南海西南部深水水道的多波束地形與多道反射地震研究

關(guān)永賢,楊勝雄,宋海斌,劉勝旋,陳江欣

1 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局國土資源部海底礦資源重點實驗室，廣州 5107602 同濟大學海洋與地球科學學院海洋地質(zhì)國家重點實驗室，上海 2000923 青島海洋地質(zhì)研究所國土資源部油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，青島 266071

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南海西南部深水水道的多波束地形與多道反射地震研究

關(guān)永賢1,楊勝雄1,宋海斌2*,劉勝旋1,陳江欣3

1 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局國土資源部海底礦資源重點實驗室，廣州 5107602 同濟大學海洋與地球科學學院海洋地質(zhì)國家重點實驗室，上海 2000923 青島海洋地質(zhì)研究所國土資源部油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，青島 266071

基于高分辨率多波束地形與多道地震資料精細解釋，發(fā)現(xiàn)了南海西南部陸坡區(qū)5條大型深水水道.這5條水道可分成兩類：1、5號水道延伸短，橫剖面呈V形，彎曲度低，屬順直水道，侵蝕作用主導；2—4號水道延伸長，橫剖面呈U形，彎曲度高，屬彎曲水道，侵蝕-沉積作用主導.水道走向NEE-NE，長度大于350 km的有2條，寬度最大達2 km，切割深度最大達150 m.推測這些水道是陸源物質(zhì)重力流作用形成的，是該區(qū)陸源物質(zhì)通過陸架輸送到南海西南次海盆的重要通道.陸坡區(qū)這些水道基本發(fā)育天然堤.在下游區(qū)域第二長的2號水道谷底明顯高于周緣海底，水道-天然堤沉積已逐漸演變?yōu)槎淙~沉積.這些水道的深部對應(yīng)基底隆起區(qū)，說明深部構(gòu)造的晚期活動控制了水道的平面位置，重力流與深部構(gòu)造晚期活動共同控制了水道的形成演化.

南海西南部；深水水道；多波束；多道地震；深水沉積

1 引言

深水水道是陸源沉積物從陸架坡折搬運至深海盆的重要通道，深水水道-堤岸沉積體系中富集的粗粒碎屑巖可作為重要的油氣儲層，隨著深水油氣勘探的發(fā)展，深水水道的研究成為深海研究的一個前沿方向(Shepard,1966;Shanmugam and Moiola,1988;Shanmugam,2006;Wynn et al.，2007；Hüneke and Mulder,2011).深水水道的研究主要通過四種手段：深海調(diào)查、3D地震勘查、露頭、數(shù)值與實驗室模擬.深海調(diào)查獲得的現(xiàn)今深水水道的研究成果是古代深水水道沉積體系剖析的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)今深水水道的研究具有重要的科學意義與應(yīng)用價值，已成為海洋沉積學研究的前沿(Covault et al.,2011).在現(xiàn)代深水水道沉積體系的詳細解剖基礎(chǔ)上，深化深水水道演化的認識，并基于“將今論古”的原理，探查深水油氣的優(yōu)質(zhì)儲層.

我國近期的相關(guān)研究，主要集中在南海北部的峽谷、深水水道(如Hsu et al.,2008;蘇明等，2009；袁圣強等，2010；Gong et al.,2011；Su and Xie,2011；欒錫武等，2011；李磊等，2012；龐雄等，2012；Carter et al.,2012;Ding et al.,2013；徐景平，2014；He et al.,2014)，而對南海南部的深水水道鮮有報道.本文基于高分辨多波束地形數(shù)據(jù)與多道地震數(shù)據(jù)，在南海西南部海域識別出5條大型深水水道，并對其進行了初步分析解釋.

2 數(shù)據(jù)與地質(zhì)背景

南海是西太平洋邊緣海中一個獨特的邊緣海，其中央次海盆、西北次海盆、西南次海盆均發(fā)育洋殼(金慶煥，1989；劉光鼎，1992).海盆區(qū)域近東西向、北東向磁異常條說明南海經(jīng)歷了兩期不同方向的海底擴張，擴張期為32～17 Ma(根據(jù)新古地磁年表為30～16 Ma)(Taylor and Hayes,1983;Briais et al.,1993).海盆的四周為不同性質(zhì)的4個邊緣，其中北部為張裂大陸邊緣，南部為北張裂南擠壓的邊緣，西部為剪切邊緣，東部為俯沖邊緣.新生代南海經(jīng)歷了大陸巖石圈拉張、破裂，海底擴張，洋殼與大洋巖石圈形成，海底擴張停止，菲律賓島弧旋轉(zhuǎn)，馬尼拉海溝形成，南海洋殼和大洋巖石圈沿馬尼拉海溝向東俯沖，南海成為半封閉的邊緣海(劉光鼎，1992；宋海斌，1998；李家彪，2008).在南海東北部則進一步發(fā)展為弧陸碰撞.南海復(fù)雜的構(gòu)造演化過程中，3個邊緣上形成了不同性質(zhì)的沉積盆地，蘊藏著豐富的油氣資源.

西南次海盆作為南海三個重要的次海盆之一，介于西沙群島、中沙群島和南沙群島之間，北東向長約600 km，東北邊緣寬約400 km，水深3000～4400 m，是南海海盆中最低洼的部分，海盆底部平坦，其上分布著大小不等的海山(主體走向為北東向)、海丘和海洼(劉光鼎，1992).

1990年代后期以來，在南海的廣大地區(qū)進行了多波束水深測量，根據(jù)這些測量結(jié)果，編制了南海西南部海域的25、50 m和100 m間距的高分辨率網(wǎng)格化水深數(shù)據(jù).利用這一水深數(shù)據(jù)，我們識別出該海域主要的5條深水水道(圖1).利用通過這些水道的多道地震偏移剖面進行進一步的分析.利用的多波束深水數(shù)據(jù)與多道地震數(shù)據(jù)均是由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局1990年代以來采集的.

圖1 (a)南海西南部多波束地形;(b)5條深水水道分布及地震剖面(L1-L7)、橫剖面(1a—5e)的位置Fig.1 (a) Multi-beam bathymetry of SW South China Sea;(b) Location of 5 deep water channels,seismic profiles(L1-L7) and cross sections(1a—5e)

3 結(jié)果

圖1a中的多邊形框內(nèi)是發(fā)現(xiàn)深水水道的位置，位于萬安灘的北部.在多波束地形圖(圖1a)上識別出5條主要的深水水道(研究區(qū)尚有延伸較短的其他水道)，總體北東東—北東走向，由北向南分別稱為1、2、3、4和5號深水水道.各水道基本形態(tài)的參數(shù)：長度、水深范圍、寬度、彎曲度見表1.5條水道中4號水道最長，達404 km，2號水道次之，長達368 km，而5號水道最短，長為140 km.1號和3號水道長度分別為179 km、235 km(表1).圖2為5條深水水道的縱剖面，給出了水道谷底水深隨延伸長度的變化，從較長的2號和4號水道可以看出，其地形坡度逐漸減小，水深從500～3700 m，尾部已進入西南次海盆.1號水道水深變化于450～3000 m之間，3號水道水深變化于750～3100 m之間，5號水道水深變化于200～2400 m之間(表1).較短的1號水道與5號水道其頭部已達多波束數(shù)據(jù)區(qū)域邊部，雖然其在較淺的區(qū)域的延伸沒有資料，從圖1可以推斷，西南部深水水道發(fā)育于陸架坡折-陸架邊緣.在低海平面時期，陸源物質(zhì)的輸運，生成的重力流形成了深水水道.

圖2 南海西南部5條深水水道水深變化Fig.2 Water depth of 5 deep water channels in SW South China Sea

水道編號長度(km)水深范圍(m)寬度彎曲度典型橫截面形態(tài)1179450～3000較窄較小V形為主23681200～3600較大較大U形為主3235750～3100較大較大U形為主4404500～3700較大較大U形為主5140200～2400較窄較小V形為主

如圖1、表1—2所示，2-4號水道較寬，彎曲度較大，1號與5號水道較窄，彎曲度較小，特別是最短的5號水道，基本上是平直的.深水水道長度與彎曲度有較好的對應(yīng)關(guān)系，長的水道一般彎曲度大.

我們對各個水道做橫截面分析，橫截面測線位置見圖1，1-5號水道的橫截面分析結(jié)果見圖3—7.各水道典型橫截面的參數(shù)寬度、谷底水深、水道高差(堤岸水深與谷底水深差)、北坡/西坡傾角、南坡/東坡傾角等見表2.

表2 水道典型橫截面參數(shù)

圖3 南海西南部1號深水水道橫剖面Fig.3 Cross sections of No.1 channel in SW South China Sea

圖4 南海西南部2號深水水道橫剖面Fig.4 Cross sections of No.2 channel in SW South China Sea

圖5 南海西南部3號深水水道橫剖面Fig.5 Cross sections of No.3 channel in SW South China Sea

圖6 南海西南部4號深水水道橫剖面Fig.6 Cross sections of No.4 channel in SW South China Sea

圖7 南海西南部5號深水水道橫剖面Fig.7 Cross sections of No.5 channel in SW South China Sea

圖3顯示通過1號水道的4個橫剖面，總的來說是北坡陡，南坡緩，除了第一個橫剖面外，其他3個橫剖面顯示出1號水道為“V”形水道.圖4顯示通過2號水道的4個橫剖面，總體而言北坡緩，南坡陡，除了第4個橫剖面外，其他3個橫剖面顯示出2號水道為“U”形水道.圖5顯示通過3號水道的4個橫剖面，具有北坡陡，南坡緩的特征，4個橫剖面均顯示出3號水道為“U”形水道.圖6顯示通過4號水道的8個橫剖面，有些剖面是南坡陡，有些剖面是北坡陡，8個橫剖面顯示出4號水道為“U”形水道.圖7顯示通過5號水道的5個橫剖面，總體而言北坡與南坡坡度相近，除了第2個橫剖面外，其他4個橫剖面顯示出5號水道為“V”形水道.

水道橫截面形狀“V”形還是“U”形與水道長度也有較好的對應(yīng)關(guān)系，較短的1號和5號水道為“V”形水道，較長的2、3、4號水道為“U”水道.

通過這些水道有7條地震剖面(L1-L7)，地震剖面位置見圖1，其中L1，L5，L6，L7地震剖面見圖8.圖8a為L1剖面，近東西向通過了1-4號水道.由于3號水道在該區(qū)有兩個大彎曲，L1地震剖面通過3號水道3次.地震剖面顯示，各個水道的堤岸發(fā)育，重力流/濁流形成的侵蝕與沉積作用并存，造成水道軸部下切侵蝕、堤岸堆積的面貌.3號水道下方對應(yīng)一個基底隆起.深部的構(gòu)造作用對淺部水道初始位置的厘定可能有控制作用.

圖8b為L5地震剖面，北西-南東向通過了2號、4號兩條較長的水道.2號水道緊靠西北側(cè)的海山，水道呈現(xiàn)出上凸的形態(tài)、透鏡狀的沉積結(jié)構(gòu)，說明該段水道沉積作用占主導.4號水道處的結(jié)構(gòu)指示水道仍顯現(xiàn)侵蝕作用，水道正下方反射不連續(xù)，堤岸段較平，下方為近水平較連續(xù)反射層.2號水道和4號水道的中間部位下方有隆起構(gòu)造發(fā)育，頂部離海底近 0.2s.

圖8 地震剖面(a) L1測線；(b) L5測線；(c) L6測線；(d) L7測線.Fig.8 Seismic profiles(a) Line L1;(b) Line L5;(c) Line L6;(d) Line L7.

圖8c為L6地震剖面，東西向通過了2號、4號兩條較長的水道.2號水道緊靠西北側(cè)的海山，水道段呈現(xiàn)出上凸的形態(tài)，該處的沉積比東側(cè)的厚，說明沉積作用占主導.4號水道下方雜亂反射區(qū)較小，下面就是一個強反射和上凸的構(gòu)造.

圖8d為L7地震剖面，南北向通過了4號水道.與L6剖面相似，地震剖面質(zhì)量較高.由于水道高度彎曲，L7地震剖面穿過4號水道5次，長達10 km的區(qū)域離海底小于0.2 s處有一近水平的強反射發(fā)育，下方為明顯的兩個基底凸起，基底凸起上方為振幅較弱的成層反射層.該較弱反射層也呈現(xiàn)出兩個上隆的結(jié)構(gòu)，與上方的水道對應(yīng).4e處可見明顯的南傾斷層發(fā)育.

總的來說，水道的下方基底呈現(xiàn)隆起結(jié)構(gòu)，深部對水道的發(fā)育有控制作用.

4 討論與結(jié)論

根據(jù)海底地形資料，我們在南海西南部發(fā)現(xiàn)深海底存在5條巨型水道，水道走向NEE-NE，長度大于350 km的有2條，寬度最大達2 km，切割深度最大達150 m.水道西南端位于萬安盆地，發(fā)源于陸架坡折帶，水道蜿蜒彎曲，經(jīng)南沙群島西北部，直達西南次海盆.南海西南部深海盆西部發(fā)育較多海底火山，這些水道繞著海底火山向東北延伸.地形圖上所見到的水道從水深350～3750 m，更淺的部分因沒有資料無法確定，更深的部分則可能由于分辨率的問題也沒有明顯的信息，但尚有跡象表明這些水道在更深的海區(qū)也有一定的延伸.

南海西南部發(fā)育5條大型深水水道，較長的3條呈現(xiàn)出高彎曲度特征、截面成U形，較短的2條彎曲度低，截面成V形.這些水道的坡度由西向東逐漸減小，近端以侵蝕作用主導，遠端以沉積作用主導.這些水道的發(fā)育與重力流作用密切有關(guān)，這些水道的深部對應(yīng)基底隆起區(qū)，說明深部作用對淺部地形地貌的重要控制作用.南海西南部大型彎曲水道的發(fā)現(xiàn)對南海深海沉積搬運研究具有重要科學意義，也為南海深水油氣勘探提供水道-天然堤沉積的典型解剖實例，值得進一步研究.

致謝 感謝兩位審者提出建設(shè)性意見，提升了論文的質(zhì)量.

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(本文編輯 汪海英)

Study of deep water channels in SW South China Sea based on multi-beam bathymetric and multi-channel reflection seismic data

GUAN Yong-Xian1,YANG Sheng-Xiong1,SONG Hai-Bin2*,LIU Sheng-Xuan1,CHEN Jiang-Xin3

1 Key Laboratory of Marine Mineral Resources,Ministry of Land and Resources,Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760，China2 State Key Laboratory of Marine Geology,School of Ocean and Earth Science,Tongji University,Shanghai 200092,China3 Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology,Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology,China Geological Survey,Qingdao 266071,China

We found 5 deep water channels on the SW slope of South China Sea(SCS) by high-resolution multi-beam bathymetric data and multi-channel seismic data.These channels are divided into two types,the first and fifth channels are straighter with the characteristics of short extension,V-shaped on cross section,low sinuosity,indication of erosion dominance.The second,third and fourth channels are sinuous with the characteristics of long extension,U-shaped on cross section,high sinuosity,indication of erosion and deposition together.These channels trend NEE-NE,with the largest width of 2 km or so and incision depth of 150m or so.There are two channels with the length larger than 350 km.Gravity flow may cause the formation of these channels,which can transfer terrigenous sediments from terrestrial river or continental shelf rivers into SW sub-basin of SCS.Levees develop along these channels.In the lower reaches,the thalweg of the second channel is obviously higher than surrounding seafloor,showing that channel-levee sediment is transformed to lobes sediment.The deep parts below these channels show basement highs,which suggests that later activity of deep structure controls the plane situation of these channels.Both gravity flow and deep tectonic activity control the formation and evolution of the deep water channels in SW SCS.The finding of these large sinuous channels in SW SCS is important for deep water sediment system studies,which can provide the classic cases of the channel-levee sediments.It is useful for deep water petroleum exploration and needs further researches.

SW South China Sea;Deep water channel;Multi-beam;Multi-channel seismic;Deep water sediments

關(guān)永賢,楊勝雄,宋海斌等.2016.南海西南部深水水道的多波束地形與多道反射地震研究.地球物理學報，59(11):4153-4161,

10.6038/cjg20161118.

Guan Y X,Yang S X,Song H B,et al.2016.Study of deep water channels in SW South China Sea based on multi-beam bathymetric and multi-channel reflection seismic data.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(11):4153-4161,doi:10.6038/cjg20161118.

國家自然科學基金(41576047)與國家自然科學基金重大計劃重點項目(91128205)資助.

關(guān)永賢,男，1968年生，教授級高工，主要從事海洋測繪與海洋地球物理研究.E-mail：smest2004@163.com

*通訊作者 宋海斌，男，1968年生，教授，主要從事海洋地球物理與地震海洋學研究.E-mail：hbsong@#edu.cn

10.6038/cjg20161118

P631

2015-01-19，2016-09-13收修定稿