美国阿拉斯加州油气资源丰富，是美国第二大原油产出地，其中阿拉斯加北坡地区是阿拉斯加州主要的产油区。这一地区自然环境条件恶劣，油气勘探活动进行的相对较晚。自1967年普拉德霍湾超大油田被发现后，大量的钻井和地震等勘探活动才在这一地区进行。阿拉斯加北坡地区演化程度高，构造复杂。前人对该区域进行过许多研究，探讨了本区不同时期不同地区的地层特征、造山演化和油气的生、储、盖、运移等过程。本文在前人工作的基础上，区分了北坡地区的构造演化过程，对每个演化阶段进行了介绍，将地层分成了4个主要的层序，阐明它们之间的关系，并对本区石油勘探历史，地质特征和油气资源进行了总结。

1.   区域概况

阿拉斯加北坡地区位于北极圈北部，西边为楚克奇海(Chukchi Sea)，东部为波弗特海(Beaufort Sea)，从布鲁克斯山脉向北延至近北冰洋沿岸地区(见图 1)。东西长约1100 km，南北宽100~600 km。阿拉斯加北坡盆地即位于此。阿拉斯加北坡盆地是北极外围最重要的油气盆地之一，面积约30万km²。南部包括布鲁克斯山脉山麓地区(Foothills)，这里有一系列向东倾向的波状丘陵和山岭。北部边界几乎与阿拉斯加北部海岸线重合，被巴罗穹窿(Barrow Arch)所覆盖^[1~2]。

图  1  阿拉斯加北坡平面构造图(据文献[3]修改)

Figure  1.  A map showing the structures in the North Slope of Alaska

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阿拉斯加北极区域包含阿拉斯加北极微型板块中一个重要的部分^[4]，这块大陆碎片包括布鲁克斯山脉、北部斜坡(the North Slope)、波弗特海及楚克奇海陆架周边地区、东西伯利亚海部分区域和Chukotka Peninsula北部地区。古生物和地球化学数据表明北坡地体起源于劳伦古陆(Laurentia)^[5~6]。阿拉斯加北极微型板块在侏罗纪—早白垩世加拿大盆地形成时期，从加拿大北极地区的边缘断裂开来^{[4, 7]}。

巴罗穹窿为波弗特裂谷肩(Beaufort Rift Shoulder)顶部。波弗特裂谷肩形成于侏罗纪—早白垩世加拿大盆地张开时期，从地震剖面图中可以看出为高位地震基底(见图 2)，位于阿拉斯加北极地区和楚克奇陆架之下，普遍向南下沉，之后向北前进了一小段距离，穿过正断层至波弗特陆架之下很深的深度。

图  2  B-B′地震剖面图(剖面位置见图 1，据文献[12]修改)

Figure  2.  Seismic cross section map from B-B′

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科尔维尔(Coville)前陆盆地是一个东西向非对称盆地，沉积物向南充填多达10 km，靠近布鲁克斯山脉前。盆地曾经的沉降与地壳重荷和沉积物碎屑的聚集有关。这些沉积物碎屑来自布鲁克斯山脉造山带侏罗纪—白垩纪时期的蚀顶作用。前陆盆地的形成和早期的发育与加拿大盆地的开张和断裂在同一时期发生。

构成阿拉斯加北极含油区南部边界的布鲁克斯山脉和赫德拉高地(Herald)是一个北倾的褶皱冲断带。布鲁克斯山脉及山麓地区地层构成了一个褶皱逆冲带。在地貌学上，布鲁克斯山脉长久以来被认为是落基山脉向北的延续^[8]。从构造上讲，布鲁克斯山脉是一个大陆俯冲造山带，长约1000 km，宽约300 km。布鲁克斯山脉北部和山前地区由7个主要的逆冲岩席和外来体组成^[9]，经历了至少两期逆冲推覆作用^[10]。

2.   区域地质演化

2.1   地层层序

阿拉斯加北坡包括厚度巨大的沉积岩和较少量的火成岩。Lerand^[11]将本地区复杂的地层分类予以简化，北坡区域由4套层序组成(见图 3，图 4)，分别为富兰克林层序(Franklinian)，埃尔斯米尔层序(Ellesmerian)，波弗特层序(Beaufortian)和布鲁克斯层序(Brookian)^{[11, 13~18]}，该层序划分得到了广泛认同。

图  3  A-A′地震剖面图(剖面位置见图 1，LCU表示下白垩统不整合面，据文献[20]修改)

Figure  3.  Seismic cross section map from A-A′

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图  4  阿拉斯加北坡地区地层序列(据文献[16]修改)

R—已知的油气储集层; F—要塞山组; N—那努舒克组; T—图卢瓦克组

Figure  4.  Generalized chronostratigraphy in the North Slope of Alaska

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2.1.1   富兰克林层序

富兰克林层序一般指密西西比系之下的地层(见图 1，图 3，图 5)。这套地层包含了多种岩石类型，如变质泥岩、杂砂岩、石英岩和碳酸盐岩，以及一些火山岩如花岗岩，可细分为3个次一级序列^[19]：① 新元古代(?)到早泥盆世盆内硅质碎屑和火山岩序列，在布鲁克斯山脉东北部和育空(Yukon)地区有所发现^{[5, 14]}，它广泛分布，但对它的了解很少；② 新元古代—晚奥陶世台地碳酸盐岩序列，在舒布里克和萨德罗奇特山均有出露；③ 寒武纪—志留纪与岛弧相关的火山岩和硅质碎屑盆地序列。虽然这套地层序列的埋深超过了10 km，但沿着巴罗穹窿附近的钻井还是打到了这套地层。这套地层的一部分在海底形成了被动大陆边缘，向南倾斜加深。探井信息表明这套地层大多包含倾斜较陡的、轻度变质的薄层硅质黏土岩、泥岩和细粒石英砂岩。局部地区，黏土岩包含杂砂岩、灰岩、白云岩和燧石条带的夹层^[14]。富兰克林层序因其较高的热成熟度和普遍较差的储层质量，一般被认为是没有油气远景的“基底”。富兰克林层序贯穿阿拉斯加北部大多数地区，在埃尔斯米尔造山运动和变质作用中结束。

图  5  北坡地区纵向剖面图（剖面位置见图 1 C-C′，据文献[16]修改)

Figure  5.  Cross section map of the North Slope

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2.1.2   埃尔斯米尔层序

早密西西比世的碎屑岩沉积物来源于抬升的富兰克林层序内岩石的剥蚀，位于现今北方波弗特海海岸位置。这些沉积物向南运移，沉积在北极阿拉斯加盆地的沿岸和海洋环境中，一直持续到早侏罗或者中侏罗世^[11]。这套朝南的被动大陆边缘沉积本质上就是埃尔斯米尔层序。埃尔斯米尔层序一般厚度为2~4 km。最下部的沉积物包括陆相的含煤砂岩、页岩和砾岩；紧接着是一套浅海相黑色页岩，在北部盆地边界则是红绿色泥岩；再向上这些页岩变为区域性的碳酸盐岩台地，即里斯本群(Lisburne)。里斯本群发育于密西西比纪至宾夕法尼亚纪，是海侵时期一套由南至北的碳酸盐岩沉积物。晚宾夕法尼亚时期到早二叠世的海退作用使里斯本群上部发育了不整合界面。这个区域性不整合面将埃尔斯米尔层序分为上下2个层序，下埃尔斯米尔层序包括上述的埃迪克特群(Endicott)和里斯本群。紧接着沉积的萨德罗奇特群(Sadlerochit)主要为碎屑沉积物。由下自上分别为向北变薄的海相砂岩、泥岩，前三角洲页岩、粉砂岩，向南进积的海相和陆相砂岩、砾岩，最上部为一套正韵律的粉砂岩和泥质砂岩。随后，海侵作用开始，发育的舒布里克组(Shublik)包括富含生物化石的页岩、粉砂岩、泥岩和灰岩。在盆地边界区域，舒布里克组不整合于萨德罗奇特之上。舒布里克组既是本区重要的烃源岩，也是重要的储集层。最后，海相陆架环境下沉积了一套海退作用下形成的砂岩、粉砂岩单元，即萨格河组(Sag River)。上埃尔斯米尔层序包括萨德罗奇特群，舒布里克组、萨格河组^[13~14]。埃尔斯米尔层序沉积时间至少有150 Ma，期间海陆沉积环境变换多次，该层序发育一系列变化多样的碎屑岩和碳酸盐岩，包括富含油气的烃源岩，高质量的储集层和盖层单元，属于自生自储型。从楚克奇海厚度最厚的汉娜海槽(Hanna Trough)，米迪(Meade)、伊克皮克普克(Ikpikpuk)和乌米亚特(Umiat)次级盆地向南，埃尔斯米尔层序由于逐渐远离物源而变薄，同时由于一套上超沉积组合和沉积后的抬升侵蚀作用，埃尔斯米尔层序向北也变薄^{[13~14, 21]}。

2.1.3   波弗特层序

Hubbard等^[4]最先将侏罗系和下白垩统从埃尔斯米尔层序中单独列出，称作波弗特层序，也有研究者称之为Barrovian层序^[22]。这个序列地层复杂，泥质为主，内部含有多种不整合面，厚度变化大。正断层和沉积物充注的地堑—半地堑主要位于裂谷肩北翼和汉娜海槽的北部地区。在北坡盆地中间地区，共计有4个总厚度超过1200 m的地层层序序列，指示出向南进积的陆架沉积物——金扎克组(Kingak)，这些沉积物最终下超且合并成一个盆地凝缩段^[15]。金扎克组主要包含灰黑色至黑色海相页岩，是重要的烃源岩。根据地震、测井和录井资料，金扎克组可进一步分为K1—K4等4个沉积序列^[23]。K1组沉积中心位于国家石油储备区域中部偏北，包括低位、海侵和高位体系域，主要是海相到临滨的沉积物。K2组包括多个次级层序，每个次级层序都反映了一次强制海退，这就导致了在国家石油储备区域的中北部存在广泛的剥蚀面，沉积物在低位体系域陆架边缘处沉积，随后的海侵时期形成分选较好的临滨砂，上覆页岩凝缩层。K3组显示出远源相的特征，在沉积过程中海平面大多数时候都处于一个相对高的位置。K4组为一个陆架边缘楔，是构造抬升的结果，它包括了低位和海侵体系域。卵石页岩组合(Pebble shale unit)是一套海侵作用形成的页岩单元，主要包含灰黑色—黑色、含黏土和泥质的页岩，杂基支撑的角岩和石英质卵石或颗粒，也是重要的烃源岩。

波弗特层序裂谷沉积的最早时间点存在很大的不确定性。地震解释标定最老的断裂同期单元迪库姆地堑(Dinkum Graben)底部，普拉德霍湾北部海上区域，现今埋深很深，未被钻井钻遇过。

2.1.4   布鲁克斯层序

布鲁克斯层序时代没有准确界定，通常认为从阿普特阶到第四系。下白垩统和上白垩统的一个区别就是后者包含较多的斑脱岩。阿普特阶到阿尔布阶一般被归为一套沉积序列，在地震剖面上可以识别出为斜坡深水区的一部分。这套地层主要为横向进积序列，很少有垂向加积，可推断当时盆地没有或者很少有抬升。彩色页岩(Hue)为一个末端凝缩段，厚度在180 m至300 m之间，包含富含有机质的黑色泥页岩和斑脱岩。托洛克组(Torok)包含前三角洲陆架、斜坡和盆地沉积物，厚度从北至南不断增加(见图 2，图 5)，由不足900 m至6000 m左右，主要包括泥岩和细粒浊积砂岩薄夹层，是一套主要的烃源岩。托洛克组和那努舒克组(Nanushuk)在地震测线上共同显示出底积层-斜坡-顶积层的组合，由下至上为浊基砂岩，斜坡泥岩，陆架及陆相砂岩，在北坡中西部的大部分地区都有显示，表明沉积物向东—东北方向的迁移。坎宁组(Canning)为一个厚层前三角洲页岩单元，厚度1200~1800 m，包括泥质页岩和斑脱岩页岩，夹少量细粒浊积砂岩。萨格瓦尼托克(Sagavanirktok)组为一套厚层浅海相至陆相单元，厚度600~2300 m，其上部界面为一个剥蚀面。布鲁克斯层序包含大量来自布鲁克斯造山带的沉积物，向北运移充填到相邻前陆盆地前缘带^[22~24]。布鲁克斯层序下部的沉积物通常都包括几十到上百米的页岩和砂岩。层序内上部岩石一般包括与海岸平原、河流三角洲或者其他陆架上浅水环境成因相关的砂岩和页岩。当沉积物向科尔维尔盆地充填时，沉积作用活跃地带向东移动(见图 3)。也就是说，盆地内布鲁克斯层序自西向东逐渐由老变新。

在山麓区的北方，第四纪沉积物覆盖在大多数较老基底之上。多数第四纪沉积物包括疏松的沙子和砂砾，其上覆盖的是高含冰的河流淤泥和砂质淤泥，其中有机质含量变化较大。除了河流沉积，阿拉斯加国家石油储备区北部以风成砂为主，标识了冰河时代寒冷、干燥的环境特点。

2.2   构造演化

阿拉斯加北坡经历了比较复杂的演化过程，北坡盆地为被动大陆边缘和前陆盆地的叠合盆地，发育多套沉积(见图 5)。前人对这一区域的研究提出了很多地质地层概念，如阿拉斯加北极联合地体，北极阿拉斯加—楚克奇联合地体(也称作阿拉斯加北极微型板块)^{[6, 25~26]}。已有的古生物和地球化学数据表明，本区为众多大陆碎片中的一块，起源于劳伦大陆东北部^{[5~6, 14]}，主要经历了2个造山运动，3个明显的构造演化阶段——埃尔斯米尔造山阶段，同裂谷阶段和前陆阶段。

2.2.1   埃尔斯米尔造山阶段

早泥盆世之前本区为深水海洋盆地。富兰克林层序记录了早古生代—中古生代的收缩变形作用、岛弧深成岩作用以及之后泥盆纪时期的断裂活动。测井地震数据表明北坡盆地密西西比纪之前岩石强烈变形，并且普遍倾向东^{[25, 27]}。埃尔斯米尔造山运动发生在晚泥盆世—早石炭世，伴随着一系列的褶皱、抬升和花岗岩侵入。埃尔斯米尔造山运动标志着富兰克林层序的结束和斯沃德鲁普盆地(Sverdrup Basin)沉积作用的开始。尽管其发生在晚泥盆世—早石炭世，但主要影响埃尔斯米尔不整合之下地层，即富兰克林层序。

密西西比纪时期，下沉和沉积作用在多个次盆地发生。地震数据表明这些次盆地为凹陷或者部分以断层为边界(半地堑)。局部上，这些边界断层的倾向为正北至北西，落差达700 m。这些次盆地的形成与阿拉斯加北极大陆被动大陆边缘在中生代的伸展和沉降有关^[12]。晚泥盆世盆地发育了一个向南的复杂被动大陆边缘，沿着这个被动大陆边缘的沉降作用导致了晚泥盆世—宾夕法尼亚时期的河流三角洲沉积物和二叠纪—早白垩世时期半深海、浅海和陆相沉积物向北进积，超覆在大陆架和碳酸盐岩沉积之上^{[13~14, 21]}。

2.2.2   同裂谷阶段

侏罗纪和早白垩世发育了一系列正断层，其中大部分位于大陆架之下，走向与阿拉斯加北部大陆边缘近似平行。早期夭折的裂谷作用开始于中侏罗世，发育因沉积物充填而形成的地堑，位于现今波弗特大陆架之下。晚期的裂谷作用发生于早白垩世，使得大陆分离，加拿大盆地张开，并北极阿拉斯加地区产生逆时针位移。两期裂谷作用之间有一次伸展作用，在迪库姆地堑地区有所记录。沿着新形成的裂谷边缘向北发生的沉降作用使得下白垩统和更早时期的地层发生了弯曲，形成了巴罗穹窿。巴罗穹窿在早白垩世大陆裂解的时候抬升，并暴露在海平面以上，局部发生了削蚀，但这个穹窿自从早白垩世后期开始逐渐下沉。它是这个时期多个区域事件共同作用的结果^{[4, 12, 14]}。与大陆分离相关的断层和抬升作用使巴罗穹窿北翼得以发育，截断了下白垩统不整合面的上表面，最终形成大陆边缘。南翼为向南倾斜的北极地台。在巴罗穹窿北边，多期裂谷活动发育的正断层形成了迪库姆地堑，大量的沉积物注入其中。

2.2.3   前陆阶段

被洋壳覆盖的部分北极阿拉斯加地体向南俯冲引发了弧陆碰撞，并伴随着晚侏罗世—早白垩世朝北的厚层长距离搬运逆冲岩席的侵入，形成了最初布鲁克斯山脉的厚层壳体^{[22, 25]}。多个布鲁克斯造山活动远源运移的推覆体覆盖在现今布鲁克斯山脉的位置，与之相关的逆冲断层和褶皱延伸至科尔维尔前陆盆地白垩系和第三系，位于布鲁克斯山麓地区之下。

布鲁克斯造山运动始于中侏罗世，露头资料、地震反射、测井及裂变径迹数据表明其至少发生了2次挤压构造运动^[10]。较早期在中侏罗纪—早白垩世(距今160~120 Ma)活跃的造山带产生了一个薄皮变形的楔形体，其特征为地壳发生了上百千米的收缩，并发育多个远距离运移的外来体，构造起伏相对较小。较晚期(距今60~45 Ma)的造山带主要发生在古近纪^[28]，可从前陆盆地褶皱带的发育中观察到。它使较早形成的造山带变形，产生了一个缩短量相对较小、构造起伏却相对大的冲断带和前缘三角带，并延伸到布鲁克斯山脉——赫德拉高地的北部至前陆盆地。磷灰石裂变径迹数据表明在距今35~25 Ma时间段，布鲁克斯山脉东北部发生过多次分散的挤压构造运动。在研究区的北极国家野生动物保护区域，挤压构造活动一直持续到晚第三纪^[29]。发生变形的始新世和第四纪地层发育于北极海岸平原和相邻的波弗特海大陆架上，这表明布鲁克斯变形活动持续到了第四纪^{[10, 30]}。

阿尔必期—第三纪，沿着布鲁克斯山脉大多数地方，大部分沉积物形成了一个向东至东北方向进积的三角洲。这个三角洲最终向北延伸，跨越了巴罗穹窿的西部地区，沿着加拿大盆地边缘沉积了一个阿尔布阶以及更新的构造大陆边缘地层序列，并最终形成了现今的科尔维尔盆地。科尔维尔盆地记录了从中侏罗世—全新世约170 Ma地球演化的历史。盆地发育于晚古生代—早中生代被动大陆边缘之上，可能经历了2个阶段。盆地早期(侏罗纪—早白垩世)发育的情况人们知之甚少，只能从保存在布鲁克斯造山带内的盆地残留碎片着手，这些碎片表明当时地壳发生了上百千米的收缩。在距今105~96 Ma期间，也就是两次造山运动之间，布鲁克斯山脉地区发生了一次伸展作用。盆地在此期间接受了大量布鲁克斯山脉造山带剥蚀下来的沉积物(厚度超过8 km)，相比早期产生了大得多的沉积负载，油气可能于该阶段在烃源岩中生成并发生了运移。由于变形作用普遍发生在盆地充填之后，所以晚期盆地发生挤压变形的确切时间不得而知。盆地最初沉积的是深水沉积物，随后向西北方向推进变为三角洲和陆棚沉积。中白垩世—晚白垩世，沉积中心由盆地西侧向盆地中央转变。到第三纪，沉积中心转移到了盆地东侧。水体和沉积中心的变化表明沉积物对布鲁克斯沿岸地区盆地逐渐充填的过程(见图 3)。

3.   区域油气资源

阿拉斯加北坡是美国最丰富的油气产区之一。本区含有美国最大的常规油田——普拉德霍湾油田，同时还有一系列大中型油田，如库帕鲁克油田、卡维克油田等。本区最早的油气勘探活动开始于1923年。出于国家安全的考虑，美国海军邀请美国地质调查局对NPR-4区域进行调查。二战期间，一条全长925 km的输油管线在加拿大和阿拉斯加北坡地区建成，为军方提供燃料。1958年之后，商业公司可以通过购买租让权的方式对北坡区域土地进行石油勘探。1968年3月12日，ARCO和Exxon公司的钻井发现了普拉德霍湾油田，之后1969年英国石油公司又打了一口井将其证实。但直到1977年贯穿阿拉斯加的输油管线建成运作之后，普拉德霍湾的油气才被大量运输出去。普拉德霍湾油田最初储量约为250×10⁸桶原油，可采储量超过130×10⁸桶。在20世纪80年代中期，北坡地区的石油产量约占美国所有石油产量的1/4，1988年北坡地区的石油产量更是达到了创纪录的7.43×10⁸桶。20世纪90年代以后，由于普拉德霍湾油田产量下降^[31]，且新勘探区块增加的产量无法抵消下降的产量，阿拉斯加北坡的油气产量明显下滑，2013年北坡地区石油产量仅为2×10⁸桶，约为最高点的27%^[32~35]。

阿拉斯加北坡地区已探明多重油气系统，许多油气藏可能是2套甚至多套烃源岩油气的混合，但目前尚无法对任何一套烃源岩生成石油的比例进行定量测定^[36]。本区主要发育3套烃源岩，分别为三叠系烃源岩，侏罗系烃源岩和白垩系—古近系烃源岩，这3套烃源岩的丰度几乎占了本区几乎所有的烃源岩丰度。三叠系烃源岩包括舒布里克组和其南部远端同时期的Otuk组三叠纪部分，这一部分在布鲁克斯山脉冲断带前缘出露。侏罗系烃源岩包括金扎克页岩下部和其南部远端的Otuk组Blankenship段的侏罗系部分，这一部分也在布鲁克斯山脉冲断带前缘出露。白垩系—古近系烃源岩包括下白垩统卵石页岩组合和伽玛射线区(GRZ)，上白垩统彩色页岩，始新统希比组和坎宁组富有机物层。除了这3套主要的烃源岩，下古生界里斯本群上部也发育烃源岩。全区储集层均以砂岩为主，多为河流-三角洲相、浅海相及深海相，局部地区里斯本群发育碳酸盐岩储层。盖层为海相泥岩、页岩。油气于早白垩世在本区南部和西部开始生成，之后向东部和北部扩展。陆域油气的生成可能在晚新生代结束；东部地区，沉积作用在波弗特海大陆架上持续，油气可能在此持续生成。油气藏主要分布于地层圈闭及构造-地层圈闭中。晚白垩纪从布鲁克斯山脉剥蚀下来的沉积物埋深巨厚，形成了很多地层圈闭。随后构造的扰动使油气发生再次运移，向更高位置的构造圈闭流动。圈闭内油气的逸散可能发生在古近纪，这一时期波弗特裂谷肩部朝东向下倾斜，区域性的倾斜导致普拉德霍湾油田油气溢出，并再次运移至更浅层圈闭中，导致油气被生物降解^{[16, 27, 34~35]}。

阿拉斯加北坡地区累计已产出石油约151.1×10⁸桶，未发现的石油和天然气储量分别为300×10⁸桶和6.23×10¹² m^3[37]，大部分位于北坡地区。本区北部最重要的区带主要在布鲁克斯(顶积层和浊积相地层圈闭中)和波弗特(主要在顶积层的地层圈闭中，有些也在构造圈闭中)层序中，南部重要的区带在布鲁克斯层序中，包括顶积层和浊积相的构造圈闭。在美国地质调查局2009年的评价中，将北坡地区分为4个区块，分别为北坡西部、国家石油储备区、北坡中部和1002区域(见图 6)。其中国家石油储备区和1002区域的石油储量接近，共计约占86%，约61%的天然气资源位于国家石油储备区域，24%位于北坡中部。每个区块具体储量见表 1。在2012年对该区的评价中，页岩油约有9.4×10⁸桶，页岩气约有1.19×10¹² m³，天然气凝析液约有2.6×10⁸桶^[38]。

图  6  北坡地区油气资源分布(据文献[31]修改)

Figure  6.  Distribution of oil and gas resources in the North Slope area

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表  1  北坡地区资源储量(据文献[31]修改)

Table  1.  The assessment of oil and gas reserves in the North Slope

区域	油藏				气藏
	石油/108桶	伴生气/1012 m3	天然气凝析液/108桶		非伴生气/1012 m3	天然气凝析液/108桶
国家石油储备区	104.7	0.328	2.1		1.793	6.8
北坡中部	34.1	0.102	0.8		0.711	2.9
1002区域	105.3	0.135	1.9		0.108	1.3
北坡西部	0.8	0.001	0		0.293	1.2
合计	244.9	0.566	4.8		2.905	12.2

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4.   结论

阿拉斯加北坡地区位于北极圈北部，北坡盆地为一个经历了早、中、新生代的叠合盆地。阿拉斯加北坡主要发育4个地层序列，分别为富兰克林层序、埃尔斯米尔层序、波弗特层序和布鲁克斯层序。富兰克林层序主要为变质岩和火山岩侵入；埃尔斯米尔层序分为上、下2段，以里斯本群之上不整合界面为界，下段以碳酸盐岩为主，上段以舒布里克组页岩、泥岩为主；波弗特层序以泥质为主，内部含有多种不整合面，厚度变化大；布鲁克斯层序通常认为从阿普特阶到第四系。

本区内发育多个次级盆地，主要经历了3个演化阶段，分别为埃尔斯米尔造山阶段，同裂谷阶段和前陆阶段。基底为前密西西比纪地层，有花岗岩侵入。密西西比纪之后，盆地逐渐演化为被动大陆边缘。侏罗纪之后盆地经历了2次裂谷作用，后一期裂谷作用使加拿大海盆张开，北极阿拉斯加地体做逆时针运动。中侏罗世，布鲁克斯造山运动开始，由布鲁克斯山脉剥蚀产生的沉积物自南西向北东方向运移，充填至科尔维尔盆地，变形活动一直持续到第四纪。

阿拉斯加北坡地区油气勘探活动历史悠久，是美国最丰富的油气产区之一。本区主要发育3套烃源岩，储层主要以砂岩为主，盖层为海相泥岩及页岩。油气藏主要分布在地层圈闭及构造-地层圈闭中。本区储量中，石油为244.9×10⁸桶，天然气为2.91×10¹² m³。