南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究

关永贤,杨胜雄,宋海斌,刘胜旋,陈江欣

1 广州海洋地质调查局国土资源部海底矿资源重点实验室，广州 5107602 同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室，上海 2000923 青岛海洋地质研究所国土资源部油气资源和环境地质重点实验室，青岛 266071



南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究

关永贤1,杨胜雄1,宋海斌2*,刘胜旋1,陈江欣3

1 广州海洋地质调查局国土资源部海底矿资源重点实验室，广州 5107602 同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室，上海 2000923 青岛海洋地质研究所国土资源部油气资源和环境地质重点实验室，青岛 266071

基于高分辨率多波束地形与多道地震资料精细解释，发现了南海西南部陆坡区5条大型深水水道.这5条水道可分成两类：1、5号水道延伸短，横剖面呈V形，弯曲度低，属顺直水道，侵蚀作用主导；2—4号水道延伸长，横剖面呈U形，弯曲度高，属弯曲水道，侵蚀-沉积作用主导.水道走向NEE-NE，长度大于350 km的有2条，宽度最大达2 km，切割深度最大达150 m.推测这些水道是陆源物质重力流作用形成的，是该区陆源物质通过陆架输送到南海西南次海盆的重要通道.陆坡区这些水道基本发育天然堤.在下游区域第二长的2号水道谷底明显高于周缘海底，水道-天然堤沉积已逐渐演变为朵叶沉积.这些水道的深部对应基底隆起区，说明深部构造的晚期活动控制了水道的平面位置，重力流与深部构造晚期活动共同控制了水道的形成演化.

南海西南部；深水水道；多波束；多道地震；深水沉积

1 引言

深水水道是陆源沉积物从陆架坡折搬运至深海盆的重要通道，深水水道-堤岸沉积体系中富集的粗粒碎屑岩可作为重要的油气储层，随着深水油气勘探的发展，深水水道的研究成为深海研究的一个前沿方向(Shepard,1966;Shanmugam and Moiola,1988;Shanmugam,2006;Wynn et al.，2007；Hüneke and Mulder,2011).深水水道的研究主要通过四种手段：深海调查、3D地震勘查、露头、数值与实验室模拟.深海调查获得的现今深水水道的研究成果是古代深水水道沉积体系剖析的重要基础，现今深水水道的研究具有重要的科学意义与应用价值，已成为海洋沉积学研究的前沿(Covault et al.,2011).在现代深水水道沉积体系的详细解剖基础上，深化深水水道演化的认识，并基于“将今论古”的原理，探查深水油气的优质储层.

我国近期的相关研究，主要集中在南海北部的峡谷、深水水道(如Hsu et al.,2008;苏明等，2009；袁圣强等，2010；Gong et al.,2011；Su and Xie,2011；栾锡武等，2011；李磊等，2012；庞雄等，2012；Carter et al.,2012;Ding et al.,2013；徐景平，2014；He et al.,2014)，而对南海南部的深水水道鲜有报道.本文基于高分辨多波束地形数据与多道地震数据，在南海西南部海域识别出5条大型深水水道，并对其进行了初步分析解释.

2 数据与地质背景

南海是西太平洋边缘海中一个独特的边缘海，其中央次海盆、西北次海盆、西南次海盆均发育洋壳(金庆焕，1989；刘光鼎，1992).海盆区域近东西向、北东向磁异常条说明南海经历了两期不同方向的海底扩张，扩张期为32～17 Ma(根据新古地磁年表为30～16 Ma)(Taylor and Hayes,1983;Briais et al.,1993).海盆的四周为不同性质的4个边缘，其中北部为张裂大陆边缘，南部为北张裂南挤压的边缘，西部为剪切边缘，东部为俯冲边缘.新生代南海经历了大陆岩石圈拉张、破裂，海底扩张，洋壳与大洋岩石圈形成，海底扩张停止，菲律宾岛弧旋转，马尼拉海沟形成，南海洋壳和大洋岩石圈沿马尼拉海沟向东俯冲，南海成为半封闭的边缘海(刘光鼎，1992；宋海斌，1998；李家彪，2008).在南海东北部则进一步发展为弧陆碰撞.南海复杂的构造演化过程中，3个边缘上形成了不同性质的沉积盆地，蕴藏着丰富的油气资源.

西南次海盆作为南海三个重要的次海盆之一，介于西沙群岛、中沙群岛和南沙群岛之间，北东向长约600 km，东北边缘宽约400 km，水深3000～4400 m，是南海海盆中最低洼的部分，海盆底部平坦，其上分布着大小不等的海山(主体走向为北东向)、海丘和海洼(刘光鼎，1992).

1990年代后期以来，在南海的广大地区进行了多波束水深测量，根据这些测量结果，编制了南海西南部海域的25、50 m和100 m间距的高分辨率网格化水深数据.利用这一水深数据，我们识别出该海域主要的5条深水水道(图1).利用通过这些水道的多道地震偏移剖面进行进一步的分析.利用的多波束深水数据与多道地震数据均是由广州海洋地质调查局1990年代以来采集的.

图1 (a)南海西南部多波束地形;(b)5条深水水道分布及地震剖面(L1-L7)、横剖面(1a—5e)的位置Fig.1 (a) Multi-beam bathymetry of SW South China Sea;(b) Location of 5 deep water channels,seismic profiles(L1-L7) and cross sections(1a—5e)

3 结果

图1a中的多边形框内是发现深水水道的位置，位于万安滩的北部.在多波束地形图(图1a)上识别出5条主要的深水水道(研究区尚有延伸较短的其他水道)，总体北东东—北东走向，由北向南分别称为1、2、3、4和5号深水水道.各水道基本形态的参数：长度、水深范围、宽度、弯曲度见表1.5条水道中4号水道最长，达404 km，2号水道次之，长达368 km，而5号水道最短，长为140 km.1号和3号水道长度分别为179 km、235 km(表1).图2为5条深水水道的纵剖面，给出了水道谷底水深随延伸长度的变化，从较长的2号和4号水道可以看出，其地形坡度逐渐减小，水深从500～3700 m，尾部已进入西南次海盆.1号水道水深变化于450～3000 m之间，3号水道水深变化于750～3100 m之间，5号水道水深变化于200～2400 m之间(表1).较短的1号水道与5号水道其头部已达多波束数据区域边部，虽然其在较浅的区域的延伸没有资料，从图1可以推断，西南部深水水道发育于陆架坡折-陆架边缘.在低海平面时期，陆源物质的输运，生成的重力流形成了深水水道.

图2 南海西南部5条深水水道水深变化Fig.2 Water depth of 5 deep water channels in SW South China Sea

水道编号长度(km)水深范围(m)宽度弯曲度典型横截面形态1179450～3000较窄较小V形为主23681200～3600较大较大U形为主3235750～3100较大较大U形为主4404500～3700较大较大U形为主5140200～2400较窄较小V形为主

如图1、表1—2所示，2-4号水道较宽，弯曲度较大，1号与5号水道较窄，弯曲度较小，特别是最短的5号水道，基本上是平直的.深水水道长度与弯曲度有较好的对应关系，长的水道一般弯曲度大.

我们对各个水道做横截面分析，横截面测线位置见图1，1-5号水道的横截面分析结果见图3—7.各水道典型横截面的参数宽度、谷底水深、水道高差(堤岸水深与谷底水深差)、北坡/西坡倾角、南坡/东坡倾角等见表2.

表2 水道典型横截面参数

图3 南海西南部1号深水水道横剖面Fig.3 Cross sections of No.1 channel in SW South China Sea

图4 南海西南部2号深水水道横剖面Fig.4 Cross sections of No.2 channel in SW South China Sea

图5 南海西南部3号深水水道横剖面Fig.5 Cross sections of No.3 channel in SW South China Sea

图6 南海西南部4号深水水道横剖面Fig.6 Cross sections of No.4 channel in SW South China Sea

图7 南海西南部5号深水水道横剖面Fig.7 Cross sections of No.5 channel in SW South China Sea

图3显示通过1号水道的4个横剖面，总的来说是北坡陡，南坡缓，除了第一个横剖面外，其他3个横剖面显示出1号水道为“V”形水道.图4显示通过2号水道的4个横剖面，总体而言北坡缓，南坡陡，除了第4个横剖面外，其他3个横剖面显示出2号水道为“U”形水道.图5显示通过3号水道的4个横剖面，具有北坡陡，南坡缓的特征，4个横剖面均显示出3号水道为“U”形水道.图6显示通过4号水道的8个横剖面，有些剖面是南坡陡，有些剖面是北坡陡，8个横剖面显示出4号水道为“U”形水道.图7显示通过5号水道的5个横剖面，总体而言北坡与南坡坡度相近，除了第2个横剖面外，其他4个横剖面显示出5号水道为“V”形水道.

水道横截面形状“V”形还是“U”形与水道长度也有较好的对应关系，较短的1号和5号水道为“V”形水道，较长的2、3、4号水道为“U”水道.

通过这些水道有7条地震剖面(L1-L7)，地震剖面位置见图1，其中L1，L5，L6，L7地震剖面见图8.图8a为L1剖面，近东西向通过了1-4号水道.由于3号水道在该区有两个大弯曲，L1地震剖面通过3号水道3次.地震剖面显示，各个水道的堤岸发育，重力流/浊流形成的侵蚀与沉积作用并存，造成水道轴部下切侵蚀、堤岸堆积的面貌.3号水道下方对应一个基底隆起.深部的构造作用对浅部水道初始位置的厘定可能有控制作用.

图8b为L5地震剖面，北西-南东向通过了2号、4号两条较长的水道.2号水道紧靠西北侧的海山，水道呈现出上凸的形态、透镜状的沉积结构，说明该段水道沉积作用占主导.4号水道处的结构指示水道仍显现侵蚀作用，水道正下方反射不连续，堤岸段较平，下方为近水平较连续反射层.2号水道和4号水道的中间部位下方有隆起构造发育，顶部离海底近 0.2s.

图8 地震剖面(a) L1测线；(b) L5测线；(c) L6测线；(d) L7测线.Fig.8 Seismic profiles(a) Line L1;(b) Line L5;(c) Line L6;(d) Line L7.

图8c为L6地震剖面，东西向通过了2号、4号两条较长的水道.2号水道紧靠西北侧的海山，水道段呈现出上凸的形态，该处的沉积比东侧的厚，说明沉积作用占主导.4号水道下方杂乱反射区较小，下面就是一个强反射和上凸的构造.

图8d为L7地震剖面，南北向通过了4号水道.与L6剖面相似，地震剖面质量较高.由于水道高度弯曲，L7地震剖面穿过4号水道5次，长达10 km的区域离海底小于0.2 s处有一近水平的强反射发育，下方为明显的两个基底凸起，基底凸起上方为振幅较弱的成层反射层.该较弱反射层也呈现出两个上隆的结构，与上方的水道对应.4e处可见明显的南倾断层发育.

总的来说，水道的下方基底呈现隆起结构，深部对水道的发育有控制作用.

4 讨论与结论

根据海底地形资料，我们在南海西南部发现深海底存在5条巨型水道，水道走向NEE-NE，长度大于350 km的有2条，宽度最大达2 km，切割深度最大达150 m.水道西南端位于万安盆地，发源于陆架坡折带，水道蜿蜒弯曲，经南沙群岛西北部，直达西南次海盆.南海西南部深海盆西部发育较多海底火山，这些水道绕着海底火山向东北延伸.地形图上所见到的水道从水深350～3750 m，更浅的部分因没有资料无法确定，更深的部分则可能由于分辨率的问题也没有明显的信息，但尚有迹象表明这些水道在更深的海区也有一定的延伸.

南海西南部发育5条大型深水水道，较长的3条呈现出高弯曲度特征、截面成U形，较短的2条弯曲度低，截面成V形.这些水道的坡度由西向东逐渐减小，近端以侵蚀作用主导，远端以沉积作用主导.这些水道的发育与重力流作用密切有关，这些水道的深部对应基底隆起区，说明深部作用对浅部地形地貌的重要控制作用.南海西南部大型弯曲水道的发现对南海深海沉积搬运研究具有重要科学意义，也为南海深水油气勘探提供水道-天然堤沉积的典型解剖实例，值得进一步研究.

致谢 感谢两位审者提出建设性意见，提升了论文的质量.

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(本文编辑 汪海英)

Study of deep water channels in SW South China Sea based on multi-beam bathymetric and multi-channel reflection seismic data

GUAN Yong-Xian1,YANG Sheng-Xiong1,SONG Hai-Bin2*,LIU Sheng-Xuan1,CHEN Jiang-Xin3

1 Key Laboratory of Marine Mineral Resources,Ministry of Land and Resources,Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760，China2 State Key Laboratory of Marine Geology,School of Ocean and Earth Science,Tongji University,Shanghai 200092,China3 Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology,Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology,China Geological Survey,Qingdao 266071,China

We found 5 deep water channels on the SW slope of South China Sea(SCS) by high-resolution multi-beam bathymetric data and multi-channel seismic data.These channels are divided into two types,the first and fifth channels are straighter with the characteristics of short extension,V-shaped on cross section,low sinuosity,indication of erosion dominance.The second,third and fourth channels are sinuous with the characteristics of long extension,U-shaped on cross section,high sinuosity,indication of erosion and deposition together.These channels trend NEE-NE,with the largest width of 2 km or so and incision depth of 150m or so.There are two channels with the length larger than 350 km.Gravity flow may cause the formation of these channels,which can transfer terrigenous sediments from terrestrial river or continental shelf rivers into SW sub-basin of SCS.Levees develop along these channels.In the lower reaches,the thalweg of the second channel is obviously higher than surrounding seafloor,showing that channel-levee sediment is transformed to lobes sediment.The deep parts below these channels show basement highs,which suggests that later activity of deep structure controls the plane situation of these channels.Both gravity flow and deep tectonic activity control the formation and evolution of the deep water channels in SW SCS.The finding of these large sinuous channels in SW SCS is important for deep water sediment system studies,which can provide the classic cases of the channel-levee sediments.It is useful for deep water petroleum exploration and needs further researches.

SW South China Sea;Deep water channel;Multi-beam;Multi-channel seismic;Deep water sediments

关永贤,杨胜雄,宋海斌等.2016.南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究.地球物理学报，59(11):4153-4161,

10.6038/cjg20161118.

Guan Y X,Yang S X,Song H B,et al.2016.Study of deep water channels in SW South China Sea based on multi-beam bathymetric and multi-channel reflection seismic data.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(11):4153-4161,doi:10.6038/cjg20161118.

国家自然科学基金(41576047)与国家自然科学基金重大计划重点项目(91128205)资助.

关永贤,男，1968年生，教授级高工，主要从事海洋测绘与海洋地球物理研究.E-mail：smest2004@163.com

*通讯作者 宋海斌，男，1968年生，教授，主要从事海洋地球物理与地震海洋学研究.E-mail：hbsong@tongji.edu.cn

10.6038/cjg20161118

P631

2015-01-19，2016-09-13收修定稿