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天然气水合物体系动态演化研究_海底滑坡

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天然气 水合物 体系 动态 演化 研究 海底 滑坡
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天 然 气 水 合 物 体 系 动 态 演 化 研 究 ( Ⅱ ) :海 底 滑 坡宋 海 斌(中 国 科 学 院 地 质 与 地 球 物 理 研 究 所 ,北 京 100029)摘   要   天 然 气 水 合 物 被 认 为 是 大 陆 边 缘 沉 积 物 强 度 变 弱 的 一 个 因 子 ,从 而 能 解 释 大 陆 边 缘 海 底 滑 坡 的 一 些 观 测 现象 . 天 然 气 水 合 物 的 形 成 使 沉 积 物 强 度 增 加 ,而 其 分 解 则 使 沉 积 物 强 度 变 弱 . 虽 然 无 法 直 接 观 测 沉 积 物 中 天 然 气 水 合物 的 活 动 过 程 与 相 应 的 海 底 滑 坡 ,大 量 的 背 景 资 料 表 明 ,天 然 气 水 合 物 崩 解 常 常 有 助 于 触 发 海 底 沉 积 物 块 体 的 运 动 ,大 型 滑 塌 可 以 释 放 大 量 的 固 态 天 然 气 水 合 物 ,水 合 物 在 水 柱 中 上 浮 . 大 块 天 然 气 水 合 物 可 以 在 分 解 前 到 达 海 洋的 上 部 层 ,一 些 甲 烷 可 以 直 接 进 入 大 气 中 . 本 文 综 述 与 天 然 气 水 合 物 体 系 演 化 有 关 的 海 底 滑 坡 的 研 究 现 状 词   天 然 气 水 合 物 体 系 ,动 态 演 化 ,海 底 滑 坡 ,沉 积 物 强 度 ,地 质 灾 害中 图 分 类 号           文 献 标 识 码   A           文 章 编 号   100422903 (2003) 0320503209on of Ⅱ ) : 00029 , is to be a in in of on of of of in of to a of to on of in of of of be on be 日 期   2003202210 ;   修 回 日 期   项 目   中 国 科 学 院 全 国 优 秀 博 士 学 位 论 文 专 项 资 金 、 中 国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 项 目 ( 、 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目( 简 介   宋 海 斌 ,男 ,1968 年 生 ,浙 江 绍 兴 人 ,博 士 ,副 研 究 员 ,主 要 从 事 海 洋 地 球 物 理 研 究 引     言天 然 气 水 合 物 储 藏 库 的 排 气 与 全 球 气 候 是 否 有关 系 ? 两 者 的 关 系 怎 么 样 ? 科 学 家 们 对 这 些 问 题 进行 了 激 烈 的 讨 论 [1 ,2 ] . 基 于 一 些 假 设 ,已 经 提 出 了 相应 的 模 式 . 这 些 假 设 包 括 :甲 烷 水 合 物 沉 积 的 总 量 是巨 大 的 ,甲 烷 水 合 物 沉 积 的 稳 定 性 易 受 温 压 变 化 而变 动 ,足 够 的 甲 烷 可 以 从 这 些 沉 积 中 释 放 ,足 量 的 同位 素 较 轻 的 温 室 气 体 改 变 了 海 洋 或 大 气 甲 烷 储 库 中的 组 分 ,存 在 甲 烷 从 深 部 地 质 储 藏 库 输 运 到 海 洋 和 /或 大 气 中 的 机 制 . 应 该 指 出 ,甲 烷 碳 从 天 然 气 水 合 物输 运 到 海 洋 和 大 气 的 机 制 研 究 是 非 常 关 键 的 ,而 海底 滑 坡 代 表 着 这 种 输 运 的 一 种 可 能 机 制 [2 ] . 海 底 滑坡 可 以 产 生 巨 大 的 浊 流 ,可 以 运 移 大 量 的 沉 积 物 到深 海 平 原 . 滑 坡 可 以 引 发 海 啸 ,也 可 能 释 放 大 量 的 甲烷 到 大 气 中 滑 坡 是 一 种 重 要 的 地 质 灾 害 [3 ] . 1929 年 11月 18 日 , 震 触 发 了 20 海 底 滑坡 ,有 27 人 在 该 事 件 中 死 亡 . 滑 坡 形 成 了 浊 积 沉 积物 流 ,把 200 碎 屑 带 入 深 水 中 . 跨 大 西 洋 的 海底 电 报 电 缆 被 切 断 ,造 成 了 经 济 损 失 . 一 系 列 电 缆 被切 断 的 时 间 序 列 分 析 表 明 ,浊 流 的 速 度 高 达 65 k. 8 卷   第 3 期                         地   球   物   理   学   进   展                         18   32003 年 9 月 (503~ 511)                                             2003h. 1979 年 场 岸 外 的 一 次 0. 15 坡 造 成海 啸 ,也 使 11 人 死 亡 . 海 底 滑 坡 灾 害 涉 及 从 对 海 底光 纤 电 缆 与 管 道 的 严 重 破 坏 到 大 型 海 啸 或 滑 坡 本 身的 破 坏 . 在 接 近 人 口 密 集 地 区 的 小 型 滑 坡 可 能 是 特别 危 险 的 ,接 近 三 角 洲 的 城 市 (如 温 哥 华 ) 是 特 别 危险 的 . 虽 然 大 型 滑 坡 是 稀 少 的 ,但 海 啸 可 以 远 距 离 产生 的 危 险 可 能 是 普 遍 的 最 详 细 的 海 底 滑 坡 是 坡 系 ,三 个滑 坡 的 巨 大 的 谷 头 陡 壁 (长 约 300 大 致沿 挪 威 岸 外 的 陆 架 边 缘 分 布 [4 ] . 450 m 厚 的 碎 屑 展 布至 3. 6 的 深 海 海 底 ,延 伸 800 1) . 第 一 次大 型 滑 坡 发 生 于 30 000~ 50 000 a 前 ,滑 坡 体 积 可 以覆 盖 积 一 个 头 的 高 度 ,遗 留 下 的 滑 坡 涯 比 得 多 . 第 二 次 滑 坡 发 生 于 6 000~ 8 000前 ,两 个 达 10 × 30 板 片 沿 着 陆 坡 向 下 滑 移 200在 苏 格 兰 海 岸 ,这 次 滑 坡 形 成 的 海 啸 堆 积 在 高 水位 标 记 上 方 达 4 m 处 次 坡 的 滑 移 面 的 深 度 与 滑 坡 涯边 缘 切 穿 沉 积 层 反 射 的 似 海 底 反 射 层 、 天 然 气 水 合物 底 界 的 深 度 一 致 . 美 国 东 海 岸 外 边 缘 末次 冰 期 的 坡 留 下 了 50 的 断 涯 ,与下 伏 的 天 然 气 水 合 物 区 有 关 [5 ] 边 缘 存 在 大 量 海 底 滑 坡 留 下 的 断 涯 . 这 些断 涯 的 规 模 和 形 状 指 示 在 这 些 滑 坡 事 件 中 被 搬 移 的大 量 物 质 可 能 有 数 十 甚 至 数 千 立 方 公 里 . 许 多 学 者尝 试 把 大 陆 边 缘 一 些 大 型 滑 坡 与 天 然 气 水 合 物 分 解失 稳 联 系 起 来 (图 2) [3 ,6 — 9 ] . 这 一 推 断 常 常 基 于 这 样一 种 观 测 ,在 滑 坡 涯 邻 近 地 区 的 沉 积 物 中 出 现 似 海底 反 射 层 , 常 是 作 为 天 然 气 水 合 物 存 在 的 唯一 可 获 得 的 “ 遥 测 ” 标 志 . 这 一 观 测 清 晰 地 说 明 许 多滑 坡 事 件 涉 及 的 沉 积 物 原 先 是 含 有 天 然 气 水 合 物的 . 天 然 气 水 合 物 分 解 是 否 使 大 陆 边 缘 沉 积 物 强 度变 弱 ? 受 影 响 的 滑 坡 物 质 中 天 然 气 水 合 物 所 含 甲 烷的 命 运 如 何 ? 这 些 问 题 是 必 须 考 虑 的 气 水 合 物 被 认 为 是 大 陆 边 缘 沉 积 物 强 度 变弱 的 一 个 因 子 ,从 而 能 解 释 大 陆 边 缘 沉 积 失 稳 的 一些 观 测 现 象 . 天 然 气 水 合 物 的 形 成 使 沉 积 物 强 度 增加 ,而 其 分 解 则 使 沉 积 物 强 度 变 弱 . 强 度 变 弱 的 沉 积物 形 成 一 个 特 殊 的 地 层 ,沿 该 层 段 容 易 发 生 沉 积 破坏 . 陆 坡 破 坏 与 天 然 气 水 合 物 分 解 的 因 果 关 系 并 没有 被 证 实 ,但 许 多 观 测 支 持 它 们 间 可 能 存 在 联 系 . 本文 综 述 有 关 海 底 滑 坡 与 天 然 气 水 合 物 分 解 的 研 究 现状 ,为 天 然 气 水 合 物 体 系 动 态 演 化 研 究 提 供 基 础 滑 坡 的 原 因当 作 用 于 沉 积 物 的 应 力 超 过 沉 积 物 强 度 时 ,陆地 与 海 底 的 滑 坡 均 可 以 发 生 . 滑 坡 常 常 是 多 种 因 素综 合 影 响 的 结 果 . 使 沉 积 物 强 度 变 弱 的 比 较 重 要 的过 程 与 沉 积 物 外 部 的 一 些 因 素 有 关 . 这 些 因 素 包 括持 续 陆 坡 沉 积 引 起 陆 坡 过 陡 、 构 造 变 化 侵 蚀 下 切 . 地震 、 波 浪 运 动 (等 其 他 的 一 些 外 部 事 件则 作 为 瞬 时 触 发 机 制 . 当 巨 大 的 不 稳 定 的 沉 积 物 累积 时 ,海 底 滑 坡 就 会 发 生 气 水 合 物 形 成 与 分 解 过 程 或 其 他 的 一 些 因素 引 起 沉 积 物 内 在 发 生 变 化 ,影 响 了 沉 积 物 的 强 度 期 成 岩 作 用 有 关 的 一 些 过 程 大 多 数 增 加 沉 积 物强 度 ,而 另 外 一 些 则 使 沉 积 物 强 度 变 弱 . 特 别 是 ,内部 孔 隙 压 力 的 增 加 、 沉 积 物 孔 隙 度 增 加 和 气 泡 的 形成 会 降 低 陆 坡 的 稳 定 性 些 情 形 下 ,甲 烷 水 合 物 沉 积 对 引 起 海 底 滑坡 起 作 用 . 沉 积 物 中 有 机 质 的 腐 败 产 生 天 然 气 ,增 加了 孔 隙 压 力 ,降 低 了 沉 积 物 强 度 . 在 外 部 的 压 力 和 温度 条 件 下 ,甲 烷 水 合 物 在 陆 坡 的 上 部 沉 积 物 中 生 长 ,而 在 下 方 ,游 离 气 在 沉 积 物 中 聚 集 . 天 然 气 水 合 物 层的 底 界 可 以 用 反 射 地 震 学 方 法 识 别 ,为 一 似 海 底 反射 层 ,该 反 射 层 通 常 与 沉 积 层 反 射 横 切 . 在 冰 期 ,海平 面 下 降 引 起 沉 积 物 压 力 下 降 ,导 致 下 部 水 合 物 层分 解 ,释 放 游 离 气 ,游 离 气 圈 闭 于 沉 积 物 中 . 可 能 是一 次 小 地 震 、 洪 水 带 来 新 的 沉 积 物 或 者 甚 至 是 大 风暴 触 发 了 海 底 滑 坡 . 但 一 旦 块 体 运 动 开 始 ,水 合 物 下方 沉 积 物 中 的 天 然 气 藏 可 能 崩 解 . [7 ]推 测水 合 物 分 解 介 入 了 他 们 发 现 的 巨 大 浊 积 岩 的 形 成 过程 中 ,大 多 数 大 型 滑 坡 实 际 上 是 似 乎 与 水 合 物 失 稳有 关 沉 积 物 中 天 然 气 水 合 物 形 成 与 分 解 的 效应2. 1   沉 积 物 强 度 的 变 化天 然 气 水 合 物 的 形 成 与 分 解 会 对 海 洋 沉 积 物 力学 性 质 产 生 很 大 的 影 响 . 甲 烷 水 合 物 的 形 成 会 提 取孔 隙 中 的 水 和 甲 烷 . 孔 隙 中 被 提 取 的 流 体 水 和 溶 解甲 烷 (在 一 些 情 况 下 为 气 态 )转 变 为 固 态 的 甲 烷 水 合物 . 固 态 天 然 气 水 合 物 替 换 液 态 水 会 增 加 沉 积 物 的强 度 ,同 时 也 会 使 孔 隙 度 和 渗 透 率 降 低 . 大 陆 边 缘 沉积 物 中 天 然 气 水 合 物 的 形 成 与 冻 土 带 冰 的 形 成 效 应相 似 ,当 天 然 气 水 合 物 不 稳 定 时 ,会 分 解 形 成 水405                                  地   球   物   理   学   进   展                           18 卷和 天 然 气 . 固 态 物 质 转 变 成 液 体 (也 可 能 是 游 离 气 )会 降 低 沉 积 物 的 剪 切 强 度 ,使 沉 积 物 容 易 被 破 坏 . 如果 天 然 气 水 合 物 分 解 释 放 的 天 然 气 超 出 了 气 体 饱 和度 ,会 产 生 气 泡 ,从 而 进 一 步 降 低 了 沉 积 物 强 度 气 水 合 物 分 解 过 程 也 会 影 响 沉 积 物 的 孔 隙压 力 [10 ] . 当 沉 积 物 的 孔 隙 水 已 经 饱 和 甲 烷 时 ,甲 烷水 合 物 的 继 续 分 解 会 使 释 放 到 孔 隙 中 水 和 气 体 体 积超 过 原 先 天 然 气 水 合 物 占 有 的 体 积 . 当 沉 积 物 是 在较 好 封 闭 环 境 下 ,压 力 会 增 加 . 而 当 容 许 通 过 流 体 流动 释 放 压 力 时 体 积 就 会 增 加 . 因 此 ,当 存 在 低 渗 透 的沉 积 层 时 ,天 然 气 水 合 物 分 解 会 导 致 压 力 超 过 静 水压 力 ,形 成 超 压 . 孔 隙 压 力 的 增 加 、 沉 积 物 体 积 的 膨胀 与 气 泡 的 发 育 都 可 能 使 沉 积 物 强 度 变 弱   海 底 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 分 布 即 分 解 前 后 体 积 对 比 [9 ]3   of ]2. 2   不 同 海 底 深 度 与 天 然 气 水 合 物 有 关 的 变 形天 然 气 水 合 物 改 变 沉 积 物 力 学 性 质 的 效 应 在 不同 海 底 深 度 情 形 下 并 不 相 同 . 很 明 显 ,合 适 的 温 压 条件 和 天 然 气 的 存 在 是 天 然 气 水 合 物 存 在 的 必 要 条件 . 天 然 气 水 合 物 在 大 陆 边 缘 沉 积 物 中 的 稳 定 区 可看 作 是 一 个 向 海 增 厚 的 楔 状 体 . 该 楔 状 体 上 陆 坡 有一 个 明 显 的 界 限 . 对 于 中 低 纬 度 地 区 的 水 体 温 度 结构 ,甲 烷 水 合 物 稳 定 带 的 上 限 对 应 于 海 底 深 度 500~700 m. 大 于 该 水 深 ,甲 烷 水 合 物 在 海 底 是 稳 定 的 ,稳定 带 的 厚 度 随 着 水 深 增 加 而 增 加 . 但 是 ,当 有 少 量 其他 的 天 然 气 (例 如 乙 烷 、 丙 烷 、 硫 化 氢 、 二 氧 化 碳 等 )从 深 处 运 移 上 来 时 ,水 合 物 形 成 的 上 限 深 度 会 有 较大 程 度 的 变 浅 . 这 种 化 学 条 件 驱 动 的 天 然 气 水 合 物存 在 带 的 变 浅 与 已 知 油 气 区 如 墨 西 哥 湾 有 关 气 水 合 物 存 在 带 上 限 附 近 的 沉 积 物 最 易 被天 然 气 水 合 物 分 解 的 效 应 影 响 . 这 些 地 区 的 天 然 气水 合 物 对 短 期 的 底 水 温 度 热 扰 动 很 灵 敏 ,因 此 ,更 可能 经 历 反 复 的 幕 式 的 天 然 气 水 合 物 形 成 与 分 解 . 但是 ,当 水 深 增 加 时 ,天 然 气 水 合 物 相 边 界 上 方 的 沉 积物 厚 度 也 相 应 增 加 . 沉 积 物 中 温 度 变 化 的 传 递 主 要通 过 热 传 导 的 方 式 进 行 ,这 需 要 几 千 年 的 时 间 才 能把 海 底 温 度 变 化 事 件 传 递 到 沉 积 层 深 部 ,从 而 改 变相 边 界 的 位 置 . 瞬 时 的 热 事 件 由 于 增 加 的 水 深 而 受到 阻 碍 或 消 除 气 水 合 物 稳 定 场 上 限 附 近 的 沉 积 物 作 为 海底 的 露 头 ,也 最 可 能 因 天 然 气 水 合 物 分 解 造 成 孔 隙压 力 的 最 大 变 化 . 这 是 因 为 压 力 控 制 了 天 然 气 水 合物 分 解 产 生 的 气 体 的 相 对 体 积 (图 3) . 例 如 ,美 国 大西 洋 边 缘 水 深 650 m ,接 近 天 然 气 水 合 物 相 边 界 与 海底 温 度 的 交 界 深 度 ,该 深 度 天 然 气 水 合 物 转 变 为 气泡 和 水 时 ,体 积 为 2. 84 倍 . 当 天 然 气 水 合 物 在 海 面下 4 分 解 时 ,体 积 增 加 为 1. 16 倍 天 然 气 水 合 物 分 解 是 引 起 陆 坡 失 稳 的 重 要因 子 , 预 测 [9 ] ,沉 积 破 坏 会 集 中 在 水 合 物 稳定 带 上 限 附 近 的 海 底 沉 积 物 . (1) 在 更 浅 的 深 度 ,既没 有 天 然 气 水 合 物 也 不 会 有 天 然 气 水 合 物 诱 发 的 变形 发 生 . (2)天 然 气 水 合 物 相 边 界 与 海 底 温 度 曲 线 交界 处 的 海 底 深 度 附 近 或 稍 深 地 区 的 沉 积 物 可 能 经 历了 多 数 天 然 气 水 合 物 生 长 和 分 解 事 件 ,因 为 它 们 对海 底 温 度 变 化 最 灵 敏 . (3)与 天 然 气 水 合 物 分 解 相 关的 体 积 增 加 ,沿 天 然 气 水 合 物 存 在 区 浅 水 上 限 方 向上 升 海 底 滑 坡 与 天 然 气 水 合 物 的 关 系3. 1   海 底 滑 坡 涯 与 已 知 天 然 气 水 合 物 分 布 区 的 一致 性海 底 滑 坡 后 留 下 的 断 涯 在 地 震 剖 面 、 长 距 离 旁侧 声 纳 图 像 和 / 或 多 波 束 水 深 资 料 上 容 易 识 别 . 这 些断 涯 是 大 陆 边 缘 非 常 常 见 的 地 貌 特 征 [11 ] . 许 多 海 底滑 坡 比 最 大 的 陆 地 滑 坡 大 得 多 的 资 料 给 出 了 大 陆 边 缘 沉 积 破 坏 的 分 布 和规 模 ,但 这 些 地 球 物 理 数 据 并 不 能 直 接 揭 示 滑 坡 的起 因 . 另 外 ,有 好 多 因 素 决 定 调 查 滑 坡 成 因 是 有 难 度的 . 大 多 数 已 知 的 滑 坡 涯 并 不 很 新 ,滑 坡 发 生 后 又 有了 很 大 的 环 境 条 件 的 变 化 . 产 生 局 部 强 度 变 弱 的 特定 条 件 常 常 被 滑 坡 事 件 所 消 除 . 也 很 难 了 解 在 滑 动5053 期                     宋 海 斌 :天 然 气 水 合 物 体 系 动 态 演 化 研 究 ( Ⅱ ) :海 底 滑 坡                  体 侧 翼 留 下 的 沉 积 物 是 否 可 以 与 滑 坡 沉 积 段 比 拟 深 海 调 查 通 常 受 限 制 而 且 非 常 昂 贵 ,很 难 对 滑坡 涯 进 行 详 细 的 调 查 . 但 是 ,滑 坡 涯 分 布 的 总 体 形 态提 供 了 一 些 地 理 背 景 ,从 而 可 以 评 估 天 然 气 水 合 物在 滑 坡 形 成 方 面 的 潜 在 作 用 学 者 都 尝 试 把 大 陆 边 缘 的 大 型 滑 坡 与 天 然气 水 合 物 崩 解 造 成 的 不 稳 定 联 系 起 来 [3 ,6 — 8 ] . 这 种 推断 通 常 基 于 似 海 底 反 射 层 (通 常 是 唯 一 的 天 然 气 水合 物 存 在 的 “ 遥 测 ” 指 标 ) 在 滑 坡 涯 周 围 存 在 的 观 测结 果 地 描 述 滑 坡 涯 与 推 断 的 天 然 气 水 合 物 分 布区 一 致 的 地 区 是 美 国 大 西 洋 大 陆 边 缘 . 这 里 ,圈 定 了200 多 个 滑 坡 涯 . 圈 定 的 大 量 的 滑 坡 涯 有 益 于 分 析 它们 的 空 间 分 布 特 征 . 密 集 的 测 绘 工 作 也 表 明 整 个 大 陆 边 缘 断 断 续 续 地 分 布 ,意 味 着 天 然 气 水 合物 在 这 些 沉 积 物 中 是 常 见 的 . 美 国 大 西 洋 大 陆 边 缘的 资 料 表 明 ,滑 坡 涯 并 不 是 随 机 地 分 布 的 ,与 陡 坡 也没 有 很 密 切 的 关 系 . 而 且 ,大 多 数 滑 坡 涯 分 布 在 天 然气 水 合 物 稳 定 带 上 限 附 近 . 实 际 上 ,绝 大 多 数 滑 坡 涯的 谷 头 陡 壁 出 现 在 500~ 700 m 深 度 范 围 内 . 因 此 ,如 果 天 然 气 水 合 物 分 解 在 引 起 海 底 滑 坡 方 面 有 重 要意 义 ,天 然 气 水 合 物 分 解 的 预 测 发 生 区 与 观 测 到 的滑 坡 涯 分 布 是 一 致 的 2   巨 型 海 底 滑 坡美 国 大 西 洋 大 陆 边 缘 最 大 的 滑 坡 是 . 地 震 反 射 剖 面 显 示 有 许 多 犁 式 正 断 层 ,这 些 正断 层 的 底 面 在 滑 坡 体 谷 头 陡 壁 附 近 接 近 深度 ,也 在 滑 坡 体 的 底 面 下 方 . 在 滑 坡 涯 的 边 缘 , ,而 在 其 中 心 部 位 , 失 了 ,那 里 有 明 显 的气 体 逃 逸 现 象 [12 ] . 这 意 味 着 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底界 与 沉 积 物 中 薄 弱 与 破 坏 带 对 应 . 但 是 ,在 该 滑 坡处 ,天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 并 不 和 主 要 滑 坡 界 面吻 合 最 大 的 海 底 滑 坡 是 挪 威 大 陆 边 缘 的 坡 . 坡 有 290 的 谷 头 陡 壁 断 涯 ,向 下 陆 坡 延 伸 愈 800 运 移 了 5 000 物 质 的 滑 坡 涯 代 表 着 至 少 3 次 滑 坡 事 件 [13 ] . 最 大 的两 次 发 生 于 晚 更 新 世 . 最 小 的 ,但 是 最 近 发 生 的 事 件发 生 于 距 今 7 200 a ,与 冲 刷 挪 威 海 岸 的 11 m 高 的 海啸 有 关 [14 ] . 与 许 多 大 陆 边 缘 的 大 型 滑 坡 涯 相 似 , 坡 的 侧 翼 的 沉 积 物 中 存 在 这 一 例 子 中 ,滑 坡 的 底 面 与 侧 翼 深 度 一 致 ,表 明 破 坏 面 与滑 坡 发 生 前 的 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 一 致 3   巨 型 浊 积 岩很 大 体 积 的 浊 积 物 ,称 为 巨 型 浊 积 岩 或 巨 型 海底 层 ,是 指 与 灾 难 性 的 海 底 滑 坡 有 关 ,从 大 陆 边 缘 输运 至 深 海 中 的 大 量 沉 积 物 . 这 么 大 的 沉 积 破 坏 能 产生 海 啸 ,下 伏 天 然 气 水 合 物 的 块 体 中 会 有 大 量 温 室甲 烷 气 体 的 释 放 . 巨 型 浊 积 岩 事 件 可 能 由 地 震 活 动触 发 ,也 可 能 是 海 平 面 降 低 引 起 静 水 压 力 降 低 导 致的 天 然 气 水 合 物 分 解 释 放 天 然 气 本 身 触 发 的 [14 ,15 ] 滑 坡 可 以 产 生 高 密 度 的 含 沉 积 物 紊 流 ,沿 着 陆坡 向 下 运 动 ,在 深 海 平 原 堆 积 浊 积 岩 (图 4) . 浊 积 序列 可 以 给 出 高 分 辨 率 的 古 环 境 记 录 , [7 ]报道 了 这 样 一 次 记 录 的 发 现 . 他 们 发 现 在 西 地 中 海 深海 海 底 8~ 10 m 厚 的 巨 大 浊 积 岩 关 于 海 平 面 变 化 的 重 要 作 用 的 结 论 是 有 条件 的 ,原 因 是 缺 乏 浊 积 物 置 位 的 绝 对 年 龄 值 . [7 ]用 加 速 质 谱 放 射 性 测 年 对 5 个 离 开 较 远 的岩 芯 进 行 测 年 ,以 约 束 西 地 中 海 地 大 型(500 浊 积 地 层 的 置 位 时 间 . 在 过 去 的 100 这 一 浊 积 岩 规 模 是 异 常 的 ,代 表 着 地一 次 主 要 的 沉 积 事 件 . 500 体 积 沉 积 足 以 使 部 洼 地 覆 盖 满 泥 沙 . 冰 川 覆 盖 的 欧 洲 的 一 条大 河 的 向 海 方 向 的 陆 坡 上 发 生 的 海 底 滑 坡 提 供 了 这些 物 质 . 22 000 a 前 冰 期 发 生 时 ,陆 地 上 冰 川 堆 积 使海 平 面 有 较 大 程 度 地 降 低 . 该 事 件 可 能 首 先 是 激 烈的 、 巨 大 的 海 底 流 ,然 后 是 巨 大 的 波 浪 冲 击 地 中 海 海滨 . 没 有 识 别 出 沉 积 物 的 来 源 地 . 但 有 可能 最 终 来 自 阿 尔 卑 斯 或 者 是 比 利 牛 斯 山 脉 的 冰 川 碎屑 ? 是 否 一 些 碎 块 是 马 特 豪 恩 峰 在 地 中 海 海 底 砍 凿出 来 的 呢 ? [7 ]的 数 据 表 明 巨 型 海 底 层 的 置 位 是在 距 今 22000 日 历 年 前 ,这 个 时 间 也 对 应 着 末 次 盛冰 期 海 平 面 最 低 的 时 间 段 . 虽 然 并 不 能 被 排 除 如 地震 等 其 他 的 触 发 机 制 ,这 些 年 龄 值 意 味 着 低 海 平 面水 合 物 失 稳 引 起 浊 积 层 置 位 海 底 层 的 置 位 时 间 的 估 计 值 非 常 接 近 末 次盛 冰 期 的 时 间 ,也 对 应 着 海 平 面 极 低 的 时 间 段 . 末 次盛 冰 期 通 常 指 18 P 前 [16 ] ,那 时 海 平 面 与 现 今 相比 低 120 m ,是 过 去 130 最 低 的 . 如 同 7 ]的 估 计 , 18 估 计 值 大 多 基 于 放射 性 测 年 ,而 15~ 20 P 的 放 射 性 测 年 的 误 差 为3. 0~ 3. 5 根 据 放 射 性 定 年 与 日 历 年 的 关 系 ,巨 型海 底 层 置 位 的 18 840 a 放 射 性 年 龄 对 应 22 000 日 历年 . 这 是 巨 型 海 底 层 置 位 最 好 的 绝 对 年 龄 估 计 值 . 这包 含 了 对 海 洋 表 层 混 合 层 400 放 射 性 年 的 校 正 ,也似 乎 适 用 于 西 地 中 海 地 区 . 结 论 是 低 海 平 面 有 益 于605                                  地   球   物   理   学   进   展                           18 卷出 露 的 陆 架 和 / 或 上 陆 坡 沉 积 物 出 现 滑 坡 2 000 a 大 冰 盖 发 育 、 最 低 海 平 面 的 时间 里 ,世 界 上 天 然 气 水 合 物 带 变 得 不 稳 定 了 . 因 为 水合 物 稳 定 带 取 决 于 压 力 和 温 度 [6 ,15 ] ,在 最 低 海 平 面时 水 合 物 是 最 不 稳 定 的 . 这 种 不 稳 定 有 助 于 触 发 大规 模 海 底 滑 坡 [6 ,15 ] . 在 西 地 中 海 ,水 合 物 形 成 的 物 理条 件 是 存 在 的 ,但 是 该 边 缘 尽 管 有 很 很 好 的 地 震 调查 覆 盖 ,还 没 有 报 道 有 似 海 底 反 射 层 、 天 然 气 水 合 物存 在 [17 ] . 地 中 海 西 北 边 缘 的 可 能 的 水 合 物 似 海 底 反射 层 的 深 度 较 浅 (0~ 100 m) [17 ] ,早 先 的 块 体 滑 移 可能 导 致 天 然 气 的 释 . 水 合 物 分 解 释 放 甲 烷 对 一 些 大型 滑 坡 如 挪 威 岸 外 的 坡 的 触 发 有 作 用 ,那里 地 震 活 动 可 能 开 始 了 滑 坡 ,而 来 自 水 合 物 的 气 体逃 逸 可 能 促 进 沉 积 物 活 动 [13 ,18 ] . 地 中 海 北 部 的 地 震活 动 是 有 限 的 ,但 是 部 地 区 在历 史 上 有 多 次 地 震 活 动 . 许 多 地 震 的 震 中 在 大 陆 边缘 处 或 邻 近 地 区 ,与 欧 洲 与 非 洲 板 块 汇 聚 有 关 的 压应 力 下 老 的 拉 张 和 走 滑 构 造 的 复 活 有 关 . 大 陆 边 缘或 扇 体 沉 积 的 灾 难 性 失 稳 可 能 是 增 加 的 沉 积 供 给 速率 、 长 期 的 堆 积 后 ,水 合 物 分 解 释 放 和 / 或 地 震 活 动引 起 的 4   海 平 面 与 滑 塌 的 关 系与 海 平 面 变 动 相 关 的 静 水 压 力 变 化 会 影 响 大 陆边 缘 天 然 气 水 合 物 的 稳 定 性 . 低 海 平 面 引 起 海 底 压力 降 低 ,从 而 导 致 沉 积 物 中 天 然 气 水 合 物 相 边 界 上移 . 这 又 进 而 引 起 天 然 气 水 合 物 分 解 ,也 肯 定 增 加 了大 陆 边 缘 滑 塌 事 件 发 生 的 频 率 [6 ] 新 世 全 球 气 候 变 化 已 有 很 好 的 了 解 . 在 18000 a 前 的 末 次 盛 冰 期 ,海 平 面 比 现 今 海 平 面 低 天 然 气 水 合 物 分 解 在 产 生 沉 积 失 稳 方 面 起着 重 要 作 用 ,可 以 预 见 15 000~ 25000 a 前 在 海 平 面较 低 的 这 些 时 间 里 ,大 陆 边 缘 滑 坡 是 频 繁 发 生 的 上 通 过 建 立 大 量 大 陆 边 缘 沉 积 破 坏 事 件 的年 代 数 据 ,确 定 在 低 海 平 面 阶 段 滑 塌 是
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本文标题:天然气水合物体系动态演化研究_海底滑坡
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