地球物理学报  2015, Vol. 58 Issue (3): 919-938   PDF    
麻坑、泥火山在南海北部与西部陆缘的分布特征和地质意义
陈江欣1,2, 关永贤3, 宋海斌4, 杨胜雄3, 耿明会1,2, 拜阳4, 刘伯然1,2    
1. 中国科学院油气资源研究重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 国土资源部海底矿产资源重点实验室, 广州海洋地质调查局, 广州 510760;
4. 海洋地质国家重点实验室, 同济大学海洋与地球科学学院, 上海 200092
摘要:本文利用新的高分辨率海底多波束地形数据与以往研究资料对南海台西南盆地及以西和中建南盆地北部及以北陆缘区域内的麻坑与泥火山分布区进行了统计、分析与总结.本文提出根据麻坑的个体平面形态、规模量级和组合形式建立麻坑的三类分类体系并进行总结阐述.麻坑的直径与坑深总体具有线性变化关系但又有区域性分布特征,可能反映了不同海区底质性质、浅地层构造活动、海底倾斜程度和海底底流等因素的不同影响;同一区域泥火山的直径与高度具有线性关系而不同区域拟合斜率差异较大,可能说明同区域泥火山形态、流体成分和来源具有高度一致性,但其分布具有区域差异性特征.研究表明,麻坑、泥火山的产生与近5Ma新构造运动期内台湾南部和南海西缘区域性走滑断裂活动相一致,主要分布在构造活动较为活跃,沉积较为薄弱的近坡折带和大陆坡区域,在具有走滑性质的台西南、莺歌海和中建南盆地分布较广、规模较大,而在其他主要张裂性质盆地中分布较少,规模较小.其分布特征一方面能够说明某些区域流体的大量渗漏与逸散,另一方面也能够说明某些区域持续的构造活动有利于该区域深部流体的重新聚集与成藏,从而成为指导油气资源勘探的重要参考指标.
关键词麻坑     泥火山     新构造运动     流体     南海    
Distribution characteristics and geological implications of pockmarks and mud volcanoes in the northern and western continental margins of the South China Sea
CHEN Jiang-Xin1,2, GUAN Yong-Xian3, SONG Hai-Bin4, YANG Sheng-Xiong3, GENG Ming-Hui1,2, BAI Yang4, LIU Bo-Ran1,2    
1. Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Beijing 100029, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China;
4. State Key laboratory of Marine Geology, School of Ocean and Earth Science, Tongji University, Shanghai 200092, China
Abstract: New high resolution multi-beam bathymetry data and previous research data are used to study the distribution characteristics of pockmarks and mud volcanoes, such as location, size and morphology, in the northern continental margin consisting of Southwest Taiwan Basin and to the west and the western continental margin consisting of Zhongjiannan Basin and to the north. Combined with the tectonic evolution and topography of the northern and western margin of the South China Sea (SCS), this work made statistics, and classification to these characters, and linked them with the geological evolution of the South China Sea and the distribution of oil and gas resources.
The SCS is surrounded by different types of continental margins. To the north is the extensional continental margin which consists of Southwest Taiwan Basin(Ⅰ), Pearl River Mouth Basin(Ⅱ) and Qiongdongnan Basin(Ⅲ); to the west is the strike-slip continental margin which consists of Beibuwan Basin(Ⅳ), Yinggehai Basin(Ⅴ) and Zhongjiannan Basin(Ⅵ); to the east is the subducted continental margin and to the south is the margin of continental collision. All the basins above have experienced almost the same stages during evolution of the SCS, which include Paleocene to mid-Miocene rifting followed by post-rift thermal subsidence and the neotectonic movement in recent ~5 Ma. In the study area, 16 distribution areas (a—p) of pockmarks and mud volcanoes are recognized. The data of areas a, b, c, d, and h were collected from previous researches and the other data were collected by the Guangzhou Marine Geological Survey in 1998—1999. The acquisition system SeaBeam2112 was used to acquire data and the processing sequence includes: navigation filter, parameter calibration, correction for transducer draft, correction of sound velocity, data filtering and so on. The cell size of raster grids is ca. 100 m and the vertical resolution is ca. 3‰ of the water depth. The multi-beam bathymetry is utilized to study the morphology, size and shape of the pockmarks and mud volcanoes. Statistical and fitting methods are used to study their distribution features and regional differences according to the pockmarks' width and depth and the mud volcanoes' diameter and height.
The characteristics of the pockmarks and mud volcanoes in different areas vary from area to area apparently, which are shown respectively in the result sections. Compared with the western margin, pockmarks in the northern margin are fewer and smaller with width of no more than 100 m. A few giant pockmarks with widths of 400~1200 m are found in Qiongdongnan Basin. All of them tend to develop on the continental slopes or near the continental shelf break. Pockmarks in the western margin show various shapes in planar view, like circular, elliptical, crescent, elongated and irregular, and have larger size, which usually exceed 1000 m in width and 100 m in depth. Some of them are composited, arranged in a chain or gathered in a group. Some of them grow near canyons or channels, in the soft sediment deformation areas or beside the mud volcanoes. Mud volcanoes with widths more than 100 m widely spread singly or in groups in Southwest Taiwan Basin, Yinggehai Basin and Zhongjiannan Basin. Fitting results reveal that the slopes and coefficients of determination (R2) of pockmarks' fitting curves are different in each area, showing relatively bad linear relationship, however, the pockmarks of all the study areas show a good linear relationship. On the contrary, mud volcanoes in individual areas show good linear relationships, but all of them show a relatively bad linear relationship. Besides, according to the statistics result, a comprehensive pockmark classification scheme is proposed based on (a) their shape in planar view, which includes circular, elliptical, crescent, comet-shape, elongated and irregular pockmarks; (b) their magnitude, which includes small, conventional, giant and mega pockmarks; and (c) their composite pattern, which includes composite pockmarks, pockmark chains and pockmark groups.
Different fitting characteristics of pockmarks in different areas may reveal various seafloor sediments, shallow structural activities, continent slope dip and bottom current and so on. A good linear relationship of mud volcanoes in the same area may indicate that mud volcanoes suffer from minor environmental impact and have a strong coherence of morphologies, fluids components and fluids origin, which are probably different in other regions. Results indicate that the appearance of pockmarks and mud volcanoes are strongly coherent with the active activities of strike-slip faults in southern Taiwan and the western margin in recent ca. 5 Ma. They are widespread with a relatively larger scale in strike-slip faults zones, like Southwest Taiwan Basin, Yinggehai Basin and Zhongjiannan Basin, but fewer and smaller in other extensional basins. Their distribution characteristics which may become important signs of hydrocarbon resources exploration, on one hand may indicate large quantities of fluid escape and on the other hand would indicate that continuous regional tectonic activities are in favor of shallow fluids accumulation and forming reservoirs resulted from deeply buried fluids escaping.
Key words: Pockmark     Mud volcano     Neotectonics     Fluid flow     South China Sea    
1 引言

麻坑过去一般是指深度在35m之内,直径在10~200 m之内的圆形或者椭圆形海底凹坑,直径超过250m的则被称为“大麻坑”,直径在千米级别的则被称为巨型麻坑(Pilcher and Argent, 2007),是由于深部流体通过流体通道在海底强烈快速喷逸或缓慢渗漏,亦或是浅部气藏逸散剥蚀海底松散沉积物而形成的残留海底地貌(Judd and Hovland ,2007).最早在1970年,King和Maclean在加拿大新斯科舍省的大陆架上进行海底油气勘探的过程中发现了海底麻坑(King and Maclean, 1970).随后,在全球范围内的海域发现了越来越多的海底麻坑,例如挪威北部陆坡、北海、黑海、非洲西部陆坡、白令海、加拿大西部陆架和墨西哥湾等(Sieck 1975; Nelson et al., 1979 ; Hovland et al., 19842005; Fader 1991;Çifçi et al., 2003Pilcher and Argent, 2007).泥火山是另一重要的海底流体逸散所形成的海底地貌,一般呈锥形或圆饼形,直径和高度一般为几米或几十米,但在某些地区也发现了百米量级甚至千米量级的泥火山,孤立分布或者成群出现,其主要成因是深部地层高塑性的欠压实泥页岩在密度倒置所形成的垂向浮力作用或者横向差异压实所形成的不均衡压力下而引起的流体(包括水、石油、各种气体等)上拱,其中未刺穿海底的为泥底辟,而刺穿海底所形成的正地形则称为泥火山(Brown,1990; Milkov,2000; Judd and Hovland ,2007何家雄等,2010).泥火山同样在全球范围内广泛分布,陆上泥 火山在伊朗、阿塞拜疆和美国黄石公园有分布,而海底泥火山在里海、黑海、挪威海、地中海、巴巴多斯近海、 尼日利亚近海和墨西哥湾等海域均有发现(Milkov,2000; Dimitrov,2002; Kopf,2002; Judd and Hovland ,2007).我国新疆地区和台湾南部区域均有陆上泥火山分布(Shih,1967杨晓芳等,2014),其中新疆地区的泥火山处于我国西北部重要油气资源产区,例如独山子油田等(范卫平等,2007).

南海是东亚大陆边缘最大的边缘海,是我国重要的油气资源产区(李家彪,2008),早期由于勘探程度较低以及地形地貌资料分辨率不足等原因,并没有发现麻坑和泥火山.自20世纪90年代后期开始,随着国内高分辨率多波束声学测深系统、侧扫声呐、海洋高分辨率三维地震勘探技术的应用与推广,才逐渐发现麻坑和泥火山等海底逸散地貌特征(李列等,2006邸鹏飞等,2012).迄今,很多中国台湾研究人员对台湾南部以及台西南盆地区域的泥火山(底辟)进行了研究与讨论(Chiu et al., 2006).陈林和宋海斌(2005)以及邸鹏飞等(2008)分别介绍了天然气渗漏系统的地球物理特征与原位观测技术和手段,并简要阐述了包括麻坑、泥火山等海底渗漏结构的特征与形成过程.周川等(2013)Sun 等(2012)利用多波束地形资料与地震资料对珠江口盆地部分地区的麻坑与泥火山进行了研究.国内很多研究人员对莺歌海盆地的泥火山(底辟)进行了研究与讨论,发现大量的海底小麻坑和流体渗漏冷泉区(李列等,2006),钻遇了大量的油气藏,证明了泥火山(底辟)对于油气成藏的重要作用(何家雄等,2010).在中建南盆地北部区域,Sun 等(20112013)发现了大量的巨型麻坑和海底泥火山(群).拜阳等(2014)利用反射地震与多波束地形数据在琼东南盆地南部以及中建南盆地区域发现了大量的流体逸散通道结构与不同形态的麻坑,并简要分析了其成因.迄今,南海区域麻坑与泥火山的研究工作仍然很少,南海不同性质陆缘的麻坑、泥火山分布特征与形成机制仍然不清晰,尤其是南海西南部、南部以及东部陆缘的麻坑与泥火山研究近于空白.基于此,本文结合以往研究资料,总结了麻坑和泥火山在南海北部与西部陆缘区域的位置、大小和形态等分布特征,结合南海北部与西部的构造演化及地形地貌情况,进一步分析了麻坑、泥火山的分布特征、分类体系以及与南海构造地质演化、油气资源分布的关系,以期总结麻坑、泥火山在南海北部与西部的分布特征与地质意义,为进一步研究提供参考.南海周缘具有不同性质的陆缘特征,是研究大陆边缘演化的天然实验室,与麻坑、泥火山等流体地质活动相关的重大科学问题值得进一步进行探讨与研究,例如:(1)全球麻坑与泥火山主要分布在板块边界大陆边缘区域(Kopf,2002),其广泛分布与板块运动、大陆边缘演化和边缘海演化有什么关系;(2)麻坑、泥火山是与流体地质活动相关的海底流体逸散地貌,其流体活动与油气运移成藏有何关联,对于油气资源的勘探与开发有何指导意义;(3)作为海底附近重要的流体逸散窗口,麻坑与泥火山周围往往发育有海底软沉积物变形与冷泉生物活动等,其在现代沉积过程、海底地质灾害、深海底生物群落演化等有关海洋沉积、生态、环境等方面有何影响以及作用过程等.

2 区域地质背景与数据方法

南海是太平洋西缘重要的边缘海,在新生代经历了复杂的构造演化(Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; Hutchison,2004).其北部与华南陆块相邻为张裂大陆边缘,西部与中南半岛相邻为走滑大陆边缘,南部与加里曼丹岛与巴拉望岛相接为碰撞挤压边缘,东部与吕宋岛相接为俯冲聚敛边缘.南海北部和西部大陆边缘盆地经历了古新世—中中新世裂谷期,后裂谷热沉降期和近5 Ma以来的新构造活动期三大阶段,莺歌海、中建南盆地受南海西缘走滑断裂带控制,而珠江口盆地、北部湾盆地、琼东南盆地受到裂谷期内形成的张性裂陷和隆起构造控制,台西南盆地处于南海东部俯冲带与菲律宾板块向西俯冲的交界部位,受到俯冲挤压-走滑断裂构造环境的控制.近5 Ma以来,南海北部大陆边缘南北两侧构造相对稳定,但南海西缘断裂带发生强烈走滑,东端菲律宾板块向西俯冲碰撞,构造活动性明显增强,走滑断裂构造活跃.台西南盆地、莺歌海盆地与中建南盆地发生强烈构造变形与盆地沉降(朱伟林等,2007).

本文所述南海北部陆缘区域主要为南海北部陆架与陆坡区域,包括台西南盆地(Ⅰ)、珠江口盆地(Ⅱ)、琼东南盆地(Ⅲ)及其附近区域,整体处于张裂构造环境控制的区域.南海西部陆缘区域主要包括西北部莺歌海盆地(Ⅴ)、西沙群岛西缘附近区域、中建南盆地(Ⅵ)及其附近区域,主要受走滑断裂构造环境控制.本文主要对上述南海北部和西部大陆边缘盆地及其附近区域的麻坑、泥火山进行总结与研究,共发现a—p共16个麻坑、泥火山发育区.其中台西南盆地区域a和b,珠江口盆地中南部位置区域c和d,莺歌海盆地区域h,为总结前人的研究成果;而珠江口盆地西部陆架与陆坡区域e和f,琼东南盆地北部陆架区域g,西沙群岛西部区域p和i,广乐隆起北部区域n与南部区域o,中建南盆地北部区域j、k、l、m所采用的多波束数据为1998—1999年由广州海洋地质调查局“海洋四号”船所采集,多波束数据采集系统为SeaBeam 2112,原始数据经过导航定位滤波、参数校正、吃水改正、声速改正、数据滤清等处理步骤,有效地消除了噪点,保留了海底的各种微地貌特征.本资料的定位精度优于±10 m,水深测量准确度平均值约为0.3%.水深数据最终被以距离倒数加权算法差值得到网格间距为100 m×100 m的规则网格数据,用于本文对麻坑与泥火山的规模尺度、平面形态和空间结构进行分析和研究.

3 结果 3.1 南海北部陆缘区域的麻坑与泥火山 3.1.1 南海东北部台西南盆地区域的麻坑与泥火山

台西南盆地位于南海东北部,台湾岛西南部海域(见图 1中Ⅰ),主要由海区和少部分陆地组成,整体上分为三大构造带,分别为北部凹陷带,中央隆起带和南部凹陷带(陈胜红等,2009).中国台湾南部陆上泥火山自20世纪60年代便有研究(Shih,1967),而海区的泥火山从20世纪90年代才有发现(Liu et al., 1997).随后,很多研究人员对台西南盆地区域的泥火山进行了研究,利用各种地球物理和地球化学方法分析泥火山的地质成因和其与油气运聚的规律,以期探明台西南盆地区域的油气藏分布和资源 潜力(Chow et al., 20012006; Yang et al., 20042006; Chiu et al., 2006; Lin and Jeng, 2010; Chen et al., 2010; Sung et al., 2010; Sun et al., 2010; Hong et al., 2013; Liu et al., 2013; 何家雄等,2010).

台西南盆地区域陆上泥火山主要分布于台南以及高雄地区,如图 1位置a.从北至南,由西至东,分布有5个泥火山带,分别为:(1)触口断层泥火山带,(2)古亭坑背斜泥火山带,(3)旗山断层泥火山带,(4)高屏海岸平原泥火山带和(5)东部海岸山脉西南段泥火山带(Yang et al., 2004).陆上泥火山,从分布位置上看,主要分布于南部板块构造活动区并沿构造发育带分布;从规模上看,整体规模较小,直径与高度大部分不过几米.台西南盆地区域海区泥火山主要分布于盆地南部凹陷陆坡深水区,如图 1位置b,分为4个主要分布带,分别为:(1)高雄海岸带,(2)靠近高屏的海底峡谷带,(3)枋寮海底峡谷带和(4)永安线性构造带,每个分布带一般由几个或十几个海底泥火山组成,在其他区域,也有泥火山零星分布.从分布上看,海域泥火山同样主要分布于构造发育区尤其是深大断裂带附近;从规模上看,海域泥 火山相比陆上泥火山要大,直径一般在100~200 m,高出海底一般15~50 m(Chiu et al., 2006).台西南盆地区域鲜有麻坑发现,Chen等(2010)利用侧扫声呐以及浅地层剖面数据在台西南近岸区域发现了大量的活动冷泉,并首次发现了一个直径600 m宽,1200 m长,深度近35 m的大型椭圆形麻坑.

图 1 南海北部与西部陆缘主要盆地分布图(Ⅰ—Ⅵ为主要盆地,a—p为麻坑或泥火山发育区)Fig. 1 Map showing major basins in the northern and western margin of South China Sea(Ⅰ—Ⅵ indicate the major basins.
a—p show the distribution areas of pockmarks and mud volcanoes)
3.1.2 南海北部珠江口盆地区域的麻坑与泥火山

珠江口盆地位于南海北部陆架与陆坡区,面积广阔,新生代沉积厚度超过10.0 km(见图 1中Ⅱ).珠江口盆地是南海北部陆缘研究较为深入的盆地,该盆地在平面上呈现南北分带,东西分块的构造格局,整体可以划分为“两坳两隆”,是在新生代裂谷期、热沉降期和新构造期的构造活动中形成的规模巨大的叠加伸展盆地.在此区域发现了大量的油气藏与天然气水合物分布(王建桥等,2005梁劲等,2006).该区域流体渗漏体系较为发育,气烟囱、泥底辟等流体渗漏通道发现较多,然而出露于海底的泥火山与麻坑却较少(Sun et al., 2012).Sun 等(2012)利用约100 m网格分辨率的多波束地形数据资料在珠江口盆地图 1位置c区域发现4个独立发育的泥火山,其直径约有几十米,高度几米左右,很难在多波束地形中进行分辨,而该区域麻坑主要呈圆形,直径在100 m左右,坑深为几米到几十米. 周川等(2013)通过利用CARIS HIPS软件对SONIC 2024 多波束测深系统测量的高精度水深数据进行处理,得到了珠江口陆架小区域海底三维地形图与剖面图,在图 1位置d北部陆架较浅区域发现了大量的圆形或者椭圆形小麻坑,麻坑直径为30~100 m,坑深为1~3 m.

由于珠江口盆地东部区域缺乏多波束覆盖数据,在珠江口盆地西部坡折带以及陆架区域发现少量麻坑,但并没有发现泥火山.图 2区域如图 1位置e所示,该麻坑发育区位于南海北部坡折带区域,从图 2b斜率地形图中可以看出,该处发育有少量圆形、椭圆形、新月形麻坑以及麻坑链,如蓝色箭头所示.圆形麻坑主要分布于图 2c区域,该处水深约500 m,麻坑直径约400 m,坑深约30 m;麻坑链主要分布于图 2d区域,该处位于600~700 m水深,麻坑直径约800 m,坑深约50 m;新月形麻坑如图 2b 上部箭头所示,该处水深约650 m,麻坑直径约400 m,坑深约25 m.海底峡谷发育于圆形麻坑区东侧,图 2a左侧白色虚线箭头所示海底峡谷北部最浅处约有100 m深,宽度有2.0 km,往南逐渐变宽变深,最深处约有1.0 km,宽度约有6.0 km.图 2d区域发育有沉积物波,其走向几乎与坡折带走向平行,而与麻坑链轴线近乎垂直.图 3所示麻坑发育区如图 1位置f所示,该麻坑分布区位于南海北部陆架区域,地形平坦,水深约250 m,该处仅发育有一处近弧形 的麻坑链,单个麻坑的形态近似圆形,直径约600 m,坑深约70 m,如图 3b和c所示.

图 2 图 1位置e珠江口盆地西部坡折带麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)为斜率地形图,(c)和(d)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的少量圆形、椭圆形、新月形、麻坑链.
Fig. 2 Distribution area of pockmarks near shelf break of western Pearl River Mouth Basin. Its location is e in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map,(b)Slope terrain map,(c) and (d)3D terrain maps. Blue arrows indicate some circular,elliptical,crescent pockmarks and pockmark chains.

图 3 图 1位置f所示麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)为3D地形图,(c)为斜率地形图,蓝色箭头所示为该区域发现由三个圆形麻坑组成的麻坑链.
Fig. 3 Distribution area of pockmarks for location f in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map;(b)3D terrain map;(c)Slope map. Blue arrows indicate a pockmark chain consisting of three circular pockmarks.
3.1.3 南海北部琼东南盆地区域的麻坑与泥火山

琼东南盆地主体位于海南岛南部(见图 1中Ⅲ),东部与珠江口盆地相接,西部与莺歌海盆地相邻,由陆架区、斜坡区、中央坳陷区和南部断阶带组成,盆地内新生代沉积地层最大厚度约12.0 km(王建桥等,2005).盆地沉积层内发育有高压泥底辟、气烟囱及连通高压泥底辟和气烟囱至海底的断裂,为天然气运移提供了通道(陈多福等,2004;王秀娟等,2008; Wang et al., 2010).

在琼东南盆地中央盆地区并没有发现海底麻坑与泥火山,但在盆地北部陆架区域发现有一处麻坑发育区,位置如图 1位置g所示.该发育区位于海南 岛南部陆架近坡折带区域,地形平坦,水深约170 m. 从图 4c可以看出,该区域共约有13个圆形,椭圆形以及彗星形麻坑,麻坑最小直径约为400 m,最大直径约为1200 m,最小坑深约4 m,最大约有18 m.总体而言,多数麻坑直径在600 m左右,坑深在10 m左右.

图 4 图 1位置g所示琼东南盆地北部陆架区域麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)为3D地形图,(c)为斜率地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的圆形、椭圆形和彗星型麻坑.
Fig. 4 Distribution area of pockmarks the continent shelf of northern Qiongdongnan Basin. Its location g is shown in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map;(b)3D terrain map;(c)Slope map. Blue arrows indicate some circular,elliptical and comet shape pockmarks.
3.2 南海西部陆缘区域的麻坑与泥火山 3.2.1 南海西北部莺歌海盆地区域的麻坑与泥火山

莺歌海盆地位于南海西北部,海南岛西南(见图 1中Ⅴ),是新生代发育的巨厚沉积盆地,沉积厚度达16.0~17.0 km(王建桥等,2005).盆地主体上分为莺东斜坡带,中央坳陷带与莺西斜坡带,分别以1号断裂带和莺西断裂带相隔(Lei et al., 2011).莺歌海盆地是南海西北部重要的油气产区,是研究较为深入的沉积盆地,目前已有大量文献阐述莺歌海盆地区域的流体逸散与油气聚集情况.其中,金博等(2008)解习农等(1999)探讨了中央坳陷底辟区天然气疏导系统的成因类型和运移方式,李列等(2006)以及邸鹏飞等(2012)利用高分辨率地震剖面、浅地层剖面和侧扫声呐图等手段研究发现,莺歌海盆地的麻坑主要分布于莺歌海盆地中央坳陷带和莺东斜坡带,大量泥底辟主要分布于莺歌海盆地中央坳陷带,如图 1位置h.

中央坳陷带东方区位于坳陷带北部,区内有1—5号5个底辟发育区;乐东区位于坳陷带南部,区内有6—18号13个泥底辟发育区.中央坳陷带的泥底辟构造发育较好,但是泥火山发育较少,仅在14号泥底辟区域Q、N井场附近发现有直径有百米宽,高度有几米高的几个泥火山(Lei et al., 2011邸鹏飞等,2012).莺东斜坡带水深约10~50 m,100多个正在渗漏气体的喷口,麻坑和其产生的气泡羽状体在旁扫声纳图中被发现.该处麻坑大多为圆形或者椭圆形,直径约0.5~2 m,深约0.5~1 m,属于小麻坑发育区.中央坳陷带南部乐东区水深在100 m左右,区内曾经进行过四处详细的井场调查.区内麻坑分布广泛,大小不一,近似为圆形或者椭圆形,麻坑直径在5~26 m之间,深度一般在0.5~6.7 m之间,其中发现一个直径达400 m左右,坑深达100多米的大麻坑(Huang et al., 2009邸鹏飞等,2012).

3.2.2 南海西沙群岛西缘区域的麻坑与泥火山

图 5所示西沙海台区域位于西沙群岛西北部,位置见图 1位置p所示.该处麻坑发育区位于海台顶部平坦地区,新生代沉积较薄,麻坑形态总体上比较规则,大部分成圆形,少量为椭圆形,如图 5a蓝色箭头所示,图 5b为该区域3D海底地形图.海台顶部水深为550~600 m,麻坑直径最小约为300 m,坑深不超过10 m,最大的约为1.0 km,坑深约为40 m.大部分麻坑直径分布在600 m左右,坑深 20~30 m.虽然该区域麻坑分布比较广泛,但是并没有发现泥火山.

图 5 图 1位置p所示西沙群岛西部海台区域麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的圆形、椭圆形麻坑.
Fig. 5 Same as Fig. 1 but for the tablel and of western Xisha Isl and s. Its location p is shown in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map;(b)3D terrain map. Blue arrows indicate circular and elliptical pockmarks.

图 6所示西沙群岛西部麻坑发育区位置如图 1位置i所示,该区域位于西沙隆起与广乐隆起之间,琼东南盆地与中建南盆地之间,新生代沉积层相对较薄,海底软沉积物变形严重,区域北部海台区域并未发现与图 5所示类似的麻坑发育.图 6a蓝色箭头 所示为该区域发育的圆形以及椭圆形麻坑,有些呈 不规则状,该区域水深约为800 m,麻坑直径多在1.0~2.0 km之间,有的甚至超过2.0 km,坑深在100~200 m之间.红色箭头所示为新月形麻坑,该处水深约为800 m,麻坑最宽处约1.0 km,坑深约80 m;紫色箭头所示为麻坑链,由椭圆形或长条形麻坑组成,该处水深约900 m,麻坑直径或者最大宽度约1.5 km,深度超过100 m,图 6b为该区域的3D地形图.图 6c区域水深约为900 m,发育有麻坑链,单个麻坑呈长条状,短轴长度约为1.5 km,深度超过100 m.该发育区北部为海底软沉积物变形区,其间发育有海底深水水道,如图 6a左下角所示,其宽度约为3.0 km,深度约有300 m.

图 6 图 1位置i所示西沙群岛西缘陆坡麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)和(c)为3D地形图,蓝色箭头所示为圆形、椭圆形麻坑,红色箭头所示为新月形麻坑,紫色箭头所示为麻坑链.
Fig. 6 Same as Fig. 4 but for the west margin of Xishan Isl and s. Its location I is shown in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map,(b) and (c)3D terrain map.Blue arrows indicate some circular,elliptical and comet shape pockmarks. Red arrows denote crescentic pockmarks. Purple arrows are pockmark chains.
3.2.3 南海西部广乐隆起区域的麻坑与泥火山

图 7a所示麻坑发育区如图 1位置n所示,该区域位于广乐隆起北部区域,地形比较平坦,为一斜坡阶地地形,水深约为470 m.从图 7b中3D地形图中可以看出,该区域普遍发育有十几处圆形麻坑,形状比较规则,直径普遍在500~1000 m之间,坑深在20~50 m之间,如图 7a蓝色箭头所示.

图 7 图 1位置n所示广乐隆起北部麻坑发育区
(a)为多波束地形图;(b)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的圆形麻坑.
Fig. 7 Same as Fig. 4 but for northern Guangyue uplift with location n in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map;(b)3D terrain map. Blue arrows indicate circular pockmarks.

图 8所示麻坑与泥火山发育区如图 1位置o所示,该区域位于广乐隆起南部,中建南盆地西侧隆起区,地形比较平坦,与图 7a同为一斜坡阶地地形.该区域西部海底软沉积物变形较大,新月形麻坑横向排列成链状并呈南北走向,与等深线近似平行;区域东部为陆坡陡坎,水深迅速增大.区域内部发育有如蓝色箭头所示的麻坑以及如红色箭头所示的泥火山.该区域水深约450 m,麻坑直径普遍约1.0 km,深度主要分布在20~60 m之间,图 8c所示区域泥火山旁边黑色箭头所指的麻坑直径达1.5 km,深度超过100 m.泥火山主要分布于如图 8b、c所示区 域.图 8b所示泥火山直径达6.0 km,高度约350 m,图 8c所示区域泥火山直径分布在1.0~3.5 km之间,高度分布在80~250 m,其中白色箭头所示泥火山周围发育有大量圆形麻坑,火山喷口较大,形态特征比较复杂.

图 8 图 1位置o所示麻坑、泥火山发育区

(a)为多波束地形图,(b)、(c)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的圆形、椭圆形麻坑,红色箭头为发现的泥火山.
Fig. 8 Same as Fig. 4 but for location o in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map(b) and (c)3D terrain map,Blue arrows show some circular and elliptical pockmarks. Red arrows indicate mud volcanoes.
3.2.4 南海西部中建南盆地区域的麻坑与泥火山

中建南盆地主体位于南海西部走滑陆缘,越南东部陆架、陆坡区域(见图 1中Ⅵ),北与莺歌海、琼东南盆地相接,东连西南海盆,面积超过11.39×104 km2.中建南盆地总体勘探程度较低,研究程度较低.层序地层学与地震地层学分析认为,中建南盆地发育始于白垩纪末期—古近纪早期,属于早期断陷、后期经走滑改造而成的复合型盆地,其构造演化经历了断陷、断坳-压扭或走滑反转、区域沉降3个阶段,呈北北东走向,由北至南划分为西北部隆起、北部坳陷、北部隆起、中部坳陷、南部隆褶带和南部坳陷等6个构造单元(钟广见和高红芳,2005陈玲和钟广见,2008).

图 9a所示麻坑发育区如图 1位置j所示,该区域位于中建南盆地北部,广乐隆起以南以东区域.从图 9b、c可以看出该处发育有椭圆形、长条形麻坑所形成的麻坑链,圆形麻坑,新月形麻坑,长条形麻坑 以及不规则形状麻坑,并伴有大范围的复杂海底软沉积物变形.该处主要有四处明显的麻坑链,分别标 号为1、2、3、4,如图 9a、b、c所示,该处水深超过800 m. 1号麻坑链长度约有10.0 km,主要由四个椭圆形麻坑组成,麻坑短轴长度约为1.5 km,深度约为160 m.2号麻坑链长度约有20.0 km,由圆形与椭圆形麻坑组成,麻坑直径在1.5~2.5 km之间,深 度在100~200 m之间.3号麻坑链长度约有30.0 km,主要由长条形麻坑组成,麻坑短轴宽度约1.5 km,深度约150 m.4号麻坑链长度约有20.0 km,主要由椭圆形麻坑组成,麻坑直径约2.0 km,深度约140 m.在图 9d、e所示区域发育有5座泥火山,其中两座规模较大,可以观察到较为明显的火山喷口,直径均超过2.0 km,高度超过200 m,其余3座泥火山直径不超过1.0 km,高度不超过100 m.除此之外,区域东北部发育有海底深水水道及各种不规则麻坑和海底复杂软沉积物变形,麻坑链南部发育有新月形麻坑与不规则麻坑,如图 9a红色箭头所示.

图 9 图 1位置j所示麻坑、泥火山发育区
(a)为多波束地形图,(b)和(c)为斜率地形图,(d)和(e)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的麻坑链,红色箭头所示为不规则麻坑,(d)和(e)区域为发现的两处孤立发育的泥火山.
Fig. 9 but for location j in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map,(b) and (c)Slope map. Blue arrows indicate four pockmark chains. Red arrows show irregular pockmarks.(d) and (e)show isolated mud volcanoes.

图 10所示泥火山发育区如图 1位置k所示,该区域位于中建南盆地北部区域,地形较为复杂,除了图 9d、e所示两处泥火山发育区,还有如图 10a白框和红色箭头所示泥火山发育区,其中白框所示四处放大区域如图 10b、c、d、e 3D地形图所示.该区域水深在800~1300 m之间,泥火山直径普遍分布在1.0~2.0 km之间,高度普遍分布在100~200 m之间,最大甚至达到3.0 km宽,350 m高.从图 10a可以看出,该泥火山发育区地形比较复杂,海底软沉积物变形较为严重,但比较明显的麻坑分布较少.

图 10 图 1位置k所示泥火山发育区
(a)为多波束地形图,(b)、(c)、(d)、(e)为(a)中四处虚线白框区域放大的3D地形图,(b)和(c)为独立发育的泥火山,(d)和(e)为泥火山群.
Fig. 10 Distribution area of mud volcanoes for location k in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map.(b),(c),(d) and (e)are exp and ed 3D maps of four white dotted line boxes in(a).(b) and (c)show isolated mud volcanoes.(d) and (e)show two mud volcano groups.

图 11所示麻坑发育区位置如图 1位置m所示,该区域位于中建南盆地中部偏北处,地形起伏较大,麻坑发育区以及软沉积物变形区主要分布在比较明显的地形隆起区域,如图 11c、d所示.该区域海底软沉积物变形严重,有几处比较明显的麻坑,如图 11a蓝色箭头所示,但并没有发现泥火山.从图 11b可以看出,该区域麻坑主要为圆形以及近似椭圆形,其余呈不规则形状;麻坑底部普遍不平整,一般均有凸起出现,如图 11c、d中3D地形图所示.根据对图中箭头所指麻坑的统计,该区域水深约1.6 km,麻坑的规模普遍较大,直径普遍在2.0~3.0 km之间,坑深在100~200 m之间,个别超过200 m.

图 11 图 1位置m所示麻坑发育区
(a)为多波束地形图,(b)为斜率地形图,(c)、(d)为3D地形图,蓝色箭头所示为该区域发现的圆形、椭圆形麻坑.
Fig. 11 Distribution area of pockmarks for location m in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map,(b)Slope map,(c) and (d)3D maps. Blue arrows indicate circular and elliptical pockmarks on the uplifts.

图 12所示麻坑发育区位置如图 1位置l所示,该发育区位于中建南盆地中部偏北陆坡斜坡处.从图 12b中可以看出,该区域麻坑与海底冲沟相伴生,海底变形比较严重,但是与东部、南部平坦的海底有比较鲜明的界限,如图 12d红线所示.圆形以及椭圆形麻坑主要发育在图 12c所示区域,有些组合形成麻坑链,如图 12b红色箭头所示;新月形麻坑主要发育在图 12d、e所示区域,新月形麻坑排列规律,孤立或者成链状发育,其排列走向几乎与等深线相平行.根据对图 12c所示区域的部分圆形以及椭圆形麻坑进行统计发现,该区域水深约1.0 km,麻坑直径普遍约1.0 km,坑深约100 m.

图 12 图 1位置l所示麻坑发育区
(a)多波束地形图;(b)斜率地形图;(c)、(d)、(e)3D地形图.
Fig. 12 Distribution area of pockmarks for location l in Fig. 1
(a)Multi-beam bathymetry map;(b)Slope map;(c),(d) and (e)are 3D maps.
4 讨论 4.1 麻坑与泥火山在南海北部与西部的区域分布特征

通过对上述区域麻坑的直径与坑深进行统计,得到了如图 13a所示的麻坑直径-坑深关系分布图,其中各种形态麻坑的直径与坑深统计方法在4.2节中进行说明.如图 13a所示,麻坑的坑深有随着麻坑直径增大而增大的趋势.不同区域的麻坑,其直径、坑深的分布在直径-坑深关系图中也同样具有区域性分布特征.由于麻坑的直径与坑深具有共生关系,利用线性关系式对不同区域的麻坑进行线性拟合,其中x为麻坑直径,y为麻坑坑深,a为斜率.通过统计发现,不同区域麻坑的直径-坑深拟合直线的斜率a稍有不同,所有麻坑的直径-坑深线性拟合曲线如图 13a绿色直线所示.麻坑的直径-坑深拟合结果如表 1所示,区域斜率值a最小为0.013,位于区域g,最大为0.102,位于区域f,所有麻坑的拟合斜率值a为0.071.线性回归判定系数R2最小值为0.257,位于区域g,最大值为0.636,位于区域e,所有麻坑的线性回归判定系数为0.712,其中区域j的R2为-0.83.R2值位于0~1之间,理论上R2值越大表示拟合程度越好,区域j的负值表示拟合程度较差,结果不理想.其他区域的R2值总体上位于0.4左右,而所有麻坑的R2值为最大值0.712,这说明区域麻坑的R2值偏低,相关性较差,可能很大程度上受到麻坑统计样本较少的影响,而所有麻坑的大量统计样本能够使结果拟合程度提高,说明所有的麻坑直径与坑深具有较好的线性关系.结果表明,南海麻坑的直径-坑深关系具有正相关的变化关系,不同区域麻坑的直径-坑深分布也同样具有区域性分布,同一区域麻坑的直径-坑深关系具有一定的线性分布特征,而不同区域的线性拟合斜率稍有差别,这在一定程度上可能能够反映不同区域海底底质特征、浅地层构造活动影响、海底倾斜程度以及海底底流变化等因素的不同影响.但同一区域的麻坑直径-坑深拟合关系相关程度较差也说明上述因素对同一区域麻坑的影响较为复杂,造成结果解释困难.所有区域麻坑的直径-坑深具有很好的线性关系,其拟合斜率为0.071,R2值为0.712,说明麻坑的直径-坑深线性关系较强,加强对上述影响因素的进一步认识,可以利用统计方法对麻坑各种影响因素作用程度进行解释与分析.

图 13 图例中字母分别代表图 1字母所示对应区域的麻坑(a)或者泥火山(b)
图中蓝色字母代表不同区域麻坑(a)或泥火山(b)的拟合曲线,绿色直线代表图中所有麻坑(a)或泥火山(b)的拟合曲线.(a)图中横坐标为麻坑直径,纵坐标为麻坑坑深.(b)图中横坐标为泥火山直径,纵坐标为泥火山的高度.
Fig. 13 Letters in the legend indicate pockmarks(a) and mud volcanoes(b)located in different distribution areas in Fig. 1
Blue letters show fitting curves of pockmarks(a) and mud volcanoes(b)in different distribution areas. Green lines indicate fitting curves of all pockmarks(a) and mud volcanoes(b). Horizontal and vertical coordinates in(a)are width and depth of pockmarks,respectively. Horizontal and vertical coordinates in(b)are diameter and height of a mud volcano,respectively.

表 1 南海不同区域以及全部麻坑的直径-坑深拟合曲线斜率和判定系数R2Table 1 Slopes and coefficients of determination(R2)of the pockmark diameter-depth fitting curves

in different regions of South China Sea

泥火山(底辟)在台西南盆地、莺歌海盆地、中建南盆地分布较多,规模较大,而珠江口盆地、琼东南盆地分布相对较少,规模较小.通过对出露在图 1位置o,k,j区域的泥火山进行统计,得到如图 13b所示的泥火山直径-高度分布图,其中泥火山直径为泥火山根部的最大直径,高度为泥火山根部到泥火山顶部的垂向距离,如图 14b所示.由于泥火山的直径与高度具有共生关系,利用线性公式对不同区域的泥火山进行线性拟合,其中x为泥火山直径,y为泥火山高度,a为斜率.如表 2所示,区域o、k、j的泥火山直径-高度拟合斜率a分别为0.061,0.113,0.090,R2值较高,分别为0.954,0.776,0.991,所有区域的泥火山直径-高度拟合斜率为0.090,R2为0.444,如图 13b绿色直线所示.结果表明,同区域泥火山的直径-高度关系具有高度的线性关系特征.这一方面可能说明,泥火山的喷发较少受到其他环境因素的影响,形态高度统一;另一方面可能说明,同区域泥火山其喷出流体成分很有可能具有高度一致性并且自深部来源相同.所有区域泥火山的直径-高度线性相关性特征降低,说明区域内泥火山具有相似性但不同区域的泥火山差距较大,反映不同区域的泥火山很有可能受到不同构造环境控制、具有差异流体成分以及处于不同海底底质情况等.

表 2 南海o,k,j区域以及全部泥火山的直径-高度拟合曲线斜率和判定系数R2Table 2 Slopes and coefficients of determination(R2)of the mud volcano diameter-height fitting curves in regions o,k, and j of South China Sea

图 14(a)图为泥火山区域等值线图,MV1、MV2、MV3为三座圆锥体形态的泥火山,(b)为(a)图所示区域3D地形图,D为泥火山的直径,H为泥火山的高度,(c)为不规则形态泥火山,并与麻坑相伴生,(d)为泥火山群Fig. 14(a)Contour map of mud volcanoes,MV1,MV2 and MV3 are three conical mud volcanoes.(b)3D map of(a),D and H is the diameter and height of a mud volcano,respectively,collected and calculated in Fig. 13b.(c)is 3D map of some

irregular mud volcanoes associated with some pockmarks.(d)is 3D map of mud volcano groups
4.2 麻坑与泥火山的分类体系

麻坑在全世界各海域广泛分布,自20世纪中期以来,各种各样的麻坑被发现并予以分析,然而针对于麻坑的分类体系至今仍然没有建立起来.本文通过对南海研究区域的麻坑进行统计分类,结合前人的研究成果,初步对麻坑的分类体系进行总结.流体逸散如果发生在平坦的、底质均一并具有平静海水覆盖的海底所形成的麻坑应为圆形平面结构,但是由于海水流动性、底质不均一、海底倾斜以及不均衡构造作用等因素的影响,麻坑容易形成各种各样的平面形态.椭圆形麻坑的长轴形成、新月形的弯曲形态、彗星形的拖尾形态以及长条形的长轴形成均是受到其他因素影响而形成的,这些因素在统计过程中需要剔除,而统计其内在圆形平面结构的特征.

根据已有的对各种麻坑的命名以及定义,本文依据麻坑的个体平面形态、规模量级以及组合形式建立起三类分类体系,如表 3、4、5所示.

表 3 根据个体平面形态的麻坑分类Table 3 Classification of pockmarks according to individual planar views

表 4 根据规模量级的麻坑分类Table 4 Classification of pockmarks according to combination manners

表 5 根据组合形式的麻坑分类Table 5 Classification of pockmarks according to combination manners

根据麻坑的个体平面形态,麻坑可以分为圆形、椭圆形、新月形、彗星形、长条形以及不规则形态麻坑,如表 3所示,白线为等深线.圆形麻坑的平面形态为圆形,四周斜坡基本对称,最大坑深一般出现在中心位置,如图蓝色区域所示,其统计直径为平面圆形的直径长度;椭圆形麻坑的平面形态为椭圆形,一般以短轴和长轴成对称结构,最大坑深一般出现在中心位置,如图蓝色区域所示,其统计直径为椭圆短轴的长度;新月形麻坑的平面形态似新月形,一般以弯曲走向线中心垂线成对称结构,其最大坑深一般出现在弯曲走向线中心处,其统计直径一般为弯曲走向线中心垂线或者垂直于新月弯曲走向线最宽处;彗星形麻坑的平面形态似彗星,具有似圆形头部和楔形拖尾,其最大坑深一般出现在似圆形头部中心处,其统计直径为似圆形头部的直径;长条形麻坑 的平面形态为长条形,其与椭圆形麻坑的不同之处在于长轴中部延伸具有直线段,其坑深最大处一般出现在麻坑中心处,其统计直径为麻坑短轴的长度;不规则形态麻坑以各种异样形态出现,一般具有一个或者多个棱角、复杂坑部形态和不对称平面结构等特点,难以进行定量描述和计算.前五种形态麻坑在本文中予以统计,其统计直径如前面所述,而坑深均为前述直径线经过的麻坑最大垂向深度,具体如表 3第三行各种形态麻坑的3D示意图所示,其中 D1为所统计麻坑的直径,D2为所统计麻坑的坑深.

Hovl and 将小于5 m的海底凹陷称之为Unit Pockmark(Hovland et al., 2010),一般在某一区域比多数麻坑规模稍大的几个大麻坑称之为大麻坑(Giant Pockmark)(Hovland and Judd,1988Kelley et al., 1994),而Sun等(2013)对直径在千米级的麻坑称之为巨型麻坑(Mega-Pockmark).由于过去的规模分类更多的是基于经验,在不同的区域其定义有所不同,因而根据规模的麻坑分类仍然没有统一. 测扫声呐的分辨率最高在厘米级别,而浅地层剖面与高分辨率3D地震在不同水深其分辨率能够达到米级及十米级分辨率,多波束测深系统最高分辨率能够达到米级,而对于十米级、百米级、甚至千米级别的海底地形,其准确度较高.从麻坑探测设备的分辨率可以看出,根据规模量级对麻坑进行分类具有一定的合理性,因此,本文将规模在小于等于米级的称之为小麻坑,规模在十米级的为(普通)麻坑,规模在百米级的称为大麻坑,规模在大于等于千米级的称为巨型麻坑,如表 4所示.

根据麻坑的组合形式,麻坑可以分为复合麻坑,麻坑链和麻坑群,如表 5所示.复合麻坑为两个或以上麻坑相伴生,表 5复合麻坑平面示例左下角为两个麻坑相伴生的复合麻坑,而右上角为两大一小三个麻坑相伴生的复合麻坑,其伴生的麻坑数量一般以极大坑深的数量为依据,复合麻坑内部一般以极大坑深之间的线性凸起结构为边界.麻坑链一般为椭圆形、长条形或者新月形麻坑成链状分布,麻坑数量较多并且规模尺度一般较为均一.麻坑群一般是数量较多的麻坑以无规律、密集分布的方式出现,表明某一区域麻坑的大量发育与聚集.

泥火山一般为地层深部塑性流体喷出海底所形成的正地形,与麻坑的形成所不同,其塑性流体的喷出除了受到海水的影响之外一般并不会受到空间的限制,因而其平面形态一般为圆形或者椭圆形,如图 19a所示MV1,MV2,MV3.其空间形态一般以圆锥体或圆饼形存在,如图 19b所示泥火山MV1,MV2,MV3的3D地形图.泥火山顶部一般具有凹口,为泥火山喷口,如图 19b、c白色箭头所示.有的泥火山体周围被环形或者新月形凹槽环绕,为环泥火山壕沟,如图 19b黑色箭头所示.有的泥火山与麻坑相伴生,如图 19c所示.有的泥火山大量出现,形成壮观的泥火山群,如图 19d所示.泥火山的统计直径为平面形态圆形直径或者椭圆短轴长度,如图 19b底部泥火山直径D所示,其高度为直径线所经过的圆锥体的高,如图 19b底部泥火山高H所示.

4.3 麻坑与泥火山的形成机制分析和油气地质意义

南海北部为张裂大陆边缘,区域内的台西南盆地、珠江口盆地与琼东南沉积盆地最早是在中生代末至新生代早期“神狐运动”的张裂作用下产生的一系列NE—NNE断裂和地堑-半地堑构造,随后在“南海运动”、“东沙运动”下接受了湖相沉积和海相沉积而发育形成的拉张型沉积盆地(Taylor and Hayes, 1983李三忠等,2012a).珠江口盆地与琼东南盆地在渐新世“南海运动”之后逐渐趋于稳定,而中中新世末期约10 Ma开始发生的“东沙运动”,其强烈活动发生在5 Ma左右,主要影响区域为南海北缘的东部区域,向西则逐渐减弱(夏斌等,2007).受到“东沙运动”以及上新世—全新世欧亚板块与菲律宾板块强烈的压扭抬升作用(蔡周荣等,2010),台西南盆地构造活动频繁,新生代沉积相对较少,而珠江口盆地与琼东南盆地沉积环境则相对稳定,新生代沉积层相对较厚(朱伟林等,2007).

南海西部为走滑大陆边缘,红河断裂、越东断裂以及万安断裂等走滑断裂带控制着整个西部区域的主要构造演化和盆地沉积(Sun et al., 2003).莺歌海盆地整体位于走滑断裂带西缘为走滑拉张型盆地,中建南盆地位于走滑断裂带东缘,受大量NE—NNE向断裂控制,其形成时间要略晚于莺歌海盆地.南海西部与北部类似,经历了3次重大事件的调整,莺歌海盆地在此时期逐渐向SE迁移沉积,沉积速度快,沉积层厚,热流和温度场变大(龚再升和李思田,2004李三忠等,2012b).中建南盆地在“万安运动”约10.5 Ma之后便趋于稳定,但其沉积层中南部较厚,而北部区域相对较薄.

麻坑在南海北部区域发现较少,台西南盆地仅发现一个直径600 m宽,1.2 km长,坑深近35 m的大型椭圆形麻坑.珠江口盆地在南部陆坡区域发现较多麻坑,然而其直径多分布在100 m左右,深度为几米到几十米,西部陆架与陆坡区域发现直径约500 m左右的麻坑,然而其数量较少.琼东南盆地仅在北部陆架近坡折带区域发现几个直径在400~ 1200 m的大麻坑和巨型麻坑.综合来看,北部区域麻坑主要分布在陆坡区域,直径超过100 m的麻坑数量较少,随着资料的丰富,大量直径在100 m以下的小麻坑可能会在陆坡及陆架区域大量发现,如图 1位置d北部大量发现的小麻坑.泥火山在台西南盆地大量发育,主要分布在大陆坡区域,分布区域较广,数量较多,直径多在100~200 m.珠江口盆地泥火山也主要分布在陆坡区域,然而其数量较少,规模也较小,一般直径在几十米;琼东南盆地还没有泥火山发现.

麻坑在南海西部区域大量发育,莺歌海盆地直径在几米以及几十米的麻坑居多,仅发现一个直径达400 m左右,深度达100多米的大麻坑.而广乐隆起、西沙群岛西部区域与中建南盆地北部区域的麻坑数量较多,规模较大,直径一般为百米量级的大麻坑,更有数量较多的千米量级巨型麻坑,其主要分布在陆坡斜坡区,并伴有复杂的海底软沉积物变形.泥底辟在莺歌海盆地分布较广,规模也较大,然而出露于海底的泥火山数量较少,主要是受到巨厚新生代沉积覆盖的影响.中建南盆地北部区域泥火山发育较多,孤立发育或成群出现,规模多在千米量级.广乐隆起南部区域也发育有几座千米量级的泥火山,最大的直径约有6.0 km.

5 Ma以来构造活动最为活跃的地带为陆坡与陆架坡折部位,而麻坑、泥火山的分布特征正是受到这些构造活动、构造断裂带和新生代后期沉积的影响.麻坑主要分布在陆坡区域,南海北部区域麻坑相对较少,规模较小,而西部区域麻坑数量较多,规模较大.泥火山也主要分布在陆坡区域,在北部区域,自东向西数量逐渐减少,规模变小,这与上新世—全新世的区域构造环境有很大关系.上新世—全新世的压扭构造环境使原来的张裂构造变成压扭性走滑构造,在很大程度上影响了北部区域泥火山的分布特征与发育进程.南海西部区域整体位于走滑大陆边缘,莺歌海东南部大量泥底辟与麻坑的发育受到了持续活动走滑断裂的影响,沉积中心逐步向SE跃迁,沉积速率大,为大量泥底辟的出现提供了重要的构造环境支撑.中建南盆地位于走滑断裂东缘,新生代后期沉积环境较为稳定,然而其北部区域沉积层较薄,受到莺歌海区域走滑断裂活动的影响,沉积环境不稳定,沉积层变形较大,流体逸散活动较为活跃,很大程度上容易受到深部壳幔流体活动的持续影响,因而其麻坑、泥火山的数量较多、规模也较大.

油气盖层的产生需要相对稳定的构造宁静期,而持续的构造活跃是流体逸散发生的重要影响因素.在南海洋盆产生后期,台西南盆地、莺歌海盆地、西沙群岛西缘与中建南盆地北部区域均受到上新世—全新世期间的区域性压扭环境的影响(Allen et al., 1984;Sun et al., 2003蔡周荣等,2010),台西南盆地海底地形复杂,泥火山发育较多,莺歌海盆地由于沉积层较厚,泥底辟发育较多,麻坑发育规模较小,西沙群岛西缘与中建南盆地北部区域由于沉积层相对较薄,海底沉积物变形严重,麻坑、泥火山发育较多、规模较大.这一方面说明了这些区域流体的大量渗漏与逸散,另一方面也说明了持续构造活动有利于深部流体的重新聚集与分布,可能成为重要的油气聚集区域.海底泥火山的形成是泥底辟大量发育的指示标志,预示大量流体容易在底辟周围盖层重新聚集;而麻坑的形成是流体重新聚集,在浅层盖层重新聚集的重要标志.然而,这并不能说明非麻坑、泥火山发育区不是油气产区,因为稳定的构造环境能够产生油气盖层和重大油气藏,而麻坑、泥火山发育区的油气藏需要在对流体渗漏体系形成机制深入研究的基础上进行勘探和开发.影响油气保存的因素主要由盖层条件、断层作用、岩浆活动、构造运动及超压异常,麻坑、泥火山等流体渗漏活动的产生是上述因素的负面结果,而其相伴生的正面影响是油气的重新聚集与成藏,非麻坑、泥火山发育区的盖层条件好,油气保存条件较好,油气成藏可能较大较深,而麻坑、泥火山发育区由于受到5 Ma以来持续构造活动的影响,其油气成藏情况可能比较复杂,成藏很有可能较小、较浅,海底麻坑、浅层气以及天然气水合物的大量发育是这些浅层油气藏聚集成藏的重要指示标志.值得说明的是,南海北部区域,尤其在琼东南盆地与珠江口盆地,大量的海洋工程地质调查表明盆地浅部地层内有少量生物成因的浅层气藏与天然气水合物聚集成藏,但更多的高压浅层气藏是具有浅层微生物成因与浅部或深部热成因相关的复杂气体成分组成(鲍才旺和姜玉坤,1999傅宁等,2011何家雄等,2013),这些浅层气藏的逸散、天然气水合物的裂解与游离气的逸散容易造成海底几米至几十米等小规模甚至更小麻坑的出现(苏正等,2009);本文所述如中建南盆地等区域规模超过100 m的麻坑更可能是与区域构造演化过程、浅部构造活动以及深部热成因流体地质活动有关.随着分辨率更高的相关海底调查研究的进一步开展,在南海北部与西部陆架与陆坡区域可能会发现更多规模在100 m以内的小麻坑或者泥火山,其形成机制可能会与本文所述麻坑与泥火山的形成机制具有强烈的关联性,但更有可能的成因是具有生物成因与热成因气体成分的浅部高压气藏突破逸散所形成.

5 结论

本文根据广州海洋地质调查局在南海北部以及西部区域的高分辨率多波束水深测量数据,新发现了南海北部珠江口盆地西部陆架及陆坡麻坑分布区,琼东南盆地北部陆架麻坑分布区,西沙群岛西部海台麻坑分布区,西沙群岛西缘陆坡麻坑分布区,广乐隆起北部及南部麻坑、泥火山分布区和中建南盆地北部麻坑、泥火山分布区.

通过对不同区域麻坑的直径、坑深,泥火山的直径和高度进行统计发现,南海麻坑的直径-坑深关系具有正相关的变化关系,不同区域麻坑的直径-坑深分布同样具有区域性,同一区域麻坑的直径-坑深关系具有一定的线性分布特征,但拟合相关性较低,而所有区域麻坑的直径-坑深具有很好的线性拟合关系.麻坑不同区域的线性拟合特征一定程度上能够反映不同区域海底底质特征、浅地层构造活动、海底倾斜程度以及海底底流变化等因素的不同影响,但是同一区域的麻坑直径-坑深拟合关系相关程度较差也说明上述因素对同一区域麻坑的影响仍然较为复杂,造成结果解释困难.泥火山的直径与高度具有正相关的变化特征,不同区域泥火山的直径-高度具有较高的线性拟合特征,但是所有区域泥火山的直径-高度线性特征降低.这一方面说明,泥火山的喷出没有受到其他因素较大的影响,形态高度统一;另一方面说明,同一区域的泥火山可能其喷出成分具有高度的一致性并且其深部来源相同.区域内泥火山具有相似性而不同区域的泥火山相差较大.

本文依据麻坑的个体平面形态、规模大小以及组合形式提出建立麻坑的三类分类体系:(1)根据麻坑的个体平面形态,麻坑可以分为圆形、椭圆形、新月形、彗星形、长条形以及不规则形态麻坑;(2)根据麻坑的规模量级,规模在米级及以下的称之为小麻坑,规模在十米级的为(普通)麻坑,规模在百米级的为大麻坑,规模在千米级及以上的为巨型麻坑;(3)根据麻坑的组合形式,麻坑可以分为复合麻坑,麻坑链和麻坑群.

麻坑、泥火山作为流体渗漏体系的重要标志,一方面能够说明某些区域流体的大量渗漏与逸散,另一方面也能够说明某些区域持续构造活动有利于该区域深部流体的重新聚集与分布.南海北部与西部的麻坑、泥火山主要分布在大陆架近坡折带和大陆坡区域,而这正是5 Ma以来活动构造最为活跃的地带,也是沉积较为薄弱的地带.麻坑、泥火山的分布特征很大程度上受到这些构造活动、构造断裂带和新生代后期沉积的影响.新生代后期,尤其是近5 Ma新构造活动期以来,南海北部区域构造活动,自东向西影响逐渐减弱,在此背景下,台西南盆地的泥火山发育最为广泛,规模也较大.而珠江口盆地、琼东南盆地的麻坑、泥火山沿陆架近坡折带和大陆坡区域发育.南海西部区域受到红河走滑断裂带持续活动的影响,莺歌海盆地泥底辟发育数量多,规模大,但由于沉积层较厚,出露的泥火山较少,麻坑发育较少,规模较小.而西沙群岛西部区域与中建南盆地北部区域,由于新生代沉积较薄,受断裂带构造活动的影响,海底沉积物变形复杂,麻坑、泥火山发育数量较多,规模较大,流体活动剧烈.南海北部与西部陆缘的麻坑、泥火山主要分布在构造活动较为活跃,沉积较为薄弱的近坡折带和大陆坡区域,在具有走滑性质的台西南、莺歌海和中建南盆地分布较广、规模较大,而在其他主要张裂性质盆地中分布较少,规模较小.

致谢 感谢广州海洋地质调查局资料处理研究所冯震宇所长,张宝金副所长以及其他各位同事为作者在广州研究期间提供的便利、支持与帮助.感谢审稿人对文章提出的宝贵建议,使本文更加充实完善.

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