意圖（板塊位置引自文獻(xiàn)[24, 42]，上升洋流區(qū)引自文獻(xiàn)[43]）

新特提斯域主體“南裂北聚”作用導(dǎo)致東西向展布的海岸線在中—晚侏羅世長達(dá)1.2×104km[37]，阿拉伯陸塊及鄰近海域內(nèi)季風(fēng)盛行，大洋洋流像“傳送帶”一樣，將海洋中生命活動(dòng)和繁盛所必需的磷等營養(yǎng)元素，源源不斷地?cái)y帶至陸緣，大大促進(jìn)了初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)。大量有機(jī)質(zhì)的氧化降解消耗水體中的可溶氧和氧化劑（如硝酸根、硫酸根等）形成含硫化氫的缺氧環(huán)境，進(jìn)一步導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)埋藏率激增，這也是侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)波斯灣盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的重要因素之一。

3.2 陸塊在低緯度地區(qū)單向慢速漂移促進(jìn)了大洋缺氧事件（OAE），有利于有機(jī)質(zhì)富集

從無機(jī)碳同位素組成（δ13C）偏移記錄看，侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)單向漂移陸塊優(yōu)質(zhì)烴源巖最佳形成期與已發(fā)現(xiàn)的全球性O(shè)AEs具有很好的等時(shí)性（見圖5）。例如，中侏羅統(tǒng)Hanifa組發(fā)生于Mid-Oxfordian OAE（距今約 158 Ma）時(shí)期[38]；Shuaiba組、Shilaif組以及扎格羅斯盆地的 Kazhdumi組、Garau組則對(duì)應(yīng)著 OAE1-OAE2（距今 93～120 Ma）[39-40]。單向漂移陸塊運(yùn)動(dòng)特征造就了波斯灣超級(jí)含油氣盆地的頻繁缺氧事件，導(dǎo)致動(dòng)物和大型真核生物滅絕，為低等生物繁盛創(chuàng)造了有利條件。例如，石松藻—孢網(wǎng)菌狀組構(gòu)的鈣化藍(lán)細(xì)菌組合在OAE1a期間快速發(fā)展，占據(jù)了淺海、甚至深海的主要微生物生態(tài)位，為巨量有機(jī)碳埋藏提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[41]。因此，筆者認(rèn)為與波斯灣超級(jí)含油氣盆地?zé)N源巖發(fā)育相關(guān)的OAEs，同時(shí)受控于阿拉伯陸塊所處氣候帶和大洋環(huán)流的變化。與侏羅紀(jì)Mid-Oxfordian事件表現(xiàn)為δ13C負(fù)偏移不同的是，白堊紀(jì)OAEs多表現(xiàn)為δ13C正偏移（見圖 5b），這主要是由于超高的初級(jí)生產(chǎn)力和有效的有機(jī)碳埋藏將大量12C固定下來，使海洋可溶無機(jī)碳庫的碳同位素組成出現(xiàn)整體正偏移。大量有機(jī)碳埋藏也是全球白堊系油氣資源在各層系中占比最高的主要原因。

圖5 新特提斯單向俯沖和低緯度哈德里環(huán)流帶控制阿拉伯陸塊的“源-儲(chǔ)-蓋”疊置發(fā)育

最新研究顯示，大洋深部溶解氧含量與大氣氧含量無關(guān)，而是與板塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的海陸格局變化及大洋環(huán)流調(diào)整有關(guān)[46]。大洋環(huán)流將營養(yǎng)物質(zhì)和/或氧氣間歇性輸送到陸緣淺海，在天文軌道力驅(qū)動(dòng)河流輸入營養(yǎng)物質(zhì)通量變化[47]的共同作用下，使盆地內(nèi)初級(jí)生產(chǎn)力水平、水體氧化程度和有機(jī)質(zhì)礦化率不斷變化，進(jìn)而形成缺氧環(huán)境沉積的黑色頁巖與弱氧化或鐵化環(huán)境沉積的富鐵紅層。因此，新特提斯單向俯沖、大洋環(huán)流、氣候帶變化、OAEs可以看作一個(gè)整體，通過影響不同緯度帶陸緣盆地的營養(yǎng)物供給來控制烴源巖發(fā)育和油氣資源富集程度。總之，“喇叭型”新特提斯洋消亡和“S型”大西洋的形成不僅改造了全球海陸分布、大洋環(huán)流和大氣環(huán)流，而且影響了海洋初級(jí)生產(chǎn)力、有機(jī)質(zhì)富集程度、不同沉積物類型及巖性組合，最終導(dǎo)致波斯灣超級(jí)盆地巨量油氣資源的形成。

另外值得注意的是，侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)在南半球中緯度頻發(fā)的大火成巖省，不僅直接向地表和大氣圈噴發(fā)出大量溫室氣體，而且火山活動(dòng)攜帶大量營養(yǎng)物質(zhì)，通過火山灰、風(fēng)化作用以及水下黑煙囪等多種方式進(jìn)入海洋、湖泊，促進(jìn)初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)。因此，大火成巖省頻發(fā)也是波斯灣超級(jí)含油氣盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的因素之一。

3.3 陸塊單向漂移和“侏羅紀(jì)真極移”強(qiáng)化了阿拉伯陸塊優(yōu)質(zhì)“源-儲(chǔ)-蓋”組合的發(fā)育

在地質(zhì)歷史上，海陸格局變化會(huì)引起古大氣環(huán)流和氣候帶的差異，進(jìn)而成為控制沉積作用和沉積物類型的重要因素。例如，與ITCZ位置有關(guān)的沉積物及其所導(dǎo)致的哈德里環(huán)流動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的變化[48-49]把不同強(qiáng)度的風(fēng)型、沉降速率以及海洋循環(huán)聯(lián)系在一起[50-51]，成為控制沉積作用，特別是油氣成藏要素——“源-儲(chǔ)-蓋”發(fā)育的重要因素。哈德里環(huán)流對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的影響與季風(fēng)/信風(fēng)強(qiáng)弱和降雨量大小有關(guān)[48-49]。季風(fēng)/信風(fēng)強(qiáng)弱控制了上升洋流強(qiáng)度和深部營養(yǎng)物供給，而降雨量影響盆地陸源營養(yǎng)物質(zhì)供給，兩者共同影響了初級(jí)生產(chǎn)力水平[7]。

對(duì)阿拉伯陸塊而言，從三疊紀(jì)開始直到新近紀(jì)長期處于南北緯 30°之間，正好處于哈德里環(huán)流帶內(nèi)。特別是在侏羅紀(jì)—早白堊紀(jì)期間，由于“侏羅紀(jì)真極移事件”[52]的影響，阿拉伯陸塊在距今 140～166 Ma時(shí)曾快速向南漂移，導(dǎo)致該陸塊先后兩次游弋于赤道附近的ITCZ核心區(qū)，進(jìn)而使阿拉伯陸塊接受的營養(yǎng)物供給得到加強(qiáng)；ITCZ強(qiáng)降雨作用又將陸地營養(yǎng)物搬運(yùn)至盆地，進(jìn)一步提高了初級(jí)生產(chǎn)力，導(dǎo)致波斯灣超級(jí)含油氣盆地中上侏羅統(tǒng)和白堊系優(yōu)質(zhì)烴源巖的集中發(fā)育[53]。“侏羅紀(jì)真極移事件”對(duì)波斯灣超級(jí)含油氣盆地的另一個(gè)影響是將阿拉伯陸塊從有利于烴源巖發(fā)育的ITCZ潮濕氣候區(qū)迅速向南半球亞熱帶干旱區(qū)（哈德里環(huán)流過渡帶）漂移（見圖5a）[54]，大范圍海退和蒸發(fā)環(huán)境導(dǎo)致淺海面積增大，沉積了厚層碳酸鹽巖和膏鹽巖，形成侏羅系含油氣系統(tǒng)的儲(chǔ)集層和蓋層（見圖5c、圖5d）。以世界最大的加瓦爾油田為例，它在位于ITCZ區(qū)域時(shí)，發(fā)育優(yōu)質(zhì)的中侏羅統(tǒng)Tuwaiq M和Hanifa組烴源巖；距今大約 140 Ma時(shí)，則快速向南漂移到約20°S，發(fā)育了Hith組硬石膏層。在這次快速源-蓋層序轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)育了Arab組多孔生物碎屑灰?guī)r，形成優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層（見圖2b）。

此外，阿拉伯陸塊在晚白堊世（距今約 90 Ma）經(jīng)歷的蛇綠巖仰沖、斷裂活動(dòng)與構(gòu)造抬升作用影響，陸塊北緣（包括約旦、伊拉克、埃及）缺失石炭系至中白堊統(tǒng)，泥盆系砂巖與上覆上白堊統(tǒng)—古近系磷塊巖與碳酸鹽巖沉積之間呈不整合接觸[55]。烴源巖分布范圍也由侏羅紀(jì)—早白堊世時(shí)的南側(cè)為主，轉(zhuǎn)為晚白堊世的東側(cè)和北側(cè)為主。Zhang等[56]認(rèn)為，該現(xiàn)象指示了新特提斯洋在晚白堊世發(fā)生的由洋殼俯沖導(dǎo)致的海平面升高和上升洋流帶來大量營養(yǎng)元素，淺海陸棚的初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)導(dǎo)致的優(yōu)質(zhì)烴源巖廣泛發(fā)育，這就是單向漂移陸塊在低緯度帶時(shí)期集中發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖的另一因素。中白堊世，處于ITCZ內(nèi)的中阿拉伯盆地受溫室環(huán)境強(qiáng)水文循環(huán)和強(qiáng)陸地風(fēng)化作用的影響，形成了相間成層的烴源巖和儲(chǔ)集巖[13]。其中，烴源巖發(fā)育更集中于大陸斜坡的上升洋流環(huán)境（見圖5e）。

在新特提斯洋消減和大西洋擴(kuò)張共同作用下，非洲—阿拉伯陸塊在距今約20～56 Ma期間除了向東北方向在緯度上漂移了約10°之外，還逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了約25°，并與歐亞大陸發(fā)生軟碰撞形成了扎格羅斯造山帶[24]。新特提斯洋的消減過程導(dǎo)致阿拉伯陸塊形成局限盆地和蒸發(fā)巖臺(tái)地（見圖5f），最終在中新世形成廣泛分布的Fars組膏鹽巖，成為白堊系和古近系油氣系統(tǒng)的良好區(qū)域蓋層。

3.4 新特提斯域不同陸塊油氣資源差異

“單向列車裝貨“動(dòng)力學(xué)模型還能較好地解釋特提斯構(gòu)造域不同陸塊之間油氣資源的顯著差別。首先，受陸塊大小和區(qū)域性構(gòu)造影響，被動(dòng)陸緣盆地面積有著顯著差異。波斯灣超級(jí)盆地的最大沉積面積達(dá)350×104km2，這是其他“南裂北聚”的陸塊不可比擬的。其次，受陸塊位置、大小以及大洋俯沖速率的影響，不同陸塊向北漂移的啟動(dòng)時(shí)間和行進(jìn)速度均有明顯差異。當(dāng)向北漂移的陸塊行進(jìn)至ITCZ區(qū)域，受大氣環(huán)流、大洋環(huán)流、海陸關(guān)系、火山作用、風(fēng)化作用等多要素共同影響，初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)，形成缺氧環(huán)境，使有機(jī)質(zhì)大規(guī)模埋存。因此，向北漂移的陸塊在低緯度帶的行進(jìn)速度決定了該陸塊在有利位置的留置時(shí)間，進(jìn)而決定了油氣資源稟賦：陸塊在ITCZ區(qū)域行進(jìn)慢，有機(jī)質(zhì)有更多機(jī)會(huì)沉積，烴源巖更為發(fā)育；反之，陸塊在ITCZ區(qū)域行進(jìn)快（如印度、伊朗、滇緬泰馬陸塊），烴源巖欠發(fā)育。再次，不同陸塊與歐亞大陸相繼碰撞,形成全球最為顯著的阿爾卑斯—扎格羅斯—喜馬拉雅造山帶。陸塊匯聚速率較低的軟碰撞（如阿拉伯陸塊）有利于油氣保存，而高速劇烈的硬碰撞（如印度、伊朗、滇緬泰馬陸塊）油氣保存條件較差、甚至可能完全被破壞。最后，在先期裂離岡瓦納陸塊（如印支、滇緬泰馬陸塊）與歐亞大陸碰撞后，后續(xù)裂離岡瓦納的陸塊（如澳大利亞陸塊）也會(huì)對(duì)先前拼貼到歐亞大陸的微陸塊油氣系統(tǒng)構(gòu)成改造甚至破壞，這也決定了先期裂離岡瓦納陸塊油氣分布的調(diào)整與最終定型（見圖 6）。因此，與波斯灣盆地相比，其他陸塊的油氣資源相對(duì)較少，主要是由于上述因素中的一個(gè)或多個(gè)并未體現(xiàn)出類似于波斯灣的特征。另外，需要指出的是，在陸塊運(yùn)動(dòng)過程中，由于被動(dòng)大陸邊緣含油氣盆地存在差異性，使得各陸塊被動(dòng)陸緣次級(jí)盆地的“源-儲(chǔ)-蓋”橫向不連續(xù)、關(guān)鍵成藏時(shí)代不協(xié)同等，但這不影響利用“單向列車裝貨”動(dòng)力學(xué)模型對(duì)含油氣盆地“源-儲(chǔ)-蓋”形成和演化趨勢(shì)性的分析。

圖6 阿拉伯及其他陸塊單向漂移動(dòng)力過程與油氣資源效應(yīng)

4 展望

基于上述認(rèn)識(shí)，本文對(duì)特提斯域內(nèi)其他陸塊的油氣資源前景提出如下展望，以期能夠服務(wù)于中國能源的“走出去”戰(zhàn)略。

西北非地區(qū)。Hispanic 海道的打開使新特提斯洋海水能夠穿過北非和地中海海域，進(jìn)入中大西洋，并從南北兩側(cè)分別到達(dá)西北非和北海地區(qū)（見圖4b）。中大西洋墨西哥灣的主力烴源巖發(fā)育時(shí)代與波斯灣超級(jí)含油氣盆地幾乎一致，北海盆地的 Heather和Kimmeridge組烴源巖與中阿拉伯盆地的 Tuwaiq Mountain和Hanifa組烴源巖為等時(shí)沉積，北非利比亞Sirte盆地的Rachmat和Sirte組烴源巖與扎格羅斯盆地的Gurpi組烴源巖為等時(shí)沉積。不同的是，位于西北非地區(qū)的摩洛哥和西撒哈拉等地發(fā)育了巨量白堊系磷塊巖，迄今未在陸地發(fā)現(xiàn)油氣資源。這一方面可能與其勘探程度低以及白堊系烴源巖的熱成熟度較低有關(guān)[57]，另一方面也可能是由于西北非陸地在當(dāng)時(shí)為淺水沉積環(huán)境，來自新特斯洋的富營養(yǎng)海水以上升洋流形式到達(dá)淺海碳酸鹽巖臺(tái)地，進(jìn)而形成磷塊巖。磷作為最重要的營養(yǎng)物，其大量輸入勢(shì)必有利于初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)。從圖 6也可以看出，西北非地區(qū)油氣資源富集效應(yīng)與波斯灣超級(jí)含油氣盆地最為接近，理應(yīng)有豐富的油氣資源。因此，可以進(jìn)一步推測(cè)在當(dāng)時(shí)為深水沉積，且與墨西哥灣共軛的西北非海域仍有可能保存有巨量油氣資源。2021年，在摩洛哥西部海域進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)勘探，首次在Anchois/Tanger地區(qū)發(fā)現(xiàn)87×108m3天然氣與少量石油和凝析油，證實(shí)該地區(qū)具有良好的油氣勘探前景[58]。

地中海海域。地中海及周緣微陸塊自三疊紀(jì)以來從赤道持續(xù)向北半球慢速漂移，依次經(jīng)過了ITCZ、亞熱帶干旱區(qū)，當(dāng)前正逐步進(jìn)入溫帶濕潤區(qū)。與波斯灣超級(jí)含油氣盆地相比，地中海海域的漂移速度更慢，與歐亞大陸的碰撞速度也更慢，生烴效果應(yīng)該更好。但與波斯灣超級(jí)盆地不同的是，古地中海長期位于赤道熱帶輻合區(qū)之外的亞熱帶干旱環(huán)境，表層海水溫度較高、蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，且大部分陸緣地區(qū)降水不足，無法產(chǎn)生匯入海洋的地表徑流[59]。近年來，東地中海海域取得了全球規(guī)模最大的天然氣新發(fā)現(xiàn)。根據(jù)2022年的IHS Markit數(shù)據(jù)，在東地中海海域的墨西拿階膏鹽層之下中新統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的天然氣探明可采儲(chǔ)量約 3.5×1012m3，原油可采儲(chǔ)量約2.7×108t。在其更深部的上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)還可能封存有更大規(guī)模的天然氣資源。另外，現(xiàn)今地中海的蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于淡水輸入量，使其底層海水鹽度較高。在數(shù)千萬年之后，地中海關(guān)閉后再次發(fā)育的膏鹽層，還有可能封存現(xiàn)今有機(jī)質(zhì)埋藏所形成的可觀油氣資源。

印度陸塊。與波斯灣超級(jí)含油氣盆地相比，印度陸塊從岡瓦納裂離時(shí)間晚，在侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)早期仍然位于南半球中緯度地區(qū)（見圖4b、圖4c）[60]。事實(shí)上，影響烴源巖發(fā)育的氣候系統(tǒng)可能不僅僅是哈德里環(huán)流，也包括了中緯度溫帶氣候系統(tǒng)的費(fèi)雷爾環(huán)流。該環(huán)流在南、北兩極特別強(qiáng)烈的融冰事件中發(fā)揮著重要作用，可能也是印度陸塊從岡瓦納大陸上裂離前，在其西北緣的印度河盆地內(nèi)發(fā)育下白堊統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖的關(guān)鍵。但印度陸塊在向北漂移，經(jīng)過ITCZ時(shí)剛好處于德干大火成巖省噴發(fā)之后，火成巖覆蓋于盆地之上，填充了盆地空間[61]，使得該時(shí)期無法形成大規(guī)模烴源巖發(fā)育；印度陸塊與歐亞大陸的碰撞速度又過快，在造成青藏高原隆升的同時(shí)，也破壞了先存的油氣資源。值得注意的是，地球物理勘查結(jié)果顯示，印度西部的Cambay盆地在德干大火成巖省的厚層玄武巖之下仍可能封存了1 800～2 500 m厚的中生界沉積[62]。巨厚的玄武巖有可能成為中生界油氣資源的良好蓋層，使其免遭碰撞期的破壞，因此印度西部的火山巖下伏地層可能成為有利的油氣勘探領(lǐng)域。

華南、印支陸塊及鄰近海域。在新特提斯洋單向俯沖過程中，華南和印支陸塊經(jīng)歷了同樣的漂移俯沖過程，也可形成豐富的油氣資源。如華南在處于ITCZ位置時(shí)，發(fā)育二疊系烴源巖；在北漂至亞熱帶干旱區(qū)后，則發(fā)育下三疊統(tǒng)蒸發(fā)巖，形成二疊系—三疊系油氣系統(tǒng)。印支、滇緬泰馬陸塊與華南陸塊的漂移路徑基本類似，但時(shí)代稍晚，因此其油氣系統(tǒng)發(fā)育與保存可能與華南陸塊有著極大的相似性。然而，華南陸塊先行與歐亞大陸碰撞和印支、滇緬泰馬陸塊的后期碰撞，一方面使古生代形成的古滇黔川盆地中的麻江古油藏等遭到破壞，另一方面也使二疊系—三疊系油氣系統(tǒng)快速深埋生烴。與此同時(shí)，處于溫帶濕潤區(qū)的四川盆地，在侏羅紀(jì)早期的TOAE缺氧事件和海侵期間，還發(fā)育了湖相的自流井組大安寨段烴源巖，表現(xiàn)出陸相烴源巖發(fā)育同樣受控于全球性地質(zhì)事件的特征[63]。印支和滇緬泰馬陸塊在侏羅紀(jì)之前的油氣資源很有可能因碰撞導(dǎo)致的地殼變形遭到大規(guī)模破壞，僅在構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定、且蓋層封閉性較好的古隆起區(qū)有所保留，更值得關(guān)注的是印支陸塊及鄰近海域就位之后發(fā)育的海陸過渡相和湖相烴源巖生成的油氣。

澳大利亞西北部。澳大利亞西北陸架從中生代開始演化為被動(dòng)大陸邊緣，并形成一系列富油氣盆地，其中北卡那封盆地的可采油氣資源量石油和凝析油為5.6×108t，天然氣為3.6×1012m3，預(yù)測(cè)待發(fā)現(xiàn)油氣資源石油和凝析油為 707×108t，天然氣為 9 902×108m3[64]。北卡那封盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來自于陸相的三疊系Locker組和 Mungaroozu組以及海陸過渡相侏羅系Dingo組烴源巖，是澳大利亞陸塊位于溫帶濕潤區(qū)的產(chǎn)物。海相下白堊統(tǒng)Muderong組烴源巖因成熟度較低，成為侏羅系油氣系統(tǒng)的蓋層。當(dāng)前的澳大利亞陸塊正以每年6.85 cm的速度不斷向東北漂移。由于澳大利亞還未到達(dá)ITCZ位置就已開始碰撞擠壓，注定其未來的油氣資源前景無法達(dá)到波斯灣超級(jí)含油氣盆地的規(guī)模。澳大利亞西北部的油氣勘探還是應(yīng)以三疊系—侏羅系陸相和海陸過渡相油氣系統(tǒng)為主。

最后需要特別強(qiáng)調(diào)的是，在特提斯構(gòu)造域以外，如西西伯利亞盆地、北海盆地以及松遼盆地等北半球中緯度地區(qū)同樣有巨量的油氣資源富集。從深部動(dòng)力過程與淺部相互作用為切入點(diǎn)，認(rèn)識(shí)油氣形成與富集規(guī)律應(yīng)該是未來的重點(diǎn)研究方向。

5 結(jié)論

聚焦全球油氣資源最富集的地區(qū)——波斯灣超級(jí)含油氣盆地，綜合深部動(dòng)力過程、大洋環(huán)流、大氣環(huán)流和重大地質(zhì)事件，重點(diǎn)探討了新特提斯洋演化導(dǎo)致的表層環(huán)境重構(gòu)對(duì)波斯灣超級(jí)含油氣盆地油氣富集的控制作用，取得了如下認(rèn)識(shí)：①特提斯演化就是岡瓦納大陸不斷裂解、并向北漂移，其過程必然改造中低緯度區(qū)的海陸分布，深刻影響大洋環(huán)流和季風(fēng)系統(tǒng)。全球性大洋環(huán)流的形成有利于陸緣盆地上升洋流發(fā)育和地表物質(zhì)與能量的跨緯度再分配，是侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)油氣資源全球性分布和區(qū)域性富集最根本的原因。②波斯灣超級(jí)含油氣盆地長期緩慢的運(yùn)動(dòng)速度和相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境有利于形成大范圍展布的“源-儲(chǔ)-蓋”連續(xù)沉積。晚侏羅世的“真極移事件”不僅延長了波斯灣超級(jí)含油氣盆地在低緯度區(qū)的停留時(shí)間，還導(dǎo)致盆地兩次經(jīng)過ITCZ，對(duì)油氣系統(tǒng)的疊置發(fā)育有著決定性意義。③全球性地質(zhì)事件進(jìn)一步強(qiáng)化了波斯灣超級(jí)含油氣盆地資源的富集，侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)全球性升溫和海平面上升為阿拉伯陸塊提供了大量營養(yǎng)物質(zhì)，有利于陸緣盆地上升洋流環(huán)境下的初級(jí)生產(chǎn)力勃發(fā)、缺氧環(huán)境形成和有機(jī)質(zhì)大量埋藏。④從“單向列車裝貨”動(dòng)力學(xué)模型的角度，探討了陸塊漂移啟動(dòng)、行進(jìn)和碰撞過程的動(dòng)力學(xué)差異對(duì)油氣資源形成的控制作用，論述了陸塊運(yùn)動(dòng)速率、位置和大氣-海洋環(huán)境對(duì)油氣資源的控制作用，提供了地球系統(tǒng)與油氣資源綜合研究的新視角。

致謝：感謝中國石油勘探開發(fā)研究院劉合院士、王曉梅教授、宋本彪高級(jí)工程師，中國石油大學(xué)（北京）白國平教授，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所趙盼副研究員等在論文撰寫過程中提供的幫助。