海洋地质学

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  海洋地质学汉语拼音:Haiyang Dizhixue;英语:Marine Geology),研究地球被海水淹没部分的特征及其演变规律的综合性学科。主要研究海岸海底地形海洋沉积洋底岩石海底构造大洋地质历史海底矿产资源等。海洋地质过程与海洋物理、海洋化学海洋生物作用有密切的联系。海洋地质学是地质学研究的重要领域,也是海洋科学的基础学科。

  海洋覆盖面积约占地球表面积的71%,离开海洋地质,要解决地球起源和演化等重大问题是根本不可能的。海底蕴藏着丰富的矿产资源,是人类未来的重要资源基地。海洋也是现代沉积作用的天然实验室。海洋环境地质和灾害地质的研究直接关系到人类的生产和生活。海港和海底工程及海底资源开发等也都离不开海洋地质研究。因此,无论在理论上或实践中,海洋地质学都有重要意义。

简史

  1872~1876年英国“挑战者”号环球海洋调查第一次取得深海样品,发现了深海软泥和锰结核。1891年英国J.默里比利时A.F.勒纳尔据这次调查成果编出第一幅世界大洋沉积分布图及写成《深海沉积》一书,标志着近代海洋地质研究的开始。

  20世纪20~30年代,电子回声测深仪用于海底地形调查,发现了纵贯大西洋的洋中脊;柱状样取样成功,潜艇海洋重力测量,发现了与海沟有关的重力负异常,对海底构造理论的发展具有深远意义。

  第二次世界大战期间,由于战争的需要,海底地形测量和海洋地质调查有了新的进展。战后,海底油田的开发促进了海洋地质调查的蓬勃发展,技术方法有了长足的进步。40年代中期,已经积累了大量海洋地质资料。40年代末,美国F.P.谢泼德的《海底地质学》(1948)、苏联M.V.克列诺娃的《海洋地质学》(1948)和荷兰P.H.奎年的《海洋地质学》(1950)相继问世,海洋地质学成为独立学科。

  20世纪50~60年代,是大规模的海洋地球物理调查促进海洋地质理论大发展的时期。高分辨率声呐系统的投入使用,为海底地貌调查提供了新手段。重力、磁法和地震等地球物理勘探方法也有重大进展。大规模国际海洋调查计划,如国际地球物理年、国际印度洋考察、国际热带大西洋合作调查、上地幔计划等,提供了大量海洋地质资料,发现了大洋地壳结构与大陆地壳的区别,以及全球规模的大洋中脊体系和条带状磁异常。在此基础上,产生了海底扩张说转换断层概念板块构造说。从根本上动摇了固定论的长期统治,被称为地球科学的一场“革命”。

  20世纪60年代后期至今是海洋地质界致力于深海钻探以验证板块构造理论,进而开辟海洋地质研究新领域的时期。在这一时期内,单一国家的和国际合作的大规模海洋考察有了新的发展。通过国际海洋考察十年地球动力学计划国际岩石圈计划深海钻探计划大洋钻探计划的实施,通过新的观测手段和调查设备的采用,人们对大洋裂谷、洋壳构造、板块俯冲及大陆边缘演化过程有了新的认识,海底矿产资源也进入了大规模工业开发的新阶段,进而促进了地球科学的发展。

学科内容

  海洋地质学的研究内容十分广泛,涉及许多学科领域,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。

  海底地形 研究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3个最主要的地形单元,即大陆边缘大洋盆地大洋中脊。大陆边缘是大陆和海洋的连接部位,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侧扫声呐和多波束调查。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 主要研究海底沉积物的类型、形成作用、时空分布及其与大洋演化历史的关系。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作用,也有来自火山宇宙的组分。

  在海底不同部位,影响沉积作用的主要因素不一。濒临陆地,陆源沉积作用居主导地位,受波浪潮汐海流的影响,其分布具有多样性的特点;向深部,总的趋势是粒度变细,来自上覆水层的细粒悬浮物和生物骨骸的垂向沉落,即远洋沉积作用居主导地位。但海洋环流和微地貌对沉积物的分布有很大控制作用,浊流和其他偶发事件也有影响。气候和纬度带对海洋沉积作用的影响十分显著。与陆相沉积物相比,海洋沉积物在时间上多具有较强的连续性,因此保存了海洋物理、海洋化学、海洋生物及海洋环流演变的较完整的记录。根据深海钻探岩心所提供的信息,已能描绘中生代以来海洋演化的历史图景及新生代的详细的海洋温度史。

  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。现在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。

  海底构造 研究海洋地质的结构,海底主要构造单元及其相互关系,以及海底岩石圈的演化历史。洋底地壳具三层结构,自上而下为沉积层、玄武质熔岩和岩墙、辉长岩等。洋壳厚约5~10千米,比陆壳薄得多,也年轻得多。但在空间上也有很大变化。在大洋中脊轴部,厚仅2~6千米,玄武岩常直接出露海底;在无震海岭海底高地,地壳厚度显著增大,常可达20千米以上。有的海台还残存有花岗岩质陆壳。

  海底主要构造单元包括大洋板块和板块边缘。大洋盆地是大洋板块的主体,那里的地层平整,除断裂构造外,一般没有褶皱。板块边缘有三种类型,即以板块俯冲消亡为特点的汇聚边缘,以海底扩张、洋壳增生为特点的分离边缘,以水平错动为特点的转换边缘。

  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。海底扩张和板块构造模式为解释大洋构造的演化历史奠定了基础。但还有许多问题尚待进一步探索。

  洋底岩石 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。与陆壳岩石相比,洋底岩石有两个显著特点:一是年轻,至今尚未发现年龄大于1.7亿年的洋壳岩石;二是其化学成分高铁镁而低硅碱,与陆壳岩石高硅碱而低铁镁恰好相反。

  尽管在洋底也发现了变质岩和中、酸性火成岩,但数量上均不能与玄武岩相比。洋底玄武岩有不同类型。大洋中脊玄武岩分布最广,以大离子亲石元素和轻稀土元素含量低为特征。板块内部火山活动形成的玄武岩构成海山,成分上以富轻稀土和大离子亲石元素为特征。

  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。

  海底矿产资源 研究各种海底矿产资源的形成、分布规律及其经济意义。

  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,砂砾石作为建筑材料,也已大量开发。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、钴、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。

  对海底矿产资源的研究,主要侧重在分布规律和工业评价,但成因研究已日益受到重视。随着技术的进步和陆上资源储藏量的减少,海底矿产资源在人类资源结构中的比例将与日俱增。

展望

  今后的海洋地质学,将从深度和广度两方面,加强基础理论和资源开发的研究。对洋壳结构,尤其是深部结构,洋壳生长、扩张和俯冲消亡机制以及地球动力学的研究,沉积动力学古海洋学将得到进一步的发展,以最终解决海洋的起源与演化问题。

  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。在解决上述问题的过程中,技术方法的改进将是优先考虑的一个条件。