麻坑——窥探海底流体活动的窗口

天然气水合物

导读:       麻坑，是海底流体活动遗留下的痕迹，是一种常见的海底地貌。近半个世纪的研究表明，多数的海底麻坑是沉积地层中的流体向海底快速强烈喷发或者缓慢渗漏过程中形成的大小不等、形态各异的海底凹坑。麻坑和冷泉系统的长期原位监测将是今后海底流体研究的热点。

        1970 年，Kingand Mac Lean通过侧扫声纳对加拿大 Nova Scotia 省大陆架海底进行勘探时发现了特殊的含气流体渗漏构造——麻坑（Pockmark），并对其形态进行详细描述，同时推断了其可能的形成原因，认为其很可能由含气流体向上渗漏造成（King and Mac Lean, 1970），这是最早的关于海底麻坑的报道。此后，麻坑便激起了海洋科学家们的研究兴趣。陆续的研究发现，麻坑是一种十分常见的海底地貌，在海洋中各种各样的地质环境里都可以形成麻坑，如浅海湾、大陆架、大陆坡和陆隆带、水合物省，尤其是在海底的冷泉渗漏区，如挪威海、北海、波罗的海、巴伦支海、白令海、墨西哥湾、加拿大东部大陆架、黑海、西班牙西北部近海、地中海、波斯湾、刚果河深海扇北部、尼日尔三角洲、以及中国南海等地区。现存的规模巨大的麻坑见于挪威巴伦支海地区、美国缅因州的贝尔法斯特（Belfast）湾和中国南海地区。

       麻坑在海底未固结细粒沉积物中呈向下凹陷的坑洼，近似于火山口的形态，直径从不到 1 m 到超过 200 m 不等，最大直径甚至可达数千米，深度从小于 1 m到几十米，有的可达数百米，直径和深度变化范围都很大。孙启良等在我国南海西沙陆隆区发现的麻坑平均直径约 1640 m，最大达3120 m，平均深度97 m，最大深度165 m，为迄今世界现存的直径最大、深度少有的巨型麻坑。Cole  等在北海Firth 盆地的的古近纪地层中识别出了直径达 4000  m 的古麻坑（Coleet al., 2000）。虽然海底麻坑的规模大小变化很大，但大多数典型的麻坑直径一般不超过 300 m，以 10～250m 居多，深度多介于 1～25 m。在平面上，麻坑多呈椭圆到圆形，也有呈拉长形和新月形，麻坑既可以孤立散落分布，也可以近距离分布呈线形或链状，众多麻坑聚集分布便可以形成麻坑区，区域范围可达数平方公里至数十平方公里。在纵剖面上，麻坑主要呈 V 形、U 形、W 形三种形态，且多数并不对称。由于麻坑可在各种不同的海洋环境中形成，并且形成后还可能被各种地质营力（如海底洋流作用、海底滑坡、海地地震和火山活动等），甚至人为海底工程建设等所改造，故麻坑会呈现上述规模及形态迥异的特征。

      对于海底麻坑的形成，不同环境下的形成机制可能不尽相同，但基本上都与海底流体（气体、液体或气液混合体）活动有关，由海底以下沉积层中的流体在压力差的作用下，以一定的方式沿着某些运移通道向海底喷溢或渗漏所致。形成麻坑的流体多为富甲烷的烃类流体，也有部分为其它流体，如由沉积物压实产生的孔隙流体、淡水（来自大气的地下水）。Cathels 等通过数值模拟研究提出了麻坑形成的概念模型，在渗透率较低的细粒或泥质沉积物之下聚集着游离气，不断聚集的游离气使气藏压力增大，气体便向上覆沉积层扩散，形成向上运移的气流，并迫使孔隙水从沉积物中排出。不断向上运移的气流和孔隙水使海底浅层沉积物变形，最终使变形的沉积物被海底洋流搬运走，从而形成麻坑。另外也有认为当海底（尤其是深海区）之下聚集了足量的超压游离气时，在海底会发生间歇性喷发而形成麻坑。压力差形成的原因除了低渗透盖层下游离气的不断聚集外，也可能由构造挤压引起。构造断层面、多边形断层、不整合界面及沉积界面等构造和地层薄弱带，都可以为麻坑内的流体提供良好的运移通道。

ligong282