李磊，裴都，都鹏燕，阮意，郑兵，王茂楠

（1西安石油大学地球科学与工程学院；2中国石油大学（北京）地球科学学院）

海底麻坑的构型、特征、演化及成因
——以西非木尼河盆地陆坡为例

李磊1，裴都1，都鹏燕2，阮意1，郑兵1，王茂楠1

（1西安石油大学地球科学与工程学院；2中国石油大学（北京）地球科学学院）

基于高分辨率三维地震数据，研究了西非木尼河盆地海底麻坑的构型、演化模式及成因机制。海底麻坑分为孤立麻坑和条带状麻坑（简称麻坑带），麻坑带由较多的单个麻坑呈条带状排列聚集而成，单个麻坑的面积在0.2～0.6km2，麻坑深度约20～60 m。过孤立麻坑或横切麻坑带的地震剖面上，麻坑及其之下地层具有U形反射特征，显示麻坑之下有气烟囱发育，并具有振幅增强、同相轴下拉的特征；顺麻坑带走向的地震剖面具有脊-槽相间的地形特征。研究区的麻坑带受古深水水道控制，麻坑带与古水道的平面分布相吻合。由古水道控制形成麻坑带的演化模式可以划分为四个阶段：古水道超压形成、古水道超压释放、麻坑物质冲洗、麻坑形成。海底麻坑的成因机制具有多样性，但基本上都是由海底地层中的流体发生渗漏或喷发所形成的。

海底麻坑；构造成因；演化模式；木泥河盆地；非洲西部

King和Maclean［1］1970年首次利用侧扫声纳记录，在加拿大新斯科舍省近海陆架发现由于流体泄漏而在海底非固结细粒沉积地层中形成的椭圆形或圆形麻坑地貌。Hovland等［2］证实了这类麻坑与甲烷逸散活动有关，它可以指示过去以及现今的海底流体活动。单一麻坑呈圆形或椭圆形，直径几米至上百米，麻坑的深度范围为1～80m［3-6］；断层、裂缝或底辟构造构成了流体渗流通道［4，7-10］。Taviani等［10-13］对海底麻坑进行观测、钻井取心、采样，确定麻坑中气体渗漏通量及上覆水体甲烷浓度，明确了形成麻坑的流体来源。海底麻坑的形成与流体活动密切相关，往往形成于具有天然气水合物的陆坡海底［4，11-14］，与海底滑坡具有一定的联系［15］，其空间分布受控于构造轮廓线［16］，如下伏渗透性岩层和岩性边界［17-18］以及古水道［4，19］。依据其分布特征，可划分为孤立麻坑和条带状麻坑两类［4，20］。本文将条带状麻坑简称为麻坑带。由于麻坑带与古水道存在密切的联系，因此日益受到海洋地质学界和沉积学界的广泛关注［21-22］。目前，究竟是古水道演化成麻坑带，还是麻坑带演化成水道尚存在争议［20-21］。

本文利用非洲西海岸木尼河（Rio Muni）盆地近海底160km2的高分辨率三维地震数据，开展了该盆地海底麻坑的构型、演化、分布特征以及控制因素等方面的研究，建立了麻坑带的演化模式，并着重探索了麻坑带的成因，揭示了麻坑带与古水道之间的联系。

海底麻坑带与古水道的关系研究对海底工程灾害预测以及古深水水道油气储层预测等具有一定的理论指导意义。

1 研究区海底麻坑的基本情况

研究区位于西非木尼河盆地陆坡区，水深约800～1600m（图1）。三维地震数据道间距12.5m×12.5m，近海底地震数据频带范围2～120Hz，主频45Hz。

对研究区三维地震数据所揭示的现今海底进行精细解释，并将海底解释层位数据进行时深转换，采用Surfer软件绘制了研究区现今海底三维地形图（图1）。研究区海底发育有大量的圆形或椭圆形麻坑，在构型上可分为孤立麻坑和条带状麻坑（麻坑带）。单个麻坑的面积在0.2～0.6 km2，麻坑深度约20～60m。孤立麻坑相对独立分布，直观上呈现为孤零零的状态；麻坑带则由较多的单个麻坑呈条带状排列聚集而成，麻坑带的长度为7～12 km，宽度0.8～1.2 km。

图1 西非木尼河盆地陆坡区海底地貌及位置

2 海底麻坑及其之下地层的地震特征

基于三维地震数据，利用Landmark软件分别截取了过孤立麻坑（图2）和条带状麻坑的地震剖面（图3）。过孤立麻坑不同方向的地震剖面显示，海底麻坑及其之下地层具有U形反射特征，显示在麻坑之下有气烟囱发育，具有振幅增强、同相轴下拉的特征。

海底麻坑一般认为是由海底浅层的生物气逸散而在海底形成的负地形。麻坑之下则是气体逃逸通道，由于其大量含气，速度降低，与周围海底泥质沉积物具有较大的波阻抗差异，因此，在地震响应上具有振幅增强、同相轴下拉特征。

沿麻坑带走向的剖面呈脊—槽相间的地形特征，麻坑的深度和宽度均沿条带走向呈不规则变化（图3a）。麻坑带上的任一麻坑，在剖面上呈现左右不对称的特征，麻坑左侧的坡度较陡，右侧坡度较缓；每一麻坑下方具有同相轴下拉且振幅增强的特征。横切条带状麻坑的地震剖面（图3b）显示，在麻坑带下方地层中见典型的宽达2km的U形强振幅充填地震相，推测该地震相为古埋藏重力流水道。由于重力流水道内部沉积物埋藏浅、压实程度和固结程度低、孔隙发育好，有利于浅层生物气的富集，进而导致沉积物与周围海底沉积物之间的波阻抗差异较大，振幅增强，频率降低。

图2 西非木尼河盆地陆坡区过孤立麻坑地震剖面A—A′和B—B′剖面位置见图1

图3 西非木尼河盆地陆坡区过条带状麻坑地震剖面C—C′和D—D′剖面位置见图1

对现今海底（图4a）和古水道（图4b）地震解释界面下延20ms的相干体切片进行对比显示，麻坑带的平面分布受古水道严格控制：

麻坑带1和麻坑带2分布于古水道1的上方及两侧；

麻坑带3位于古水道2的上方；

麻坑带4则分布于古水道3的上方及其两侧。

图4 西非木尼河盆地陆坡区条带状麻坑与古水道平面分布图对比

3 研究区海底条带状麻坑演化模式

近海底高分辨率三维地震数据的精细解释结果显示：研究区海底发育多条麻坑带（图1）；沿麻坑带走向的剖面具有脊—槽相间的地貌特征（图3a）；海底麻坑之下往往发育U形古深水水道，麻坑带的平面分布与古深水水道具有密切联系（图3，图4）。在前人对海底麻坑演化研究的基础上，结合三维地震数据研究结果，笔者建立了适合研究区的条带状麻坑演化模式（图5），并把它划分为四个阶段：（a）古水道超压形成；（b）古水道超压释放；（c）麻坑物质冲洗；（d）麻坑形成。下面对这四个阶段逐一进行分析。

古水道超压形成由早期的沉积物重力流形成古水道，它所充填的浊积岩等沉积物粒度较粗，孔隙较发育，构成良好的储集体；后被深海陆坡泥质沉积所覆盖，并对古水道形成封闭；由海底泥质覆盖层产生的生物气等充注到古水道储集体，并逐渐形成超压（图5a）。

古水道超压释放古水道形成超压后，由于地震、海啸、风暴或海平面降低等因素使古水道上方盖层的封闭压力降低，古水道内的超压气体可以导致上覆盖层在相对薄弱部位上隆，并发育大量小断层或微裂缝，密闭性能受到破坏，古水道内的超压气体则沿这些断层或裂缝缓慢向海底渗漏、逃逸，超压因此而逐渐释放（图5b）。

麻坑物质冲洗连续的气体渗漏致使上覆麻坑形成部位的海底泥质沉积物呈疏松状态或以细粒悬浮在海水之中，并不断受到由渗漏气体所形成的水流的冲洗（图5c）。

麻坑形成上面所述的被冲洗物质，一部分在海底麻坑两侧重新沉积，一部分则被近海底洋流所带走，于是在海底形成圆形或椭圆形的海底负地形，即海底麻坑（图5d）。

研究区海底同时还有大量孤立麻坑发育，其形成和分布的随机性较强，与条带状麻坑相比，其形成和演化规律很难用某一种模式进行概括，故在此从略。

4 海底麻坑的成因机制

需要指出的是，上节中所建立的海底麻坑带演化模式是西非木尼河盆地陆坡区的一种特例。处于不同地质环境下的海底麻坑，其形成原因也可能不尽相同，因此需要对它们的成因机制作更多的探讨，以便对海底麻坑有更加全面、更加深刻的认识。

图5 西非木尼河盆地陆坡区麻坑带演化模式

海底麻坑可能是沉积地层中的流体向海底快速强烈喷发或者在缓慢地持续渗漏过程中形成的，它是海底地层流体流动所留下的痕迹［2］，也可能是由低密度、低黏度的塑性物质（泥岩、盐岩）受到挤压或者上覆高密度物质的重压，其上覆沉积物局部向上隆起，并遭受剥离等作用而形成［7-8，19］。目前大多数学者认为，欠压实或非压实的沉积物、充足的渗漏流体、流体通道、气体超压体系以及良好的沉积物盖层，是形成海底麻坑的5个基本要素［2，12，14，17，22］。

下面我们对孤立麻坑和麻坑带分别探讨其一般的成因机制。

4.1 孤立麻坑

孤立麻坑是海底麻坑中常见的一种形态，它随机分布在陆架或陆坡海底之上。在孤立麻坑形成过程中，流体渗漏起到至关重要的作用［2-7］。海底浅层生物气或沿着断层运移到浅部地层的深部气体在浅部地层富集，形成超压地层。当其上覆地层的压力减小，下部超压气体突破封闭时，导致气体泄漏，同时伴随地层中的孔隙水从孔隙空间排出并搬运海底沉积物，使局部相对薄弱的海底沉积地层发生变形，或者说孔隙水逐渐剥蚀局部的海底地层，使其沉积物减少，因而形成麻坑。

大多数情况下，孤立的麻坑很有可能代表流体仅发生过一次喷发或渗漏，或者它是由流体向着上覆地层快速强烈渗漏形成的［15］。

4.2 麻坑带

如前所述，西非木尼河盆地陆坡区海底麻坑带的分布与古水道分布联系紧密（图4，图5），由此推测，麻坑带的形成与古水道沉积密切相关。研究区的古水道主要为中—细砂岩组成的重力流沉积物［21］，由于第四纪古水道埋藏浅，压实和固结程度低，其沉积物孔隙发育，易于形成浅层气富集中心，形成超压层。后期由于海平面迅速下降，上覆地层压力降低时，古水道内富集的超压气体易突破上覆的欠压实、未固结的深海泥质盖层，并渗漏到海底［9，20-23］。在气体不断向海底渗漏的过程中海底就会变得疏松并最终形成凹坑，即海底麻坑。由于流体渗漏点是沿着古水道排列的，因此海底麻坑相应分布在古水道上方的海底，形成与古水道的平面展布形状相类似的条带状分布的麻坑带（麻坑带3和麻坑带4分别分布于古水道2、古水道3上方海底），或者是由若干个麻坑带的组合构成与其下方古水道相似的平面形态（麻坑带1和麻坑带2沿古水道1分布）（图4）。因此可以认为，由古水道可以形成麻坑带，这是海底麻坑带的重要成因机制之一，我们可以称其为海底麻坑带的古水道成因。

Pilcher等［24］认为西非赤道几内亚陆坡海底发育的部分麻坑带的平面分布与下伏地层内发育的断层走向有着密切关系。因此我们有理由相信海底麻坑带还可以通过断裂的作用来形成，并把它称作海底麻坑带的断裂成因。

总之，海底麻坑可以有多种成因机制，但基本上都是海底地层中的流体在压力差的作用下在某种或某些运移通道中发生渗漏或喷发所形成的。本文对海底麻坑成因机制的分析尚比较粗浅，主要是想说明研究区海底麻坑带的古水道成因只是海底麻坑的成因机制之一，它并不代表各地区海底麻坑的全部成因。

5 结论

（1）研究区海底麻坑分为孤立麻坑和条带状麻坑（麻坑带）。

（2）麻坑下部往往发育气烟囱，具有振幅增强、同相轴下拉特征。

（3）研究区条带状麻坑由大量单个麻坑排列而成，长7～12 km，宽0.8～1.2 km。单个麻坑面积0.2～0.6km2，麻坑深度约20～60m，其深度和宽度均呈不规则变化。

（4）研究区麻坑带属于古水道成因。

（5）海底麻坑可以有多种成因机制，但基本上都是海底地层中的流体在压力差的作用下在某种或某些运移通道中发生渗漏或喷发所形成的。

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编辑：吴厚松

Architecture,Character,Evolution and Genesis of Seabed Pockmarks: A Case Study to the Continental Slope in Rio Muni Basin,West Africa

Li Lei,Pei Du,Du Pengyan,Ruan Yi,Zheng Bing,Wang Maonan

Based on high-resolution 3D seismic data,the seabed pockmarks can be divided into isolated pockmarks and pockmark belts by their distribution in Rio Muni Basin,West Africa.Pockmark belts are distributed along meandering bands on seafloor.A single seabed pockmark can be in a range from 0.2 to 0.6 km2in area and from 20 to 60m in depth.The seismic profiles across the isolated pockmarks or seabed pockmark belts illustrate U-shaped reflection characters of them an d the underlaying beds with increasing amplitudes and pulling-down seismic events,which implies the existence of gas chimneys under these seabed pockmarks,The seafloor along the strikes of the seabed pockmark belts is characterized by a ridge-by-swale topography.The distribution of the seabed pockmark belts are controlled by the palaeochannels so that the distribution of pockmark belts is coherent with that of alaeochannels in plane.The evolution of the seabed pockmark belts that are controlled by palaeochannels can be divided into four stages:overpressure build-up stage,overpressure release stage, pockmark sediments expulsion stage and pockmark formation stage.The genesis of pockmarks is relative to some geological conditions but all of pockmarks have been associated with fluids seepage or expulsion in sea floor strata.

Seabed pockmark;Structural genesis;Evolution model;Rio Muni basin,West Africa

TE111.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.04.008

1672-9854(2013)-04-0053-06

2013-04-22；改回日期：2013-07-22

本文受国家自然基金项目“深水重力流流态转化研究”（编号：41302147）资助

李磊：1979年生，博士，讲师。2001年毕业于西南石油大学应用地球物理专业，2010年获中国石油大学（北京）地质资源与地质工程博士学位。主要从事深水沉积及地震地质综合解释方面的研究工作。通讯地址：710065西安市雁塔区电子二路18号

Li Lei：male,D Sc,Lecturer.Add:School of Earth Sciences and Engineering,Xi′an Petroleum University,18 Dianzi Er Rd.,Xi′an,Shaanxi,710065,China