同济大学利用大洋钻探数据揭示深海碳酸盐软泥滑坡触发机理
近日，Geology以“Diagenetic priming of submarine landslides in ooze-rich substrates”为题发表同济大学海洋地质国家重点实验室吴南研究员及合作者的最新研究成果。海底滑坡及伴生的海啸灾害是海洋中最主要的地质灾害，严重威胁海洋基础设施安全。然而，目前对海底滑坡的研究大部分还集中在以硅质碎屑沉积为主的陆架—陆坡地区。对于占现代大洋海底近50%表面积的碳酸盐软泥沉积中滑坡的相关研究较少。相较以砾岩、砂岩和泥岩为主要成分的硅质碎屑沉积，碳酸盐软泥(富含有孔虫与浮游生物遗骸)具有较大孔隙度、较高含水率、较大可压缩性、较高敏感性、较低渗透性等独特性质。因此，已有的硅质碎屑滑坡孕育—触发机理及地质模式无法应用于碳酸盐软泥滑坡的研究中。红框指示三维地震反射数据方位、灰色虚线指示二位地震反射数据方位、红色点位指示大洋钻探ODP 762钻孔站位。针对以上科学问题，此次研究使用近20，000平方公里的高精度二维、三维地震反射数据，联合大洋钻探ODP 762钻孔数据，针对澳大利亚板块西北缘深海碳酸盐软泥富集区的海底滑坡进行研究(图1)。在研究区内地震反射数据共识别出13期海底滑坡，滑坡区域总面积可达6330平方公里（图2）。通过对地震反射数据精细解释发现，所有滑坡均发育于同一底界面之上。通过大洋钻探数据与地震反射数据进行标定发现，滑坡底界面为区域性展布的晚中新世不整合面。
图2 海底滑坡平面分布图。
红色虚线指示三维地震数据位置，红点指示大洋钻探ODP 762井位。大洋钻探数据揭示此晚中新世不整合面压实程度较高。相较围岩，此不整合面发育较高的声波速度、密度测井响应值，同时发育较低的含水率与孔隙度测井响应值（H2;图3）。其次，在此不整合面之下，大洋钻探数据识别出另外一条区域性分布界面，地球化学数据指示该界面对应硅质成岩矿物蛋白石A-蛋白石CT的转换界面。相较围岩，蛋白石A-蛋白石CT转换界面之下对应极低的含水率、孔隙度测井响应，对应极高的密度与声波速度测井响应，指示此成岩转换过程伴生了剧烈的脱水—致密效应（H1;图3）。基于大洋钻探数据与地震反射数据综合解释，此次研究表明：首先，自晚中新世起（约5.5百万年），澳大利亚板块与亚欧板块的剧烈碰撞—俯冲导致澳大利亚板块北部洋流通道的关闭，控制了洋流的方向与强度，因而形成了广泛发育的晚中新世不整合面，从而限定了滑坡的底界面位置与深度；其次，在深海碳酸盐软泥富集地区，成岩矿物在埋藏过程中的自身成岩转换可释放大量孔隙流体，这些流体通过纵向搬运—聚集从而在浅部地层内产生沉积物超压，最终孕育、触发大型海底滑坡。图3 ODP 762钻孔测井、地球化学、地震综合数据图。论文第一作者和通讯作者为同济大学海洋地质国家重点实验室吴南研究员，合作者包括伦敦帝国理工学院Christopher Jackson教授，英国国家海洋研究中心Michael Clare研究员，英国利兹大学David Hodgson教授，印度尼西亚帕特米娜大学(Universitas Pertamina)Harya Nugraha研究员，壳牌石油伦敦研究中心Michael Steventon研究员，以及我室钟广法教授。该研究受上海市启明星项目（扬帆计划）、澳大利亚地学中心(Geoscience Australia)和大洋钻探(Ocean Drilling Program)共同资助。
