小行星撞击形成的油气藏
出乎勘探开发行业众多人士意料的是，小行星对地球的撞击
可能会带来有利于油气藏形成的条件。而另一方面，此类撞击事件也可能对油气资源的积聚分布产生破坏性影响。
Roger Barton True 石油公司
美国怀俄明州Casper Ken Bird
美国地质调查局
美国加利福尼亚州Menlo Park Jesús García Hernández PEMEX
墨西哥塔瓦斯科Villahermosa José M. Grajales-Nishimura Gustavo Murillo-Mu?etón 墨西哥石油研究院墨西哥墨西哥城Ben Herber Paul Weimer 科罗拉多大学
美国科罗拉多州Boulder Christian Koeberl 维也纳大学奥地利维也纳Martin Neumaier Oliver Schenk 德国Aachen
Jack Stark 大陆资源公司
美国俄克拉何马州Enid
《油田新技术》2009年冬季刊：21卷，第4期。? 2010斯伦贝谢版权所有。
在编写本文过程中得到以下人员的帮助，谨表谢意：美国Norman 俄克拉何马大学的Judson Ahern ，新奥尔良的John Dribus ，得克萨斯州Sugar Land 的Gretchen Gillis ，加拿大艾伯塔省卡尔加里大学的Alan Hildebrand ，俄克拉何马州Enid 大陆资源公司的Kenneth J. Kerrihard ，墨西哥城的Jorge Lopez de Cardenas 和Jesus Mendoza Ruiz ，俄克拉何马州俄克拉何马城的Jodie Lowry ，美国马萨诸塞州堪布里奇的Josephine Ndinyah ，加利福尼亚州Mill Valley 的Ken Peters ，以及休斯敦的Matt Varhaug 。
1. Lowman PD Jr ：“Extraterrestrial Impact Craters ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995 Symposium ）。美国俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：55-81。Buthman DB ：“Global Hydrocarbon Potential of Impact Structures ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995 Symposium ）。美国俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：83-99。
2. “Hazards ，Impacts in Our Future?”American Museum of Natural History ，Arthur Ross Hall of Meteorites ，https://www.doczj.com/doc/747168179.html,/exhibitions/permanent/meteorites/impacts/hazards.php （2009年9月7日浏览）。
地质过程和地质事件改变地球的构
造，并决定油气藏的位置和质量。许多地质过程（包括剥蚀、造山运动、沉积沉降、大陆断裂和海洋扩张等）发生的时间跨度都在数百万年以上。这些逐渐演变发展的过程不时被独特的事件打断，如地震、山崩和火山喷发，它们都是在一个地质年代规模上瞬间发生的事件。
小行星撞击地球是另一种突发事件，在讨论石油地质问题上较少提及。这种事件虽然在发生次数上相当稀少，但地球与较大行星发生撞击却能极大地改变地球表面和地下岩石属性，并在较大范围内产生持续影响。充分了解小行星撞击带来的严重后果后，勘探学家能够充分探究撞击事件发生后形成的独立盆地和破裂岩石的结构特征。
本文讨论了小行星撞击地球发生的过程，并分析了撞击事件在形成或破坏
生油源岩、储层和圈闭方面起到的作用。
美国的实例研究表明当前的油气生产部分来自远古小行星撞击地球形成的构造。墨西哥的实例表明巨大的撞击力如何造就了某些高产油气藏。美国阿拉斯加的实例表明，分析中考虑撞击影响提高了盆地和含油气系统模型的可靠性。持续撞击
数十亿年来，地球不断受到彗星、小行星和流星体的剧烈撞击。彗星是由冰、尘埃和岩石组成，直径达到20公里（12英里）。在我们的太阳系中，这些星体一般都是绕着太阳沿椭圆形轨道运行，很少撞击到地球或其他类地行星。小行星的直径可能更大些，达到900公里（560英里），由岩石类物质组成。多数小行星沿小行星带绕太阳运行，小行星带位于火星和木星轨道之间，但某些
撞击频率
每年
撞击体直径，米
每百年每万年
每亿年
每百万年
^ 撞击频率。撞击频率与撞击体大小成反比。（根据Short N 的资料改
编：“The Remote Sensing Tutorial ，Section 18：Basic Science II ：Impact
Cratering ”，https://www.doczj.com/doc/747168179.html,/（2009年12月10日浏览）。
所谓的穿越地球轨道的小行星可能跑到距地球更近的地方。
流星体是星际小碎片，一般是小行星的碎片。大多数看得见的流星或“陨星”进入地球大气层后都变成了鹅卵石大小或更小的物体。流星体和小行星的残余体受到地球大气层的阻力速度变慢，落到地球表面后称为陨石。直径较大的陨石称为火流星，速度受地球大气层的影响不会很大，撞击后发生蒸发，
但在本文中，小行星这个术语涵盖撞击
地球的所有尺寸的星体。受到撞击的地
表岩石称为目标岩石。
小行星撞击后形成的冲击坑是太
阳系中最常见的地貌[1]。但是，地球上
的冲击坑相当少见，因为地球大气层往
往使很多落体发生了解体。有一些落
体（称之为火球）在地球附近发生了爆
炸，有一些擦地球而过，或全方位撞到
了地球。撞击频率与小行星大小成反
比；虽然每年都有鹅卵石大小的陨石落
到地面上，且每百万年左右会发生小行
星进入地球轨道造成直径达到20－50公
里（12－31英里）的冲击坑，但小行星大
到深度侵入地球轨道、造成毁灭性撞击
只可能每一亿年或更长时间发生一次
（前一页图）[2]。
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撞击造成的坑会随着地壳的重新发育而相对迅速地消失－掩埋在沉积物下面，被俯冲层拉到下面，褶皱到山脉中或被剥蚀掉。被剥蚀、掩埋或其他方式改变了的撞击坑都称为撞击构造。
小行星可能以10－70公里/秒（250000公里/小时或160000英里/小时）的速度撞击地球，并释放大量动能[3]。撞击坑的形成是一个相当迅速的过程，可分为三个阶段：接触压缩，开掘和成坑后的改造。目标岩石的构造变化和相变化都发生在第一阶段，撞击坑的形态由后两个阶段决定。
碰撞后，撞击体将目标体挤出其原路径，使其压缩并加速前行。目标体抵制撞击体穿过，使撞击体减速。碰撞后，撞击体几乎在瞬间停止，进入目标岩石的距离大约为其直径的一倍或两倍。动能转化成热量和冲击波，穿透撞击体和目标岩石。一个较大的小行星撞击地球后在撞击对象上能够产生高于100 GPa （14.5 M psi ）的冲击压力，产生的温度高达3000°C 以上（5400°F ），造成目标岩石震裂、击变、改变矿物相，使
目标岩石熔化或蒸发[4]。接触压缩阶段的持续时间决定于撞击体的大小、组成和速度。但即使是最激烈的撞击事件，这个阶段也仅仅持续几秒钟。
开掘阶段持续几秒钟到几分钟。在这个阶段，形成的半球形冲击波进入目标岩石，在其中产生高压。膨胀的冲击波使被冲击体发生不可逆转的改变。冲击波穿过岩石后，高压通过压力释放波释放。这种压力波造成一股质量流，从而开掘出一个坑。冲击挖掘出的物质被甩出坑，抛出很远的距离。撞击体越大，越有可能被完全蒸发，并被抛出去。固体、液体和汽化碎片被向上推，沿途形成一道锥形的“喷出物帘”。喷出的物质沿冲击道向上前进，然后又回到地球。一些碎片可能被抛到大气层外，然后从数千公里处再重返大气层。
喷出物大小不等，小到蒸汽、尘埃颗粒，大到巨大的块状物。熔化岩石和汽化物质在飞行过程中发生凝结，能够形成圆形的、沙粒大小的颗粒，称为小球。这样的小球通常是玻璃状的，可能落到距撞击坑数千公里远的地方，形成独特的
沉积层[5]。
在墨西哥Chicxulub ，六千五百万年前的一次撞击造成的喷出物几乎遍及了全球，有些小球甚至飞到了新西兰[6]。小球层总是比撞击坑本身保持的时间长，可能是远古时期小行星撞击地球留下的唯一证据， 35亿年前发生的撞击在南美洲和澳大利亚留下的沉积物就是这样的典型案例。小球层厚度通常随着远离撞击地点的距离而逐渐减小。
在撞击坑近处和里面，喷出物沉积成粗分选的角砾岩－目标岩石的角状碎片和粉状物质的细颗粒基质中的基岩的混合物。碎屑角砾岩包含各种岩石类型，如撞击变质的碎片、撞击熔化物或玻璃，称为陨磺砾岩（左图）[7]。在撞击熔化角砾岩中，胶结碎片的基质是熔化岩石的晶体化物质。受撞击的岩石统称为撞击岩。
开掘制造出一个碗状“过渡”坑。在撞击后改造过程中，因为重力作用，过渡坑发生坍塌。撞击坑的形态取决
^ 撞击形成的岩石。陨磺砾岩（上）是一种含玻璃的撞击角砾岩。这一全
岩标本选自加纳的Bosumtwi 撞击构造，其中包含各种岩石碎屑，细粒碎屑基质中还有泡状玻璃包容物。下图是从Bosumtwi 撞击坑北边外围的陨磺砾岩层钻取的岩心，从照片可以看到玻璃状包容物。上面的岩石样本宽度为25厘米（9.8英寸），下面的岩心直径为5厘米（2英寸）。（照片由Christian Koeberl 提供）。
A
于目标岩石的类型和撞击体的大小[8]。简单的构造形态仍然保持为碗状，周围隆起形成碗的边缘。在地球上，简单的撞击构造通常较小，在沉积岩上形成的坑的直径在2公里（1.2英里）以下，结晶岩上的直径在4公里（2.4英里）以下。位于美国亚利桑那州的Barringer 撞击坑就是一个保护较好的撞击在沉积岩上的例子（右图）。在撞击坑的视坑底下面
是一层角砾状物质，
覆盖在被震裂但属于原地目标岩石的真实坑底的上面。通过对来自坑底的被撞击矿物进行的分析表明撞击力曾达到25 GPa （3.6 M psi ）左右。撞击坑经过坍塌最终形成的墙壁都比原始过渡形成的坑的墙壁薄。这种成坑后改造形成的坑的最终直径稍大于过渡坑的直径。
直径大于几公里的撞击坑通常形
3. 关于下述讨论，请参考：
Melosh HJ ：Impact Cratering ：A Geologic Process 。纽约：牛津大学出版社，1989年。 Koeberl C ：“Impact Cratering ：The Mineralogical and Geochemical Evidence ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：30-54。 Koeberl C ：“Mineralogical and Geochemical Aspects of Impact Craters ”，Mineralogical Magazine ，66卷，第5期（2002年10月）：745-768。4. Koeberl （2002年），参考文献3。
5. Simonson BM 和Glass BP ：“Spherule Layers －Records of Ancient Impact ”，地球与行星科学年评，32卷（2004年5月）：329-361。
6. Smit J ：“The Global Stratigraphy of the Cretaceous-Tertiary Boundary Impact Ejecta ”，地球与行星科
学年评，27卷（1999年5月）：75-113。7. Koeberl （2002年），参考文献3。
Koeberl C ，Milkereit B ，Overpeck JT ，Scholz
CA ，Amoako PYO ，Boamah D ，Danuor S ，Karp T ，Kueck J ，Hecky RD ，King JW 和Peck JA ：“An International and Multidisciplinary Drilling Project into a Young Complex Impact Structure ：The 2004 ICDP Bosumtwi Crater Drilling Project －An Overview ”，陨星和行星科学，42卷，第4/5期（2007年）：483-511。8. Grieve RAF ：“Terrestrial Impact Structures ：Basic Characteristics and Economic Significance with Emphasis on Hydrocarbon Production ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：3-16。
^ 简单的撞击构造。在接触压缩阶段（A ），小行星撞击地表，把目标岩石向下推挤。在开掘阶段（B ），形成过渡坑。撞击后，坑的墙体发生轻微坍塌，喷出物落回坑中（C ）。亚利桑那州的Barringer 陨石坑（D ）就是一个简单的撞击坑的实例。该坑直径为1.2公里（0.7英里），形成于5万年前。（图中照片由月球和行星研究所提供）。
E
态都比较复杂，坑的中部往往隆起。中部隆起可能是峰状，最大的撞击坑中央也可能呈现为环形。中间高的地方由受到撞击的目标岩石组成，该目标岩石因为回弹在构造上发生隆起（左图）。周围环状凹陷岩石包含角砾岩和撞击熔融岩。成坑后的改造在强撞击事件中是非常严重的；撞击坑外缘发生坍塌使得坑的最终直径远比过渡坑大。撞击事实和数字
对撞击坑的研究开始于1609年，当伽利略将其望远镜对准月球观察时，看到了撞击坑，并简略绘制出了坑的圆形特征。1665年罗伯特·胡克首次提出了月球上的坑源自撞击的观点。但胡克自己当时并没有在意他的这个想法，因为当时认为星际间是空的，他无法想象发射体来自哪里；直到1801年发现了小行星。在19世纪，很多观察者都支持月球上的坑源自火山喷发的说法。1893年，地质学家G.K. Gilbert 研究了月球上的坑，得出结论说它们的唯一解释可能是外星体撞击造成的，但他无法理解为什么撞击坑几乎都是圆形的，而很多次撞击都毫无疑问是倾斜的。现在大家都知道即使入射角度很低，高速撞击形成的坑也都是圆形的[9]。
地球上目前被认为是撞击形成的大多数坑也曾一度被认为是火山喷发造成的。目前科学家认识到各种机理都可能造就类似于陆地撞击坑的特征地形，如火山喷发、穹窿坍塌、构造运动、地下溶解和冰川作用等。
首次将小行星撞击与陆地坑联系
9. Melosh ，参考文献3。10. Melosh ，参考文献3。
11. Koeberl （2002年），参考文献3。
< 复杂撞击构造。在形成复杂撞击构造过程中，前两个阶段－接触压缩阶段（A ）和开掘阶段（B ）－都与简单撞击构造的形成过程相似。但成坑后的改造阶段比较复杂。撞击坑中间开始回弹（C ），形成隆起的中部地带。距中部较远的地方，撞击坑墙体开始坍塌（D ）。成坑的最终直径比过渡坑直径大很多（E ）。撞击坑发生剥蚀后（F ），直径可能变得更大。
?
°C
?GPa
4 cm
起来是在1906年，当时D.M. Barringer 提出亚利桑那州的简单撞击坑（现在以他的名字命名）是由一颗体积较大的陨星高速撞击地球形成的[10]。在撞击坑周边发现的陨石铁的碎片（一种镍铁合金），其中的稀有金属含量和陆地岩石的稀有金属含量不同。Barringer 相信在坑底下面一定埋藏着一颗较大的陨石，他组织了一家矿业公司进行钻井。Barringer 的主张引起了争议，部分原因是他没有发现陨石，它们可能在发生撞击时已经蒸发掉了。进入19世纪50年代，反对者提出这个坑是由火山喷发或构造坍塌形成的。直到后来发现了粉末状沉积物和超高压力的矿物相才使地质学家和天文学家相信Barringer 撞击坑及其他很多地球伤疤都是小行星撞击造成的。
多数情况下，因为小行星在撞击瞬间被破坏掉，难以发现能够证明撞击源的残留物。剥蚀和掩埋过程又进一步使情况复杂化。因此，科学家制定了诊断标准，用于识别和确认地球上的撞击构造。在缺乏外星发射体或地球化学证据的情况下，认为下列特征是确认小行星撞击的重要因素：击变证据，坑的形态和地球物理异常特征。在这三者之中，只有诊断性的击变效果能够提供关于撞击源的明确无误的证据。
撞击波使得目标岩石在遭受远大于Hugoniot 弹性极限（HEL ）的高压之后开始压缩－这一极限是材料能够承受且不产生永久变形的应力[11]。多数矿物和岩石的HEL 为5－10 GPa （725000－1450000 psi ）。已知地球上能够产生超过该标准的撞击压力的自然过程就是小行星撞击；参与深层变质的静压可能达到5 GPa ，火山活动不会超过1 GPa 的压力（145000 psi ）。
受到撞击压力后，会发生两种冲击变质作用：相变和构造变化（右上图）。发生相变时，矿物从一种相转化为另一种相。例如，石英经历固态相变，形成柯石英，然后在更高压力下变成超石英。除了在撞击构造中，自然界中从来没有发现石英变成超石英的现象。受到撞击压力后会发生的另一种相变是从石墨变
^ 导致矿物改变的撞击压力和温度。图中蓝色阴影表示造成普通地下岩石
变质的条件。高速撞击通常产生大于5 GPa 的高压，造成相变（例如从石英变形柯石英变成超石英）和冲击变质，表现为板面变形特征、击变玻璃、冲击熔化和蒸发。
^ 石灰岩中的震裂锥。图中的震裂锥是从德国Steinheim 撞击坑找到的。该撞击坑大约是在1500万年前形成的，现在在地表上仍然可见。（照片由Christian Keoberl 提供）。
成金刚石。通常高压相变会使矿物组成分子更加紧密，使得矿物变成高密度类型。上述变化可通过光学和电子扫描显微镜、X 光线衍射和核磁共振检测。
构造变化可能发生在宏观和微观规模上。撞击程度的宏观指标是出现震裂锥。这些构造具有规则的从锥顶辐射而下的浅沟槽，在某些岩性中发育更好。它们是在2－30 GPa （290000－4400000 psi ）高压下形成的，大小从数毫米到数米（下图）。
微观构造改变一般发生在更高的压力之下。在受到压力5－45 GPa （725000－6500000 psi ）时，一些矿物颗粒发育成微
结构，称为板面变形特征（PDF ）[12]
。这些特征表现为成组、紧密接触、平行排列的薄层（下一页图）。独立颗粒可能包含不同角度上的多组PDF 。分析板面薄层的走向有助于确定撞击过程中曾经达到的应力水平。
当压力高于30 GPa 时，有些矿物晶体转化成非晶结构，称为击变玻璃。这种玻璃不经过熔化直接形成。这样的固态转化能够保持颗粒形状及颗粒自有缺陷
50 μm
50 μm
300 μm
^颗粒变形。受到撞击压力后，一些矿物颗粒变形成板状特征（PDF），成为紧密、平行堆积的薄层，贯穿整个颗粒结构。澳大利亚Woodleigh撞击构造中的受撞击石英的颗粒组合（上）呈现出多种走向的PDF（根据Reimold等人的资料，参考文献12）。美国衣阿华州Manson附近的一个撞击坑中的单个受撞击石英颗粒出现两种主要PDF走向（中）。图中颜色是受显微镜光干扰，因为颗粒厚度不同造成的。未受撞击的石英颗粒（下）表现出的特征，对没经验的观察人员可能会混淆成PDF。岩石上的线条是近似板状的流体包容物流变痕迹，是低级别构造变形改造的结果。这些线条不是直线、板状的，间距也不很紧密。（照片由Christian Koeberl提供）。的某些特征，与熔融玻璃有明显区别。
当压力高于50 GPa（7.3 M psi），硅及其他矿物颗粒熔化，压力达到60 GPa （8.7 M psi）以上时，岩石发生大块熔化，形成撞击熔岩。如果迅速冷却下来，这些熔化的物质就形成撞击玻璃，如果冷却速度较慢，则变成细粒撞击熔岩。随着时间的推移，撞击产生的玻璃再次结晶或失去玻璃光泽，这就是为什么在较老的撞击构造中没有玻璃物质的原因。
截至2010年，地球上已发现了175个以上的撞击构造，这些构造都表现出击变的影响（下一页，上图）[13]。这些圆形构造直径大小不一，在美国堪萨斯州发现的Haviland 坑直径仅有15米（49英尺），而在南非Witwatersrand盆地发现的Vredefort坑直径达到300公里（190英里）。其中有30多个这样的构造是潜在的具有经济开发价值的矿藏，包括石油和天然气、贵重金属和金刚石等[14]。
小行星撞击地球能够导致三种类型资源的形成：
●撞击前已形成了原生矿藏，例如加
拿大萨斯卡彻温的Carswell构造的铀矿，该构造在成坑过程中隆起，Witwatersrand盆地的金矿和铀矿在Vredefort坑中被埋藏并保存下来。
●撞击过程中或因为撞击生成了同生矿
藏，例如在德国、乌克兰和俄罗斯几处撞击坑熔岩中发现的金刚石，以及硫化物中发现的铜-镍元素和白金组元素，如加拿大安大略省Sudbury构造中储量丰富的矿藏中的金属元素。
●成坑后改造阶段生成的后生矿藏，这
样的例子包括油气藏和热液矿床。本文下面主要介绍油气藏资源。
撞击构造中的油气资源
数十个撞击构造都产出了石油和天然气[15]。其中研究最详细的是位于俄克拉何马州的Ames构造。一些地质学家认为该构造是火成活动或地下溶解的结果[16]。而另一些专家坚持存在无可争议的源自撞击的证据。
最初认为Ames构造是一个地堑或
N
A m e s
^ 已确认撞击坑在全球的分布。文中提到的撞击坑以黑点表示。（资料取自行星与空间科学中心，参考文献13）。
^ Ames 撞击构造。位于俄克拉何马州的这一撞击坑是第一个根据钻井资料
被认为是圆形异常体的撞击构造。从覆盖在该撞击坑上的Sylvan 页岩等高线图（下）明显看到环形构造，该构造目前大约在地表下面9000英尺处。垂直线表示井位。
年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：153-168。
?
?
?
–1.0–2.01
8
14
12106420
m G a l
682481620
10
12
14
16
18
20
–0.6–1.0
–1.4–1.8–2.2
m G a l
?
^ 取自Ames 构造的岩样。部分Ames 原油产自角砾状花岗闪长岩基岩。图中
的岩样在花岗岩碎片之间有较大的孔和晶洞。
^ Ames 撞击坑的重力特征。布格重力异常表现为横向地下密度变化。在沉
积岩中，直径和Ames 构造直径差不多的撞击坑一般出现负重力异常。负重力异常主要体现为低密度物质。（图像由Judson Ahern 提供）。
井结果都各自不同。
到1992年，地质学家综合考虑了各种现象，包括高产Arbuckle 井的环状分布、超厚度的泥岩、玻璃质和角砾状基岩，提出了Ames 构造源自陨星撞击的观点[18]。为验证撞击假说，来自不同机构的科学家对取自Ames 井的钻屑和岩心进行了岩石学、矿物学和地球化学方面的研究，并通过其他调查验证了构造附近的重力场和磁力场是否与撞击起源一致（左下图）[19]。为了更好地了解储层级岩石的分布，大陆资源公司在此构造上进行了2D 和3D 地震勘探[20]。
对岩心和钻屑进行微观研究证明石英发生了矿物学变化，这种现象只能是因为遭受了如下力量所引起的，这种力量比地球内部任何活动如火山喷发和地震大1－2个量级、持续时间短10个量级。撞击特征体和稀有撞击玻璃的发现证实了Ames 坑源自陨星撞击[21]。形成Ames 构造的场景可分步骤描述（下一页图）。大约在4.7亿年前，浅海处1700英尺（520米）厚的平台碳酸盐岩覆盖在了前寒武纪花岗基岩上。直径为1000英尺（300米）、速度为20英里/秒（32公里/秒）的小行星撞击此地，造出一个碗状的凹陷，掘出的目标岩石厚度达2000英尺（600米），并使基岩压缩、震裂。撞击压力高达50 GPa 以上。
随后撞击坑中部的基岩反弹。中部高地周围，基岩和碳酸盐岩隆起，形成一个直径为3英里（5公里）、厚度为1英里（1.6公里）的环型构造，比坑底高出1600英尺（490米）。后来成坑后内沿坍塌，形成一个直径为8－10英里（13－16公里）、宽1－2英里（1.5－3公里）的外沿，由被震裂和角砾化的Arbuckle 白云岩组成。
坑底充填着熔化的角砾物质－一种花岗岩，碳酸岩和白云岩的混合物，其中的基质成分是球粒状－曾被撞击喷出，后又落到坑中。海啸带来杂砾岩沉积物，分选差的碎屑角砾岩，覆盖在熔化的角砾岩上面[22]。这些充填撞击坑的岩石含有丰富的击变矿物和击变玻璃。
撞击坑形成一个封闭的湖泊或
云岩产出了油气，这一储层在该地区通常不具有显著的孔隙度和渗透率。到1991年末，钻了一口定向于中心凹陷一个小型特征构造的井，井孔穿透异常厚度的泥岩层，然后才在司钻称之为玻璃
质地层的层段中发现了石油，该层深度
为8800英尺（2680米）[17]。随后又钻过了320英尺（98米）的地层，后来证明是含油角砾状前寒武纪花岗闪长岩基岩（上图）。这口井成为高产井。但后来的钻
10
E
海洋洼陷，深300－600英尺（90－180米），缺氧条件盛行，充填着富含有机质的黑色泥岩，起到油气生油岩和盖岩的作用[23]。该撞击构造掩埋在10000英尺（3000米）的沉积层下面，从而确保
17. Carpenter BN 和Carlson R ：“The Ames Meteorite-Impact Crater ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：104-119。18. Roberts C 和Sandridge B ：“The Ames Hole ”，Shale Shaker ，（1992年3-4月）：203-206。19. Ahern JL ：“Gravity and Magnetic Investigation of the Ames Structure ，North-Central Oklahoma ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：330-333。20. Sandridge R 和Ainsworth K ：“The Ames Structure Reservoirs and Three-Dimensional Seismic Development ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：120-132。21. Koeberl C ，Reimold WU ，Brandt D ，Dallmeyer RD 和Powell RA ：“Target Rocks and Breccias from the Ames Impact Structure ，Oklahoma ：Petrology ，Mineralogy ，Geochemistry ，and Age ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northern Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：169-198。 Koeberl C ，Reimold WU 和Kelley SP ：“Petrography ，Geochemistry ，and Argon-40/Argon-39 Ages of Impact-Melt Rocks and Breccias from the Ames Structure ，Oklahoma ：The Nicor Chestnut 18-4 Drilling Core ”，陨星与行星科学，36卷，第5期（2001年）：651-669。 Fischer JF ：“The Nicor No. 18-4 Chestnut Core ，Ames Structure ，Oklahoma ：Description and Petrography ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：223-239。22. Fischer ，参考文献21。
Mescher PK 和Schultz DJ ：“Gamma-Ray Marker in Arbuckle Dolomite ，Wilburton Field ，Oklahoma －A Widespread Event Associated with the Ames Impact Structure ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：379-384。关于海啸的详细信息，请参见：Bunting T ，Chapman C ，Christie P ，Singh SC 和Sledzik J ：“海啸科学研究”，《油田新技术》，19卷，第3期（2007年秋季刊秋）：4-19。
^ Ames 复杂撞击坑的形成和保存。大约在4.7亿年前，一颗高速飞行的小行
星坠入俄克拉何马州浅海区（A ）。剧烈撞击（B ）造成了一个过渡坑，并使目标碳酸岩发生角砾化和熔化。随后坑最深部分的目标岩石反弹隆起，形成中部隆起高地，其下伏花岗岩基底（C ）。坑的外墙体因为不稳定发生坍塌。中间隆起部分坍塌，使震裂目标岩石形成一个中央环形结构，周围是震裂基岩（D ）。页岩沉积（E ）和其他沉积物把撞击坑掩埋，同时该地区经历了倾斜作用。
了该撞击坑被完好保存了下来。通过
分析埋藏史及生油岩和石油地球化学特征，表明大量石油产生于三叠纪，大约2.25亿年前[24]。随后油气运移到三类储层岩石中：具有晶间孔隙的Arbuckle 白云岩、具有沥滤孔隙的Arbuckle 白云岩和花岗角砾岩（下一页，上图）。
最终可采储量估计为2500万桶（400万方）石油和1000亿立方英尺（28亿方）天然气。截至2009年，Ames 构造已经采
Red Wing Creek
?
^ Ames 含油气系统横剖面。富含有机质的页岩充填Ames 撞击坑，成为Ames 油藏的生油岩。Ames 油藏是在坑底下面的裂缝性角砾状花岗岩和白云岩构造中形成的。石油运移到中心环和外边缘处的上升盘中。其他页岩起到盖岩的作用。覆盖在该构造上面的泥盆纪地层及更晚的地层大约有7000英
尺厚（未按比例显示）。
出1700万桶（270万方）石油和800亿立方英尺（23亿方）天然气[25]。
Red Wing Creek 油田
位于美国达科他州西北部的Red Wing Creek 构造是Williston 盆地几个在产撞击构造之一[26]。在勘探早期阶段，该特征体表现为一个与任何已知特征都不匹配的地震异常 [27]。壳牌石油公司在上世纪60年代在该地区钻了两口井，都钻穿了密西西比和宾夕法尼亚异常厚层段，但都是干井。1972年True 石油公司大约在1英里（1.6公里）远处钻了一口井，在Mission Canyon 组高度裂缝性角砾碳
酸盐岩发现了油气，总油层厚度达2700
英尺（820米）
。净产层厚度为1600英尺（490米），与周围20－40英尺（6－12米）的产层厚度形成鲜明对比[28]。后来钻的井更进一步确定了该油田的范围。
地震勘探资料和测井资料证实存在一个圆形中部隆起，宽1英里，由密
西西比纪碳酸盐，蒸发岩和硅质碎屑岩
互层组成，大约在该地区正常地层上面3300英尺（1000米）处（左下图）。隆起
周围是一个凹陷，宽约1英里。隆起的圈跨越5英里（8公里），把该复杂构造整个包围起来，构造埋在厚约7000英尺（2100米）的沉积层下。
在钻屑中发现了震裂锥的碎片，这是复杂陨星撞击构造中圈闭石油的第一个迹象[29]。近期开展的其他工作更进一
步证实了从一口True 石油公司的井钻出的岩屑中发现石英颗粒中存在PDF [30]。通过分析PDF 走向，表明撞击压力曾经达到12－20 GPa （1.7－2.9 M psi ）。从地层属性分析估计该构造形成于2.2－2亿年前。
Mission Canyon 层的基质渗透率较低－在整个Williston 盆地仅有1－7 mD 。但在Red Wing Creek 油田，撞击导致的孔隙度和渗透率能够产生相对高的流动速度。生产井集中分布在中部隆起1英里2（2.6公里2）范围内。壳牌早期钻的井穿透了隆起翼部和环形坑下的构造。
根据3D 地震数据体的解释成果和
^ Red Wing Creek 撞击构造地震资料。 3D 地震资料解释成果揭示了Red Wing Creek 撞击坑的地下特
征。Mission Canyon 层的深度用不同颜色表示，从红色到蓝色再到紫色，依次表示由浅至深。图中2D 剖面背景是从3D 勘探资料中提取的。
挑选的属性，如倾角方位、相干性和曲率，可以绘制断层和变形地层的详图
（右图）[31]
。
到目前为止，该油田已经从26口井中生产出1660万桶（260方）油和250亿立方英尺（7亿方）气－其中22口井目前仍在生产。估计该角砾状中央隆起含有1.3亿桶（2100万方）石油，其中7000万桶（1100万方）是可采储量。天然气储量估计在1000亿立方英尺。True 石油公司的地质师和美国科罗拉多大学的研究人员正用地震资料开发用于油藏模拟的地质模型。大撞击
过去25年内人们最关注的撞击是Chicxulub 撞击体和现在的墨西哥尤卡塔半岛的相撞。虽然关于撞击时间、规模和对环境条件的改造存在众多争议，但观察结果仍然一致认为这确实是一次毁灭性事件。
人们真正开始注意该构造是在上世纪50年代前，当时检测到一个圆形重力低区，使得PEMEX 开展了钻井活动[32]。70年代钻了几口井，一些井深达3000米以上，但没有一口钻遇油气，并
23. Castano JR ，Clement JH ，Kuykendall MD 和Sharpton VL ：“Source-Rock Potential of Impact Craters ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：100-103。24. Curtiss DK 和Wavrek DA ：“The Oil Creek-Arbuckle （！）Petroleum System ，Major County ，Oklahoma ”，Johnson KS 和Campbell JA （编辑）：Ames Structure in Northwest Oklahoma and Similar Features ：Origin and Petroleum Production （1995年研讨会）。俄克拉何马州Norman ：俄克拉何马地质调查局通告100（1997年）：240-258。关于含油气系统模拟的详细内容，请参考：Al-Hajeri MM ，Al Saeed M ，Derks J ，Fuchs T ，Hantschel T ，Kauerauf A ，Neumaier M ，Schenk O ，Swientek O ，Tessen N ，Welte D ，Wygrala B ，Kornpihl D 和Peters K ：“盆地和含油气系统模拟”，《油田新技术》，21卷，第2期（2009年夏季刊）：14-29。
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且结果当时没有公布。
到70年代末，科学家对白垩纪末期、三叠纪初期沉淀下来的沉积物（称为K-T 边界）进行了调查，在意大利境内标记K-T 边界的薄粘土层中发现了高浓度铱（Ir ）及其他铂族元素[33]。根据铂族元素在外星体中含量较高这一现
象，他们提出该高浓度层沉淀在这里及另外几个局部地区，是在大约6500万年前，一个直径为10公里（6英里）的小行星撞击了地球某个地方后沉淀下来的，那次撞击也导致了恐龙及其他生物的灭绝[34]。随后，其他工作者在世界其他地方的K-T 边界沉积物中发现了受震石
°
°
°
90°89°
^ Chicxulub 撞击坑。重力图中的一系列同心轮廓（右上）揭示了该撞击坑的位置。图中白色表示海岸线。该图像是根据PEMEX 自1948年开始的重力勘探活动结果创建的，并经过加拿大地质调查局、阿萨巴斯卡大学、墨西哥国家州立大学和尤卡塔州立大学的众多研究人员的补充。白色圆点表示下陷孔的位置（石灰岩中常见的溶解塌陷特征），这种孔称为洞状陷穴。一圈洞状陷穴沿重力梯度特征的最外围分布。这些洞状陷穴是在覆盖撞击坑的近地表第三纪石灰岩中发育的。该坑一定程度上能够影响覆盖它的较晚岩石的属性。（图片由Alan Hildebrand 提供）。
英和其他受震矿物、超石英和击变金刚石，证实曾经发生了剧烈撞击、且喷出物分布范围很广这一观点[35]。
倾向于撞击学说的研究者搜索了地球上因为此类撞击导致的大坑。在报告了深水沉积层典型泥岩层在得克萨斯地区富含分选差的碳酸盐沉积物的上面覆盖着富含铱元素的K-T 物质后，研究人员把注意力转向了墨西哥湾[36]。提出撞击诱发的海啸是造成异常粗粒沉积层产生的原因。通过二十世纪80年代和90年代开展的地球物理勘探活动，里）的较晚沉积物下面。
地球物理资料表明坑的外圈直径大约180公里（110英里）。通过建模研究发现当时过渡坑直径达到100公里（60英里），取代岩层厚度达34公里（21英里），挖掘出目标岩石14公里（9英里）厚[38]。
因为撞击或诱发的海啸引起的剧烈震动导致北美、南美、西非和欧洲大陆斜坡发生大面积坍塌[39]。尤卡塔半岛的碳酸盐地台跌落到深海中，被一层喷出物覆盖。随着时间的变迁，这些碳酸盐构造（墨西哥最大的油田）都从碳酸盐岩碎屑流角砾岩中产出了石油[40]。原始储量为350亿桶（56亿方），目前Cantarell 复合构造60－70%的原油产自Chicxulub 撞击构造。
储层由大约300米（1000英尺）厚的高产白云石化灰岩角砾岩组成，下伏于30米（100英尺）产能较低的改造角砾岩和喷出物（下一页，上图）[41]。下层中缝
36. Bourgeois J ，Hansen TA ，Wiberg PL 和Kauffman EG ：“A Tsunami Deposit at the Cretaceous-Tertiary Boundary in Texas ”，Science ，241卷，第4865期（1988年7月29日）：567-570。37. Penfield GT 和Camargo ZA ：“Definition of a Major Igneous Zone in the Central Yucatan Platform with Aeromagentics and Gravity ”，详细摘要，第51届SEG 国际年会暨展览会，洛杉矶（1981年10月11-15日）：448-449。 Hildebrand AF ，Pen ? eld GT ，Kring DA ，Pilkington M ，Camargo ZA ，Jacobsen SB 和Boyton WV ：“Chicxulub Crater ：A Possible Cretaceous/Tertiary Boundary Impact Crater on the Yucatán Peninsula ，Mexico ”，Geology ，19卷，第9期（1991年9月）：867-871。38. Kring DA ：“Dimensions of the Chicxulub Impact Crater and Impact Melt Sheet ”，Journal of Geophysical Research ，100卷，第E8期（1995年8月25日）：16979-16986。39. Day S 和Maslin M ：“Linking Large Impacts ，Gas Hydrates ，and Carbon Isotope Excursions Through Widespread Sediment Liquefaction and Continental Slope Failure ：The Example of the K-T Boundary Event ”，Kenkmann T ，Horz F 和Deutsch A （编辑）：Large Meteorite Impacts III 。科罗拉多州Boulder ：美国地质学会：GSA 专业论文 384（2005年）：239-258。40. Grajales-Nishimura JM ，Cedillo-Pardo E ，Rosales-Donmínguez C ，Morán-Zenteno DJ ，Alvarez W ，Claeys P ，Ruiz-Morales J ，García-Hernández J ，Padilla-Avila P 和Sánchez-Ríos A ：“Chicxulub Impact ：The Origin of Reservoir and Seal Facies in the Southeastern Mexico Oil Fields ”，Geology ，28卷，第4期（2000年4月）：307-310。 Magoon LB ，Hudson TL 和Cook HE ：“Pimienta-Tamabra （！）－A Giant Supercharged Petroleum System in the Southern Gulf of Mexico ，Onshore and Offshore Mexico ”，Bartolini C ，Buf ? er RT 和Cantu-Chapa A （编辑）：The Western Gulf of Mexico Basin ：Tectonics ，Sedimentary Basins ，and Petroleum Systems 。塔尔萨：美国石油地质学家协会，AAPG Memoir ，75卷（2001年）：83-125。41. Grajales-Nishimura 等人，参考文献40。
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关于白云岩化作用的详细内容，请参见：Al-Awadi W ，Clark WJ ，Moore WR ，Herron M ，Zhang T ，Zhao W ，Hurley N ，Kho D ，Montaron B 和Sadooni F ：“白云岩油气藏评价”，《油田新技术》，21卷，第3期（2009年秋季刊）：31-44。
^从Cantarell油田K-T边界沉积层序最上部钻取的岩样。这些取自C-227D井的岩样含有丰富的击变矿物，是由Chicxulub撞击事件造成的。岩心直径是10厘米。
?m
^ 墨西哥东南部塔瓦斯科Bochil K-T 边界碳酸盐岩角砾岩层序的露头模拟图。虽然这
里受撞击影响形成的矿藏比Cantarell 油田的薄，但从岩石露头来看地层是一样的，在第1单元呈现向上粒度变细的趋势，在第3单元变成细粒喷出体。另外，在第3单元最上部还发现了Ir 异常。右上方4个图片中的铅笔长度是13厘米（5英寸）。最下面图片中，岩石锤的长度是46厘米（18英寸）。
洞型次生孔隙较为普遍，平均孔隙度为8－12%。渗透率为3－5 D 。
上覆层是不渗透的盖层，厚约30米。该层也是由白云岩化的细粒撞击喷出物组成，包括受震石英和长石以及粘土矿物，被认为是击变玻璃的蚀变物（前一页，下图）。这些层也能与海上井和陆上露头进行相关对比（上图）。
沉积层序的解释结果有助于解释Chicxulub 撞击发生后的数分钟和数小时
42. Grajales-Nishimura 等人，参考文献40。
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Recorder ，25卷，第6期（2000年6月）
：10-16。内发生的系列事件：碳酸盐平台坍塌，
导致下层角砾岩沉积下来。因为撞击诱发的引起整个墨西哥湾震荡的海啸激起的巨浪把喷出物推回来，并加以改造，与粗粒物质混合起来。最后，喷出物层把沉积物包裹起来，密封在成岩流体中。早中新世到上新世时期的褶皱和压缩作用造成强大的逆冲力，从而产生白垩纪和上侏罗纪块状岩石，形成巨大的Cantarell 圈闭[42]。油气从高质量的上侏罗
纪生油岩运移到中新世的角砾岩中[43]。
1998年，PEMEX 利用改进的地震成像技术，在Cantarell 储层下面发现了另一个巨型油气积聚－Sihil 油田[44]。Sihil 储层蕴藏油气储量11.36亿桶（1.8亿方），也是因为Chicxulub 撞击造成的碎屑形成的白云岩化碳酸盐岩。包含Cantarell 油田的岩块被向上推，覆盖在Sihil 油田的上面，形成了目前包含Sihil 储量的圈闭。不利的撞击
前文所举实例证明了小行星撞击地球可能带来有利于油气储量形成的条件。也许同样重要的是，小行星撞击地球也可能造成油气积聚的消失。阿拉斯加的Avak 构造就是一个证明撞击破坏油气储层的证据。
1949年，在阿拉斯加州Barrow 村附近的地震和重力异常体的翼部发现了天然气。通过后来进行的勘探活动，发现在包围该特征体的构造高地发现了一些小规模天然气积聚。早在1967年，美国地质调查局的调查人员提出了该圆形构造起源于外星体撞击的观点，并引用了环形地貌和钻穿异常体的井钻遇了中断
地层的证据进行证明[45]。
通过对取自中部隆起上的钻井岩屑进行微观分析，在石英颗粒上识别出了击变PDF （板状变形特征），证实了撞击起源说[46]。这次撞击事件估计发生在9000－10000万年前。
与附近蕴藏250亿桶（40亿方）石油的普拉德霍湾油田一样，Avak 撞击构造也位于Barrow 拱这一区域特征体上。但Avak 构造只在其翼部蕴藏少量的天然气。为了解释这种储量的缺失现象，科学家们提出了这样的假设：撞击前圈闭在Avak 构造中的油气积聚分布面积和拉德霍湾一样广，但体积比普拉德霍湾小，撞击后被圈闭的油气流到了地表[47]。
作为阿拉斯加北坡（ANS ）3D 多客户含油气系统研究的一个方面，斯伦贝谢和USGS 的地质师通过模拟导致本地区油气生成、运移和积聚的地质事件和演变过程对上述假设进行了验证。模拟结果表明在9700万年前Barrow 半岛层积
Brooks Range
Foothills
Point Barrow
110 Ma
97 Ma
96.01 Ma ( )
?
Avak
聚了巨量原油（上图）。继续模拟过程直到今天，不考虑外来星球撞击干扰，表明了积聚石油的保存过程。
模拟过程中考虑撞击的影响就需要更改含油气系统模型的几个参数。撞击事件本身没有进行模拟，但其对目标岩石的总体影响进行了估算，并用来更新模型。1200米（4000英尺）受震区域内的岩石的渗透率提高了。整个构造中的温度提高到了3000°C ，从9700万年前的地表延伸到基岩的垂直断层引入到了构造中。
和没有考虑撞击的模型进行对比，撞击后的含油气系统模型得出的结果大不一样。岩石属性的突然变化导致被圈闭油气流出圈闭。另外，开掘和成坑后
隆起造成的过压力下降促使烃类从液态转化成气态。撞击后，新生产的液态烃类物质运移到撞击构造的外环圈闭内。未来展望
小行星撞击造成地貌和地下岩石属性发生显著改变，进行油气勘探和生产时应当考虑这一因素。撞击造成的变化可能集中在局部，也可能分布很广；撞击可能促使油气藏形成，也可能破坏原有油气藏。
遥感技术的进步使我们更容易地发现地表上那些可能被植被或其他障碍掩藏起来的撞击坑。例如，卫星图片能够帮助识别那些从地表无法识别的撞击特征体。机载光探测与测距技术（LiDAR ）已经成功地确定出一个撞击坑的位置，
而采用可见光图像是无法检测到的[48]。
虽然某些撞击坑在地表是可见的，但很多都因为被沉积物掩埋而无法观察到。检测被掩埋撞击构造的传统方法依赖于地表地球物理技术－重力、地震和电磁勘探[49]。所采用的策略就是识别异常是否与撞击起源观点一致，然后再通过岩石分析，寻找击变的痕迹来加以证实。
今天，撞击研究已经成为行星科学专家们研究的一个领域。将来随着勘探队伍逐步学会识别撞击构造，他们将能够对小行星撞击地球的影响进行模拟，从而更好地进行油气勘探与开发。 －LS
^ 含油气系统模拟中考虑撞击影响。通过模拟Barrow 半岛油气生成、运移和积聚过程，表明大部分油气集聚发生在9700万年
前。大约在9600万年前，发生了Avak 陨星撞击事件，产生一个圆形的坑状破坏区（灰色），有效提高了此地的渗透率和温度。撞击后，大量油气积聚消失了。今天，通过含油气系统模拟，表明在撞击构造附近出现几处天然气积聚。图中绿色表示被模拟石油相的液相，红色表示气相。黑色圆点表示井位，红色箭头表示Barrow 拱的倾没方向。