西巴伦支海盆地含油气系统分析与资源评价

北极西巴伦支海盆地是全球最具勘探潜力的含油气盆地之一。基于IHS数据库最新资料,分析了该盆地油气地质特征,揭示了盆地油气分布特征,划分了含油气系统和成藏组合,评估了盆地资源潜力,并优选了有利勘探区带。研究表明,区域上西巴伦支海盆地已发现油气藏主要分布于盆地的西南部;层系上油气主要富集于侏罗系和三叠系储层,其已发现控制和探明(2P)可采储量分别占盆地总2P可采储量的72.6%和15.5%。盆地内主要发育2个已知的含油气系统,分别为侏罗系/三叠系复合含油气系统和二叠系/石炭系复合含油气系统。蒙特卡洛模拟评估出西巴伦支海盆地石油、天然气和凝析油待发现可采资源量(均值)分别为487.4×10^(6)t、1375.6×109 m3和84.6×10^(6)t,折合成油当量为1681.9×10^(6)t,其中天然气占66.0%。综合资源评价结果和油气成藏条件地质分析优选出2个有利勘探区带,分别是盆地南部的侏罗系成藏组合有利勘探区带和三叠系成藏组合有利勘探区带。

巴伦支海和喀拉海区域海冰变化关键过程及热力响应

巴伦支海和喀拉海区域是北极海冰变化最显著的地区之一,由于该区域海冰厚度和海冰流速观测数据的不完整,对于巴伦支海和喀拉海区域海冰体积时空变化特征的认识还不够完善,对引起该区域海冰变化的关键过程及海冰对热力学因素的响应理解也不够清晰。本研究综合利用1991—2019年海冰流速和海冰厚度再分析数据与海冰流速模式数据,定量分析了巴伦支海和喀拉海区域海冰变化的主要贡献来源。结果表明,相较于外部的海冰输运变化,局地海冰变化贡献是该区域海冰总体积变化的关键过程。外部海冰的贡献主要由斯瓦尔巴群岛与北地群岛之间的海冰向外输出增加和内向输入减少共同作用引起。在局地海冰变化中,海冰体积减小主要由喀拉海和巴伦支海北部以及喀拉海南部海冰厚度减小所致。区域内海冰分别和海表温度以及地表气温呈现较为显著的负相关性变化。海冰与海表温度高相关性区域的分布与海表温度增暖较快的区域相一致,春、夏季主要位于巴伦支海,秋、冬季扩大至巴伦支海和喀拉海大部分区域。海冰与地表气温之间的平均相关系数高于与海表温度的相关系数,高相关性区域的分布与海冰厚度减小明显的区域分布相似。

巴伦支海近40年来海洋热含量变化特征及影响机制

利用ORAS5海洋-海冰再分析数据集,研究发现1979—2018年间巴伦支海海洋热含量存在显著的季节和年际变化特征,且有持续上升趋势。海-气热通量是控制巴伦支海海洋热含量季节变化的主要因素,而北大西洋流的海洋热输运则影响其年际变化和上升趋势。北大西洋流的温度和流速变化对其海洋热输运的年际变化均有贡献,而其海洋热输运的上升趋势则主要是来自于北大西洋流温度的增加。此外,巴伦支海开阔海域和冰区的海-气热交换呈现相反的趋势,在无海冰覆盖的开阔海域,海洋放热减少,海洋混合减弱;而在有海冰覆盖的海域,海洋放热则显著增加,海洋混合增强。

巴伦支海海冰多年变化及其影响因子研究

本文采用1900—2010年ECMWF海冰密集度、海面温度、风场和NCAR北极涛动等长序列资料,运用EOF分解、线性回归和相关分析等统计方法,分析了巴伦支海海冰年际变化特征及其与影响因子之间的关系。结果表明:巴伦支海海冰面积4月最大,9月最小,每年减少约1653km^2;面积距平正负位相交替出现,1969年后以负距平为主,冰情先重后轻;密集度逐月不同,明显降低的区域呈现“中部偏东—中部—东北部—西北部—中部偏东”转移特点,部分区域每年减少0.006以上;密集度变化的空间特征可由密集度EOF第一主模态表示,与温度的相关系数高于风场;海冰面积与AO呈负相关。我国以往单独针对巴伦支海海冰变化的研究较少,本文丰富了这方面的资料,对浮式平台开发冰区油气资源提供初步参考。

西巴伦支海地质构造特征及其演化

巴伦支海陆架宽广,油气资源丰富,其南部是北极地区调查程度相对较高的海域。该区沉积基底主体形成于加里东期,包括西部的加里东造山带、中部的斯瓦尔巴—喀拉微板块、东南的蒂曼造山带,东缘为新地岛褶皱带。西巴伦支海构造以台地与小型盆地相间格局为特征,发育3组裂谷盆地群:泥盆纪末—早石炭世、晚侏罗世—早白垩世和晚白垩世—新近纪裂谷盆地群。加里东之后,巴伦支海地壳处于拉伸状态,形成一系列NE向裂谷盆地。晚石炭世开始,裂谷作用停止,以区域沉降为主。二叠纪—三叠纪巴伦支海东缘的新地岛褶皱带碰撞隆升,完全改变了巴伦支海物源格局,由早期的西部物源为主变为西南为主。中侏罗世晚期—早白垩世,西南巴伦支海老的线性构造复活,形成新裂谷盆地。晚白垩世—新生代,巴伦支海西缘边缘持续沉降,形成裂谷。除西缘外,西巴伦支海新生代以区域的隆升剥蚀为主,对生烃和油气藏储产生重大影响。

西南巴伦支海海底天然气渗漏的地球物理-地球化学标志及其成因机制

在大量文献资料综合分析的基础上,系统归纳了西南巴伦支海浅层气渗漏的地质、地球物理以及地球化学判识标志,探讨了该区浅层天然气渗流的主控因素和成因机制。认为该区天然气渗流现象分布广泛,表现形式多样,包括麻坑、浅层气和水合物成藏(BSR)、气烟囱、沿断裂的流体渗漏以及其他相关特征;其气源主要来自下伏含油气系统,其分布主要受控于沟通深部富烃层系的深大断裂,晚上新世—更新世期间的冰川旋回作用、构造均衡抬升和剥蚀是其主要诱发机制。

巴伦支海西南部天然气水合物形成与分解影响因素

北极海域赋存丰富的油气和天然气水合物资源,也是全球环境变化的一个重要窗口,北极巴伦支海西南部陆架已发现大量天然气水合物赋存的识别标志,笔者综述了巴伦支海西南部海域陆架区水合物形成的条件和已发现的天然气水合物分布情况和泄漏特征,总结影响巴伦支海西南陆架区天然气水合物形成和分解的各项因素,评价北极巴伦支海西南部天然气水合物资源前景。掌握北极巴伦支海及其周边区域的水合物资源情况是提升中国在北极事务话语权的必要内容之一,北极海域水合物动态变化对于全球气候变化具有十分重要的指导意义;这类极地低温海域水合物流体聚集和运移特征十分特殊,对丰富水合物成藏研究有重要的理论意义。

秋季巴伦支海海冰与中国京津冀地区2月气温变化的联系

利用中国京津冀地区94个气象台站气温观测资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心联合制作的再分析资料、美国国家海洋和大气管理局海冰密集度资料,采用经验正交函数分解、相关分析、回归分析、合成分析等方法,研究冬季气候变暖背景下近32 a中国京津冀地区Feb_(4-20)(2月4—20日)平均气温异常与前期秋季北极海冰异常的关系,探讨秋季巴伦支海海冰影响中国京津冀地区Feb_(4-20)气温的可能机制。结果表明:(1)1988/1989年冬季是中国京津冀地区冬季变暖的突变点,暖背景下Feb_(4-20)气温第一模态呈空间一致变化型,其时间系数年际变化特征明显;(2)秋季巴伦支海、喀拉海和东西伯利亚海关键区海冰密集度与中国京津冀地区Feb_(4-20)气温存在显著正相关,可作为Feb_(4-20)气温预测的前兆信号;(3)秋季巴伦支海关键区多(少)冰年,其冬季海冰也偏多(少),为持续冷(热)源,在欧亚大陆对流层中高层激发出负(正)位相的斯堪的纳维亚遥相关型分布,西伯利亚高压偏弱(强),欧亚中高纬近地面多为南(北)风异常,东亚114°E—119°E范围45°N附近为异常上升(下沉)气流,使得中国京津冀地区自地面至对流层顶Feb_(4-20)气温偏高(低),显著暖(冷)异常区随高度升高逐渐减小并向北倾斜。

西南巴伦支海天然气水合物分布与富集成藏

西南巴伦支海是挪威北极圈的一部分,具备天然气水合物富集成藏的有利地质条件,且存在明显的天然气水合物识别标志。本文收集和整理了巴伦支海西南地区与天然气水合物相关的资料,发现BSR、空白反射带和浅部气体聚集异常反射等地球物理标志主要在Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部广泛分布;麻坑、气烟囱、断裂及其他气体渗漏构造地质标志主要在Asterias复合断裂带附近和Hammerfest盆地西部密集分布。因此,西南巴伦支海天然气水合物的有利勘探目标区主要是Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部。结合区域地质背景分析上述各种识别标志的平面分布特征,推断该区天然气水合物的富集成藏与有效的含气流体运移通道密切相关。

北极巴伦支海-喀拉海区地质构造特征及其石油地质意义

综合国际地质大会有关巴伦支海-喀拉海地区的最新研究成果，本文介绍了巴伦支海盆的地质、构造特征及其石油地质意义。巴伦支海-喀拉海区的地壳剖面自上而下分为沉积盖层、形变和褶皱复合体、结晶上地壳层-太古代-元古代花岗片麻岩和下地壳层；其沉积盖层可划分为下石炭系、上石炭系-下二叠系、三叠系、侏罗系、上白垩统-新生界5套沉积层，三叠纪、侏罗纪泥岩、二叠纪泥岩和白垩纪海相泥岩是主要烃源岩，储层有二叠纪、三叠纪和侏罗纪砂岩，尤其是三叠纪大型斜坡三角洲沉积体和中始新世砂岩是本区最重要储层。油气地质研究结果认为本区具有良好的油气潜力。

3月巴伦支海海冰对中国东部8月气温偶极子型的影响及机制研究

利用NCEP/NCAR、ERA-Interim再分析资料以及观测资料,研究了3月巴伦支海海冰异常与中国东部8月“南暖北冷”的模态的联系及可能机制。结果表明,当3月巴伦支海海冰偏多(少)时,中国东部地表气温呈现“南暖北冷”(“南冷北暖”)的模态,东北上空对应气旋(反气旋)异常和上升(下沉)运动异常,华南上空对应反气旋(气旋)异常和下沉(上升)运动异常,地表净热通量表现为“南正北负”(“南负北正”)。进一步研究发现,“丝绸之路”遥相关型与中国东部环流异常密切相关,而3月巴伦支海海冰异常可以通过影响“丝绸之路”遥相关波列进一步影响中国东部的环流异常及偶极子温度异常。一方面,3月巴伦支海海冰偏多(偏少)的信号可以持续到8月,在喀拉海上空通过冰-气相互作用激发南传的波列,加强“丝绸之路”遥相关的负位相(正位相),影响中国东部地区的环流。另一方面,春季巴伦支海海冰偏多(偏少)使得同期欧亚大陆北部温度偏低(偏高),欧亚北部积雪呈“西多东少”(“西少东多”)、土壤湿度呈“西湿东干”(“西干东湿”)的空间格局。而土壤湿度异常的空间格局可一直持续到8月,使得“丝绸之路”遥相关波列的加强,进一步影响中国东部环流异常,最终影响中国东部8月气温偶极子型的分布。

巴伦支海的冰盖与气溶胶光学厚度的耦合关系

冰盖(ICE)和AOD之间的关系对北极及全球气候有重要的影响.分析了北极巴伦支海地区(30-50°E,70-80°N)在2003—2009年的AOD和ICE的分布及其之间的耦合关系.从7年的总数据来看,AOD春天高,夏天低,秋天又有回升;南部AOD含量一般高于北部,但在75-80°N区域,2003年的AOD含量特别高;AOD和ICE在一定的区域有着带有滞后期的关系,几乎每一年的相关性都是正的.通过统计软件Eviews的滞后回归分析发现,ICE的峰值先于AOD 1个月左右.在研究区域北部,ICE和AOD在平移后的相关系数是0.51左右,而南部的相关系数是0.30左右.通过协整检验发现,ICE(-1)和AOD均为平稳序列,并且残差无单位根,故两者具有长期均衡关系.可以推断,由于海洋冰块的融化,导致相关生物硫种类的减少,从而导致AOD含量的增加.通过在70-75°N区域对AOD的结果进行平稳性检验,预测了未来两年AOD的发展趋势.

东巴伦支海盆地构造演化与含油气前景

东巴伦支海盆地位于北极海域,是一个发育有完整前裂谷-同裂谷-后裂谷层序的大陆边缘裂谷盆地,形成于贝加尔期-加里东期基底之上。盆地主要沉积层序为上古生界泥盆-石炭纪前裂谷期拗陷沉积单元、二叠-三叠纪同裂谷期沉积单元和三叠纪晚期-早第三纪后裂谷期拗陷沉积单元;其主力烃源岩为三叠系页岩及煤层,主要储盖组合为中-上侏罗统砂岩-泥岩,共划分为1个含油气系统和2个成藏组合。根据油藏规模序列法预测,东巴伦支海盆地百万桶以上油气田平均预测值为21个,总可采储量81755百万桶油当量(MMBoe)。

末次盛冰期以来巴伦支海-喀拉海古海洋环境及海冰研究进展

巴伦支海-喀拉海是北冰洋最大的边缘海,能够对环境变化做出快速的响应和反馈,是全球气候变化最为敏感的区域之一,其古海洋环境演变及海冰变化研究是全球气候变化研究的重要组成部分。末次盛冰期以来,该区域的古海洋环境受到太阳辐射、海流强度、海平面变化、温盐环流和河流输入等因素影响发生了一系列不同尺度的波动。巴伦支海受到北大西洋暖水和极地冷水两大水团相互作用的影响,在水团交界处(极锋)由于不同水团性质的差异,导致其海水温度、盐度及海冰发生剧烈变化。而喀拉海则受到叶尼塞河和鄂毕河大量淡水输入影响,海流系统较巴伦支海相对复杂,沉积物主要来源于河流输入的陆源物质,并可以通过磁化率的分析明确区分两条河流的陆源物质。由于受到冷水和暖水的相互作用,巴伦支海-喀拉海海冰变化迅速,并且在全新世中晚期存在0.4 ka和0.95 ka的变化周期,但海冰变化的影响因素并不是单一的,而是气候系统内部各因子相互作用的结果。目前古海冰重建研究工作主要为定性研究,定量研究相对较少,所选用的重建指标也相对单一,另外存在年代框架差、分辨率低等不足。本文以巴伦支海和喀拉海为中心,总结了其快速气候突变事件、古温度盐度、海平面及海冰的变化,对影响因素进行了探讨,并通过分析末次盛冰期以来古海洋环境研究的不足,提出了相应的展望。

冬季亚洲中纬度极端低温事件与巴伦支—喀拉海异常增暖的关系及联系机制

利用1979~2019年NCEP-DOE再分析资料,分析了亚洲中纬度冬季极端低温事件发生频次与巴伦支—喀拉海异常增暖的联系及可能机制。研究表明:巴伦支—喀拉海异常增暖通常对应西伯利亚高压异常增强及亚洲中纬度极端低温频发。进一步分析发现,伴随巴伦支—喀拉海异常增暖,新地岛、乌拉尔山附近出现位势高度正异常,在位势高度正异常的东侧、南侧对应显著的冷平流及下沉运动异常,并在近地面出现异常辐散气流,使得西伯利亚高压增强且向东南延伸。热力学方程诊断的结果表明:西伯利亚高压异常南侧东北风导致的异常冷平流、偏东风异常经过地形造成的异常上升运动以及辐射、感热、潜热交换造成的异常非绝热冷却导致亚洲中纬度近地面温度季节循环振幅增大,有利于极端低温频发。

巴伦支的北极地图

正16世纪末,有着"海上马车夫"之称的荷兰热衷于寻找从欧洲通往亚洲的航道。一些由贸易公司与富商赞助的船队深入北冰洋探险寻路,其中最著名的就是威廉·巴伦支和他带领船队。巴伦支曾在1549年、1595年和1596年三次试航。前两次航行。

冬季北半球大气对秋冬季巴伦支海海冰异常的敏感性研究

基于ERA-Interim再分析资料,借助大气模式CAM4,分析了北半球冬季不同月份的平均大气对巴伦支海不同振幅及不同季节海冰扰动的敏感性,并考察了中高纬度典型大气模态的分布变化情况。结果表明,冬季巴伦支海海冰的减少,会导致湍流热通量异常向上、局地异常变暖及水汽含量的异常升高,且相关异常的强度和范围随着海冰减少幅度的减小而减弱。这种局地响应会通过大气环流调整扩散开来,产生远程影响。具体地,冬季大气环流与欧亚地面温度异常对于不同幅度海冰异常的响应是非线性的,且在不同月份也呈现出不同特征。秋季巴伦支海海冰减少虽未引起局地显著的温度异常,但欧亚大陆温度及环流场异常响应的强度更强、范围更广,这表明秋季海冰可以独立地对冬季中纬度大气产生影响。此外,冬季不同月份西伯利亚高压强度、位置对巴伦支海海冰减少的响应是不同的,北大西洋涛动位相的倾向变化对不同季节、不同振幅海冰减少的响应也不相同。冬季海冰减少时,12月和1月,西伯利亚高压强度更易偏强、位置易偏东,2月则与之相反。与冬季相比,秋季海冰偏少时,西伯利亚高压更易稳定维持在欧亚大陆,晚冬时发生北大西洋涛动负位相的概率增大,但出现极端负位相概率降低。这为了解巴伦支海海冰异常对北半球天气、气候的影响提供了参考。

自20世纪90年代中后期夏季巴伦支海海冰与秋季中国西南地区干旱的联系加强

研究夏季7—8月巴伦支海海冰和秋季9—11月中国西南地区干旱的年际变化的联系,并探讨了其可能机制。结果表明:1979—1997年夏季巴伦支海海冰和秋季中国西南地区干旱在年际尺度上相关不显著,但到1998—2019年,海冰和干旱指数的相关系数增长至-0.69,置信水平达到99%。当夏季7—8月巴伦支海海冰增多时,有利于秋季9—11月中国西南地区发生干旱;当夏季7—8月巴伦支海海冰减少时,则反之。进一步分析其原因可知:1998—2019年,当夏季巴伦支海海冰异常偏多时,海冰异常可以持续到秋季,导致巴伦支海表面湍流热通量负异常,新地岛以西地区的大气变得更加稳定,激发了异常下沉运动。通过异常经向环流作用,进一步促进地中海附近出现上升运动。由此产生的地中海北部对流层高层300 hPa异常辐散风激发了罗斯贝波,波列沿着55°N向东传播,在贝加尔湖地区向南传播至中国北部和西南地区,导致中国西南和华东地区上空出现异常高压,这有利于中国西南地区降水减少、温度升高,进而导致干旱发生。此外,相比于1979—1997年,1998—2019年夏季巴伦支海海冰更大的年际变率可能是导致二者联系加强的一个重要原因。