北黃海長(zhǎng)山群島外海底環(huán)狀微洼地地貌特征

劉曉瑜，陳義蘭，路 波，文 武，董立峰

（1.國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；2.國(guó)家海洋監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023）

0 引言

北黃海位于山東半島、遼東半島和朝鮮半島之間，海底地形由西南、東北向南部?jī)A斜，水深為20～60m。2011年在北黃海進(jìn)行的多波束水深測(cè)量中，一種特殊的環(huán)狀微洼地地貌引起了調(diào)查人員的注意，由于多波束測(cè)量具有高精度、高分辨率和全覆蓋的優(yōu)越性，能夠使海底地形地貌單元和微地貌形態(tài)得到全面細(xì)致的反映，調(diào)查中該環(huán)狀微洼地地貌的形態(tài)得到了清晰的展現(xiàn)。與常見(jiàn)的海底侵蝕槽不同，該洼地地貌為環(huán)形，且在調(diào)查區(qū)南部近兩千平方公里的海底成群密集分布。本文基于此次調(diào)查，對(duì)該地貌類型的形態(tài)和分布特征進(jìn)行詳細(xì)描述，并結(jié)合該處沉積物和地層特征對(duì)其成因進(jìn)行初步討論。為未來(lái)研究北黃海海底地貌發(fā)育和環(huán)境演變及北黃海油氣資源勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

調(diào)查使用GeoSwath Plus多波束測(cè)深系統(tǒng)，進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，相鄰測(cè)線重疊率超過(guò)10%，測(cè)量精度優(yōu)于0.3m，所有調(diào)查數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)潮汐改正、聲速校正、去除噪聲，將水深基準(zhǔn)統(tǒng)一到當(dāng)?shù)仄骄Ｆ矫?，得到研究區(qū)水深數(shù)據(jù)。將水深數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，生成1m×1m的網(wǎng)格，在Globlemapper軟件中生成三維模型分析其形態(tài)特征，并在洼地發(fā)育部位沿側(cè)線方向選取穿越該地貌單元的剖面，分析其縱向特征。結(jié)合調(diào)查區(qū)海底表層沉積物和地層特征對(duì)其成因進(jìn)行討論，相關(guān)資料參考1998年中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在北黃海西部海域進(jìn)行的海洋地質(zhì)和地球物理調(diào)查［1］，該調(diào)查在北黃海西部設(shè)置了6條淺地層剖面測(cè)線，并獲得了5個(gè)重力柱狀樣和70站位的底質(zhì)表層樣［2］。

圖1為本次多波束調(diào)查區(qū)的測(cè)區(qū)范圍，測(cè)區(qū)位于北黃海遼東半島南部，長(zhǎng)山群島南側(cè)，面積為4 500km2。

2 環(huán)狀微洼地地貌的形態(tài)和特征

2.1 環(huán)狀微洼地的形態(tài)特征

由多波束調(diào)查生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)可得，位于長(zhǎng)山群島以南的調(diào)查區(qū)海底非常平坦，水深50～55m，海底表面可清晰地分辨出呈環(huán)狀的洼地形成的溝群，形態(tài)上表現(xiàn)為圓形、環(huán)形、長(zhǎng)橢圓形和弧形，面積大小不一，長(zhǎng)軸方向?yàn)?～2km不等，溝深度為0.5～2m，邊緣溝槽寬200～300m，按照形態(tài)和分布特征可分為3個(gè)區(qū)域（圖2），詳述如下：

（1）Ⅰ類圓形或橢圓形中心凸起型微洼地

Ⅰ類環(huán)狀微洼地分布在整個(gè)洼地群的東北部，區(qū)域內(nèi)發(fā)育數(shù)量有60余個(gè)，形狀絕大多數(shù)為圓形或近似圓形的橢圓形，僅少數(shù)幾個(gè)為長(zhǎng)條形，輪廓清晰可辨，面積大小不一，大的直徑可達(dá)2.4km，小的只有0.3km，洼地的邊緣處為凹槽，凹槽深0.25～1m，中心發(fā)育鼓包狀隆起和淺洼地，中心隆起部分地勢(shì)比邊緣凹槽外的平均海底還要高0.5～0.8m。該類洼地在平面上的分布具有一定的規(guī)律性，尤其是本區(qū)域南部的洼地群，成串排列，走向NW—SE，但也有部分環(huán)狀微洼地零散分布。

圖2 環(huán)狀微洼地的形態(tài)和分布圖Fig.2 Distribution map of the micro ring depression

圖3為單個(gè)Ⅰ類環(huán)狀微洼地形態(tài)和剖面圖，該洼地形狀近似圓形，剖面沿NW—SE向，洼地直徑2 km，以周邊海底水深52m做基準(zhǔn)，左側(cè)溝最深處0.25m，溝寬0.25km，右端溝槽也為0.25km寬，最深處0.45m，中間隆起部分長(zhǎng)0.8km，最高處0.5 m，右側(cè)洼地寬0.45km，最深處1.1m。

圖3 Ⅰ類環(huán)狀微洼地形態(tài)和剖面圖Fig.3 Profile of the micro ring depressionⅠ

（2）Ⅱ類橢圓狀中心凹陷型微洼地

Ⅱ類環(huán)狀微洼地分布在整個(gè)環(huán)狀微洼地群發(fā)育區(qū)域的東南部、Ⅰ類環(huán)狀微洼地的南側(cè)，數(shù)量也有60余個(gè)，形狀為南北向的長(zhǎng)橢圓形，輪廓非常清晰，面積大小不同，大的長(zhǎng)軸可達(dá)3.4km，小的只有0.6km，但普遍較Ⅰ類環(huán)狀微洼地稍大，洼地的邊緣凹槽深為0.2～1.2m，中心也發(fā)育隆起和淺洼地，但隆起的高度較小，因此Ⅱ類環(huán)狀微洼地整體上為負(fù)地形，只是橢圓的邊緣水深較中部深，形成環(huán)形凹槽，且凹槽東半部分較西半部分深，高差可達(dá)1m。該類型環(huán)狀微洼地在平面上的分布具有一定的規(guī)律性，尤其是偏東部的環(huán)狀微洼地群，沿長(zhǎng)軸方向成串狀排列，走向NE—SW。

圖4為Ⅱ類環(huán)狀微洼地形態(tài)和剖面圖，該環(huán)狀微洼地形狀為橢圓或長(zhǎng)橢圓形，剖面走向NW—SE向，沿剖面走向洼地長(zhǎng)1.41km，周邊海底水深剖面左端55m，右側(cè)55.5m，以55.5m水深做基準(zhǔn)，左側(cè)溝最深處0.2m，溝寬0.15km，右側(cè)溝槽寬0.2km，最深處1.3m，中間隆起部分長(zhǎng)0.5km，最高處0.25m，右側(cè)洼地寬約0.5km。

圖4 Ⅱ類環(huán)狀微洼地形態(tài)和剖面圖Fig.4 Profile of the micro ring depressionⅡ

（3）Ⅲ類弧狀微洼地

Ⅲ類弧狀微洼地分布在整個(gè)環(huán)狀微洼地群的西南部、Ⅱ類環(huán)狀微洼地的西側(cè)，形狀為弧形，洼地的輪廓較為模糊，但依稀可分辨出弧段基本都向西南向彎曲，弧段長(zhǎng)度1～2km，弧段沿NW—SE向排列，單個(gè)弧段與Ⅱ類環(huán)狀微洼地的東半部分類似，溝寬0.5～1km，深度0.5～1m。

圖5 Ⅲ類環(huán)狀微洼地形態(tài)和剖面圖Fig.5 Profile of the micro ring depressionⅢ

圖5為Ⅲ類弧狀微洼地形態(tài)和剖面圖。該洼地形狀為弧狀，弧段向西南方向彎曲，整個(gè)弧段長(zhǎng)1.6km，剖面沿NW—SE向，沿剖面走向只有一個(gè)凹槽，以53.8m水深做基準(zhǔn)，溝槽寬700m，最深處0.8m。

2.2 環(huán)狀微洼地的地貌特征

環(huán)狀微洼地分布在北黃海長(zhǎng)山列島南側(cè)，平坦的海底表面，整體為圓形或不規(guī)則橢圓形凹陷，邊緣為環(huán)狀淺溝槽，有的中間略有隆起，單個(gè)凹陷直徑可達(dá)2km，在55m水深附近海域成群密集發(fā)育，且具有一定的方向性。圖6為GeoSwath Plus多波束測(cè)深系統(tǒng)自帶的聲吶在調(diào)查中獲取的環(huán)狀微洼地的側(cè)掃聲吶圖像，由于聲吶量程只有一百多米，而環(huán)狀微洼地的直徑可達(dá)2km，因此圖6為多條聲吶測(cè)線圖像拼接而成。由圖6可見(jiàn)，環(huán)狀微洼地的中心左半部分有明顯的隆起，左半部分顯示出比較強(qiáng)的聲學(xué)反射，且表面呈波紋狀，表明底質(zhì)沉積物顆粒有所變粗，而環(huán)內(nèi)右半部分則較為平滑，反射也較弱，該沉積特征顯示本地貌形態(tài)應(yīng)該不是由一次單一地質(zhì)過(guò)程形成的，而是經(jīng)歷了多次不同的地質(zhì)過(guò)程，并經(jīng)過(guò)了水動(dòng)力作用的后期改造。

2.3 研究區(qū)的沉積環(huán)境

研究區(qū)所處的北黃海盆地主要受沿黃海海槽北上的黃海暖流和黃海沿岸流作用，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀微洼地處在黃海環(huán)流的東北側(cè)，即北上的黃海暖流逐漸轉(zhuǎn)向偏西北的位置。從地形圖上看，北黃海盆地中部較為平坦，坡度變化小，等深線呈環(huán)狀，且間隔較寬，環(huán)狀微洼地發(fā)育區(qū)的東部等深線略向西北向突 出，海流對(duì)海底具有一定的侵蝕作用。

圖6 環(huán)狀微洼地聲吶拼接圖Fig.6 Sonnar record of the micro ring depression

北黃海表層沉積物類型較為簡(jiǎn)單，主要為淤泥質(zhì)粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂和砂［3］，表層沉積物顆粒粒度由西南至東北逐漸變粗，西南部以泥和粉砂為主，北黃海盆地中部主要沉積砂質(zhì)粉砂，再往東逐漸變?yōu)榉凵百|(zhì)砂，最東邊為砂。相對(duì)于3種類型環(huán)狀微洼地的發(fā)育位置，Ⅰ類環(huán)狀微洼地發(fā)育區(qū)位于研究區(qū)的東北部，為粗顆粒的砂質(zhì)沉積，Ⅱ類環(huán)狀微洼地發(fā)育區(qū)位于北黃海盆地中部的砂質(zhì)粉砂沉積區(qū)，表層沉積物顆粒稍細(xì)，Ⅲ類環(huán)狀微洼地發(fā)育區(qū)位于研究區(qū)的西南部，表層沉積物顆粒最細(xì)，為淤泥質(zhì)粉砂，表層沉積物的分布特征主要受物源條件和水動(dòng)力的控制，也指示了局部海底的沉積環(huán)境，研究區(qū)西南部受沿岸流作用和渤海海峽流出的黃河物質(zhì)影響，形成以細(xì)顆粒物質(zhì)為主的堆積環(huán)境［4］，研究區(qū)東北部受西朝鮮潮流沙脊和遼南沿岸流攜帶的鴨綠江泥沙影響［5］，形成以砂質(zhì)物質(zhì)為主的弱侵蝕環(huán)境，而研究區(qū)的東南部處在黃海暖流的主流路附近，又無(wú)其他物質(zhì)來(lái)源，海底基本是侵蝕環(huán)境，沉積物基本為粉砂質(zhì)砂。

從外觀上來(lái)看，3種類型的環(huán)狀微洼地的基本形態(tài)大致相同，應(yīng)為同種成因的地貌單元，后期受到不同的水動(dòng)力作用改造，處于3種不同的沉積動(dòng)力環(huán)境，Ⅰ類環(huán)狀微洼地處于弱侵蝕環(huán)境，邊緣為環(huán)狀的負(fù)地形，中部為隆起；Ⅱ類環(huán)狀微洼地邊緣處于侵蝕環(huán)境，也為環(huán)狀負(fù)地形，但是中部沒(méi)有明顯的凸起，而是與周邊平均水深相近，且邊緣凹槽深度要大于Ⅰ類環(huán)狀微洼地邊緣凹槽；而Ⅲ類環(huán)狀微洼地群處于堆積環(huán)境，細(xì)顆粒物質(zhì)的堆積導(dǎo)致環(huán)狀微洼地遭到一定的充填，因此已經(jīng)很難辨別其原來(lái)的輪廓，依稀可辨的環(huán)狀微洼地弧段兼向西南方向彎曲，可能是環(huán)狀微洼地的西部溝深本來(lái)就較小，受到充填后于周圍水深幾無(wú)差別，在平面上已經(jīng)沒(méi)有痕跡，而環(huán)狀微洼地的東部溝深稍大，沉積物充填后仍表現(xiàn)為弧狀負(fù)地形，這點(diǎn)與Ⅱ類環(huán)狀微洼地邊緣凹槽東側(cè)深于西側(cè)一致。

3 討論

一般而言，海底表層負(fù)地形的成因可能為強(qiáng)水動(dòng)力對(duì)海底的侵蝕的結(jié)果，也即由波浪和海流等海底的周期動(dòng)力對(duì)海底產(chǎn)生的侵蝕形成，由于研究區(qū)水深超過(guò)50m，波浪對(duì)海底的作用已微乎其微，不足以構(gòu)成侵蝕力，因此能夠?qū)５仔纬汕治g力的海洋水動(dòng)力只可能為海流，而該處的海流主要為北上的黃海暖流和各半島周圍的沿岸流，按照潮流動(dòng)力學(xué)原理，潮流流速在大于一定速度時(shí)海底受到侵蝕，可形成侵蝕地貌［6］，但海流沖刷海底一般形成沿流方向的狹長(zhǎng)的負(fù)地形，如研究區(qū)西北部的老鐵山水道潮流沖刷槽，而本文研究區(qū)環(huán)狀微洼地為環(huán)形，顯然不符合海流侵蝕負(fù)地形的形態(tài)特征。

另一種可能的成因?yàn)楹５椎臏\層氣或油氣上溢形成的地表凹陷體，即所謂的麻坑地貌。海底麻坑最早由 KING et al發(fā)現(xiàn)［7］，在全球海底廣泛發(fā)育［8］，在我國(guó)南海北部也有發(fā)現(xiàn)［9－12］。當(dāng)存在孔隙率很小的沉積物蓋層時(shí)，氣體可在一定深度下的淺地層內(nèi)聚集，當(dāng)氣體壓力增加到一定程度時(shí)，淺層沉積物封存的氣體將突然釋放并上涌，使上覆沉積物液化形成氣體煙囪，構(gòu)成氣體向上釋放的通道。氣體釋放過(guò)程中，海底表層沉積物被揚(yáng)起并經(jīng)海流沖刷搬運(yùn)。當(dāng)氣體釋放結(jié)束后，氣體煙囪內(nèi)沉積物下落并被重新壓實(shí)，使得海底表面凹陷，形成麻坑地貌［13］。形成麻坑地貌的氣體有多種來(lái)源，可以為生物成因淺層氣、泄露的深部地層天然氣和石油裂解氣、天然氣水合物分解成因氣或這幾者的混合物。麻坑的形態(tài)一般為圓形，大小根據(jù)下伏氣體的多少?gòu)膸资椎綆装倜咨踔翈浊撞坏取?/p>

北黃海盆地為我國(guó)目前唯一未有工業(yè)油氣流產(chǎn)出的邊緣海盆地，是我國(guó)油氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)，其中部坳陷深部地層斷層豐富［14］，為深部流體上移提供了通道。有研究表明，北黃海中部有淺層氣發(fā)育［15－16］，尤其是研究區(qū)西南部的地震調(diào)查中曾發(fā)現(xiàn)海底淺層氣，在地震剖面上表現(xiàn)為垂直的氣帶或氣柱，寬度可達(dá)千米［17］，其規(guī)模與環(huán)狀微洼地基本一致。雖然本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀微洼地為環(huán)形，中間有隆起，其中間與常見(jiàn)的麻坑有所不同，但是考慮到該處環(huán)狀微洼地分布的密度較大，單個(gè)的環(huán)狀微洼地可能并非一次淺層氣上溢形成的，而是經(jīng)過(guò)多期多次的反復(fù)上溢，才形成了目前環(huán)狀溝內(nèi)起伏不平的形態(tài)，因此該地貌形態(tài)為由地層中氣體上溢形成還是可能的。

從沉積環(huán)境上看，研究區(qū)環(huán)狀微洼地地貌分布在北黃海中部的陸架侵蝕堆積平原，主要發(fā)育晚更新世末期到全新世早期的殘留沉積，現(xiàn)代沉積作用較弱，厚度僅表層十幾厘米［14］。而晚更新世到全新世早期因氣候變化引起的數(shù)次海平面升降，使研究區(qū)海底數(shù)次出露為陸又?jǐn)?shù)次在間冰期被海水覆蓋，形成了海陸交替的地層結(jié)構(gòu)。據(jù)距離研究區(qū)數(shù)公里的西北部海域 NYS－3鉆孔和東南部海域 NYS－5鉆孔資料［1］，淺層地層存在泥炭層，14C測(cè)年為距今11 000a，在NYS－3鉆孔埋深為0.64m，MYS－5鉆孔埋深為1.58m和2.20m，富含有機(jī)質(zhì)，泥炭層以下為全新世海水淹沒(méi)前的陸相沉積，泥炭層的存在對(duì)形成麻坑地貌非常有利。

綜上所述，研究區(qū)地處北黃海中部，為北黃海的沉積中心，遼東半島、山東半島和朝鮮半島以及渤海海峽等幾方面沉積在此匯聚，在此打鉆獲取的柱狀樣曾證實(shí)該處地層發(fā)育有泥炭層，故屬于淺層氣的易發(fā)地，區(qū)內(nèi)表層沉積物為粉砂和粉砂質(zhì)砂，且該地貌單元的形態(tài)為圓形和長(zhǎng)橢圓形，為邊緣凹槽中間稍隆起的環(huán)狀微洼地，符合溢出氣體對(duì)軟性地層的作用形式和過(guò)程規(guī)律，與麻坑地貌的形成條件非常類似。

4 小結(jié)

（1）據(jù)多波束水深調(diào)查顯示，北黃海長(zhǎng)山列島南部發(fā)育環(huán)狀微洼地地貌，按照具體形態(tài)和分布特征，可分為圓形或橢圓形中心凸起型、長(zhǎng)橢圓形中心凹陷型和弧狀微洼地3類，分別對(duì)應(yīng)于弱侵蝕、侵蝕和堆積型沉積環(huán)境。

（2）按照形態(tài)來(lái)看，該地貌單元形狀與為淺層或深層氣體泄漏而成的麻坑地貌接近，據(jù)歷史資料，在本區(qū)以南的海底曾發(fā)現(xiàn)過(guò)密集的淺層氣，而地層中也存在一定厚度的泥炭層，因此，該地貌單元為淺層氣泄漏而成是有一定可能性，但此推測(cè)需進(jìn)一步調(diào)查并獲取更詳細(xì)的地層和沉積物資料方可驗(yàn)證。

（3）此次研究區(qū)環(huán)狀微洼地地貌的產(chǎn)出位置是位于陸架侵蝕堆積平原內(nèi)部，隸屬于北黃海盆地中部坳陷，如果可以確認(rèn)其形成為淺層或者深層氣體溢出，將可為該地區(qū)賦存油氣資源作指征。

（4）根據(jù)環(huán)狀微洼地的分布特征，該地貌單元應(yīng)在研究區(qū)以外的南部區(qū)域還有分布，但其準(zhǔn)確的分布范圍需根據(jù)進(jìn)一步調(diào)查才能確認(rèn)。

致謝 本文得到了國(guó)家海洋局第一海洋研究所夏東興研究員的悉心指導(dǎo)，在此表示誠(chéng)摯的感謝！

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