泥火山(Mud volcano)是一種地質結構,通常由火山活動或塑性沉積物的擠壓作用導致的大量氣體、泥漿和巖石碎屑被噴發至地表并堆積形成。
泥火山高度在幾米到幾百米之間,多呈現間歇式噴發模式;其噴發通常不涉及火焰,但由于易受侵蝕,噴出物會不斷重建其錐體,形成錐狀或盆穴狀的小丘。全球已知的泥火山數量約有2000座,其類型包括噴泥錐、噴泥盾、噴泥盆、噴泥池和噴泥洞,廣泛分布于世界各地,以亞洲(里海南部的阿塞拜疆、伊朗)、北美洲(美國黃石公園)等地規模較大,中國的泥火山主要集中在臺灣地區和新疆維吾爾自治區。泥火山噴發釋放出的溫室氣體量極為巨大,大量甲烷和二氧化碳被排放至大氣和海水中,持續的泥漿外溢會淹沒房屋和農田,噴發過程中釋放的可燃性氣體也可能引起火災。
泥火山的存在通常被認為是評估含油氣區域潛力的關鍵指示之一,它的泥漿因含有多種微量元素而具有較高的美容和理療價值。此外,泥火山不僅噴發頻率和強度與地震活動存在關聯,通過分析特定泥火山的甲含量,還能夠初步估計全球甲烷儲量。
定義
泥火山(Mud volcano)是一種地質結構,類似于火山作用,但并不是真正的火山,主要通過噴發大量氣體、泥漿和巖石碎屑進行活動,噴出的物質堆積后形成的平頂錐形地貌被稱為泥火山錐(Muddy volcanic cone),高度可從幾米到幾十米,有時甚至達到幾百米。
發現和命名
1827年11月27日,俄國黑海西岸巴庫附近的居民們目睹天空中突然升起一團火焰,誤以為是火山爆發的前兆,因此紛紛逃離。當他們安全距離外回望時,發現原先火光四溢的地方開始噴發粘稠的泥漿,這種含有氣體的泥漿持續噴射了超過20個小時后才漸漸停息,留下了一個小土丘。1977年5月25日,臺灣省屏東縣西南的鯉魚山伴隨著一聲巨響,一股夾雜著泥漿的氣柱從地下沖破土壤,直沖天際,現場還彌漫著一股臭味。
對這種只噴泥漿不噴巖漿的自然噴發現象,人們稱之為泥火山噴發,由這種噴發形成的山稱為泥火山。泥火山現象曾被稱為“泥泉”“類火山” “氣體火山"或“氣油火山”。為了有別于巖漿成因火山(熱火山),有人稱泥火山為“涼火山”。2006年,斯圖爾特(Stewart)和戴維斯(Davies)創造了“泥火山系統(mud volcano system)”一詞,用以描述與泥火山及其連接火山與其源地層單元的綜合體相關的一組結構。
成因
地質學家們對于泥火山的形成原因尚未達成統一的看法,目前主流的觀點分為兩派。一種觀點認為,泥火山可能是火山活動接近停止或處于間歇期及硫氣體噴發階段時,附近的溫泉或淺海地區淤泥受到火山氣體的滲透和影響,導致淤泥變色并最終噴發至地表。噴發物不僅包括泥漿,還有大量的氣體和巖石碎片,有時還伴有硫磺氣體的噴發。這種類型的泥火山一般分布在火山活動帶上,最具代表性的例子位于美國黃石公園。
另一種觀點認為,泥火山的形成與地下含有厚層的塑性沉積物有關,這些沉積物中富含大量的地下水和碳氫化合物氣體。當這些沉積物因構造活動受到擠壓,特別是在褶皺的核心部分產生斷層時,受到巨大壓力的含水塑性沉積物會連同氣體和巖石碎屑一起沿斷層噴發至地表,進而形成泥火山。這類泥火山多見于油氣藏發育地區,例如阿塞拜疆巴庫油田、新疆獨山子區和新疆白楊溝鎮的泥火山群等,這些地區的泥火山可能與當地的油田相關。全球大部分泥火山都屬于這種成因,尤其是里海周邊的油田區。
基本特征
組成
泥火山由黏土、巖屑、水和天然氣等物質構成,主體泥漿由細粒沉積物,如粘土和淤泥組成,這種泥漿通常富含有機化合物。泥火山的水源多樣化,可能來自降水、地表水以及地下水含水層。這些水源不僅提供泥火山所需的液態成分,還可以潤滑地殼中的斷層和裂縫,幫助流體和氣體向地表遷移。泥火山中含有的氣體主要包括甲烷、二氧化碳和氮氣,這些氣體是由地下有機物分解產生的,常被困于泥火山的沉積物和液體之中。此外,泥火山還含有多種礦物質,包括硫、石膏和黃鐵礦等。
構造
泥火山的大小各不相同,可以從幾米高的小錐體變化到幾千米寬的大型山體,外形通常是錐狀或盆穴狀的小丘,而丘頂部通常有凹陷,并存在一條通向深部的通道,連接到更深處的泥漿房。通道的形狀多樣,從圓柱形到不規則形狀,甚至僅為裂縫。接近地表時,主通道往往會變細并分叉成多個小的側面或側向管道,通常管道越寬,噴出的物質就越多。
泥火山的噴出口會沿著地表的斷層或裂縫呈珠串狀分布,有的形成深溝,有的像深井一樣。這些翻滾的泥漿會持續從噴出口溢出,隨著時間的推移,逐漸干燥形成泥丘,外形類似常見的火山錐,但規模遠小于傳統的火山錐,通常泥火山錐的底座直徑只有幾米到幾十米,高度一般不超過10米。泥火山口通常很淺,并能間歇性地噴泥。由于易受侵蝕,泥火山的噴出物會不斷重建其錐體。
周邊地形
泥火山通常沿背斜軸部或斷裂分布,經常出現在構造活動區域附近,例如俯沖帶,并且可以在陸地或海底找到。在泥火山地區,地表通常被泥流堆積物所覆蓋,強降雨會侵蝕這些堆積物,形成平滑的傾斜邊坡。隨后,這些邊坡會被雨水沖蝕成淺溝,持續的水流將淺溝擴大成小溪,逐漸形成鋸齒狀的小山脊和V形谷,光禿的泥巖層也隨之暴露。
分類
泥火山噴出的泥漿稠度與地下水分布密切相關,由于噴發泥漿的稠度不同,形成的泥火山外形也各異,大致可以分為五類:噴泥錐、噴泥盾、噴泥盆、噴泥池和噴泥洞。
分布
世界分布
全球已知約有2000座泥火山,隨著對深海的持續探索,估計海底泥火山的總數在7000-100萬之間。泥火山分布廣泛,遍布多個國家和地區,包括墨西哥、委內端拉、哥倫比亞、秘魯、厄瓜多爾、意大利、伊朗、巴基斯坦、印度、緬甸、馬來亞群島、蘇門答臘島、中國、日本、新西蘭、烏克蘭、羅馬尼亞布扎、美國黃石公園,以及擁有最大泥火山群的阿塞拜疆巴庫等。
南里海盆地有400座位泥火山,其中約有220座分布在陸地上,而170多座位于海洋中。該盆地西南邊緣是個特大的泥火山聚集區,在其44個泥火山區里,有28個區的泥火山數量不超過10座,另有5個區的泥火山數量達到40-388座,如南里海區。世界上最大的泥火山位阿塞拜疆的巴庫油田附近,其泥火山錐可以達到數百米高,泥泉口附近還形成了小型泥火山。
中國分布
在中國,泥火山的分布主要集中在臺灣地區和新疆維吾爾自治區。此外,在青海省的柴達木盆地邊緣的塔塔河上游地區、四川盆地的內渠江一帶,以及江蘇省南部等地,也發育有一些小型泥火山。在臺灣,特別是在臺南市、高雄市、花蓮縣和臺東縣等地,已經發現了20多座活動的泥火山,其中17座處于活躍狀態。在新疆,分布有亞洲最大的雙泥火山堆和最大的泥火山群,以及3個獨特的泥火山點。這些包括烏蘇市賽力克提牧場的泥火山堆、白楊溝鎮的泥火山群,以及沙灣市霍爾果斯市泥火山、獨山子區泥火山和溫泉縣石河子市泥火山等。
新疆烏蘇的白楊溝附近擁有亞洲最大的泥火山群,位于天山北麓的山谷中。這個泥火山群共有80多個噴口,散布在一條長不超過百米、寬僅二三十米的狹長區域。這些活躍的泥火山,以泥泉和泥潭的形態出現,直徑從幾厘米到1-2米不等,分布于約半平方千米的山坡和谷地。在烏蘇賽力克提牧場的艾維奇溝,有兩座相距約10米的泥火山,它們的噴發物較稠,形成了高達七八米的金字塔形噴泥堆。新疆獨山子西南3000米有一座高945米的黃色山峰,稱為“泥火山”或“噴泥丘”,頂部有四個不斷噴泥的口,噴出的泥漿冰涼且帶有石油味。
活動和噴發
噴發方式
泥火山的噴發通常不涉及火焰,而是噴出大量類似油層水的礦化水和氣體,主要氣體成分為甲烷等烴類氣體。當環境溫度足夠高或被點燃時,泥火山才會出現噴火現象。泥火山的噴發過程是由于內部大量氣體積聚而造成的異常高壓的釋放,噴發的劇烈程度依賴于內部氣體的量或是壓力的大小。通常,在噴發的初期階段,地震或其他意外因素導致裂縫形成時,由于內部壓力較高,泥火山會經歷短暫的爆炸性噴發,產生巨響,泥漿噴射的高度可以達到1-2米,同時伴隨大量氣體的釋放。點燃后,火焰的高度甚至可以超過10米,如巴庫和臺灣的泥火山。隨著泥漿的噴出,很快就會形成錐形的泥丘。
噴發進入后期,由于氣體量的減少,噴發的能量開始減弱,泥火山逐漸變為較為平靜的狀態,表現為泥漿溢出或僅有氣泡和泥泡在水面上翻滾。例如,烏蘇白楊溝的泥火山已經進入了噴發的后期階段,因為壓力降低和天然氣的減少,地下噴出的天然氣和泥漿僅在噴發口內部翻滾,劇烈活動的泥火山口可以每分鐘噴發超過60次。相比之下,獨山子的泥火山噴發更為強烈,大約每十幾分鐘發生一次,泥漿在中心區域向四周翻滾,發出咕嘟聲,噴口邊緣有缺口,泥漿從這里緩緩流出,如果沒有缺口,泥丘就會不斷增高。據研究,春天是噴發最為活躍的季節,泥漿噴射高度最高。
噴發周期
泥火山的噴發周期主要由地下泥漿和氣體聚合至足夠壓力后沖破地面所決定,這使得大多數泥火山呈現出間歇式噴發模式。在沒有地震等外界事件的影響下,泥火山通常擁有相對穩定的噴發周期。然而,當受到地震等外部事件的影響時,噴發周期會變得不規則。例如,臺灣屏東的泥火山平均每年噴發一次,但在地震發生時,噴發頻率可能增加,甚至達到一年四次,同時噴發地點和影響面積也可能發生變化。
災害
泥漿
多數泥火山的噴發強度不大,對自然環境的影響相對較小,通常不會導致嚴重的災害,但如果在泥火山區域進行鉆探活動,可能因深部高壓泥漿導致上部蓋層裂開,從而引發大規模的噴發。在2006年5月29日,印度尼西亞東爪哇島的詩都阿佐地區,一起油氣鉆井事故觸發了泥火山露西的噴發,導致大量泥漿持續不斷地外溢。這場噴發每天的泥漿排放量足以填滿50個標準泳池,結果造成約10平方千米的房屋和農田被淹沒,并迫使六萬人搬遷。此外,大多數泥火山噴出的泥漿含有較多的鹽分、硼、碘等元素,這些物質對農作物的生長不利。
溫室氣體
泥火山大多出現在油氣田附近或石油天然氣產地,釋放出的溫室氣體量極為巨大,對全球氣候產生重要影響。1958年的馬卡洛夫氣爆噴發出了3億立方米的氣體,1947年的陶拉蓋依氣爆噴發了4.95億立方米,而1965年的奧脫馬氣爆則噴出了4.5億立方米。在這些氣爆中,甲烷(CH4)的比例極高,如博格氣爆中CH4占92%,二氧化碳僅占1.6%,一氧化碳(CO)占0.4%;而在塔曼氣爆中,甲烷占65.6%,二氧化碳占31%。
泥火山的噴發不僅限于陸地,海岸線附近也能發生。意大利伊奧利亞島的伊特魯尼亞海岸每年大約有2.5萬噸的二氧化碳因泥火山噴發被排放到海水中,覆蓋了近15平方千米的區域。Botarro島北端的Panareadegassing氣田顯示在海底10米深處,由礫巖層形成的蓋層下聚集了大量的二氧化碳氣體。
其他災害
由于泥漿噴發過程中會釋放出可燃性氣體,這些氣體有時會自燃,從而引發火災。1902年在俄國阿塞拜疆的巴斯·達克泥火山噴發引發的大火,導致6名牧羊人和2000只羊喪生。1958年里海的Makarov泥火山就曾噴發出高達500米的火焰,煙霧飄散高達萬米以上。此外,泥火山主要由相對未固結的沉積物構成,因邊坡坡度較大而極易不穩定,容易引發滑坡等地質災害。
資源利用
油氣勘探
泥火山在石油業具有非常重要的意義。泥火山噴發的物質主要是粥狀的銀灰色泥漿,這種泥漿中通常含有較重的石油氣味,噴出的天然氣以干氣為主。因此,泥火山不僅是一種地質現象,也可以視為油氣的直接跡象,與油氣的生成、運移和保存過程有著直接的關聯。在油氣勘探的早期階段,泥火山的存在可以作為評估含油氣區遠景的一個重要指標。據統計,近40%的已知油氣田是在地表有油氣跡象的地方發現的。阿塞拜疆境內2/3的油田都位于泥火山附近地區。因此,將泥火山作為油氣勘探的指示或標志,尋找附近保存條件良好的油氣藏,成為了油氣勘探中的一項重要策略。
理療和美容
泥火山會把地層深處的礦物帶到地表,泥漿中含有、銅、鋅、等多種微量元素,其質地細膩且具黏性,非常適合用作涂敷材料,因此具有較高的理療和美容價值。這種泥漿還可以添加各種對人體有益的藥劑,形成一種高效的保養產品。在日本、俄羅斯和德國,這種礦泥浴已經非常流行,使用的材料包括泥火山泥漿、火山溫泉旁的泥土、海底或湖底沉積物,甚至是天然物質燃燒后的粉末。這些材料被混合成膏狀后涂抹于身體,再在高溫環境下加熱,使皮膚在溫暖的狀態下吸收豐富的營養物質,其健康效果既快速又顯著。
相關研究
在烏克蘭伊萬諾-弗蘭科夫斯克州,泥火山的首次噴發記錄是在1977年3月4日,與羅馬尼亞7.2級地震前后時間相近。自那以后,據專家觀察,該地區泥火山的每次噴發都與半徑300千米內發生的地震有關聯。
2004年10月,當中國臺灣地區經歷了一場6.2級地震,高雄縣的泥火山在震前多次噴發,并且噴發頻率和強度有明顯增加。地震發生后不久,臺灣有關部門對靠近旗山斷層附近的泥火山群展開了定點觀測,并在泥火山口布設了多種地下流體水化學和水物理觀測儀器進行常規監測。
在中國新疆地區,一些學者對北天山地區泥火山與地震之間的關系進行了初步的定性探討,認為泥火山活動反映了天山大范圍區域構造應力加強過程中地殼運動的一種表現。
通過確定特定泥火山的甲烷量,然后估算含有水合物的泥火山數量,可以對全球范圍內的甲烷聚集量進行初步估算。根據Ginsburg、Soloviev等(1999)的研究,通過計算泥火山面積、黏土角礫中平均水合物含量和含水合物帶厚度,估算了里海Buzdag泥火山和挪威海Hakon Mosby泥火山水合物中的甲烷量。根據Weeks(1974)和Milkov(2000)的研究,全球泥火山數量估計在103-105個之間。然而,并非所有海底泥火山都含有氣體水合物,例如,在巴巴多斯近海鉆探的5個泥火山中只有Atalante含水合物,而在地中海的不同區域的鉆探結果顯示,含水合物的泥火山比例可能僅為10%左右。
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Mud Volcanoes – Trinidad’s Geo Heritage.nationaltrust.2024-04-14