劉 杰 蘇 明 喬少華 沙志彬 吳能友 楊 睿

(1.中國科學(xué)院天然氣水合物重點實驗室 廣州 510640；2.中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心 廣州 510640；3.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510760)

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珠江口盆地白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群成因機制探討

劉 杰 蘇 明 喬少華 沙志彬 吳能友 楊 睿

(1.中國科學(xué)院天然氣水合物重點實驗室 廣州 510640；2.中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心 廣州 510640；3.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510760)

珠江口盆地白云凹陷北部陸坡發(fā)育著17條近似NNW—SSE走向的海底峽谷，構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)的陸坡限制型海底峽谷群?；谘芯繀^(qū)內(nèi)高密度覆蓋的2D地震資料，通過外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等反射特征的描述和刻畫，建立了第四紀以來的高精度層序地層格架，將沉積充填序列劃分為三個體系域，即低位體系域(LST)、海侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。根據(jù)陸坡進積特征、垂向地層疊加樣式、侵蝕特征變化、連續(xù)性強振幅同相軸的識別和空間追蹤，將高位體系域進一步劃分為兩個沉積旋回單元，HST-I和HST-II。研究表明，白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群發(fā)育在高位體系域晚期沉積旋回(HST-II)中。在此基礎(chǔ)上，分別討論了沉積物供給、沉積物失穩(wěn)作用、限制型地形和流體滲漏作用對峽谷群形成和演化的影響。第四紀以來珠江水系攜帶的大量沉積物經(jīng)由陸架進入到陸坡區(qū)域，為海底峽谷群的發(fā)育和演化提供了充足的沉積物來源。在第四紀高位體系域早期水道形成的限制型“負地形”基礎(chǔ)上，大量的沉積物在沿著陸坡坡降方向自北向南的輸送過程中發(fā)生向下的侵蝕、沉積物失穩(wěn)，導(dǎo)致了陸坡限制型海底峽谷群的發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)廣泛分布的氣煙囪構(gòu)造，暗示了含氣流體的垂向運移和滲漏，可能促進了海底峽谷群的進一步演化。

陸坡限制型海底峽谷群 沉積物供給 形成機制 白云凹陷 珠江口盆地

0 引言

海底峽谷是大陸邊緣常見的海底地貌單元，以窄而深的長條或梳狀的負地形為主要特征，具有“V”型或“U”型的橫截面形態(tài)和兩側(cè)陡峭的峽谷谷壁。海底峽谷的寬度約幾到十幾公里，垂向起伏可達數(shù)百米，在末端常發(fā)育海底扇[1]。近幾十年來，隨著深水/超深水油氣[2]與海域天然氣水合物勘探[3]、深水沉積作用[4]、“源—匯系統(tǒng)”[5]等研究的發(fā)展，海底峽谷受到越來越多的關(guān)注和重視。根據(jù)海底峽谷在陸架—陸坡區(qū)域的發(fā)育位置及其與水系的關(guān)聯(lián)，可將海底峽谷劃分為陸架侵蝕型峽谷(shelf-incising canyons)和陸坡限制型峽谷(slope-confined canyons)[1]。陸架侵蝕型峽谷通常位于陸架區(qū)域，與河流或三角洲關(guān)系密切，海平面下降導(dǎo)致的陸架下切作用在這類海底峽谷的形成演化過程中起著重要的作用[6]。陸坡限制型峽谷，也被稱為“無頭型”峽谷或“盲峽谷”，峽谷的頭部終止于陸坡區(qū)域。如澳大利亞東北海域的Noggin峽谷群和Ribbon Reef峽谷群[7]、卡斯卡底增生楔趾部的峽谷群[8]、埃布羅河大陸邊緣的上新世—更新世峽谷群[9]等。由于這類海底峽谷發(fā)育的位置遠離陸架坡折，海平面下降對其影響的可能性較小，陸坡限制型海底峽谷的形成和演化多與濁流或塊體搬運事件[10]、與流體滲漏相關(guān)的沉積物失穩(wěn)[11-12]、退積型(溯源)滑塌[13-14]、底流沖刷[15]等因素相關(guān)。

南海北部大陸邊緣發(fā)育了眾多的海底峽谷，它們是陸源碎屑沉積物進入下陸坡和深海平原的主要輸送路徑，如瓊東南盆地中央峽谷[16-17]、珠江口外海底峽谷[18]、臺灣西南部海底峽谷群(福爾摩沙海底峽谷、澎湖海底峽谷、高坪海底峽谷等)[19-20]。從現(xiàn)今珠江口盆地白云凹陷海底地形圖中，在珠江口外海底峽谷的東北側(cè)600～1 600 m的水深范圍內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)17個明顯的線狀海底負地形，呈NNW—SSE向分布，構(gòu)成了珠江口盆地白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群(圖1)。然而目前已有的研究多集中在晚中新世發(fā)育的深水水道[18,21-23]或海底的沉積物失穩(wěn)[14,24]，直接針對海底峽谷群的研究相對較少，特別是海底峽谷群的成因機制還存在一些爭議。如Zhuetal.[21]通過描述深水水道的定向遷移性特征，建立了“低水位時期濁流侵蝕、高水位時期底流改造”的沉積模式，并認為這一模式自中中新世一直持續(xù)到現(xiàn)今，即濁流和底流相互作用模式也被用于解釋現(xiàn)今海底峽谷群的成因和演化[22-23,18]。蘇明等[25]通過對晚中新世以來水道下切和沖刷特征的描述，認為晚中新世以來的遷移型水道和現(xiàn)今海底峽谷群之間存在差異，不能用上述模式對峽谷的發(fā)育和演化加以解釋?；诘卣鹳Y料的解釋，Heetal.[14]在研究區(qū)識別出了與海底峽谷群相關(guān)的沉積物失穩(wěn)，根據(jù)沉積物失穩(wěn)的發(fā)育位置和地形坡度的變化，劃分出了不同的失穩(wěn)類型，并提出溯源的滑塌可能是研究區(qū)峽谷群的主要成因。

因此，本次研究通過利用研究區(qū)內(nèi)高密度覆蓋的地震資料，在區(qū)域構(gòu)造—沉積背景下建立研究區(qū)第四紀地層的等時地層格架，并進行體系域和沉積旋回劃分。在等時地層格架的約束下，分析沉積物供給、沉積物失穩(wěn)作用、限制型地形地貌特征和流體滲漏作用對峽谷群形成和演化的影響，并嘗試建立珠江口盆地白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群的沉積演化模式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

珠江口盆地陸坡限制型海底峽谷群地理上位于南海北部神狐海域，東為東沙群島，西為西沙海槽，構(gòu)造上隸屬于珠江口盆地白云凹陷(圖1a)。與珠江口盆地的構(gòu)造演化相一致，研究區(qū)可以自下而上劃分為3個主要的構(gòu)造演化階段：早始新世—晚漸新世時期的伸展斷陷階段、晚漸新世—中中新世的坳陷沉降階段、晚中新世以后的塊斷升降階段[26-27]。發(fā)生于漸新世與中新世之間的白云運動，使得23.8 Ma以來白云凹陷深部地幔上隆產(chǎn)生強烈的熱沉降，陸架坡折帶由之前位于南部隆起帶附近，突變式的跳躍到白云凹陷北坡[26-27]。此后盆地進入相對穩(wěn)定的時期，陸架坡折帶距今21 Ma以來穩(wěn)定持續(xù)至今，遷移特征不明顯，白云凹陷也由漸新世晚期的淺海陸架環(huán)境轉(zhuǎn)為陸坡深水環(huán)境[28]。約13.8 Ma，南海北部發(fā)生大規(guī)模海退，處于半深海—深海環(huán)境背景下的白云凹陷發(fā)育陸架邊緣三角洲、陸架—陸坡水道、深水扇等沉積體系。受沉積物供給和地形地貌等影響，下陸坡廣泛發(fā)育滑移、滑塌、濁流。據(jù)估算，13.8 Ma以來白云凹陷北部陸坡先后共發(fā)育了至少5～6期深水水道沉積體系[18]。

圖1 珠江口盆地白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群的發(fā)育位置圖(海底地形地貌底圖修改自Ding et al.,2013[18])Fig.1 The location map of slope-confined canyons in the Baiyun sag, Pearl River Mouth Basin (the seabed topography basemap modified from Ding et al., 2013[18])

2 陸坡限制型海底峽谷群形態(tài)—充填特征

平面上，在白云凹陷北部陸坡600～1 600 m水深范圍內(nèi)，17條長約30～50 km的海底峽谷呈NNW—SSE向近等間距線狀分布，這些峽谷并沒有切穿陸架坡折(約200 m的水深線)(圖1b)，因此也被稱為“無頭型”峽谷或“盲峽谷”。剖面上，這些海底峽谷的寬度約1～8 km，峽谷兩側(cè)谷壁陡峭，坡度可達6.8°，下切最大深度約為450 m(圖2)。

峽谷的形態(tài)特征將隨著空間位置發(fā)生變化，以第8條海底峽谷為例(圖1b)，自北向南，峽谷的寬度、下切深度、寬深比等形態(tài)參數(shù)均發(fā)生了較為明顯的變化[29]，并可以依據(jù)這種變化將SC8劃分為3個區(qū)段：①上游段，峽谷的剖面為V型形態(tài)，寬度較窄，下切深度較淺，寬深比為21.1，峽谷的侵蝕基底與現(xiàn)今海底相重合，暗示這一區(qū)段的峽谷以侵蝕作用為主(圖2a)；②中游段，峽谷的剖面形態(tài)仍為V型，寬度和下切深度明顯加大，寬深比可達14.8，峽谷的侵蝕基底位于海底之下，說明侵蝕和沉積作用在這一區(qū)段均可存在(圖2b)；③下游段，峽谷的剖面形態(tài)呈現(xiàn)為U型，寬度繼續(xù)增大，而下切深度減小，寬深比為16.8(圖2c)，至峽谷的末端為喇叭口狀指向深海平原(圖1b)，說明峽谷在該區(qū)段以沉積作用為主。

研究區(qū)海底峽谷的內(nèi)部沉積建造主要由3部分構(gòu)成，即峽谷側(cè)壁的沉積物失穩(wěn)、峽谷內(nèi)部的濁流沉積體充填、峽谷內(nèi)部的側(cè)向沉積體(圖3)。在峽谷的兩側(cè)谷壁上，?？梢娡哥R狀或雜亂的地震反射同相軸，與周緣地層存在截然不同的接觸關(guān)系，在中游段的海底峽谷中尤為常見(圖3a)，這些沉積體被解釋為受峽谷側(cè)壁陡峭地形的影響，沉積物發(fā)生失穩(wěn)而形成的。峽谷內(nèi)部的濁流沉積體充填位于峽谷的谷底，通常表現(xiàn)為中強振幅反射、連續(xù)性差的特征，局部可見小型的沖刷特征(圖3b)，推測是濁流沉積體沿著海底峽谷發(fā)生自北向南的輸送，在中游段和下游段沉積下來的結(jié)果。在下游段峽谷的谷底頂部，?？梢娨惶兹酢械日穹鶑姸取⑦B續(xù)性好的地震反射同相軸(圖3b)，與峽谷內(nèi)部的濁流沉積體具有不同的反射特征，我們推測這套沉積體可能是峽谷中的谷底水道的側(cè)向遷移形成側(cè)向沉積體。

3 第四紀高精度層序地層格架

3.1 層序邊界及體系域的識別

基于高密度覆蓋的地震資料，通過對地震反射屬性(頻率、振幅、連續(xù)性)的描述，結(jié)合前人的區(qū)域地層劃分方案[26,30]，可以識別出研究區(qū)第四紀的底界面，即T1界面(圖4)。該界面在地震剖面上表現(xiàn)為中頻、中等振幅、連續(xù)性好的地震反射同相軸，在研究區(qū)的北部具有區(qū)域上的可追蹤性和可對比性(圖4)。T1界面往往顯示出對下伏地層的沖刷，如NEE向地震剖面中顯示的T1界面附近發(fā)育的小型侵蝕性水道，寬33.5～119 m，侵蝕深度較淺，通常為40～140 ms TWT(two-way travel time，雙程旅行時間)(圖4b)。T1界面至現(xiàn)今海底為第四紀沉積充填序列，構(gòu)成了一個完整的三級層序，根據(jù)地震反射特征和同相軸的接觸關(guān)系(如垂向上由席狀平行反射變化為前積反射、下超接觸關(guān)系等)，可自下而上劃分為3個體系域(圖4)，分別是低位體系域(LST)、海侵體系域(TST)和高位體系域(LST)。

圖2 第8條陸坡限制型海底峽谷剖面形態(tài)的空間變化特征(剖面位置見圖1b)Fig.2 Profile shape of the 8th slope-confined submarine canyon(position shown in Fig.1b)

圖3 珠江口盆地陸坡限制型海底峽谷群典型的內(nèi)部沉積建造類型(剖面位置見圖1b)Fig.3 The internal typical sedimentary architecture in slope-confined canyons of the Pearl River Mouth Basin(position shown in Fig.1b)

(1) 低位—海侵體系域

T1界面處發(fā)育的小型侵蝕性水道，是低位體系域最為明顯的特征。特別是在研究區(qū)的北部，可以觀察到數(shù)量眾多的小型水道(圖4b、圖5)。此外，從東北部NEE向地震剖面中，還可以發(fā)現(xiàn)，這些小型水道的形態(tài)、規(guī)模和內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出和北部NEE向地震剖面中相似的特征，水道的寬度為25～110 m，下切深度為30～110 ms TWT(圖5)。研究區(qū)北部水道的廣泛發(fā)育，且自西向東規(guī)模的相似性，暗示這些小型水道為相似背景下的產(chǎn)物，推測為第四紀低位體系域時期海平面下降所導(dǎo)致的結(jié)果。

在小型水道的頂部，可以發(fā)現(xiàn)一套弱—中等振幅強度、連續(xù)性好、平行的地震反射同相軸，整體厚度穩(wěn)定，在西北部SSE向、NNE向地震剖面(圖4b)，東北部NEE向地震剖面(圖5)中均可以觀察到。SSE向地震剖面顯示，這套平行反射之上為進積特征明顯的地震反射同相軸，進積的地震同相軸均下超至高頻、強振幅、連續(xù)性好的同相軸之上(可視為最大海泛面mfs)(圖4a)。因此，我們將這套平行特征明顯的地震反射解釋為披覆沉積，可能與海侵體系域時期海平面的上升具有關(guān)聯(lián)性。

小型侵蝕性水道和披覆沉積體的識別，不僅可用于三級層序內(nèi)部體系域的識別，也可以為“質(zhì)疑”晚中新世水道遷移至現(xiàn)今海底峽谷提供證據(jù)[25]：①自下而上，水道的規(guī)模、形態(tài)和內(nèi)部充填存在著較為顯著的差異；②在晚中新世遷移性水道和現(xiàn)今海底峽谷之間存在著水道的“躍遷”；③上新世和第四紀中平行反射的披覆沉積體說明在海侵階段，水道處于不發(fā)育階段，主要以細粒泥質(zhì)沉積為主(圖4b)。因此，從NEE向地震剖面中，可以發(fā)現(xiàn)，晚中新世以來遷移性的水道可能并不能“直接”追蹤至現(xiàn)今海底峽谷(圖4b)。

圖4 研究區(qū)第四紀層序邊界、體系域識別及高位體系域內(nèi)沉積旋回單元的劃分(剖面位置見圖1b)Fig.4 Identification and division of sequence boundary, system domain, and sedimentary cycles in the HST for the Quaternary Formation in the study area (position shown in Fig.1b)

圖5 研究區(qū)東北部T1界面附近小型侵蝕性水道及披覆沉積體特征(剖面位置見圖1b)Fig.5 The characteristics of small erosion channel and drape sedimentary on the T1 interface in the northeast of the study area(position shown in Fig.1b)

(2) 高位體系域

最大海泛面(mfs)至海底為高位體系域，SSE向地震剖面中，中等—強振幅強度、中等連續(xù)性的地震反射同相軸表現(xiàn)出顯著的前積特征，向下陸坡方向，同相軸發(fā)生收斂，下超特征明顯(圖4a)，這些地震反射被解釋為高位體系域時期發(fā)育的陸架邊緣三角洲，說明這一時期來源北部的大量沉積物可以注入到陸坡區(qū)域。進積背景下，沉積物的不斷疊加、堆積往往在重力勢的誘發(fā)下發(fā)生失穩(wěn)，形成滑移、滑塌、塊體流等沉積類型[31]，如圖4a中的空白—雜亂地震相等。在NEE向地震剖面中，高位體系域常表現(xiàn)為中等振幅強度、中等連續(xù)性的地震反射特征，但地層的形態(tài)多為楔狀，丘狀，甚至波狀(圖4b、圖5)，這可能是地震剖面延伸方向與陸架邊緣三角洲延伸方向具有一定夾角所導(dǎo)致的結(jié)果。

3.2 高位體系域沉積旋回單元的劃分

4 控制因素分析

4.1 源自北部充足的沉積物供給

作為珠江口盆地最為主要的沉積物來源，北部的珠江水系自30 Ma以來就作為陸架—陸坡區(qū)主要的沉積物來源[32]，并形成了大量的海底扇沉積體[26]。Dingetal.[21]也指出古珠江水系帶來的大量陸源沉積物會經(jīng)由陸坡峽谷群進入到位于深水區(qū)域的珠江口外海底峽谷之中。特別是在第四紀，由于氣候變化的原因[33]，南海北部大陸邊緣具有較大的沉積速率，珠江口盆地內(nèi)第四紀的沉積速率可達10～30cm/kr[34]。另一方面，該時期內(nèi)珠江口海岸線發(fā)生了大幅的向海遷移，遷移幅度可達200 km[35]。上述原因均會導(dǎo)致第四紀時期，北部的珠江水系為陸坡區(qū)提供非常充足的沉積物來源，SSE向地震剖面中明顯的進積特征可能是大量沉積物輸送和搬運的證據(jù)(圖4a)。

當(dāng)大量的沉積物沿著陸坡坡降方向發(fā)生輸送和搬運時，會形成向下的侵蝕性沉積物流[36]，從而對下伏地層造成沖刷，地震剖面中記錄的HST中發(fā)育的小型古水道(圖4b、圖6)也證實了侵蝕作用的存在。高位體系域時期，陸架邊緣三角洲強烈的進積帶來的大量沉積物必然會進一步加劇侵蝕作用的發(fā)生，從而導(dǎo)致海底峽谷的形成。一旦“侵蝕型“地形出現(xiàn)，強烈的沉積物供給會導(dǎo)致峽谷地貌進一步的凸顯。一方面，充足的沉積物會導(dǎo)致峽谷侵蝕能力的不斷增強，峽谷進一步下切，其寬度也會增加，如SC8在頭部的V型形態(tài)，均指示了上游段峽谷以侵蝕作用為主(圖2a)，沉積物將沿著海底峽谷被輸送至下陸坡甚至盆底區(qū)域；另一方面，峽谷脊部將接受大量沉積物的堆積，如NEE向地震剖面中揭示的SC3兩側(cè)厚層沉積物主要為陸架邊緣三角洲而非天然堤沉積(圖4b)，這將加劇峽谷側(cè)壁的陡峭程度。

圖6 研究區(qū)西北部第四紀高位體系域中古水道與現(xiàn)今海底峽谷的垂向疊置關(guān)系(剖面位置見圖1b)Fig.6 Vertically stacked relationship between submarine canyons and the ancient channels in the HST, in the northwest of the study area(position shown in Fig.1b)

4.2 沉積物失穩(wěn)作用

源自北部充足的沉積物供給導(dǎo)致在陸架—上陸坡區(qū)域堆積了較厚的進積型沉積體，隨著沉積物的垂向疊置，也易發(fā)生蠕動解離，導(dǎo)致沉積物失穩(wěn)作用頻發(fā)。同時，地形坡度的大小對沉積物失穩(wěn)的發(fā)育、規(guī)模和類型也具有重要的影響[37]。海底多波束資料顯示(圖1b)，峽谷脊部自北向南的地形坡度為1.6°～2°左右，峽谷頭部地形坡度可達5.8°，有利于沉積物失穩(wěn)的形成。

在過海底峽谷SC4脊部的SSE向地震剖面中，我們可以發(fā)現(xiàn)一套中等反射強度、中等—好連續(xù)性的地震反射同相軸，局部表現(xiàn)為雜亂的反射特征，海底地形則表現(xiàn)為粗糙不平的特征(圖7)，我們將上述滑移或滑塌沉積體統(tǒng)稱為沉積物失穩(wěn)。這些沉積物失穩(wěn)由2部分構(gòu)成，即沿陸坡坡降方向自北向南的沉積物失穩(wěn)(圖7)和從峽谷脊部朝向峽谷谷底的沉積物失穩(wěn)。雖然在NEE向地震剖面中很容易識別出峽谷側(cè)壁發(fā)育的沉積物失穩(wěn)，但SSE向剖面中揭示的粗糙不平的海底地形(圖7)很可能是兩者共同作用的結(jié)果。

大量沉積物失穩(wěn)的存在暗示著受沉積物供給和地形地貌影響，研究區(qū)內(nèi)沉積物的不穩(wěn)定性特征，為海底峽谷的形成提供前提條件，如Heetal.[14]認為研究區(qū)內(nèi)的沉積物失穩(wěn)可能是海底峽谷的起始階段(initial)。另一方面，海底峽谷所形成的地形地貌也會促進沉積物失穩(wěn)的發(fā)育，如峽谷側(cè)壁處存在的沉積物失穩(wěn)(圖3b)、峽谷頭部導(dǎo)致沉積物形成多期滑移體。

4.3 高位體系域早期古水道形成的限制型負地形

研究區(qū)北部第四紀高位體系域中發(fā)育著多個小型的埋藏水道，其發(fā)育位置與現(xiàn)今海底峽谷的位置在垂向上具有明顯的“繼承性”特征，也就是說現(xiàn)今海底峽谷頭部區(qū)域的地震剖面顯示，HST-II單元中的現(xiàn)今海底峽谷多發(fā)育在HST已形成的埋藏型水道之上(圖4b、圖6)。在巴西Goitaca峽谷、西非加蓬海岸峽谷、澳大利亞Otway盆地中的峽谷均可以發(fā)現(xiàn)垂向疊置型的水道/峽谷[21,24,38]。這些峽谷系統(tǒng)中，早期形成的水道/峽谷可以提供限制型的“負地形”，導(dǎo)致后期峽谷將優(yōu)先在“負地形”位置處發(fā)育起來。

高位體系域早期形成的小型水道，提供了“限制性”的軸向負地形，為后續(xù)沉積物的注入提供了潛在路徑。高位體系域晚期大量源自北部的沉積物進一步向南推進，進入到這一區(qū)域時，受“限制型”地形的影響，將優(yōu)先在這些部位形成侵蝕性的沉積物流，導(dǎo)致早期水道不斷加深加寬，最終形成海底峽谷。因此，在研究區(qū)的北部能夠從NEE向地震剖面中觀察到HST早期埋藏水道和現(xiàn)今海底峽谷的垂向疊置關(guān)系(圖6)。隨著峽谷的向南演化，侵蝕能力增強，谷底不斷下切下伏地層，甚至切穿第四紀底界面(T1界面)，在研究區(qū)南部，即中游段和下游段的峽谷中，這種疊置性的特征就不能被保存下來了(圖3b)。

圖7 過第4條陸坡限制型海底峽谷脊部發(fā)育的沉積物失穩(wěn)特征(剖面位置見圖1b)Fig.7 The characteristics of sediment instability through the 4th slope-confined canyons ridges(position shown in Fig. 1b)

4.4 流體滲漏作用

水合物分解形成的含烴流體滲漏和逃逸將可能誘發(fā)沉積物的失穩(wěn)，導(dǎo)致海底滑坡、海底峽谷的發(fā)育[39]。如日本海東部邊緣Joetsu Knoll地區(qū)，水合物的分解造成麻坑和滑塌體的形成，沉積物沿著麻坑形成的負地形發(fā)生搬運演化為濁流，最終導(dǎo)致了海底峽谷的形成[12]。珠江口盆地陸坡限制型海底峽谷發(fā)育的區(qū)域，是我國2007年首個海域水合物的鉆探區(qū)域。從NEE向地震剖面中可以發(fā)現(xiàn)，在海底峽谷的下部存在多個狹窄而陡直的地震雜亂反射帶，被解釋為氣煙囪構(gòu)造，并認為是含氣流體垂向運移的主要通道，且與峽谷的發(fā)育位置存在一定的對應(yīng)關(guān)系(圖8)。這種垂向上的對應(yīng)關(guān)系暗示，當(dāng)含烴流體經(jīng)由氣煙囪構(gòu)造發(fā)生垂向上的滲漏和逃逸時，可能會對上覆沉積物造成影響，使其更容易發(fā)生沉積物失穩(wěn)作用，進一步凸顯了海底峽谷的地貌特征。

5 陸坡限制型海底峽谷群的沉積演化

通過上述分析，我們將研究區(qū)內(nèi)海底峽谷群的沉積演化劃分為2個階段(圖9)：

(1) 高位體系域早期(HST-I)埋藏古水道形成階段

高位體系域早期(HST-I)，進積特征明顯的陸架邊緣三角洲帶來的大量沉積物，在隨著地形坡降發(fā)生自北向南輸送的過程中，易于發(fā)生沉積物失穩(wěn)，并對下伏地層造成沖刷，形成數(shù)量眾多的小型水道，這些水道的延伸方向垂直陸坡走向，形成了一系列的軸向“負地形”。源自北部充足的沉積物供給，導(dǎo)致這些小型水道被覆蓋，垂向上形成明顯的“負地形”疊置關(guān)系。

(2) 高位體系域早期(HST-II)海底峽谷群形成階段

隨著陸架邊緣三角洲不斷向海盆方向的進積，大量的沉積物將會進入到陸坡區(qū)域，并沿著陸坡坡降的方向發(fā)生自北向南的輸送。一方面，進入到高位體系域早期軸向“負地形”的沉積物，沉積動力得到增強，產(chǎn)生對下伏地層明顯的沖刷和侵蝕；另一方面，大量的沉積物會以沉積物失穩(wěn)的形式在陸坡區(qū)堆積下來，這兩個過程共同導(dǎo)致了現(xiàn)今海底峽谷的發(fā)育。隨著峽谷向南的沉積演化，不斷侵蝕高位體系域早期的沉積地層，在中游段和下游段，垂向疊置的關(guān)系無法被觀察到。在峽谷的演化過程中，由于較陡的峽谷側(cè)壁，沉積物易于從兩側(cè)向谷底發(fā)生失穩(wěn)。此外，含烴流體沿著氣煙囪構(gòu)造發(fā)生的滲漏和逃逸，也會進一步凸顯海底峽谷的地貌特征。

6 結(jié)論

(1) 珠江口盆地白云凹陷北部陸坡發(fā)育著17條長約30～50 km的海底峽谷，呈NNW—SSE向線狀分布，構(gòu)成了陸坡限制型海底峽谷群；自北向南，根據(jù)峽谷的剖面形態(tài)參數(shù)，可以劃分為3個不同的區(qū)段，即上游段、中游段和下游段。自北向南峽谷的侵蝕作用先增強后減弱，沉積作用逐漸增強。峽谷的內(nèi)部沉積建造由濁流沉積體、滑移/滑塌塊體和側(cè)向沉積體構(gòu)成。

(2) 通過外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等反射特征的描述和刻畫，將海底峽谷群發(fā)育區(qū)域第四紀沉積充填序列劃分為三個體系域，即低位體系域、海侵體系域和高位體系域?；陉懫逻M積特征、垂向地層疊加樣式、侵蝕特征變化、連續(xù)性強振幅同相軸的識別和空間追蹤，將高位體系域進一步劃分為兩個沉積旋回單元。白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群發(fā)育在高位體系域晚期沉積旋回(HST-II)中。

(3) 陸坡限制型海底峽谷群的形成演化受沉積物供給、沉積物失穩(wěn)作用、地貌地貌特征和流體滲漏的影響。源自北部充足的沉積物以陸架邊緣三角洲的形式進入到陸坡區(qū)域，為侵蝕性沉積物流的形成提供了物質(zhì)來源。受沉積物供給和陸坡坡降的影響，沉積物失穩(wěn)在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，導(dǎo)致了峽谷的雛形并促進了峽谷的沉積演化。高位體系域早期(HST-I)形成的一系列小型埋藏水道，為后期沉積物的注入提供了限制型的“負地形”，埋藏水道和峽谷在垂向上表現(xiàn)為疊置關(guān)系。區(qū)域內(nèi)含烴流體沿著氣煙囪構(gòu)造的滲漏和逃逸可能會更加凸顯海底峽谷的地形地貌特征。

圖8 研究區(qū)氣煙囪構(gòu)造與海底峽谷的垂向?qū)?yīng)關(guān)系(剖面位置見圖1b)Fig.8 Vertical combination between gas chimneys and submarine canyons(position shown in Fig.1b)

圖9 珠江口盆地白云凹陷陸坡限制型海底峽谷群的沉積演化模式Fig.9 Sedimentary evolution model of slope-confined canyons in the Baiyun sag, Pearl River Mouth Basin

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Forming Mechanism of the Slope-confined Submarine Canyons in the Baiyun Sag, Pearl River Mouth Basin

LIU Jie1,2SU Ming1,2QIAO ShaoHua1,2SHA ZhiBin3WU NengYou1,2YANG Rui1,2

(1. Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;2. Guangzhou Center for Gas Hydrate Research, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;3. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China)

The bathymetric map shows that there are 17 NNW-SSE trending submarine canyons in the northern slope of the Baiyun Sag in the Pearl River Mouth Basin, with the heads terminated on the slope, composing the slope-confined submarine canyons. Based on the high resolution 2D seismic profiles, the Quaternary sequence stratigraphic framework was established by external morphology, internal structure and other reflection characters. The depositional fillings can be divided into three systems tracts, including LST (lowstand systems tract, LST), TST (transgressive systems tract, TST) and HST (highstand systems tract, HST).The HST could be further divided into two sedimentary units, HST-I and HST-II, according to the prograding styles of the slope, the vertical stacking patterns, the change of erosion features, and the continuity of high-amplitude seismic reflectors. The results illustrated that, the slope-confined submarine canyons were developed in the later HST sedimentary unit (HST-II). Besides, some factors controlling the formation and development of canyons were also discussed, such as sediment supply, sedimentary failures, seafloor topographic features, and fluids leakage. Since Quaternary, abundant sediments from the Pearl River in the north would be transported via shelf to slope and basinfloor, supplying the sufficient sediments for slope-confined submarine canyons. Controlled by some negative paleo-topographic features formed in the earlier HST sedimentary unit (HST-I), during the northward transportation of these sediments, erosions and sedimentary failures were developed, inducing the formations of slope-confined submarine canyons. In the study area, the widely distributed gas chimneys, implied the vertical migrations and leakages of gas-bearing fluids, which might contribute to the evolution of submarine canyons.

slope-confined canyons; sediment supply; forming mechanism; Baiyun sag; Pearl River Mouth Basin

1000-0550(2016)05-0940-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.013

2015-10-08； 收修改稿日期： 2016-01-15

國家自然科學(xué)基金項目(41576048)；油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))開放基金項目(PLC201402)；中科院可再生能源重點實驗室開放基金項目(y507j61001);中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會(2016312)；中國石油—中國科學(xué)院科技合作項目(2015A-4813)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41576048; Open Fund of State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, No. PLC201402; Key Laboratory of Renewable Energy, Chinese Academy of Sciences, No. y507j61001; Youth Innovation Promotion Association CAS,No.2016312;Scientific Cooperative Project by CNPC and CAS,No.2015A-4813]

劉 杰 男 1986年出生 碩士 助理研究員 層序地層學(xué) E-mail: liujie1@ms.giec.ac.cn

蘇 明 男 副研究員 沉積學(xué) E-mail: suming@ms.giec.ac.cn

P736.1

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