现代科技综述知识文库：海洋地质学

1、现代科技综述系列海洋地质学科技是人类区别于动物的重要文明之一，是人类对自然规律研究和利用的学科。本文提供对科技基本概念“海洋地质学”的解读，以供大家了解。海洋地质学地质学是研究地球生成和演化的科学，海洋地质调查开展后，创立了板块构造说。在地质学研究逐渐重视深部地质的今天，海洋地质研究就更加重要。海洋科学钻探(深海钻探和大洋钻探计划)也促进了陆地科学钻探的进展。18721876年，英国“挑战者”号进行了全球大洋综合调查，对海底进行了测深和取样，发现了深海软泥和锰结核，标志着海洋地质研究的开始。此后其他一些临海国家也投入了大洋调查，但由于技术条件，当时都属以海洋生物为主的综合性调查。直到1925年

2、，德国“流星”号调查船采用回声测深技术，并用柱状取样管取样，除发现纵贯整个大西洋的中央海岭外，还对深海沉积速率进行了估算，从此真正进入了以海洋地质地貌调查为主的时代。从20世纪20年代起，几种用于陆地的地球物理测量方法，包括重、磁和地震测量，开始向海上移植。随着战争和海上石油勘探的需要，技术设备不断更新，第二次世界大战后，海洋地质调查进入了以地球物理测量为主的时代，所获成果为60年代的地学革命打下了基础。为了开展海底深部取样，1968年开始了宏伟的深海钻探计划，加上各种潜水器直接在海底观察和取样，使海洋地质进入了综合调研阶段。综合调研的主要内容有以下几方面：(1)海底地形。回声测深是海底调查进

3、行最多的一个项目，但对361011km2的海洋来说，所进行的工作只能说对基本地形得到了控制，对次级和更次级的地形或精度差或遗漏，故不断有新的发现。基本地形单元可分为大陆边缘、中央海岭和二者之间的大洋盆地。以横穿大西洋的剖面最为标准，印度洋和太平洋的地形就更为复杂。(2)海洋沉积。因受距陆地远近、气候、深度和洋流的影响，有明显的分带现象。近海沉积多含陆源碎屑；在湿润的赤道带和温带，生物沉积作用显着；在干燥的亚热带，红色粘土发育；两极高纬度地区的沉积物富含长石及其他易风化物质。洋流似陆地河流，可延伸很远，其沉积亦呈带状，如暖流可将热带生物带至较高纬度处。深海钻探对大洋沉积环境取得了纵向认识，未见有

4、侏罗纪以前沉积物，并产生了古海洋学。(3)海底火山。大洋是火山特别发育的地方。在大陆和岛屿的活火山总数约600个，还有几千个死火山，但只太平洋的火山总数至少在50000个以上(萨莫费尔德，1991)，至今洋底火山远未全部查明。(4)海底矿产。洋底赋存的巨量锰结核和中央海脊热水多金属矿的生成，与地球内部金属离子析出有关，石油和砂积矿分布于大陆边缘。(5)地球物理成果。随着技术设备的不断改进，成果不断深入，除查明浅层外，对深部地质的了解做出了特有的贡献。板块构造说的提出和发展即为一例。(6)海底构造。主要根据海底地形划分。结合地球物理成果，如条带状磁异常及软流层的存在，在老的大陆漂移说的影响下，创

5、出了板块构造说。板块构造说和以往诸地学假说划分大地构造单元的依据完全不同，它以背离边界、转换边界和会聚边界把全球划分为若干板块，并认为构造运动都集中在各类板块边界处。这一思路使海洋地质调查进一步集中于板块边界，导致精度本来就很差的海洋地质调查更趋不均。现将板块边界处的调研成果分述如下。背离边界 指新生成的洋壳向两侧即向相背方向扩张的中央海岭脊部。虽然很多人认为自瓦因和马修斯(1963)设想洋壳扩张是海底线形磁异常的一种解释后，海底扩张这一概念就变成了学说，但磁条带的成因至今说法不一。瓦因和马修斯(1963)认为源于20km厚的洋壳，塔尔瓦尼(1971)认为磁源层为层2最顶部厚05km的枕状熔岩

6、，考克斯等(1972)认为磁源分两层共厚25km，以后还出现各种不同的说法。深海钻探更显示磁结构的复杂性。霍尔和罗滨逊(1979)根据北大西洋15个孔中基岩上部600m岩性变化大、火山活动成幕、普遍存在低温蚀变和大规模构造扰动，以及很多古地磁倾角与所期望者相差太大诸事实，认为磁条带由海底扩张形成有问题。肯尼特(1982)列举诸实证后，更明确指出磁性洋壳均匀转变磁极的简单模式是不对的。如果中央海脊真是扩张中心的话，凡是由海底扩张生成的洋壳都应和中央海脊处具有相似的岩性，但事实并非如此。中央海脊轴部出露的岩石分异强烈，除玄武岩外，有时还伴有粗面岩甚至流纹岩，但翼部出露的岩石分异现象就不多(马克斯威

7、尔，1974)。1991年9月在胡安德富卡海岭中央谷区进行了大洋钻探，4个孔位就钻遇3种不同情况。855孔内的沉积物及孔隙水未受热液任何影响，856孔所遇全为热水形成的矿床，857和858孔钻遇的是沉积物和玄武岩岩床互层(第139航次钻探团，1992)。同一扩张中心内，岩性差异如此大，怎能证明扩张?又怎能得出相同的磁性?中央海脊很少见到正在溢出的活火山，常见的是喷出的或溢出的热水。在加拉帕戈斯扩张中心一裂谷内见到有二氧化硅烟囱(黑齐格，1988)。根据实际调查材料，中央海脊处现象复杂，看不出什么海底扩张迹象，陆地和洋陆地壳交界的大陆隆处，常发育有跨纪、甚至跨代的巨厚沉积，证明板块长期内并未移动

8、。转换边界 中央海脊并非连续不断，而是由很多与之近于垂直的断层断开。威尔逊(1965)认为这些断层与平移断层不同，创名为转换断层，被断开的两海脊段之间的部分即为转换边界。科尔曼(1975)认为转换边界为无得无失的板块边界。但查明的转换边界多有超基性岩出露，甚至有晚近火山活动。朗斯代尔(1978)认为转换断层带比原来经常设想者要复杂的多，值得更详细地研究。最近对太平洋内盖莱特转换断层的调查，发现其中发育有与东太平洋隆(扩张中心)近于平行的、和火山脊，在分隔这些脊的盆地和东谷地中还发育有小的火山丘，证明有晚近火山活动，并见有方辉橄榄岩、异剥橄榄岩和橄长岩的残留(海金尼安，1992)。丘克鲁尼(19

9、78)指出：“虽然由威尔逊于1965年引入的转换断层概念至今已被广泛应用，但他们所提出的相应的地质模式，仍属高度图解的和假说的，立足于纯粹运动学基础之上”。东太平洋海隆多处发现了安德逊(1986)所称的69型构造，即前人所称的超覆扩张中心或偏移扩张中心，更是图解式的板块构造模式所难想像的。会聚边界 主要指环太平洋海沟和向陆方倾斜的地震带，板块构造说认为是洋壳遇到较轻的陆壳时俯冲消亡的地方。洋壳在扩张中心生成，经扩张变老变重，最终于海沟处消亡，这是一条板块构造说的中心思想。根据这一设想，洋壳沿俯冲带消亡时，尚未固结的远洋沉积物甚至一部分洋壳定会被刮下来，集中于海沟陆坡一侧形成增添楔，不仅使陆壳增

10、加，且成为以后形成山脉的场所。1977年日本海沟陆坡深海钻探成果，得出了与原来设想完全相反的结果，因此又产生了消亡侵蚀和未固结沉积物也可消亡的说法(方休尼等，1982)。这样千变万化的事实和板块构造模式的框框使上田诚也(1982)创出了比较消亡学。现在地质学中的主要争论问题之一即是否承认质变。在地质现象中，各种“化”，如花冈岩化、蛇纹岩化等早已为人们所熟知，但以纯粹运动学为基础的板块构造说是不承认“化”的。事实上，越来越多的人不得不承认下部地壳由于岩浆或离子交代使其比重增大，震速加块，甚至变为异常地慢。1978年谢继哲在论板块构造假说及其他一书中曾用大量事实证明地壳的厚度和性质可以改变，也曾把

11、上述现象称为地幔上蚀，是一种量变到质变的过程。把山脉下的山根视为地壳下侵的结果，随着造山带的老化，山根也会经质变而消失，造山带也就改变了性质。即使在浅处，也存在有“化”的现象。如美国加利福尼亚州长谷地热区一处土壤中的汞异常，1982年值就比1975年值有所增加(威莱坎波和巴塞克，1984)。“当移动的卤水进入浅埋的沉积物，它们沉积金属矿物形成世界一级的矿区。石油可从油源岩在卤水中做很远的运移”(白斯基和马尔沙克，1990)。运动着的地球，不同的地区存在着不同的应力场，且随时间可以改变。很多老的逆断层可以转变为正断层，日本海沟陆侧老第三纪时上抬，新第三纪时下沉，都是应力场改变的表现。因板块构造说

12、认为扩张处总是扩张，消亡处总是消亡，方休尼等(1982)宁可得出新第三纪洋壳俯冲时海沟陆侧不是上抬而是下沉的结论。上田诚也(1982)虽已注意到不同消亡带具不同性质(实即不同应力场)，但仍认为不论什么性质，消亡作用不变。综观海洋地质结合陆地地质诸现象，说明地球的发展是一种量变质变趋均衡的过程，这种过程速度很慢，且常出现滞后现象，如斯堪的纳维亚冰盖消失后，至今仍在进行均衡上升。但由于各种内外营力的不断作用，均衡是相对的，不均衡是绝对的，这就是地质现象不断变化、构造活动不断进行的原因。【参考文献】： 1 Uyeda S. Tectonophysics, 1982,81:133 159 2 Von Huene R,et al. Japan Trench transect :Geol. Soc. Am. Bull. , 1982, 93:829840 3 Herzig P M,et al. Sci Letts, 1988,89:261272 4 Bethke C M, Marshak,S. Rev Earth Planet Sci, 1990,18; 287315 5 Summerfield M A. Longman scientifi