海洋论坛▏基于浅剖的莫桑比克脊海底地形地貌特征分析 - 海洋地质地形地貌

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一、引言

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21世纪被称为“海洋的世纪”，海底科学又是海洋科学研究中极为重要的领域，其中就包括海底地形地貌的研究。海底地形地貌的研究意义重大，对海底地形地貌的了解可用于港口建设、海底管道铺设、海洋地质历史研究、海底矿产资源开发等各个方面。

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莫桑比克脊是位于西南印度洋区域一个典型大火成岩省成因的海底高地，并且该区域是西南印度洋洋流运动最为活跃的地区，这致使该区域海底地形的形成及沉积过程十分复杂，同时莫桑比克脊周边被探明具有丰富的石油资源，所以对莫桑比克脊区域地形地貌的研究在地球科学研究、经济、军事等领域具有十分重要的意义。

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目前海底地形地貌探测主要借助于地球物理技术，包括海底声学探测、海洋重磁测量、海底光学(包括激光)探测等。随着高精度声学测深技术的不断发展，高分辨率海底浅层剖面分析成为了研究海底地形地貌特征时应用最为广泛的基本方法。本文基于最新获取的浅地层剖面数据，利用浅地层剖面反射特征识别与分类方法，首次对研究区宏观地形及典型微地貌特征进行分析和归纳。

二、调查方法

⒈数据来源

本次浅地层剖面数据来源于自然资源部第二海洋研究所主导的“大洋科考”某航次部分走航测线，采集仪器为美国SyQwest公司生产的船载便携式高分辨率浅地层剖面仪Bathy2010(参数见表1)，在走航测量过程中，仪器会根据水深的变化自动追踪海底并实时调节信号增益和时变增益。如图1所示，研究区测线总长约1050km，共5段，分别命名为S1、S2、S3、S4、S5，其中S1、S2、S3共3条测线为W-E走向，长分别为105km、230km、200km，S4、S5则为WN-EN走向，长分别为300km、215km。测线经过陆架、海盆、莫桑比克脊等多个典型海底区域，具有很好的代表性，为有效了解莫桑比克脊及周边区域海底地形地貌特征提供了有力的数据支撑。

图1研究区浅地层剖面测线轨迹示意图

表1 Bathy2010浅地层剖面仪性能参数

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⒉浅地层剖面反射特征识别方法

浅地层剖面反射特征能提供海底浅部地层分布及地质构造信息，这些信息能间接反映地貌形成的沉积环境及动力过程，因此对浅地层剖面反射特征进行准确识别与分类是进行海底地形地貌特征分析的前提与基础。如何建立一套合理的浅地层剖面反射特征识别与分类方法，把单纯的声学信号解译为地质信息，使它们之间能建立有效的对应关系，是很多学者在利用浅地层剖面数据研究海底沉积时都会讨论的关键问题之一。反射的能量是表面粗糙度和信号波长的函数，因此可以根据反射特征的强弱、形式不同进行分类。DAMUTH在1977年就通过对浅地层剖面反射特征进行分类和绘制，构建了大陆隆起的“反射特征”图。依据这一原则，本文通过TritonSB-Interpreter专业软件处理所获得的浅剖数据，得到标准浅剖剖面，然后对浅剖剖面的反射特征进行人工识别。结果显示反射特征可分为四大类，包括清晰反射：ⅠB；连续反射：ⅡA、ⅡB；双曲线反射：ⅢA、ⅢB；局部反射：ⅣA。

图2 研究区浅地层剖面反射特征类型示意图

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如图2所示，清晰反射ⅠB，主要表现为清晰强烈、连续平行的底部反射，并且具有多个反射层；连续反射分为ⅡA、ⅡB两种亚型，ⅡA型具有很连续的反射，但是没有反射层位的出现，ⅡB型为半连续反射，且伴随断断续续的反射层出现；双曲线反射分为ⅢA、ⅢB两种亚类，ⅢA型表现为强烈起伏的连续双曲线反射，其切线大致平行于海底，ⅢB型表现为单个的巨大弧形双曲线，其切线大多高于海底且不在同一水平面上；局部反射ⅣA主要存在于地形突变的区域，反射多为块状或虫状体，底部与海底接触的界面清晰可见，其上方有陡坡或潜在的滑移面，具有很强的沉积过程指示意义。

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研究表明根据浅地层剖面反射特征可以刻画对应的地形地貌。比如在有相对平坦沉积序列的海底，双曲线反射往往是由等深流作用形成的侵蚀/沉积地层反射形成；透明、模糊反射往往指示海底浊流、滑塌沉积；平行连续、具有层理的反射则在平缓的洋盆频繁出现。根据前人经验及研究区特点，总结出上述六型反射特征分别指示不同的沉积微地貌：①ⅠB、ⅡA、ⅡB型主要指示深海沉积扇沉积；②ⅢA型通常指示沉积物波和漂积体沉积，由底流作用形成，发育地区地势相对平缓；③ⅢB、ⅣA型指示滑塌、侵蚀水道等微地貌，多发育于水动力强、侵蚀作用强烈、沉积匮乏区域且大多地形坡度较大。

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三、研究区海底地形、

地貌类型及特征

⒈海底地形特征

研究区水深范围大约在500～4000m，整体地形变化强烈，主要地形包括大陆斜坡、深海盆地、海底高地等，且存在多个海底阶地。研究认为阶地变化通常指示着沉积环境的差异，不同阶地上沉积侵蚀特征各不相同，具有自身独特的沉积模式。研究区海底阶地可能为断裂活动或不同期次熔岩流作用的结果。本文根据其地形变化特征进行了三级(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)阶地划分，统计发现不同区域的同级阶地所处深度范围接近。

图3 研究区测线剖面及反射特征识别示意图

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从图3(a)、(b)中蓝色虚线可以看到陆坡西侧是具有三级海底阶地(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)特征的陆坡地形，阶地之间分别存在着不同坡度的变化，测得坡度分别为1.6°、0.8°、1.3°，其中Ⅰ级阶地宽度为35km，深度约在700～1500m之间；Ⅱ级阶地宽50km，深度约在1500～2100m之间；Ⅲ级阶地与海盆相邻，宽45km，最深度为2900m。图3(c)为莫桑比克脊北段剖面，其两侧斜坡同样存在着阶地的变化，脊西侧斜坡仅仅存在着Ⅰ级阶地特征，阶地坡度相对较缓；脊东侧斜坡存在着Ⅰ-Ⅱ级阶地的变化，Ⅰ级阶地坡度较缓，深度在2000～2500m之间，Ⅱ级阶地坡度较大，深度在2500m以下。

图3(d)为垂直莫桑比克脊的测线剖面，在莫桑比克脊两侧分别存在二级(Ⅰ-Ⅱ)阶地特征。在脊西北侧为二级阶地地形，Ⅰ级阶地深度大约为1500m，Ⅱ阶地深度范围约1500～2500m；脊东南侧阶地深度范围与西北侧阶地相差不大。

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⒉海底地貌

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⑴主要地貌类型

图1是研究区水深地形图，由卫星重力反演数据与单波束/多波束测深数据(主要数据来源https：//www.ncei.noaa.gov/)融合得到，其中测深数据通过手动数据清理和网格化迭代的方法生成。图4是垂直莫桑比克脊方向上浅剖测线的区域放大图(见图1红色线框)，水深地形图不但可以反映研究区地形水深的整体变化，还能识别部分沉积和侵蚀地貌。从图中可以看到：沉积地貌主要为沉积物脊及部分可能的连续重力滑塌，侵蚀地貌主要为冲刷槽、侵蚀环槽和断崖等。按照沉积类型分类，研究区地貌类型主要可分为等深流沉积地貌和重力流沉积地貌。

图4 垂直莫桑比克脊方向测线区域地貌分布示意图

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⑵等深流沉积地貌特征

由于活跃的底流运动，研究区发育了不同类型的等深流沉积。等深流漂积体是典型的等深流沉积地貌，可根据其内部结构、沉积环境、动力等要素分为沉积物波、丘状漂积体、席状漂积体、限制型漂积体等类型。图3分别是S1、S2、S3、S5测线浅剖剖面，在S1测线c区域、S3测线a区域，观测到连续的双曲线反射，反射强烈而规则，双曲线的切线大致平行于海底，且存在反射层和侵蚀凹槽，这种现象我们通常认为是底流作用形成的沉积物波，这类连续的沉积物波是明显的等深流沉积特征，在S2测线Ⅱ级阶地同样出现了类似的双曲线反射，该位置坡度大致在0.6°～0.9°，符合等深流漂积体发育在坡度较缓的阶地或陆坡上的规律；S5测线a区，双曲线反射，且单个反射组合呈丘状，通常把这类等深流漂积体称为丘状漂积体；在S3测线c区，浅地层剖面反射特征清晰、连续、近似平行，具有明显的反射层理，且沉积层的厚度具有一定的递变规律，这类等深流漂积体我们称为席状漂积体。除此之外，在莫桑比克脊左侧纳塔尔盆地中同样发育着席状漂积体，在高地之间还存在限制型漂积体。

总体来看，莫桑比克脊发育着大量等深流成因的沉积物波和漂积体。在陆坡及莫桑比克脊边缘等坡度在0.5°～1.2°的区域，发育丘状漂积体，且多有水道伴生；在近高地的海盆及地形较平缓的莫桑比克脊高地上多发育席状漂积体；在莫桑比克脊上的两高地之间发育限制型漂积体，漂积体两侧有水道伴生。

⒊重力流沉积地貌特征

重力流沉积主要包括浊流沉积、滑塌、滑移等，在许多情况下，浊流和滑塌是浅地层剖面中能观察到最壮观的特征之一。本文通过浅地层剖面识别了大量的重力流沉积，沉积类型主要为连续滑移、滑塌、块体沉积等，发育区域包括峡谷、大陆斜坡、莫桑比克脊两侧等。

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在图3中S1测线经过图盖拉峡谷(S1-b区)，峡谷斜坡坡度约为5°，在峡谷左侧斜坡上出现不规则的、不连续的双曲线反射特征，其切线基本不在同一平面上，这类双曲线反射特征通常被识别为重力流中的滑塌沉积。如S2测线a区所示，在坡脚处出现了大量连续、模糊、相对透明的楔状体反射，且楔状体与周围地层存在明显界限，这些是浊流沉积的特征。除此之外，在莫桑比克脊的两侧斜坡处同样发育了大量重力流沉积。

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总体来看，研究区的重力流沉积主要发育于峡谷、大陆斜坡及莫桑比克脊两侧，这些区域坡度在1.8°～5°之间，基本符合浊流、滑塌、滑移等重力流沉积在不同坡度发育程度不同的规律。

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四、结束语

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为对莫桑比克脊地形地貌特征有更全面的认识，本文基于最新获取的浅地层剖面数据，利用浅地层剖面反射特征识别与分类方法，把不同的反射特征解译为对应的微地貌，首次对研究区宏观地形及典型微地貌特征进行分析和归纳。本研究表明：

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⑴利用浅地层剖面资料，结合前人经验及沉积环境特点，对浅剖剖面反射特征进行分类和识别，首次有效分析和归纳出莫桑比克脊海底地形呈多阶地分布，海底微地貌主要包括沉积物脊、滑塌、侵蚀环槽等。这也进一步验证了浅地层剖面资料在研究海底地形地貌特征的可行性和优越性。

⑵莫桑比克脊地区发育的沉积与侵蚀地貌在分布上有较大差异，等深流沉积地貌主要发育在0.5°～1.2°的缓坡区域，重力流沉积地貌主要发育于坡度在1.8°～5°的陆坡、峡谷及莫桑比克脊两侧。这个结论基本符合等深流沉积、重力流沉积在不同坡度发育程度不同的规律。这也为后续深入开展莫桑比克脊地形地貌的控制因素、沉积模式等研究提供支撑。

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END

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【作者简介】文/陈鹏发 苏冰 宋俊 杨华 孟雷，来自92578部队。第一作者陈鹏发，男，1992年出生，江西崇仁人，工程师，硕士，主要从事海底地形及其沉积特征研究。文章来自《海洋测绘》（2023年第1期），用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有，本文编发取得了授权。

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