劉伯然，宋海斌，關(guān)永賢，拜陽，陳江欣，耿明會(huì)

1中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092

4國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510075

1 引言

冷泉，是海底地層中的低溫流體（相對(duì)于海底熱泉）以噴出或滲漏方式釋放到海水中的現(xiàn)象.其釋放流體的主要成分是水、油氣、硫化物和細(xì)粒沉積物（Judd and Hovland，2007；黃永祥等，2008）.在一些冷泉活躍的海域，可在海底觀察到大量氣泡自噴口排出（Campbell，2006；Matsumoto et al.，2011），這些氣泡的主要成分為甲烷.冷泉系統(tǒng)不僅包括冷泉流體釋放進(jìn)海水的過程，而且包含了海底下地層中流體的聚集和運(yùn)移，與冷泉伴生的生物群落，冷泉活動(dòng)對(duì)海底地貌和沉積物的改造等.研究表明，麻坑、泥火山、自生碳酸鹽巖等海底特征，都與冷泉活動(dòng)存在密切聯(lián)系（León et al.，2006；Von et al.，2000；陳多福等，2002）.

在墨西哥灣、黑海等地，海底冷泉和石油、天然氣水合物等資源伴生，且冷泉的發(fā)現(xiàn)通常早于這些地區(qū)油氣藏的探明，因此，冷泉探測(cè)對(duì)深部油氣勘查也可起指示作用.同時(shí)，冷泉系統(tǒng)中常存在的淺層氣在沉積層中聚集，會(huì)引發(fā)該區(qū)域地質(zhì)條件不穩(wěn)定，對(duì)海底工程的施工造成潛在威脅.甲烷是重要的溫室氣體，全球大洋內(nèi)由于冷泉活動(dòng)釋放的甲烷量，尚沒有準(zhǔn)確估計(jì)值，但其對(duì)全球氣候的潛在影響值得重視（Naudts，2010）.

由于海底麻坑的發(fā)現(xiàn)和對(duì)其成因的討論，海底（低溫）流體的噴出、滲漏活動(dòng)的研究開始受到廣泛關(guān)注（Hovland and Judd，1988；Judd and Hovland，2007）.隨著旁側(cè)聲納、淺地層剖面（淺剖）等聲學(xué)儀器的使用，多個(gè)海域發(fā)現(xiàn)了海底存在流體噴出、滲漏的證據(jù)，同時(shí)海底照片揭示了獨(dú)特冷泉生物群落的存在，冷泉系統(tǒng)從此成為研究熱點(diǎn).大量研究表明，淺地層剖面、回聲聲納、多波束測(cè)深、旁側(cè)聲納是探測(cè)海底冷泉的有效手段（Naudts，2010；韓喜球等，2013；陳林、宋海斌，2005）.

南海海域冷泉系統(tǒng)的研究相對(duì)較少，Traynor和Sladen（1997）曾在越南沿岸，發(fā)現(xiàn)過海底麻坑和海面上的油膜.國(guó)內(nèi)有一些對(duì)南海地區(qū)的泥火山、自生碳酸鹽巖、冷泉生物群落的初步研究（Sun et al.，2011；沙志彬等，2005；韓喜球等，2013），但地球物理方面的研究工作尚薄弱.

近年來廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海東北部陸坡區(qū)采集了大量淺地層剖面數(shù)據(jù)，該區(qū)域是天然氣水合物發(fā)育有利區(qū)，歷史上積累了豐富的地震、多波束測(cè)深等資料，為在南海東北部開展冷泉系統(tǒng)的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ).我們通過對(duì)這些淺地層剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，輔以海底地形資料和跨過該區(qū)的地震測(cè)線，對(duì)該區(qū)冷泉系統(tǒng)在淺地層剖面上的特征進(jìn)行總結(jié)，并分析其成因.

2 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南海東北部陸坡，臺(tái)西南盆地的中西部，地處東沙海域.東沙海域的晚中新世、上新世—第四紀(jì)以淺海－半深海和深海沉積為主，發(fā)育等深流、扇三角洲相、斜坡扇相及滑塌重力流沉積，砂巖含量?jī)H10%～25%，大部分地區(qū)泥巖含量達(dá)80%以上.巨量的富有機(jī)質(zhì)的泥頁巖，是本區(qū)油氣、天然氣水合物、泥火山等能夠發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ).

南海北部陸緣是被動(dòng)大陸邊緣，其東北部陸坡地形復(fù)雜，整體上是階梯狀下降的地勢(shì)，并被海底峽谷、水道切割得支離破碎.調(diào)查研究表明（何家雄等，2007；姚伯初，2005），南海東北部陸坡從沉積物源，溫壓條件，儲(chǔ)集條件上都適合天然氣水合物的發(fā)育，有良好的成藏遠(yuǎn)景.

3 數(shù)據(jù)獲取與處理

本文研究數(shù)據(jù)來自廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局采集于南海東北部陸坡淺地層剖面數(shù)據(jù)，這些淺剖數(shù)據(jù)共300余條，分布密集，相鄰測(cè)線間隔約100m，對(duì)研究區(qū)的淺部地層特征有良好的揭示.同時(shí)為了對(duì)比研究區(qū)與其周邊的地層差異，選用了一條橫跨該陸坡區(qū)的長(zhǎng)地震測(cè)線.數(shù)據(jù)的采集位置如圖1所示，位于臺(tái)西南盆地內(nèi)的陸坡位置，地形復(fù)雜，起伏明顯.

淺地層剖面數(shù)據(jù)的采集儀器為Parasound P70全海域參量淺層剖面儀，由淺剖主機(jī)、淺剖換能器組成，工作頻率初次高頻選擇18kHz，二次低頻為4kHz（本文主要針對(duì)主頻4kHz淺剖測(cè)線討論），淺剖數(shù)據(jù)的采集采用了等距發(fā)射模式（Quasi－equidistant）.

淺地層剖面數(shù)據(jù)處理方面，我們對(duì)同一條測(cè)線的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單的帶通濾波處理.因?yàn)閿?shù)據(jù)采集同時(shí)有多波束測(cè)深儀器工作，而且受到采集時(shí)海況的影響，處理完的剖面中還是會(huì)有少量豎條狀和短線狀的噪音.本文選取的長(zhǎng)地震測(cè)線，是廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局采集和處理之后的成果數(shù)據(jù)，只是進(jìn)行了成圖，未作更多處理.

4 冷泉系統(tǒng)的淺地層剖面特征及成因分析

4.1 淺層氣

4.1.1 剖面特征

淺層氣（shallow gas）是指富集于海底之下淺部地層的氣體.淺層氣有的以游離態(tài)存在，有的溶解于孔隙水中.淺層氣聚集在淺地層剖面數(shù)據(jù)成圖（簡(jiǎn)稱淺剖剖面）上的反映，有濁反射、簾式反射、毯式反射、增強(qiáng)反射等（Taylor，1992；Garcia et al.，2002）.

濁反射（acoustic turbidity）是海底以下沒有固定形態(tài)和邊界的模糊反射，對(duì)地層反射有破壞和遮蓋作用，如圖2a所示.濁反射和淺層氣聚集存在密切關(guān)系，已被多個(gè)淺層氣富集區(qū)的聲學(xué)調(diào)查和采樣化驗(yàn)所證實(shí)（Abegg and Anderson，1977）.淺層氣聚集引起的地下介質(zhì)聲速變化，游離氣氣泡對(duì)聲波的吸收、散射作用都可能是剖面表現(xiàn)出濁反射的原因.

簾式反射（acoustic curtain）是海底以下延續(xù)較短距離地層反射信息被遮蓋的模糊反射帶，其頂部邊界大多為雙曲形或者帽狀，如圖2b.毯式反射（acoustic blanket）是海底以下延續(xù)較長(zhǎng)距離地層反射信息被遮蓋的模糊反射帶，Hovland和Judd（1988）認(rèn)為，簾式反射、毯式反射只是形態(tài)上有差異，其成因和濁反射相同.

增強(qiáng)反射（enhanced reflection）是以連續(xù)性較好的短同相軸形態(tài)出現(xiàn)的振幅明顯強(qiáng)于周邊的反射，如圖2c.引起增強(qiáng)反射的淺層氣，往往相對(duì)孤立，聚集于一小片區(qū)域或一段薄地層中，增強(qiáng)反射通常指示含水地層與含氣地層的分界面.

研究區(qū)的測(cè)線中，毯式反射、簾式反射較少，形態(tài)不典型.濁反射則非常發(fā)育，圖2a所示測(cè)線中地層反射大部分被濁反射掩蓋，只在少數(shù)區(qū)段沉積層理才較清晰，這種現(xiàn)象在研究區(qū)測(cè)線中普遍發(fā)育.從圖3的地震剖面中可看出，研究區(qū)域是似海底反射BSR（Bottom Simulating Reflector）的發(fā)育區(qū)，BSR之上是弱振幅反射帶，且整段區(qū)域地層反射模糊，顯示該區(qū)域淺層氣和天然氣廣泛分布.

4.1.2 成因分析

濁反射在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，與本區(qū)域的沉積環(huán)境以及天然氣水合物發(fā)育有關(guān).如圖3所示，研究區(qū)域位于陸坡位置，坡度相對(duì)較大，地形復(fù)雜，總體上呈階梯狀下降的形貌.研究認(rèn)為，此類地形很可能是沉積物在流體活動(dòng)的影響下，變得松散不穩(wěn)定，經(jīng)歷多期次的滑塌形成的（黃永祥等，2008；吳能友等，2009）.對(duì)比地震測(cè)線左、右兩段，可以看到左段（東南段）地勢(shì)平坦，雖然有突刺狀的“氣窗”，但總體上地層清晰，連續(xù)性好.右段，尤其是本文研究區(qū)域內(nèi)，地層信息幾乎被完全掩蓋，顯示此處天然氣富集程度較高，上方BSR廣泛分布，指示此區(qū)有天然氣水合物發(fā)育.本次采用的淺剖儀只能穿透50～100m的地層，淺剖剖面記錄的地層，對(duì)應(yīng)地震測(cè)線中BSR以上的弱反射帶.

圖1 研究區(qū)域位置圖Fig.1 Locations of study area

圖2 淺剖剖面中與淺層氣相關(guān)的特征（a）濁反射，可以看到這條測(cè)線大部分被濁反射掩蓋，少有清晰地層反射；（b）疑似簾式反射；（c）增強(qiáng)反射.Fig.2 Features related to shallow gas in sub－bottom profiles（a）Acoustic turbidity；（b）Acoustic curtain；（c）Enhanced reflection.

從研究區(qū)域內(nèi)模糊反射的分布來看，天然氣主要來源于深部地層.該處深部沉積物中有機(jī)質(zhì)含量高，這些有機(jī)質(zhì)分解形成大量天然氣，天然氣不斷聚集導(dǎo)致壓力升高，就會(huì)沿通道向上運(yùn)移.研究區(qū)地處陸坡區(qū)，地形有較大的坡度，有利于滑塌的發(fā)生，滑塌發(fā)生后地層中裂隙增多、沉積物變得松散，又能為天然氣向上運(yùn)移提供便利，從而形成了該區(qū)淺層氣富集的現(xiàn)狀，在淺剖剖面中表現(xiàn)為大面積的濁反射.

4.2 聲學(xué)空白帶

4.2.1 剖面特征

聲學(xué)空白帶（acoustic void，wipe out）是指海底以下反射缺失或振幅明顯減弱的區(qū)域.本研究區(qū)淺剖剖面中，聲學(xué)空白帶是最顯著的特征.

本區(qū)的聲學(xué)空白帶，從形態(tài)上還可以分為較窄的“煙囪狀”空白和相對(duì)較寬的“毯狀”空白（圖4）.淺剖剖面上出現(xiàn)振幅明顯減弱帶較常見，但類似本區(qū)的窄聲學(xué)空白帶，尤其大面積地出現(xiàn)，少有發(fā)現(xiàn)和討論.只有Hovland和Judd（1988）展示過松巴海盆（sumba basin）采集的相似特征的剖面，并推測(cè)這種特征與底辟構(gòu)造發(fā)育，或流體在新生斷裂面內(nèi)運(yùn)移有關(guān).

研究區(qū)內(nèi)，窄空白帶多出現(xiàn)在水深相對(duì)較淺（約600～1000m）的區(qū)域，寬度約80～400m，這類空白帶，反射信號(hào)大多非常弱，分辨不出任何地層信息.寬空白帶多出現(xiàn)在水深相對(duì)較深（約1200～1800m）的區(qū)域，寬度大多超過1km，這類空白帶，大部分依然可以辨識(shí)出地層信息，但振幅明顯弱于周邊.聲學(xué)空白帶出現(xiàn)的區(qū)段，其上方海底地形大多無明顯異常，但總體上窄空白帶分布的區(qū)域地形起伏復(fù)雜，寬空白帶分布的區(qū)域地形較平坦（Kruglyakova et al.，2004）.

圖3 穿過研究區(qū)的地震長(zhǎng)測(cè)線LFig.3 Seismic line L that across study area

圖4 測(cè)線中的聲學(xué)空白帶，形態(tài)上分為寬窄兩種Fig.4 Acoustic voids in one profile，noted two different types：“narrow”and“broad”

圖5 研究區(qū)地形及空白帶分布，圖中白色線段代表聲學(xué)空白帶Fig.5 Distribution of acoustic voids（white segments）on seabed topography of study area

4.2.2 成因分析

聲學(xué)空白帶的產(chǎn)生是聲學(xué)能量無法下傳的反映.海底之下，如果有流體（水、氣體等）在某一垂向通道內(nèi)運(yùn)移，由于流體的影響，通道內(nèi)部無明顯聲阻抗界面，且對(duì)聲信號(hào)能量的吸收大大增強(qiáng)，從而可以造成淺剖剖面中反射明顯減弱或空白.

在圖6b中可以看到，淺剖剖面中泥火山下方，有典型的窄聲學(xué)空白帶，可見泥火山的物質(zhì)運(yùn)移通道在剖面中表現(xiàn)出窄空白帶的特征.假如流體只是充填在縫隙或松散沉積物內(nèi)，緩慢滲漏出去，或者間歇性地釋放，就不會(huì)在海底形成突出的地形，但可以在淺剖剖面中形成窄聲學(xué)空白帶.

從空白帶在研究區(qū)內(nèi)的分布（圖5）可以看到，海底地勢(shì)較高，地形起伏復(fù)雜的西北部，空白帶密度高，雖然存在少量寬聲學(xué)空白帶，但以窄聲學(xué)空白帶為主.該區(qū)域總體上呈階梯下降的地貌，滑塌、斷裂發(fā)育，為物質(zhì)運(yùn)移提供了通道.此片區(qū)域也有泥火山發(fā)育，向上的流體運(yùn)移趨勢(shì)強(qiáng)，支持窄聲學(xué)空白帶由流體運(yùn)移通道造成的解釋.

研究區(qū)南部地形較平坦，地勢(shì)較低，主要發(fā)育寬聲學(xué)空白帶.Hovland和Judd（1988）認(rèn)為，當(dāng)流體充填于巖石孔隙中，能夠使局部區(qū)域壓力增強(qiáng)，這樣的區(qū)域可能會(huì)阻止聲波能量的下傳，從而在聲學(xué)剖面上形成空白帶，這種解釋和研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的寬聲學(xué)空白帶符合較好.如果淺層氣在地層中儲(chǔ)集，并沿地層方向擴(kuò)散，按照上面的觀點(diǎn)，依然有可能形成聲學(xué)空白帶，并且水平方向延續(xù)較長(zhǎng)，也就越“寬”.但是其強(qiáng)弱程度，和流體儲(chǔ)集量既局部壓力的升高程度有關(guān)，這可以解釋寬聲學(xué)空白帶中，地層信息依然可見，但呈現(xiàn)強(qiáng)弱不同的現(xiàn)象.

值得注意的是，本文研究區(qū)正是2004年中德聯(lián)合科考發(fā)現(xiàn)冷泉碳酸鹽巖區(qū)（命名為九龍甲烷礁）的區(qū)域之一.這片冷泉碳酸鹽巖區(qū)，總面積約430km2，在甲烷礁周圍發(fā)育指示冷泉噴口的化學(xué)自養(yǎng)生物群落——雙殼類、管狀蠕蟲和嗜甲烷的微生物菌席（黃永祥等，2008；Feng et al.，1980；Han et al.，2008）.如果這種質(zhì)地相對(duì)堅(jiān)硬的碳酸巖礁體散落在淺部地層中，有可能遮蔽聲信號(hào)向下傳播，在剖面中形成空白帶.自生碳酸鹽巖的散落分布是窄聲學(xué)空白帶另一種可能的解釋.

4.3 海底泥火山

4.3.1 剖面特征

海底泥火山是深部高塑性的泥質(zhì)沉積物在沉積壓實(shí)、構(gòu)造擠壓等作用下向上入侵，突破上覆地層，噴出海底形成的一種地質(zhì)構(gòu)造.泥火山的噴出物主要由泥質(zhì)沉積物、水和氣體組成.在里海、黑海、地中海、墨西哥灣等發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的區(qū)域，普遍有泥火山和泥底辟發(fā)育（Orange et al.，1999；Somoza et al.，2003；Chiu et al.，2006；Wang et al.，2008）.Reed等（1990）認(rèn)為，海底泥火山和天然水合物發(fā)育關(guān)系密切，沉積負(fù)荷和甲烷等氣體的產(chǎn)生相互結(jié)合，促進(jìn)泥火山的發(fā)育，甲烷聚集濃度不斷增加，又有利于水合物形成.

圖6 泥火山A在資料中表現(xiàn)：（a）地震剖面；（b）淺剖剖面；（c）海底地形圖Fig.6 Profiles of mud volcanoes in（a）multi－channel seismic data，（b）sub－bottom profiler data and（c）bathymetry map

研究區(qū)內(nèi)在三個(gè)區(qū)域（均位于研究區(qū)西北部）發(fā)現(xiàn)泥火山（圖9），它們成簇出現(xiàn)，在單個(gè)區(qū)域內(nèi)一般發(fā)育2～4個(gè)泥火山，研究區(qū)內(nèi)泥火山個(gè)體規(guī)模普遍較小，直徑100～300m，高約20～50m.通過研究區(qū)的地震剖面中均存在典型的BSR（圖3，圖6a），指示本區(qū)天然氣水合物廣泛發(fā)育.

圖6給出研究區(qū)內(nèi)通過泥火山A的地震剖面、淺剖剖面及依據(jù)準(zhǔn)三維地震數(shù)據(jù)得到的海底地形，圖6a地震剖面和6b淺剖剖面位置僅隔幾十米.泥火山A是位于研究區(qū)西北部的一座泥火山，直徑約為300m，高度約50m，地震剖面和海底地形中均未觀察到其存在明顯噴口.

圖6a地震剖面中可見泥火山的物質(zhì)運(yùn)移通道，隨著靠近海底面通道寬度逐漸變窄，同時(shí)運(yùn)移通道對(duì)BSR連續(xù)性造成了破壞.淺剖剖面中可觀察到泥火山A之下存在典型的窄聲學(xué)空白帶，與泥火山物質(zhì)運(yùn)移通道對(duì)應(yīng)，可見物質(zhì)運(yùn)移的影響可在淺剖剖面中形成窄聲學(xué)空白帶.在6c海底地形圖中可見，泥火山A周圍既存在突起地形，也存在形狀不規(guī)則的凹陷地形，顯示了該區(qū)域復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境.

4.3.2 成因分析

研究區(qū)域經(jīng)歷中新世、上新世的快速沉積，形成了巨厚且欠壓實(shí)的泥頁巖層，隨著沉積負(fù)荷增加逐漸壓實(shí)，深部泥質(zhì)沉積物受超壓作用向上運(yùn)移，從而形成了泥火山.已有研究表明，臺(tái)西南盆地在中新世晚期斷裂活動(dòng)非?；钴S，形成抵達(dá)淺部地層的斷裂，對(duì)物質(zhì)運(yùn)移起重要的控制作用，影響了該區(qū)泥火山的形成發(fā)育和油氣運(yùn)移（何家雄等，2010）.

圖7是基于地震剖面（圖6a）得到的構(gòu)造示意圖，如圖所示泥火山A右側(cè)連續(xù)的BSR被運(yùn)移通道“阻斷”，反射同相軸變雜亂且振幅減弱，泥火山通道在阻斷BSR的位置也出現(xiàn)不連續(xù).地震剖面中泥火山通道兩邊同相軸有下拉現(xiàn)象，而不是隨泥火山物質(zhì)運(yùn)移方向上傾，這通常是通道兩邊介質(zhì)聲速減小引起的.可見泥火山通道破壞了天然氣水合物穩(wěn)定帶，造成天然氣水合物分解，分解產(chǎn)生的甲烷等也影響了通道內(nèi)物質(zhì)的物理性質(zhì).泥火山通道兩邊雜亂的短同相軸，可能是地層在泥火山物質(zhì)侵蝕、天然氣水合物分解的共同影響下，介質(zhì)聲速減小，與周邊地層存在明顯物性差異造成的.

圖7 泥火山A構(gòu)造及周邊地層示意圖Fig.7 The interpretation of area around mud volcano A

泥火山A通道在BSR錯(cuò)斷的位置存在一定程度的不連續(xù)，顯示泥火山A沒有處在持續(xù)噴發(fā)狀態(tài)下，部分通道內(nèi)物質(zhì)與周邊巖層進(jìn)行物質(zhì)交換，通道的邊界開始模糊.這也指示了該區(qū)域泥火山活動(dòng)可能是幕式的，該區(qū)深部泥火山物質(zhì)正經(jīng)由底部通道向上運(yùn)移，為下一次噴發(fā)做好準(zhǔn)備.

4.4 冷泉羽狀流

4.4.1 剖面特征

冷泉活動(dòng)較強(qiáng)的地區(qū)可以在淺剖剖面中記錄到羽狀流（Garcia et al.，2002；Hovland and Sommerville，1985），在本測(cè)區(qū)中可以觀察到疑似冷泉活動(dòng)的羽狀流.

圖8是研究區(qū)東部一條測(cè)線的中段，可以看到海底以上的聲學(xué)柱體.聲學(xué)柱體和海底大約呈70°角，該異常體規(guī)模較小，寬約50m，高約30m，柱狀體周圍有“云狀”聲學(xué)反射，且聲學(xué)柱體周圍分布有聲學(xué)空白帶.

4.4.2 成因分析

冷泉噴出時(shí)，會(huì)以氣泡的形式釋放出天然氣（成分以甲烷為主），大量氣泡在噴口附近上升和溶解稀釋，會(huì)明顯改變?cè)摵Ｋ畢^(qū)域的聲速、密度等物理性質(zhì)（Dando et al.，1995），從而被聲學(xué)儀器捕捉到.

該條剖面中聲學(xué)異常體所在位置，海底下有聲學(xué)空白帶發(fā)育，表明此處很可能有淺層氣聚集.圖中聲學(xué)異常體處在地形凹陷處，這種下凹地形有可能是經(jīng)歷了淺層氣的釋放，上層沉積物向下塌陷形成的.

4.5 綜合分析

圖9給出研究區(qū)識(shí)別出的聲學(xué)空白帶、海底泥火山和冷泉活動(dòng)羽狀流的平面分布.圖9中有泥火山標(biāo)示的區(qū)域，都是2～4個(gè)小規(guī)模的泥火山組成的泥火山群，代表空白帶的白色和藍(lán)色條帶，其長(zhǎng)度與淺剖剖面中對(duì)應(yīng)空白帶的長(zhǎng)度成正比.位于研究區(qū)西南部（圖9右下方）的冷泉羽狀流區(qū)，是圖8中展示的聲學(xué)柱體所在位置.

圖8 疑似記錄冷泉噴出活動(dòng)的剖面Fig.8 Acoustic plume，possibly caused by seepage venting

圖9 研究區(qū)內(nèi)冷泉系統(tǒng)特征匯總（色標(biāo)為海底深度，單位為m）Fig.9 Cold seepage related features in study area

比較冷泉特征匯總圖和海底地形圖可知，西北部的泥火山發(fā)育區(qū)也是窄聲學(xué)空白帶密集區(qū)，是研究區(qū)內(nèi)地形起伏最復(fù)雜的區(qū)域.這片區(qū)域受多期次滑塌的影響，地勢(shì)總體有階梯下降的趨勢(shì)，發(fā)育有泥火山和不規(guī)則的地形突起，同時(shí)也發(fā)育不規(guī)則的凹陷地形.該區(qū)域泥火山和窄空白帶的發(fā)育，都顯示此處物質(zhì)垂向運(yùn)移的活躍.臺(tái)西南盆地巨厚的泥頁巖，加上歷史上經(jīng)歷的多次斷裂活動(dòng)和滑塌，為泥火山和天然氣滲漏活動(dòng)的發(fā)育提供了充足的物質(zhì)來源和運(yùn)移通道.

研究區(qū)西南部的冷泉活動(dòng)羽狀流區(qū)存在聲學(xué)空白帶分布，而且聲學(xué)空白帶的規(guī)模較大.從圖3中可以看到，在研究區(qū)域海底最深段，BSR逐漸消失，沒有穩(wěn)定的天然氣水合物層.天然氣水合物雖然是淺層氣聚集、冷泉活動(dòng)的物質(zhì)來源之一，但穩(wěn)定的天然氣水合物層會(huì)屏蔽天然氣進(jìn)一步向上運(yùn)移，反而天然氣水合物層被切割破壞的區(qū)域，或者還未穩(wěn)定的區(qū)域往往存在更活躍的冷泉活動(dòng).Naudts（2010）對(duì)黑海、貝加爾湖區(qū)域冷泉的研究結(jié)果顯示，天然氣水合物區(qū)，冷泉活動(dòng)較少，而其周邊沒有穩(wěn)定天然氣水合物的區(qū)域，卻可以觀測(cè)到較多冷泉活動(dòng).結(jié)合圖8聲學(xué)異常體所處的凹陷地形，推斷此處存在大面積的淺層氣聚集帶，冷泉噴出活動(dòng)長(zhǎng)期存在且依然活躍，但強(qiáng)度較弱，致使既未形成突出的泥火山地形，也沒有塌陷為明顯的麻坑地形.

5 結(jié)論

南海東北部陸坡區(qū)有廣泛的天然氣水合物和淺層氣分布.淺剖剖面中濁反射、簾式反射和增強(qiáng)反射特征，以及大量出現(xiàn)的寬聲學(xué)空白帶，都指示了淺層氣的聚集.

研究區(qū)西北部存在較強(qiáng)的垂向流體運(yùn)移，且很可能為窄聲學(xué)空白帶的成因，該區(qū)域發(fā)育多個(gè)小規(guī)模泥火山，與天然氣水合物聚集和破壞關(guān)系密切.

研究區(qū)西南部存在冷泉活動(dòng)，我們將淺剖剖面中的聲學(xué)柱體，解釋為冷泉活動(dòng)羽狀流.假使聲學(xué)空白帶因散落的自生碳酸鹽巖造成，也說明研究區(qū)域歷史上，極可能現(xiàn)在也存在冷泉活動(dòng).

淺地層剖面不僅能夠探測(cè)淺層氣和海水層內(nèi)的聲學(xué)異常體，而且對(duì)于研究地層中流體運(yùn)移，沉積物物理性質(zhì)變化，都有很好的應(yīng)用，適合冷泉系統(tǒng)的研究.總的來說，研究區(qū)BSR廣泛發(fā)育，淺剖剖面上與冷泉系統(tǒng)相關(guān)的特征明顯，區(qū)域地形復(fù)雜、構(gòu)造多樣，有利于開展冷泉系統(tǒng)、天然氣水合物成藏模式等方面研究，值得進(jìn)一步的調(diào)查分析（黃永祥等，2008；Taylor and Hayes，1980）.

致謝感謝國(guó)土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局對(duì)研究工作的支持，感謝資料處理所領(lǐng)導(dǎo)馮震宇、張寶金對(duì)工作的幫助和指導(dǎo)，感謝李煥芝、徐華寧、舒虎、劉勝旋等為研究工作提供的建議和指導(dǎo)，以及劉斌、張向宇等生活和工作中提供的幫助.

Abegg F，Anderson A L.1997.The acoustic turbid layer in muddy sediments of Eckernfoerde Bay， Western Baltic： methane concentration，saturation and bubble characteristics.Marine Geology，137（1－2）：137－147，doi：10.1016／S0025－3227（96）00084－9.

Campbell K A.2006.Hydrocarbon seep and hydrothermal vent paleoenvironments and paleontology：Past developments and future research directions.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，232（2－4）：362－407，doi：10.1016／j.palaeo.2005.06.018.

Chen D F，Chen X P，Chen G Q.2002.Geology and geochemistry of cold seepage and venting－related carbonates.ActaSedimentologica Sinica（in Chinese），20（1）：34－40，doi：10.3969／j.issn.1000－0550.2002.01.007.

Chen L，Song H B.2005.Geophysical features and identification of natural gas seepage in marine environment.ProgressinGeophysics，（in Chinese）20（4）：1067－1073，doi：10.3969／j.issn.1004－2903.2005.04.030.

Chiu J K，Tseng W H，Liu C S.2006.Distribution of gassy sediments and mud volcanoes offshore southwestern Taiwan.TerrestrialAtmosphericandOceanicSciences，17（4）：703－722.

Dando P R，Hughes J A，Leahy Y，et al.1995.Gas venting rates from submarine hydrothermal areas around the island of Milos，Hellenic Volcanic Arc.ContinentalShelfResearch，15（8）：913－929，doi：10.1016／0278－4343（94）00051－N.

Feng D，Chen D F，Peckmann J，et al.2010.Authigenic carbonates from methane seeps of the northern Congo fan：Microbial formation mechanism.MarineandPetroleumGeology，27（4）：748－756，doi：10.1016／j.marpetgeo.2009.08.006.

Garcia－Gil S，Vilas F，Garcia－Garcia A.2002.Shallow gas features in incised－valley fills（RIa de Vigo，NW Spain）：a case study.ContinentalShelfResearch，22（16）：2303－2315，doi：10.1016／S0278－4343（02）00057－2.

Han X Q，Suess E，Huang Y Y，et al.2008.Jiulong methane reef：Microbial mediation of seep carbonates in the South China Sea.MarineGeology，249（3－4）：243－256.

Han X Q，Yang K H，Huang Y Y.Origin and nature of cold seep in northeastern Dongsha area，the South China Sea：Evidence from chimney－like seep carbonates.ChinSciBull，2013，58，doi：10.1007／s11434－013－5819－x

He J X，Yao Y J，Ma W H.2007.Status of oil ＆gas exploration and analysis of geological character in Mesozoic residual basins，Northeastern South China Sea.NaturalGasGeoscience（in Chinese），18（5）：635－642，doi：10.3969／j.issn.1672－1926.2007.05.002.

He J X，Zhu Y H，Weng R N et al.2010.Characters of northwest mud diapirs volcanoes in South China Sea and relationship between them and accumulation and migration of oil and gas.EarthScinece－JournalofChinaUniversityofGeosciences（in Chinese），35（1）：75－86，doi：10.3799／dqkx.2010.008.

Hovland M，Judd A.1988.Seabed Pockmarks and Seepages：Impact on Geology，Biology，and the Marine Environment.London：Graham ＆Trotman.

Hovland M，Sommerville J H.1985.Characteristics of two natural gas seepages in the North Sea.MarineandPetroleumGeology，2（4）：319－326，10.1016／0264－8172（85）90027－3.

Huang Y X，Suess E，Wu N Y，et al.2008.Methane and Gas Hydrate Geology of the Northern South China Sea：Sino－German Cooperative SO－177Cruise Report.Beijing：Geological Publishing House.

Judd A A G，Hovland M.2007.Seabed Fluid Flow：the Impact of Geology，Biology and the Marine Environment.Cambridge：Cambridge University Press.

Kruglyakova R P，Byakov Y A，Kruglyakova M V，et al.2004.Natural oil and gas seeps on the Black Sea floor.Geo－Marine Letters，24（3）：150－162，doi：10.1007／s00367－004－0171－4.

León R，Somoza L，Medialdea T，et al.2006.Classification of seafloor features associated with methane seeps along the Gulf of Cádiz continental margin.DeepSeaResearchPartⅡ：Topical StudiesinOceanography，53（11－13）：1464－1481，doi：10.1016／j.dsr2.2006.04.009.

Matsumoto R，Ryu B J，Lee S R，et al.2011.Occurrence and exploration of gas hydrate in the marginal seas and continental margin of the Asia and Oceania region.MarineandPetroleum Geology，28（10）：1751－1767，doi：10.1016／j.marpetgeo.2011.09.009.

Naudts L.2010.Manifestations and geological characteristics of bubble releasing mathane seeps in the black sea，in the SW Pacific ocean and in lake Baikal［Ph.D.thesis］.Belgium：Ghent University.

Orange D L，Greene H G，Reed D，et al.1999.Widespread fluid expulsion on a translational continental margin：mud volcanoes，fault zones，headless canyons，and organic－rich substrate in Monterey Bay，California.GeologicalSocietyofAmericaBulletin，111（7）：992－1009，doi：10.1130／0016－7606（1999）111〈0992：WFEOAT〉2.3.CO；2.

Reed D L，Silver E A，Tagudin J E，et al.1990.Relations between mud volcanoes，thrust deformation，slope sedimentation，and gas hydrate，offshore north Panama.MarineandPetroleum Geology，7（1）：44－54，doi：10.1016／0264－8172（90）90055－L.Sha Z B，Zhang G X，Liang J Q，et al.2005.Mud volcano—One live evidence of the existence of gas hydrates.Geological ResearchofSouthChinaSea（in Chinese），（1）：48－56.

Somoza L，Díaz－del－Río V，León R，et al.2003.Seabed morphology and hydrocarbon seepage in the Gulf of Cádiz mud volcano area：Acoustic imagery，multibeam and ultra－h(huán)igh resolution seismic data.MarineGeology，195（1－4）：153－176，doi：10.1016／S0025－3227（02）00686－2.

Sun Q L，Wu S G，Hovland M，et al.2011.The morphologies and genesis of mega－pockmarks near the Xisha Uplift，South China Sea.MarineandPetroleumGeology，28（6）：1146－1156，doi：10.1016／j.marpetgeo.2011.03.003.

Taylor B，Hayes D E.1980.The tectonic evolution of the South China Basin.／／ The Tectonic and Geologic Evolution of Southeast Asian Seas and Islands，Geophysical Monograph Series，Volume 23.AGU：89－104，doi：10.1029／GM023p0089.

Taylor D I.1992.Nearshore shallow gas around the U.K.coast.ContinentalShelfResearch，12（10）：1135－1144，doi：10.1016／0278－4343（92）90074－T.

Traynor J J，Sladen C.1997.Seepage in Vietnam—onshore and offshore examples.MarineandPetroleumGeology，14（4）：345－362，doi：10.1016／S0264－8172（96）00040－2.

Von Rad U，Berner U，Delisle G，et al.2000.Gas and fluid venting at the Makran accretionary wedge off Pakistan.Geo－Marine Letters，20（1）：10－19，doi：10.1007／s003670000033.

Wang Z F，Huang B J.2008.Dongfang 1－1gas field in the mud diapir belt of the Yinggehai Basin，South China Sea.Marine andPetroleumGeology，25（4－5）：445－455，doi：10.1016／j.marpetgeo.2008.01.004.

Wu N Y，Yang S X，Wang H B，et al.2009.Gas－bearing fluid influx sub－system for gas hydrate geological system in Shenhu Area，Northern South China Sea.ChineseJ.Geohpys.（in Chinese），2009，52（6）：1641－1650，doi：10.3969／j.issn.0001－5733.2009.06.027.

Yao B C.2005.The forming condition and distribution characteristics of the gas hydrate in the South China Sea.MarineGeology＆Qua TernaryGeology（in Chinese），25（2）：81－90.

附中文參考文獻(xiàn)

陳多福，陳先沛，陳光謙.2002.冷泉流體沉積碳酸鹽巖的地質(zhì)地球化學(xué)特征.沉積學(xué)報(bào)，20（1）：34－40，doi：10.3969／j.issn.1000－0550.2002.01.007.

陳林，宋海斌.2005.海底天然氣滲漏的地球物理特征及識(shí)別方法.地球物理學(xué)進(jìn)展，20（4）：1067－1073，doi：10.3969／j.issn.1004－2903.2005.04.030.

韓喜球，楊克紅，黃永樣.2013.南海東沙東北冷泉流體的來源和性質(zhì)：來自煙囪狀冷泉碳酸鹽巖的證據(jù).科學(xué)通報(bào)，58（19）：1865－1873，doi：10.1007／s11434－013－5819－x.

何家雄，姚永堅(jiān)，馬文宏等.2007.南海東北部中生代殘留盆地油氣勘探現(xiàn)狀與油氣地質(zhì)問題.天然氣地球科學(xué)，18（5）：635－642，doi：10.3969／j.issn.1672－1926.2007.05.002.

何家雄，祝有海，翁榮南等.2010.南海北部邊緣盆地泥底辟及泥火山特征及其與油氣運(yùn)聚關(guān)系.地球科學(xué)：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，35（1）：75－86，doi：10.3799／dqkx.2010.008.

黃永祥，Suess E，吳能友等.2008.南海北部陸坡甲烷和天然氣水合物地質(zhì)：中德合作SO－177航次成果專報(bào).北京：地質(zhì)出版社.

沙志彬，張光學(xué)，梁金強(qiáng)等.2005.泥火山——天然氣水合物存在的活證據(jù).南海地質(zhì)研究，（1）：48－56.

吳能友，楊勝雄，王宏斌等.2009.南海北部陸坡神狐海域天然氣水合物成藏的流體運(yùn)移體系.地球物理學(xué)報(bào)，52（6）：1641－1650，doi：10.3969／j.issn.0001－5733.2009.06.027.

姚伯初.2005.南海天然氣水合物的形成和分布.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，25（2）：81－90.