地球海底科学
若干大型研究计划简介（1）
胡经国
第一节深海钻探计划与大洋钻探计划
一、概况
㈠、深海钻探计划（DSDP，1968～1983）
——证实了板块构造
——开创了与大洋循环变化相关联的高分辨年代学
——对除了北冰洋以外的全球所有主要洋盆进行了初步调查
㈡、大洋钻探计划（ODP，1985～2003）
——钻入洋壳更深部位
——分析了汇聚边缘及相关的流体流动
——研究了洋底高原的形成、演化及大型被动大陆边缘
——很大地增进了对长期和短期气候变化的认识
二、主要成果
1、深部生物圈和洋底下的海洋
⑴、深海底下微生物
普遍存在。

⑵、洋底下冻结的甲烷矿床
发现洋底下存在大量气体水合物。

为评估它们对全球碳收支的影响、陆坡稳定性以及资源潜力提供了宝贵的信息。

保压条件下从洋底钻取并保存气体水合物。

⑶、流体及其沿主要逆断层带的释放
对汇聚大陆边缘滑脱带和逆冲断层带的钻探，验证了三维地震资料的解释结果，即流体沿断层滑移带发生迁移。

具有特定化学特征的流体可能与逆冲断层的机制有关。

⑷、洋壳上部的热液通量
确定了在活动的海底热液系统中，与成矿作用有关的流体的来源、迁移轨迹、成分以及通量，也揭示了流体循环对海水成分、洋壳变化以及深部生物圈的影响作用。

2、环境变化、过程和结果
⑴、古海洋学的发展
连续地层剖面为古海洋学奠定了基础。

古海洋学研究地质时期海洋生命的变化、海洋化学以及海流在浅、中、深各部位的循环的变化。

古海洋学为与全球变化有关的几乎所有研究提供了参照。

⑵、新生代地球轨道参数变化
深海沉积物中的气候变化记录＋理论计算的地球轨道参数的变化，论证了地球轨道参数变化在驱动气候变化中的作用。

⑶、高分辨率年代学的发展
对地磁场极性倒转历史、生物进化历史和全球海洋同位素成分变化历史之间相互联系的研究，海洋剖面调谐年代学的建立，使近30Ma的极性年代表得到了精确校正。

⑷、十年至千年尺度的洋流循环变化
浅部和深部洋流循环十年至千年尺度上发生变化，证实了冰芯研究所获得的知识。

为高纬大西洋地区及其毗邻地区海洋－大气－永冻圈相互作用与温跃层循环的不稳定性之间的联系提供了证据。

温跃层循环的不稳定性，可引起遥远地区气候的急剧变化。

⑸、海洋生物地球化学旋回
地球系统科学的概念，是随着科学大洋钻探对来自深海的相对完整的沉积剖面进行详尽分析而发展起来的。

这些分析揭示了生物地球化学旋回随时间的主要变化，尤其是复杂的碳循环的变化，它是生物、构造、气候、海洋热液以及洋流循环的变化等因素引起的。

⑹、全球大洋缺氧事件
地质历史的特定时期，大面积海洋范围内，表层海水生产力特别高。

在缺氧层，大量有机碳在海洋沉积物中以页岩的形式被保存下来。

对了解全球气候和碳循环的长期变化和短期变化以及主要生油岩的形成时代，具有关键意义。

⑺、深海中的巨大砂体
深水扇体的形成主要受海平面变化的控制。

⑻、南极和北极冰盖的形成时代
证实地球在50Ma以前进入现在的冰期状态。

其间，经历了从单极有冰到两极有冰到冰盖形成的过程。

南极在40Ma以前出现冰川，而大规模冰盖的出现则是在25Ma以后。

北半球冰盖大约在15Ma以后才开始发育，而北半球大陆冰川作用则在4Ma以后才开始发生。

⑼、撞击事件与生物进化
确定了大约60Ma一个大型地外物体与地球撞击的全球性后果，包括90%浮游生物的绝灭，幸存的少数属种此后在全球大洋重新繁盛。

⑽、海平面变化与全球冰的体积
浅海区钻取的沉积物揭示，至少在过去25Ma期间，主要的海平面变化在全球范围内是同时进行的。

这些变化与深海的氧同位素记录吻合。

关于全球海平面变化的新认识，为重建大陆边缘的沉积演化认识、以及大陆边缘地区的油气勘探，提供了一个重要的解释手段。

⑾、喜马拉雅和青藏高原的隆升
对印度洋和太平洋的钻探，为青藏高原隆升时代的确定提供了佐证，同时也揭示了与高原隆升事件相关的海岸上升流、碳聚集、区域的和全球性气候等因素的变化历史。

与高原隆升事件相关的气候变化，导致了印度季风和亚洲季风的形成和演化。

⑿、地中海干化事件
地中海深海盆部位在约5Ma前是蒸发岩沉积的场所。

当时，流入海盆的海水受到限制，盆地内海水由于蒸发作用而下降数百米。

⒀、碳酸岩台地消长的环境控制
大型碳酸岩台地的发育和突然消亡的历史及其与气候变化、海平面、洋流循环和岩石圈板块运动的关系。

3、固体地球旋回与地球动力学
⑴、验证了板块构造理论
科学大洋钻探钻取的沉积物和火成岩基底样品的年代学研究表明，洋壳的年龄随着远离扩张脊而系统地增大。

从而。

验证了板块构造理论的一个假设。

⑵、非火山型被动陆缘与阿尔卑斯地质
伊比利亚张裂边缘的钻探结果和地震资料，揭示了在基本不伴随火山活动时，大陆地壳张裂、拉张变形的新模式。

大陆减薄基本不伴随火山活动，地幔物质大量出露与火山型边缘迥然不同。

在西伊比利亚张裂边缘发现的地层和构造，与阿尔卑斯的地层和构造惊人地相似。

⑶、与大陆破裂相关的巨大火成活动区
在火山型被动大陆边缘。

在许多被动大陆边缘的多道反射地震剖面上识别出来的向海倾斜的反射层，实际上是由一些在大陆张裂的最后阶段和洋盆开始形成的阶段快速侵位的水下熔岩所构成。

在某些情况下，熔融岩浆的大量产出与顶部宽达数千公里的地幔羽有关。

而在另一些情况下，则似乎又与地幔羽无关。

地幔羽是解释大陆板块内部及板块分离边界为何有众多隆起、海山因何形成等问题的一种假说。

20世纪70年代，摩根提出了“地幔羽”假说，认为是由于壳幔边界的温度的局部异常所导致的大规模岩浆涌出地表，形成了这些隆起或海山。

其中，最通用的例子是在大西洋洋中脊上的冰岛隆起和在太平洋板块内部的夏威夷海山链。

全球的地球化学对比研究似乎也支持这一假说。

⑷、巨大火成活动区
关于洋底高原的起源，对两个直径为2000公里、厚达35公里的洋底高原的钻探表明，其上部地壳由若干厚达数十米的玄武质熔岩流组成。

在较短的地
质时期内（数百万年）发生侵位，可能是地幔羽顶部上升的结果。

这类洋底高原向大陆边缘的增生，构成了大陆边缘增生的一种独特的形式，而这种形式是经典的板块构造理论所未能预测的。

⑸、洋壳
至今，有关洋壳和上地幔的认识，主要来自地球物理观测资料、洋底拖网样品和对蛇绿岩的研究。

大洋钻探计划（ODP，1985～2003）对洋底地幔岩和主要洋壳层的有限的钻探，即部分验证了根据上述资料所得出的洋壳模式。

同时，也指出了前人估算的过去250Ma内发生的地幔、洋壳和海洋之间热量和物质通量存在较大偏差。

ODP钻探还对传统的认为洋壳的地震结构与火成结构可以直接对比的假设提出了挑战，而这种假设对于估计洋壳的成分和数量来说是至关重要的。

⑹、巨大硫化物矿床
对两个正在活动的、分别赋存在火成岩和沉积岩中的海底金属硫化物矿床的钻探表明，海底硫化物矿床与陆地上的巨型硫化物矿床之间，在矿床的成矿过程、矿化规模和级别等方面，可以进行直接类比。

对海底矿床的钻探，可以为陆地同类矿床的钻探提供新的启示。

⑺、汇聚边缘构造和俯冲再循环
地震成像和大洋钻探表明，汇聚边缘构造存在截然不同的一些类型：以上驮板块增生为主的边缘、大多数沉积物被俯冲的边缘以及上驮板块底部发生侵蚀的边缘。

对下冲板片实施钻探，并将结果与岛弧岩浆作用进行比较，使人们对俯冲再循环开始有了定量的认识。

⑻、洋壳上的热点轨迹
对钻取的沉积物和玄武岩样品的测年研究表明，这些年龄沿着海底火山链或火山脊出现系统变化，验证了板块构造关于火山链成因的假说，即它们是由岩石圈板块之下的热点所造成的。

此外，这一研究还确定了相对于下地幔的岩石圈板块绝对运动。

沿着这些海山的古地磁分析，揭示了大西洋和太平洋热点的相对运动。

⑼、许多构造环境下的含水地幔
对张裂大陆边缘、前弧地区以及洋底扩张中心等一些不同构造背景实施的钻探，均发现地壳浅部出现来自地幔的蛇绿岩。

这些发现表明，上地幔的变化远比先前设想的要普遍得多。

2018年6月4日编写于重庆
2020年5月27日修改于重庆。