【科普】海洋地质学

海洋覆盖面积约占地球表面积的71%。它是全球地质构造的重要组成部分，也是现代沉积作用的天然实验室。海底蕴藏着丰富的矿产资源，是人类未来的重要资源基地。海洋环境地质和灾害地质直接关系到人类的生产和生活。海洋地质调查还是海港建设、海底工程和海底资源开发的基础。因此，海洋地质学具有重要的理论和实践意义。

1872～1876年英国“挑战者”号进行环球海洋调查，**次取得深海样品，发现了深海软泥和锰结核。1891年由英国的默里和比利时的勒纳尔将这次凋查成果编制成**幅世界大洋沉积分布图及写成《海洋沉积》一书，标志着近代海洋地质研究的开始。

“挑战者”号之后的几十年间，海洋地质的研究进展甚微。1925～1927年，德国“流星”号调查船远航南大西洋，首次采用电子回声测深技术揭示了深洋底崎岖不平的地形，发现了纵贯整个大西洋的中央海岭；又用柱状取样管取样，进行样品的岩石学和矿物学研究，并首次推算了深海区的沉积速率。

20～30年代，荷兰地球物理学家芬宁·梅因纳斯等使用潜艇在爪哇海沟和波多黎各海沟进行海洋重力测量，发现了与海沟有关的显著的重力负异常。这对海底构造，乃至全球构造理论的发展具有重大意义。1936年，美籍加拿大地质学家戴利用浊流解释海底峡谷的成因，推动了海底地貌学和沉积学的研究。

第二次世界大战期间，由于海上战争的需要，许多国家致力于海底地形研究，绘制了一批详细的海底地形图；并大力开展声在水中传播规律的研究，为发展海洋地震勘探技术打下了基础。战后，由于海底油田开发的需要，海洋地质调查蓬勃发展。1947～1948年，瑞典国立海洋研究所所长彼得松率领瑞典“信天翁”号作环球深海考察，采用真空式活塞取样管取得长达23米的柱状样，研究了大洋沉积物的结构、厚度和沉积速率，并采用人工地震法研究海底构造。

到40年代中后期，已经积累了有关大西洋、太平洋海底地形、海底沉积以及大陆边缘地质结构的大量资料。40年代末期，谢泼德的《海底地质学》，苏联克列诺娃的《海洋地质学》和奎年的《海洋地质学》先后问世。海洋地质学成为一门独立学科。

20世纪50年代初期，回声测深技术大为改进，高分辨率的精密声呐投入使用，测程达万米，为编制各大洋洋底地形图提供了可靠的手段。同时，重力、磁法和地震探测等地球物理仪器也获得较大改进。这期间，奎年成功地进行了浊流的实验研究，指出浊流沉积具有递变层理。1952年，希曾和尤因研究了1929年纽芬兰附近大滩地震后的海底电缆折断事故，认为该事件是由强大的高速浊流引起。此后，浊流概念逐渐被广泛接受。

1952～1953年期间，美国地质学家梅纳德和迪茨发现东北太平洋的大型断裂带，以后发现这种断裂带在世界各大洋有广泛的分布。这是提出转换断层概念的重要依据。

1950～1958年，苏联“勇士”号调查船考察太平洋，通过测深改进了太平洋水深图，在马里亚纳海沟发现了大洋最深点，还采集海底长柱状样研究了1000万年来的气候演变和地质历史。

大规模的海洋地球物理调查提供了大量资料。人们发现，洋底沉积层极薄，大洋地壳的结构与大陆地壳截然不同；特别是环绕全球的大洋中脊体系与条带状磁异常的发现具有深远意义。60年代初期，赫斯和迪茨在上述发现的基础上分别提出海底扩张说。1963年，瓦因和马修斯用海底扩张说解释海底条带状磁异常的成因。1965年，威尔逊提出转换断层的概念。

由于上述发现使一度衰落的大陆漂移说重新复活，大陆漂移的活动论思想在地学界逐渐取得主导地位，并导致1967～1968年，摩根、麦肯齐和勒皮雄等提出板块构造说。板块构造理论是海洋地质研究结出的硕果，它从根本上动摇了以固定论哲学为基础的地槽论的统治，被称为地学的一场“革命”。

1964年，美国一些研究单位发起成立地球深层取样联合海洋机构，1968年组织了深海钻探计划。该计划在15年期间历经96个航次，航程超过60万公里，钻井逾千口，至1985年出版了深海钻探初步报告80余卷。采用液压活塞取心技术，获得长数百米连续的未扰动样品。这项计划验证了板块构造模式的一些要点，出发现了许多新资料，促进了大洋地层学的发展和古海洋学的诞生。

在技术方法方面，除深海钻探和取样技术外，这一时期还广泛采用潜艇观察、海底摄象、海底电视、海底着陆器及深海仪器拖运装置等观测手段和自动化装置。

海底矿产资源进入了大规模的工业开发阶段，海底石油产量不断上升，海滨与陆架砂矿的重要性也日见增加，深海锰结核、多金属泥及海底块状硫化物矿床引起广泛注意。[2]

海洋地质学的研究内容十分广泛，涉及许多学科的领域，具有极大的综合性，而且与技术方法的研究，特别是测深技术、地球物理、海洋钻探、海底观测和取样技术的研究有十分密切的联系。

海底的地貌景观及其空间分布和成因，是海洋地质学的经典内容之一。海底有三个最主要的地形单元，即大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊。大陆边缘是大陆和海洋的过渡部位，是海陆影响兼而有之的一部分海底；大洋盆地以深海平原和深海丘陵为主体，其上分布着长条状海岭和孤峰状的海山；大洋中脊是地球上最长的山系，多位于大洋中部，是洋壳裂开，深部物质上涌的场所。

海底地形的基本格架受海底扩张和板块构造控制。内力作用对地形，尤其是深海地形的发育起着决定作用，因此深海底的大地形主要是构造地形和火山地形，外力作用也有影响，但与陆地相比要弱得多。

海底地形的调查主要靠海底测深及侧扫声呐。应用现代高精度的声波测深技术和定位技术，已能查明海底的微地形。海底地形是研究海底构造的钥匙，对航海、军事及海底工程均有重要的现实意义。

海底沉积物的类型、形成作用时空分布和大洋演化历史也是海洋地质学研究的主要内容之一。海底的大部分都覆盖着沉积物。主要来源有陆源碎屑、海洋生物骨骸及海水本身的化学和生物化学过程的产物，也有来自火山和宇宙的组分。

海底沉积物的年代是研究沉积史的基础。常用的测年方法有相对年代学方法和绝对年代学方法，前者有古生物法、古地磁法、稳定同位素地层学法，后者有各种放射性同位素测年法。现今已经建立起海底沉积物的地层系统，研究海底沉积地层的划分、对比，是大洋地层学的任务。

大洋构造的演化历史还是一个尚待探索的问题。现今多趋向于用海底扩张和板块构造模式来解释。洋底构造的研究对解决地壳起源、演化等地质学根本问题关系极大，与海底成矿作用也有密切关系。研究洋底岩石的组成、产状、分布和成因，是深海钻探技术发展起来后蓬勃兴起的一个研究领域。[4]

洋壳岩石主要是地幔岩浆活动的产物，也是许多海底矿产的物源，与成矿的关系十分密切。它们在时间空间上的变化，记录了洋壳形成和演化的历史，是当前深海钻探中引人注目的一个研究领域。[5]

海底矿产资源的重要性正与日俱增。在滨岸带，由陆源有用矿物富集形成的砂矿床，已被广泛利用。在近岸浅水区，砂和卵石作为建筑材料，也已大力开发。在大陆架，丰富的油气资源已进入大规模工业开发阶段，产量已达全球石油总产量的1/4，大陆坡和大陆隆是潜在的油气资源基地。深海锰结核储量很大，富含锰、铁、铜、镍、钻、铅等多种有用元素，在诸大洋均有分布，尤以太平洋为最多。多金属泥及块状硫化物矿床的研究正在深入。其他如磷酸盐、海绿石等也有经济价值。

海底资源的调查和开发试验将加紧进行。海底石油在人类能源结构中的比例将继续增加。一个综合开发海底资源的时代已为期不远。成矿作用的研究将出现一个勃兴的局面。大规模的国际合作将进一步促进海洋地质学的高速发展。