特提斯構(gòu)造域海底流體逃逸活動(dòng)特征及其控制因素

趙文宇，童思友，陳江欣，劉斌，楊睿，楊力，段旻良，陳珊珊

1. 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué)，青島 266100

2. 自然資源部天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266071

3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266071

4. 自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760

海底流體逃逸活動(dòng)在大陸邊緣海域普遍發(fā)育[1-2]。以往以油氣勘探為主的大多數(shù)地震數(shù)據(jù)主要聚焦于海底中深部目的層，而且淺地層成像的分辨率不高，導(dǎo)致海底聚集型流體逃逸活動(dòng)研究相對(duì)較少[3]。近些年來(lái)，海底流體逃逸現(xiàn)象的研究表明，逃逸流體多通過(guò)斷層、管道、氣煙囪等通道運(yùn)移，進(jìn)而在海底滲漏逸散，形成海底泥丘、麻坑、泥火山和碳酸鹽堆積等地形地貌和活動(dòng)冷泉羽狀流現(xiàn)象[1-2,4-7]。海底流體逃逸活動(dòng)的深入研究一方面可用于指示從儲(chǔ)層到海底的流體逃逸運(yùn)移體系[8]；另一方面則對(duì)海底斜坡穩(wěn)定性、海洋生態(tài)系統(tǒng)研究、全球碳循環(huán)和天然氣水合物的勘探和開(kāi)發(fā)等具有重要意義[1,5,9-12]。

特提斯構(gòu)造域具有特殊的地質(zhì)背景以及油氣成藏條件，圍繞其油氣勘探一直是研究熱點(diǎn)[13]。特提斯構(gòu)造域的油氣資源特別豐富，世界上常規(guī)油氣約三分之二分布在特提斯構(gòu)造域內(nèi)[14]。在黑海、地中海和南海等特提斯構(gòu)造域的主要海域，廣泛發(fā)育麻坑、泥火山、海底活動(dòng)羽狀流、自生碳酸鹽巖、冷泉生物群落等流體逃逸活動(dòng)特征，可以很好地指示過(guò)去和現(xiàn)在的海底流體逃逸活動(dòng)，是海洋油氣與天然氣水合物等能源勘探的重要指示標(biāo)志[15-20]。盡管對(duì)特提斯構(gòu)造域主要海域的流體逃逸活動(dòng)研究越來(lái)越多[21-25]，但缺乏整體的分析與認(rèn)識(shí)，對(duì)其控制因素和演化過(guò)程的理解仍然不夠透徹。

本文在調(diào)研國(guó)內(nèi)外特提斯構(gòu)造域現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，選取相關(guān)典型海域，總結(jié)特提斯構(gòu)造域不同地質(zhì)背景下的海底流體活動(dòng)特征，并從流體來(lái)源、運(yùn)移通道及地質(zhì)構(gòu)造等方面來(lái)分析流體逃逸活動(dòng)的控制因素，進(jìn)一步探討海底流體逃逸活動(dòng)與油氣及天然氣水合物的關(guān)系以及存在的科學(xué)問(wèn)題，為后續(xù)特提斯域海底流體活動(dòng)、海洋常規(guī)油氣、天然氣水合物等非常規(guī)油氣勘探以及全球氣候變化等科學(xué)研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

特提斯構(gòu)造域是歐亞大陸和岡瓦納大陸板塊之間相互作用的結(jié)果，記錄了特提斯洋的形成、發(fā)展和消亡的整個(gè)過(guò)程[26]。特提斯構(gòu)造域近東西走向，現(xiàn)如今的展布范圍，東起澳大利亞?wèn)|北部，經(jīng)東南亞、中亞、中東直到南歐（圖1），不但包括造山帶，而且也包含相關(guān)海域和沉積盆地，如地中海、黑海、波斯灣、中國(guó)南海、澳大利亞西北部近海等。特提斯深水盆地群發(fā)育在非洲板塊、歐亞板塊和澳大利亞板塊之間的區(qū)域，其盆地發(fā)展演化過(guò)程的早期處于被動(dòng)大陸邊緣的伸展背景,后期受到碰撞造山影響而處于擠壓背景[27]。特提斯構(gòu)造域具有特定的構(gòu)造和沉積環(huán)境，在地史時(shí)期位于岡瓦納大陸和歐亞大陸兩個(gè)被動(dòng)大陸邊緣之間的赤道熱帶、亞熱帶洋區(qū)，生物繁盛，沉積有機(jī)質(zhì)特別發(fā)育，泥質(zhì)巖是主要的烴源巖，而且在淺海沉積形成了大量的碳酸鹽巖和鹽巖，形成優(yōu)質(zhì)的鹽巖圈閉和碳酸鹽巖儲(chǔ)層[14,28]，因而蘊(yùn)藏豐富的油氣資源。

圖1 特提斯構(gòu)造域展布范圍據(jù)http://tethys.ac.cn。Fig.1 The distribution of Tethyan tectonic domain From http://tethys.ac.cn.

隨著海洋勘探程度逐年上升,以及海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的迅速發(fā)展,特提斯構(gòu)造域相關(guān)海域的海洋油氣資源逐漸引起各國(guó)重視,相繼發(fā)現(xiàn)了很多大型油氣田，其儲(chǔ)量和產(chǎn)量所占比重逐年加大[29]。目前，除了在波斯灣發(fā)現(xiàn)大量大型油氣田外，在黑海也有發(fā)現(xiàn)[30-32]。一直以來(lái)，地中海海域油氣資源的勘探和開(kāi)發(fā)都集中于地中海東部[33]。近年來(lái)，東地中海的尼羅河三角洲盆地和黎凡特盆地成為天然氣勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)[34-37]。澳大利亞西北部近海最近也有重大發(fā)現(xiàn)，油氣資源開(kāi)采潛力巨大，“富氣貧油”是其最鮮明的特點(diǎn)[38]。而我國(guó)海洋油氣資源開(kāi)發(fā)還處于早期階段，深水油氣資源主要分布在南海北部地區(qū)，目前在珠江口盆地和瓊東南盆地已實(shí)現(xiàn)深水油氣勘探開(kāi)發(fā)[39]。

特提斯構(gòu)造域除了蘊(yùn)藏著豐富的常規(guī)油氣資源外，也儲(chǔ)存大量天然氣水合物等非常規(guī)資源[40-42]。近年來(lái)，海域天然氣水合物勘探和開(kāi)發(fā)逐漸受到重視，在南海、黑海等海域進(jìn)行了大量與天然氣水合物相關(guān)的科學(xué)研究[16,43-45]。研究發(fā)現(xiàn)，冷泉羽狀流、麻坑和泥火山等海底流體逃逸特征廣泛發(fā)育在天然氣水合物發(fā)育區(qū)[19-20,40,46-47]，證明海底流體逃逸活動(dòng)與海域深部油氣及天然氣水合物分布之間密切相關(guān)，水合物儲(chǔ)層和逃逸氣體均是富甲烷流體在異?？紫陡邏旱貙俞尫藕蛢?chǔ)存過(guò)程中的產(chǎn)物。

2 海底流體逃逸活動(dòng)特征

近些年隨著海洋探測(cè)技術(shù)的深入發(fā)展，與海底流體逃逸活動(dòng)特征相關(guān)的報(bào)道逐漸豐富起來(lái)。海底流體逃逸活動(dòng)不僅會(huì)顯著改變海底地形地貌[2]，形成泥火山、麻坑等，而且會(huì)對(duì)海底附近的生物化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生一定的影響，產(chǎn)生自生碳酸鹽巖、生物群落等，劇烈的流體逃逸還會(huì)在上覆水體中形成羽狀流[48]。

2.1 泥火山

泥火山是由劇烈的泥漿排放不斷堆積形成的隆起微地貌[6]（圖2a），通常伴隨著深部地下沉積單元的流體和氣體排放[49-50]，若深部泥質(zhì)上涌未刺穿海底則形成泥底辟。泥火山在世界范圍內(nèi)分布廣泛，主要在俯沖帶和造山帶附近發(fā)現(xiàn)[50]。各國(guó)對(duì)海底泥火山的研究始于海洋油氣資源和海域天然氣水合物勘探和開(kāi)發(fā)工作[51]，近年來(lái)在地中海[52-54]、黑海[55-56]、南海[57-58]以及巴倫支海[59]等海域發(fā)現(xiàn)了大量的海底泥火山。

活躍的泥火山通常扎根于成熟的油氣系統(tǒng)，噴發(fā)出的氣體主要是甲烷，在其周?chē)?jīng)常發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的富集[53]，可以與其他烴類(lèi)滲漏一起指示潛在的深部豐富油氣資源[60-61]，具有重要指示意義和研究?jī)r(jià)值。目前關(guān)于海底泥火山的形成機(jī)制已經(jīng)進(jìn)行了深入的討論，一般認(rèn)為主要有3種成因機(jī)制：①被動(dòng)大陸邊緣和深海平原的沉積物沉積速率極快，如地中海沿岸[62-63]、挪威海[64]；②主動(dòng)大陸邊緣區(qū)域的橫向構(gòu)造擠壓[49]；③天然氣水合物分解，如貝加爾湖[65]。此外，不同時(shí)期海平面變化也可能影響泥火山的形成,如黑海[66]。

2.2 麻坑

麻坑一般被描述為下伏地層活動(dòng)流體在海底滲漏逸散形成的侵蝕結(jié)構(gòu)[6]（圖2b），呈圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形、彗星型、新月形以及不規(guī)則形態(tài)，直徑最大可達(dá)幾千米，深度可達(dá)幾百米[2,6,67]。它們單獨(dú)或隨機(jī)成簇出現(xiàn)，有些沿著斷層走向排列[68]。麻坑可能會(huì)保持活躍狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間有氣體從中緩慢逸出，或者在間歇性噴發(fā)之間處于休眠狀態(tài)[69]。在世界上的許多地區(qū)，如地中海[70-71]、南海[24,72]、非洲下剛果盆地[12]等都發(fā)現(xiàn)了海底麻坑。自從King和MacLean[73]發(fā)現(xiàn)海底麻坑以來(lái)，麻坑的形成一直被歸因于逃逸流體的侵蝕作用，通常與海底流體滲漏或賦存在海洋沉積物中的天然氣水合物發(fā)生分解有關(guān)[2,48]。然而也有學(xué)者分析認(rèn)為，生物活動(dòng)也可能是麻坑形成的一種機(jī)制，如在澳大利亞西北大陸架南部發(fā)現(xiàn)的麻坑[74]。海底麻坑對(duì)于海洋油氣和天然氣水合物資源勘探開(kāi)發(fā)以及海底地質(zhì)災(zāi)害研究具有重要指導(dǎo)作用，因?yàn)槠渲甘玖舜罅繗怏w從沉積物到海洋甚至可能進(jìn)入大氣的潛在途徑[69,75-76]。在富烴盆地中形成麻坑的流體來(lái)源可能是生物成因，也可能是熱成因[2,77]。一些研究表明，在地震發(fā)生前，海水溫度升高，麻坑仍有氣體逃逸，因此，麻坑可能是地震的先兆[78]。尤其是在一些大型麻坑發(fā)育區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)活躍，可能會(huì)對(duì)海底基礎(chǔ)設(shè)施造成危害[72]。

圖2 海底流體逃逸特征a.海底泥火山[6]，b.麻坑[6]，c.碳酸鹽巖[47]，d.海底泥丘[83]，e.生物群落[7]，f.海底冷泉羽狀流[59]。Fig.2 Fluid escape features on seabeda.submarine mud volcanoes[6],b. pockmarks[6],c. carbonate[47],d. submarine mounds[83],e. biotic community[7],f. submarine cold seep plume[59].

2.3 冷泉羽狀流、碳酸鹽巖、生物群落

海底冷泉是由水、碳?xì)浠衔铮ㄌ烊粴夂褪停┑龋艿叵聣毫μ荻扔绊憦某练e體中運(yùn)移和排出形成的具有一定流速的流體[79-81]，且其周?chē)鷾囟韧ǔo(wú)明顯變化[82]。在冷泉發(fā)育區(qū)，除麻坑、泥火山等流體逃逸地貌和甲烷氣體羽狀流現(xiàn)象外，還伴生有自生碳酸鹽巖和海底生物群落等相關(guān)特征[7,47,59,83]（圖2c-f）。

冷泉活動(dòng)已在世界許多地區(qū)發(fā)現(xiàn)并研究，例如南海[84]、墨西哥灣[85]、地中海[86]、黑海[87]、北海[88]、巴倫支海[59]、新西蘭Hikurangi陸緣[89]、水合物脊[90]等。以甲烷為主要成分的氣體通過(guò)斷層、泥火山等運(yùn)移通道進(jìn)入海水后，形成海底冷泉羽狀流[91]，是活動(dòng)冷泉的重要指示標(biāo)志，而部分冷泉區(qū)通常與天然氣水合物的分解密切相關(guān)，所以海底冷泉羽狀流可以間接指示海底沉積層中可能有天然氣水合物賦存[92-93]。地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以指示甲烷氣體的成因，包括不同的形成環(huán)境和成因背景。熱成因氣體主要是由于地下深部富甲烷流體在流體超壓作用下通過(guò)運(yùn)移通道到達(dá)海底形成的，且多與深部油氣藏相關(guān)，而生物成因氣是由富含有機(jī)質(zhì)沉積物中的微生物活動(dòng)產(chǎn)生，水合物氣藏與其關(guān)系密切。

在活動(dòng)冷泉區(qū)，富甲烷流體會(huì)支持化學(xué)合成群落的發(fā)育和自生碳酸鹽巖的形成。甲烷厭氧氧化（AOM）產(chǎn)生碳酸氫鹽，從而導(dǎo)致自生碳酸鹽沉淀，包括孤立的板狀、層狀、結(jié)殼狀和結(jié)核狀等，部分表面膠結(jié)大量貽貝等生物[94]。海底碳酸鹽巖是海底冷泉流體活動(dòng)和成巖演化過(guò)程的證據(jù)，同時(shí)也是海底冷泉生物和天然氣水合物可能存在的重要指示標(biāo)志[41,95]。在海底冷泉噴口,通常存在致密而多樣的微生物和動(dòng)物群落，排放的含氣流體使其衍生成獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)[82,96]，所以海底生物群落也可以指示其周?chē)嬖诨钴S的流體逃逸活動(dòng)。

3 主要海域海底流體逃逸特征

海底流體逃逸活動(dòng)在特提斯構(gòu)造域相關(guān)海域強(qiáng)烈且廣泛，這些海域中油氣資源和非常規(guī)能源（如天然氣水合物）儲(chǔ)量豐富，迄今已發(fā)現(xiàn)大量大型或超大型油氣田，一直以來(lái)是許多國(guó)際學(xué)者研究海底流體逃逸活動(dòng)的重點(diǎn)區(qū)域。

3.1 地中海

地中海位于非洲、歐亞和阿拉伯板塊之間的相互作用帶（圖3），主要受非洲和歐亞板塊之間的碰撞以及相關(guān)俯沖作用的影響[3]。泥火山、麻坑和冷泉羽狀流等海底流體逃逸活動(dòng)廣泛分布于地中海邊緣[53,71]（圖3a，b），尤其在地中海東部[52-53,69,86,97]。

圖3 地中海及周邊地區(qū)的構(gòu)造背景和海底流體逃逸特征分布[52,69-70,103,107]a. Zannone巨型麻坑[71]，b. 喀山 泥 火山[53]。Fig.3 The tectonic setting and distribution of fluid escape-related features in the Mediterranean Sea and surrounding areas[52,69-70,103,107]a. Zannone giant pockmark[71],b. Kazan mud volcano[53].

20世紀(jì)70年代后期，Cita等[98]在地中海東部首次發(fā)現(xiàn)泥火山。此后的數(shù)十年內(nèi)，地中海東部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量泥火山，成為世界上泥火山發(fā)育最豐富的地區(qū)之一（超過(guò)200個(gè)）[50]。Camerlenghi和Pini[99]記錄了多個(gè)地中海泥火山，包括在地中海東部海脊[61]、Anaximander山脈[53]、阿爾沃蘭海[100]、西西里島近海[101]、尼羅河三角洲[97]和愛(ài)奧尼亞海等地發(fā)現(xiàn)的泥火山[102]。東地中海的大多數(shù)泥火山發(fā)育受海底天然氣水合物分解和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的天然氣超壓控制，非洲板塊推動(dòng)歐亞板塊，導(dǎo)致氣體和部分泥火山的壓實(shí)[103]。其中，Anaximander山脈自中新世以來(lái)，其泥火山分布和活動(dòng)顯著受控于走滑斷裂和張應(yīng)力作用[7,104]。在地中海東部的麻坑多發(fā)育在活躍的泥火山、斷層、大型海扇、增生楔體和海底塌陷等地質(zhì)環(huán)境中，例如Anaximander山脈、Cobblestone地區(qū)、Florence隆起、Olimpi泥火山區(qū)域、United Nation隆起、Herodotus深海平原、Sirte深海平原、Eratosthenes海山、尼羅河深海扇等[69-70]。近年來(lái)，在地中海中部淺水區(qū)發(fā)現(xiàn)的巨型麻坑（如Zannone Giant Pockmark）噴發(fā)劇烈且持續(xù)性滲漏，證明地中海中部也存在較為活躍的流體逃逸活動(dòng)[71]。研究分析認(rèn)為麻坑可能受到邊坡失穩(wěn)（滑坡）、沉積物超壓、高沉積速率、擠壓構(gòu)造以及孔隙壓力升高等因素影響[69,78,97,105]。在泥火山、麻坑和活動(dòng)冷泉區(qū)通常發(fā)育大量碳酸鹽巖，且與甲烷氣體逸出有關(guān)[52,86,96,106]?？傮w看來(lái)，在地中海，斷層和泥火山是海底流體逃逸的主要運(yùn)移通道[22,78]，而在尼羅河三角洲上坡，氣煙囪是重要的運(yùn)移通道[97]。此外，Bertoni等[3]認(rèn)為墨西尼蒸發(fā)巖抑制了正常壓實(shí)孔隙流體的釋放，其分布和變形可能會(huì)影響流體運(yùn)移通道。

3.2 黑海

黑海起源于白堊紀(jì)，由被黑海中部高地隔開(kāi)的東西子盆地組成，是世界上最大的缺氧海盆，在阿拉伯板塊向北運(yùn)動(dòng)，安納托利亞板塊向西運(yùn)動(dòng)的作用下，目前正在經(jīng)歷擠壓變形[108-112]（圖4）。黑海地區(qū)在淺水至深水環(huán)境中廣泛發(fā)育泥火山、麻坑以及活動(dòng)羽狀流等海底流體逃逸活動(dòng)特征[56,87,110]（圖4ac），且被認(rèn)為約有68%的區(qū)域適合天然氣水合物的形成[23]。

圖4 黑海及周邊地區(qū)的構(gòu)造背景和海底流體逃逸特征分布 [42,66,116]a. 泥火山[110]，b. 海底逃逸的氣體[56]，c. 麻坑[87]。Fig.4 The tectonic setting and distribution of fluid escape-related features in the Black Sea and surrounding areas[42,66,116]a. mud volcano[110],b. the gas bubble escape from the gas vent[56],c. pockmark[87].

迄今已探明的黑海泥火山約有60個(gè)，主要分布在黑海的中西部盆地和索羅金海槽，幾乎所有泥火山都處于活躍狀態(tài)[55]。Xing和Spiess[66]對(duì)黑海中部的6個(gè)泥火山調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，泥火山活動(dòng)可能與不同時(shí)期的海平面下降有關(guān)，而這似乎是黑海中部泥火山爆發(fā)的主要原因之一。冷泉在黑海分布廣泛，大多數(shù)發(fā)育在小于725 m（即高于天然氣水合物穩(wěn)定帶（GHSZ））的水深中[87]，且不是隨機(jī)分布，而是集中在某一特定區(qū)域，主要包括第聶伯河古扇、索羅金海槽、多瑙河深海扇、巴統(tǒng)滲透區(qū)、刻赤滲透區(qū)、俄羅斯和土耳其陸架等海域[42]。地球化學(xué)研究表明，黑海活動(dòng)冷泉區(qū)的甲烷氣體主要來(lái)源于富含有機(jī)物的厚沉積層（尤其是在陸架邊緣三角洲的沉積物）中的微生物降解[42]，部分與天然氣水合物失穩(wěn)發(fā)生分解有關(guān)[113]，目前缺乏充足的證據(jù)表明存在熱成因氣體[16]。黑?；顒?dòng)冷泉主要受斷層的影響[56,87]，且天然氣水合物穩(wěn)定帶或海底滑坡也會(huì)控制氣體/流體的運(yùn)移[16,23]，如在Vodianitskiy泥火山調(diào)查取得的回波圖顯示，羽狀流在水體中上升超過(guò)1 300 m，主要原因是天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)的羽狀流氣泡在上升過(guò)程中形成了“水合物外衣”[114]。麻坑主要與甲烷氣體滲漏活動(dòng)有關(guān)，例如黑海西北部的第聶伯河古三角洲存在的2 778個(gè)氣體逃逸活動(dòng)較為活躍的滲漏點(diǎn)都是麻坑[87]。也有研究分析認(rèn)為，在黑海東部土耳其陸架上發(fā)現(xiàn)的麻坑是由于地震活動(dòng)引起的超壓周期性變化產(chǎn)生的[115]。除斷層、泥火山等流體運(yùn)移通道外，氣煙囪在黑海也很發(fā)育，與局部天然氣供應(yīng)的增加有關(guān)[23]。

3.3 波斯灣

波斯灣是NW-SE走向的狹長(zhǎng)形海灣，介于伊朗高原和阿拉伯半島之間，受扎格羅斯褶皺沖斷帶的影響[28,117-118]（圖5）。波斯灣發(fā)育大量的碎屑巖、碳酸鹽巖和鹽類(lèi)[117,119]。與硅質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層不同，碳酸鹽巖由于沉積環(huán)境和隨后成巖作用的多樣性而具有復(fù)雜的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)[120]，因而在波斯灣發(fā)現(xiàn)的大型、特大型油氣田主要分布儲(chǔ)層是碳酸鹽巖，例如，南帕爾斯氣田發(fā)現(xiàn)于1990年，是世界上最大的氣田，其氣藏是上二疊統(tǒng)達(dá)蘭和下三疊統(tǒng)康安碳酸鹽巖[30]。在地質(zhì)歷史上，波斯灣處于氣候溫暖的淺海環(huán)境，動(dòng)植物豐富，構(gòu)造穩(wěn)定，沉積發(fā)育，因而油氣資源豐富[28]。雖然它是世界上碳?xì)浠衔飪?chǔ)量最豐富的地區(qū)之一，但其麻坑、氣體滲漏等逃逸特征在現(xiàn)在海底并不特別發(fā)育[121]（圖5a，b）。目前研究發(fā)現(xiàn)，逃逸的氣體主要是熱成因，但是也存在混合成因的可能[30]。距今最近的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，包括與霍爾木茲鹽塑性流動(dòng)有關(guān)的垂直運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)使波斯灣的沉積體系復(fù)雜化[122]。

圖5 波斯灣及周邊地區(qū)的構(gòu)造背景和海底流體逃逸特征分布[118]a.氣體逸出[121]，b.麻坑[121]。Fig.5 The tectonic setting and distribution of fluid escape-related features in the Persian Gulf and surrounding areas[118]a. the gas bubble escape from the seabed[121],b. pockmark[121].

3.4 南海

南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊交界處,是特提斯與太平洋構(gòu)造域之間相互作用的關(guān)鍵區(qū)域[123]，具有張裂、走滑與匯聚增生楔等不同陸緣地質(zhì)背景（圖6）。它是西太平洋面積最大的邊緣海，最深處超過(guò)5 000 m[46]。南海海底流體逃逸活動(dòng)廣泛且活躍，海底冷泉、麻坑和泥火山等典型逃逸特征廣泛發(fā)育[72,124-125]（圖6a-c）。逃逸流體主要通過(guò)泥火山、泥底辟、斷層和氣煙囪等通道運(yùn)移[41,43]，在海底形成大量流體逃逸特征地貌，指示潛在的油氣和相關(guān)天然氣水合物資源富集[126-127]。近些年來(lái)在臺(tái)西南、東沙、神狐、西沙海槽、瓊東南和南沙南部等海域都有發(fā)現(xiàn)冷泉活動(dòng)[47]。其中，2015年在瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)的“海馬冷泉”，其下伏地層賦存大量天然氣水合物[45,128]。由于不同性質(zhì)陸緣構(gòu)造地質(zhì)背景，泥火山（底辟）和麻坑等海底流體逃逸地貌在南海不同區(qū)域，分布和規(guī)模也有所不同。陳江欣等[6]對(duì)南海北部和西部陸緣的泥火山、麻坑分布特征分析發(fā)現(xiàn)，麻坑、泥火山等流體逃逸地貌主要分布在構(gòu)造活動(dòng)較為活躍、沉積作用較為薄弱的近坡折帶和大陸坡區(qū)域。在南海北部張裂大陸邊緣，泥火山自東向西數(shù)量和規(guī)模逐漸變小，且主要集中在臺(tái)西南盆地。而南海西部為走滑大陸邊緣，構(gòu)造活動(dòng)活躍，流體逃逸特征分布較廣，規(guī)模較大。中建南盆地的泥火山（底辟）的分布和類(lèi)型與鶯歌海盆地有明顯不同，鶯歌海盆地內(nèi)部新近紀(jì)沉積層較厚，發(fā)育有大量的大型泥底辟[129]，而中建南盆地新生代沉積層較薄，經(jīng)歷晚白堊世或古近紀(jì)—漸新世裂谷向新近紀(jì)—第四紀(jì)裂陷后熱沉降的構(gòu)造演化[57],泥火山活動(dòng)可能與周邊區(qū)域地震有關(guān)[58]。中建南盆地也是世界上最大的巨型麻坑分布區(qū)，連片分布的麻坑形態(tài)各異，部分麻坑受到地層內(nèi)部氣煙囪、傾斜斷層和沉積邊界的顯著影響[72]，部分也受到深部底辟活動(dòng)和南海西邊界流底流的控制[125]。近期在南沙海域Andu海山附近發(fā)現(xiàn)大量巨型麻坑發(fā)育，推測(cè)其形成和演化與以活動(dòng)斷裂作為通道的流體逃逸活動(dòng)有關(guān)[67]。

圖6 南海及周邊地區(qū)的構(gòu)造背景和海底流體逃逸特征分布[6,47,67,130]據(jù)南海地質(zhì)地球物理圖系-地貌圖。a. 海底生物和逃逸的氣泡[124]，b. 麻坑[72]，c. 海底泥火山[125]。Fig.6 The tectonic setting and distribution of fluid escape-related features in the South China Sea and surrounding areas[6,47,67,130]From the geomorphological map of the atlas of geology and geophysics of the South China Sea.a. the gas bubble and benthic organism[124],b. pockmark[72],c. submarine mud volcano[125].

3.5 澳大利亞西北部近海

澳大利亞西北部近海位于被動(dòng)大陸邊緣[131]，其區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)受復(fù)雜構(gòu)造活動(dòng)影響[132]（圖7）。赤道邊緣水溫高于20 °C時(shí)，有機(jī)生產(chǎn)力較高，在澳大利亞西北大陸架海底流體逃逸活動(dòng)集中的區(qū)域發(fā)育大量形成于新生代的碳酸鹽巖[21,133]。在這些碳酸鹽巖臺(tái)地上，流體逃逸特征通常與潛在的烴類(lèi)聚集或深層油氣藏的滲漏有關(guān)[134]（圖7b，c），這會(huì)導(dǎo)致甲烷自生碳酸鹽巖的沉積，促進(jìn)碳酸鹽建造的增長(zhǎng)[135-136]。幾十年來(lái)，在西北大陸架進(jìn)行了多次滲漏調(diào)查，但僅在大陸架北部（Yampi陸架）發(fā)現(xiàn)了較為活躍的烴滲漏點(diǎn)，其受新近紀(jì)碳酸鹽巖層序沉積和中新世晚期構(gòu)造活動(dòng)控制形成[74,135,137]。與在硅質(zhì)碎屑或深水環(huán)境中觀察到的滲流特征相比，Yampi陸架上的流體逃逸活動(dòng)受碳酸鹽沉積速率低和潮汐活動(dòng)的影響，不利于泥火山、大型麻坑的形成[135]。同時(shí)自中新世以來(lái)，澳大利亞西北大陸架南部的碳酸鹽臺(tái)地上，陸源沉積物輸入和沉積速率低，因而有學(xué)者分析認(rèn)為南部麻坑的形成難以用海底流體逃逸活動(dòng)解釋?zhuān)赡芘c生物活動(dòng)有關(guān)[74]。逃逸氣體主要是熱成因，但是Rollet等[134]對(duì)阿拉法拉海淺層天然氣和流體運(yùn)移的研究表明，其逃逸氣體存在混合成因的可能。通常斷層控制著地下單元碳?xì)浠衔锏倪\(yùn)移[21,137]，但在部分地區(qū)，海平面變化是其沉積演化的主要控制因素，斷層構(gòu)造僅在局部影響中新世碳酸鹽巖的堆積[138]，除此之外還發(fā)現(xiàn)鹽底辟會(huì)導(dǎo)致海底流體逃逸活動(dòng)的集中發(fā)生[21]。

圖7 澳大利亞西北近海及周邊地區(qū)的構(gòu)造背景和海底流體逃逸特征分布[139-142]a. 研究參考區(qū)域，b. 泥丘[134]，c. 麻坑[134]。Fig.7 The tectonic setting and distribution of fluid escape-related features in the offshore northwest Australia and surrounding areas[139-142]a. the reference region of research,b. mound[134],c. pockmark[134].

4 海底流體逃逸的控制因素

基于對(duì)特提斯構(gòu)造域主要海域研究結(jié)果的分析，對(duì)其海底流體逃逸活動(dòng)特征、流體來(lái)源、運(yùn)移通道及其地質(zhì)控制作用總結(jié)如表1所示。總體上，特提斯構(gòu)造域各海域海底流體逃逸活動(dòng)廣泛發(fā)育，但是活動(dòng)機(jī)制復(fù)雜，難以用統(tǒng)一的地質(zhì)模式進(jìn)行解釋?zhuān)湟话阋?guī)律和存在的科學(xué)問(wèn)題，分析如下：

表1 特提斯構(gòu)造域海底流體逃逸Table 1 Seabed fluid escape in the Tethys tectonic domain

（1）即使在相同陸緣地質(zhì)背景下，不同海域的流體逃逸活動(dòng)特征仍然差異較大。在地中海邊緣及相關(guān)弧后盆地發(fā)育大量冷泉羽狀流、泥火山、麻坑以及冷泉碳酸鹽巖等[7,86,104,143]。黑海為弧后裂谷盆地，富含有機(jī)物的沉積物在陸架邊緣以及三角洲沉積[42]，廣泛分布麻坑、泥火山和活動(dòng)冷泉等海底流體逃逸地貌。南海具有多種陸緣地質(zhì)背景，發(fā)育大量與冷泉流體活動(dòng)相關(guān)的地貌特征（如麻坑、泥火山等）[6,24,41,57]。與上述海域不同的是，澳大利亞西北部近海和波斯灣的泥火山、麻坑和冷泉活動(dòng)特征不明顯、不活躍[117,121,135]，主要是碳酸鹽巖發(fā)育。

（2）海底流體逃逸活動(dòng)需要充足氣源，熱成因、生物成因、混合成因或天然氣水合物的分解均能提供充足的氣源條件。在波斯灣和澳大利亞西北大陸架碳酸鹽巖發(fā)育的地區(qū)，其氣體主要是熱成因氣[30,134]。而黑海的甲烷氣體主要是由于含有機(jī)物的沉積物（尤其是在陸架邊緣三角洲的沉積物）的快速沉積，以及隨后的微生物降解產(chǎn)生[42]。地中海和南海甲烷氣體來(lái)源廣泛，包括生物成因、熱成因與混合成因。天然氣水合物失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致流體滲漏，在南海、地中海及黑海已發(fā)現(xiàn)了大量與水合物生成和分解有關(guān)的流體逃逸活動(dòng)，因而水合物分解也是逃逸氣體的重要來(lái)源之一。

（3）海底流體逃逸活動(dòng)受構(gòu)造變形、海底滑坡、地震活動(dòng)和海平面變化等多種海洋與地質(zhì)因素主導(dǎo)或控制，并主要發(fā)育在地中海、黑海和南海等快速沉積、構(gòu)造活動(dòng)顯著活躍的海域，通過(guò)運(yùn)移通道（如斷層、泥火山和氣煙囪等）向海底滲漏逸散。地中海具有復(fù)雜地質(zhì)條件和獨(dú)特構(gòu)造背景，天然氣水合物分解與活動(dòng)構(gòu)造導(dǎo)致大量流體逃逸特征的發(fā)育[78,103]。黑海的流體逃逸活動(dòng)主要受到活動(dòng)斷層、海平面升降、海底峽谷和海底滑坡等的控制[55,66,87,109]，部分地區(qū)也受地震活動(dòng)的影響[115]。此外由于黑海為內(nèi)海，故不同時(shí)期海平面變化會(huì)顯著影響流體逃逸活動(dòng)[66]。在南海發(fā)現(xiàn)的冷泉活動(dòng)及與之相關(guān)的海底流體逃逸過(guò)程，與地震活動(dòng)、深部底辟運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)斷裂、傾斜斷層和沉積邊界等密切相關(guān)[58,67,72]。波斯灣沉積速率高，且受到扎格羅斯褶皺沖斷帶的影響[118]，沉積層變形明顯。斷層被認(rèn)為是澳大利亞西北部碳酸鹽巖生長(zhǎng)的關(guān)鍵控制因素[21,137,144]，同時(shí)海平面變化、鹽底辟構(gòu)造或潮汐活動(dòng)也會(huì)影響其形成和演化過(guò)程[21,135,138]。

5 結(jié)論與建議

（1）在特提斯構(gòu)造域，各海域流體逃逸活動(dòng)分布特征及活動(dòng)特征差異較大。地中海、黑海和南海廣泛發(fā)育活動(dòng)冷泉及與之相關(guān)的麻坑、泥火山等逃逸地貌，而澳大利亞西北近海和波斯灣主要是碳酸鹽巖發(fā)育。在不同海域，流體來(lái)源也不盡相同，大部分是熱成因和生物成因，還有可能來(lái)源于天然氣水合物的分解。

（2）特提斯構(gòu)造域海底流體逃逸活動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，取決于多種控制因素，主要包括活動(dòng)斷層、沉積物超壓、邊坡失穩(wěn)、地震活動(dòng)等地質(zhì)因素，同時(shí)潮汐活動(dòng)、海平面變化等海洋過(guò)程也會(huì)影響或部分控制海底流體逃逸活動(dòng)的形成。

（3）從研究和指示看，一方面特提斯構(gòu)造域海底流體逃逸活動(dòng)特征發(fā)育可能與油氣田和天然氣水合物分布密切，是油氣及天然氣水合物勘探研究的重要參考；另一方面流體逃逸活動(dòng)釋放的甲烷等溫室氣體，對(duì)全球氣候變化的研究及資源與環(huán)境服務(wù)有重大意義。

建議重視對(duì)特提斯構(gòu)造域海底流體逃逸活動(dòng)發(fā)育區(qū)的調(diào)查和探測(cè)，綜合利用地球物理數(shù)據(jù)（尤其是多波束）、水體資料和地震海洋學(xué)資料，全面了解其流體逃逸特征發(fā)育位置和規(guī)模，探討其特殊海域背景下的海洋與地質(zhì)因素控制作用，總結(jié)建立其海底流體逃逸活動(dòng)模式及相關(guān)理論，為后續(xù)海域天然氣水合物和油氣資源的精準(zhǔn)勘探開(kāi)發(fā)、全球氣候變化、海底災(zāi)害等研究提供重要參考。

致謝：感謝李昂博士、劉欣欣博士及李清高級(jí)工程師對(duì)本文提供的修改建議。