海洋地质学-1第一章 绪论

海洋地质Marine Geology,李存磊,办公室：J6#525，手机QQ:331695658Email：,海洋地质Marine Geology,学时：48专业：海洋测绘课程性质：必修课课程类别：专业基础课（一种为专业课学习奠定必要基础的课程。它是学生掌握专业知识技能必修的重要课程）教材：徐茂泉等编著的海洋地质学,授课内容,第一章 绪论1.海洋地质学的研究对象、内容和意义2.海洋地质学的研究历程3.海洋地质调查研究方法第二章 地球与海洋1.地球的结构2.地球表面特征3.海洋概况4.海水的化学成分和物理性质,第三章 地壳1.地壳表面的地形特征2.矿物3.岩石4.构造运动与地质构造第四章 地质年代与地质作用1.地质年代2.地质作用3.地震作用,第五章 大陆漂移、海底扩张与板块构造1.大陆漂移2.海底扩张3.板块构造第六章 海洋地质作用1.海洋地质作用的动力及其影响因素2.海水的侵蚀作用3.海水的搬运作用4.海洋的沉积作用,第八章 海岸带的现代过程1.海岸及其分类2.海岸带的物质运动3.海岸侵蚀与堆积地貌4.海面变化与海岸演变第九章 河口与三角洲1.河口及其分类2.河口湾沉积3.三角洲的发育过程及类型4.三角洲的沉积特征,授课内容,第十章 大陆边缘及其地质构造1.大陆边缘及其类型2.被动大陆边缘的地质构造3.主动大陆边缘的地质构造第十一章 深海沉积1.深海沉积物的来源、分类和分布2.深海陆源碎屑沉积3.深海粘土和火山碎屑沉积,矿物、岩浆岩鉴定沉积岩、变质岩鉴定,授课内容,实验课（第21周）,第1章 绪论,1.1海洋地质学的研究对象、内容及意义1.2海洋地质学的研究历程1.3海洋地质调查研究方法1.4学习海洋地质学的任务和方法,1.1海洋地质学的研究对象、内容和意义,海洋地质学（Marine Geology) 概念,对海洋领域所作的地质学方面的研究起初叫做“海底地质学”（Submarine Geology），后来一般均称为“海洋地质学”（Marine Geology） F.P.Shepard，1973Marine geology is concerned with the character and history of that part of the earth covered by seawater. James P.Kennett，1982海洋地质学以海水覆盖下的广大岩石圈为研究对象，主要包括海岸、大陆架和大陆坡，以及广阔的深海洋底。它也是地质学的一个分支，专门从事海洋区域的地质学研究。因此，可以把海洋地质学看作海洋学和地质学之间的一门边缘科学。 同济大学海洋地质系，1982,海洋地质学是研究被广袤的海水所覆盖的这一部分地球在时间上的发生、发展，在空间上的分布、变化规律的科学。,海洋地质学（Marine Geology) 概念,地球科学,地理学,地质学,大气科学,海洋科学,水文科学,固体地球物理学,土壤学,环境科学,测绘学,物理海洋学,化学海洋学,生物海洋学,海洋地质学,环境海洋学,海洋地质学属于海洋科学的范畴，但与地质学关系密切，又可以说是海洋学与地质学之间的一门边缘学科,海洋地质学既是海洋科学的重要分支学科，也是当代地质学发展的三个主要前沿学科（海洋、外层空间和深部地质）之一。,板块构造学说的兴起,海底地质调查技术的发展,海洋地质学已成为海洋科学和现代地质学中最引人注目的重要领域之一,浩瀚的海洋蕴藏着占全球石油资源总量34%的石油资源，全球在水深300m以内的大陆架面积约为28 106km2，其中57%是可能蕴含石油的沉积盆地。海底油气资源的远景储量占世界总储量的65-70%,海洋地质学的研究对象,占地球表面积70.8%的广阔海底，即被浩瀚无垠的海水所覆盖的这一部分岩石圈具体来说，就是从海岸线起，经大陆架、大陆坡、大陆裙直至深海洋底，其地理范围环绕七大洲、遍布四大洋。,海洋地质学 研究内容,在波浪、潮汐、海流等营力作用下海岸地貌的塑造，泥沙运动和沉积作用三角洲、河口湾的研究海平面变动及其地质意义海底地壳的组成物质及其分布规律珊瑚礁的成因、特征与成岩作用海底地壳的运动及其所引起的构造和形态特征海洋沉积物及其成岩过程大洋盆地的起源和发展演化历史海洋矿产资源的分布规律和成矿条件的探讨海岸工程、港口建设、滩涂开发等所涉及的海洋地质学知识在人类生产斗争中的应用大陆边缘的地形、沉积和地质构造深水大洋洋底的地形、洋壳构造、岩石组成、成因、历史和演化深海沉积和地层学问题海陆相互作用以海底物质为载体，研究全球变化的历史、现在和未来,海洋地质学 分支学科,海底地貌学：以研究海底形态、空间分布及成因为内容。大洋地貌的研究对于板块构造学说的建立作出过重要贡献。海岸带由于其特殊的地理经济地位和复杂的动力条件，已形成一门独立的海岸地貌学。相关的动力地貌学也以海岸动力地貌为其主要内容并与动力沉积学紧密关联。,海洋地质学 分支学科,海洋地球物理学：是地球物理学的重要分支，也是地球物理学在海洋中的应用学科，包括海洋重力、海底地磁场、海洋地震学、海洋地电学和海洋地热学等领域。海底构造地质学：是海洋地质学中发展最光辉的领域，板块构造模式不只是海洋构造，而且是全球构造体系。,海洋地质学 分支学科,海洋沉积学：以研究现代海洋沉积物的特征、时空分布及形成和演变机制为内容。海洋沉积学的进展极大地丰富了沉积学的内容并革新了传统沉积学的理论。现已建立的各种沉积相模式大多数源于海洋沉积学的研究。,海洋地质学 分支学科,海洋地层学：是分辨率最高、最精确的地层学。包括岩性地层学、事件地层学、生物地层学、年代地层学、磁性地层学、气候地层学等等。古海洋学：是海洋地质学乃至地球科学中发展最快的领域，主要根据海洋沉积物研究地质时期里的海洋环流、海洋化学和海洋生产力、生物地理的演变过程等。,海洋地质学 分支学科,海底矿产地质学：研究赋存于海底的矿物资源和有机矿产的形成、富集规律及矿产资源的赋存状态和开采条件的科学。海洋工程地质学：随着海洋工程设施的构筑及海洋开发的兴起而形成的一门学科，是陆地工程地质学的延伸。,海洋地质学 分支学科,海洋灾害地质学：以研究揭示海岸与海底地质灾害分布与规模、灾害因素、形成及演化机制以及灾害预测与防治为目的。其最大的研究领域是海底不稳定性问题。,海洋地质学研究的意义 理论意义 实践意义,海洋作为地球最大的自然景观，无疑在地球系统演化中有重要的作用。无论是岩石圈、水圈还是生物圈，海洋都是重要的组成部分海气相互作用也是影响全球气候的重要因素，因此对大气圈也有控制作用。,20世纪40年代以前，神秘的海底被称为是“被忽视的地带”或“朦胧地带”,第二次世界大战后,各大洋中部横贯着一条全球性的大洋中脊和裂谷体系洋底地壳较重而薄，其物质组成也不同于大陆地壳洋底地壳的年龄远比大陆地壳年轻,为海底扩张、板块构造理论的建立奠定了基础,没有海洋地质学的发展就没有板块构造理论,对地球科学的发展作出了重要贡献,海底扩张、板快构造学说的建立海洋油气和矿产资源勘探古海洋学的兴起和古气候学全球变化研究的关键,使沉积学研究进入了一个新阶段,海洋是现代沉积作用正在进行的场所，为沉积和成岩作用的研究提供了丰富的素材现代三角洲、海洋碳酸岩以及珊瑚礁的深入研究，把富含油气的碳酸岩、古三角洲砂页岩的研究，推进到一个新阶段，为油气勘探做出了重要贡献深海浊流的发现和研究，不但动摇了传统的沉积分异理论，还合理了解释了古代复理石建造的成因问题等等。大洋钻探的实现使得高分辨率沉积学迅速发展,海洋地质学研究的意义还在于海底有丰富的矿产资源,近海石油、天然气资源、天然气水合物滨海及浅海固体矿产（砂砾石建筑材料）、近海砂矿、海底煤田、地下卤水大洋多金属结核、结壳、磷块岩、块状硫化物和多金属软泥,海底矿产资源 锰结核,海底矿产资源 锰结核,海底矿产资源 富钴结壳,深海资源,1998年美国、德国分别从海底取黑烟囱样品,正在形成中的金属硫化物矿床,海底矿产资源石油、天然气,海底储量石油占总储量的45%天然气 占总储量的50%海上产量占总产量的约1/3,海底矿产资源 天然气水合物,包裹在灰色碳酸盐胶结物中的白色天然气水合物(右侧中央)。右下方的小板手作比例尺。,天然气水合物,海洋渔业,海洋取得的食物只占1%却占人类食用动物蛋白的22%,1.2 海洋地质学的研究历程,世界海洋地质的研究概况我国海洋地质的研究概况,海洋地质学作为一门科学开始于十九世纪中叶为横跨大西洋铺设海底电缆，有必要详细调查海底地形和沉积物的类型美国海洋学家M.F.Maury（莫里） 于1855年在这项调查的基础上绘制了第一幅大西洋深度图,早期的缓慢起步,1858年大西洋越洋电报电缆铺成后，几个月便失效。1866年重新铺设。,1866年7月27日电缆铺到纽芬兰,“挑战者”号环球考察（1872-1876 ） ） 海洋学综合科学考察的创举,路线：大西洋-印度洋-太平洋历时：3年5个月航程：12.6万km首席科学家：生物学家 Charles Wyville Thomson（汤姆森）,标志着现代海洋学的正式开始,用各种采样器,在各大洋362个站位上采集了12000多个底质样品在大西洋加那利群岛、太平洋夏威夷群岛附近深海底采集了大量锰结核默莱(J. Murray) & 伦纳德(A. F. Renard)1891,Deep Sea Deposit(深海沉积）并编制了第一幅世界大洋沉积物分布图创建了全面的深海洋底形态和陆架沉积物的分类系统，首次描述了深海红粘土、深海软泥、锰结核等深海沉积标志着海洋地质学的开始，自然学家默莱（J. Murray）当之无愧的成为了海洋地质学的奠基人,主要成就,德国“流星”（Meteor )号, 1925-1927,南大西洋调查,回声测深技术柱状采样器测试了深海沉积速率,1925-1927 回声测深仪,较以前的缆绳测深无论准确性和工作效率都有飞跃提高首次解释了大西洋中部是巨大的大洋中脊，可清晰地辩明位于脊峰的中央裂谷及侧翼上的海山还可区分出深海平原、大陆架和大陆坡,回声测深仪,早期阶段（1842-1933），由于科学技术条件的限制，调查方法比较原始，相当长的时间内进展缓慢。直到二战前，海底调查大都有科学家出资，技术手段简陋，调查区域狭小，海底取样以抓取表面沉积物为主，少量取样深度也不大（最长5.6m），基本上属于平面海底地质的调查。,中期的蓬勃发展（1933-1960）,从第二次世界大战开始一直到20世纪50年代，由于军事上的需要和海上油田的勘探开发，海洋地质研究受到各国政府的重视和财团的关注。投资的激增，使得海底调查的技术方法大为改观。声呐的发明，重磁、地震仪器的较大改进，新式取样装置的研究，加快了人民对海底世界的认识进程。,赫斯(H.H.Hess)发表了有关海底平顶山和太平洋西北部的构造资料1947.7-1948.10,瑞典的“信天翁”(Albatross)环球大探险，利用真空式取样管采集样品，长度可达22m，用人工地震波勘探法确定海底地壳构造美国拉蒙特地质研究所，在大西洋进行了一系列的地球物理调查研究1955年前后，古地磁研究取得长足进展。布莱克特(P.M.S.Blacket)等通过对岩石剩余磁性的研究，证明各大陆曾发生过漂移。,主要成就,1948，美国谢帕德(F.P.Shepard)的海底地质学1948，前苏联克莲诺娃的海洋地质学1950， 荷兰奎年(Kuenen)的海洋地质学,40年代末，50年代初，一些海洋学著作的问世，标志着海洋地质作为一门独立学科的地位已经确立,50年代末开始的国际性联合海洋调查使蓬勃发展的海洋地质学研究进入了一个崭新的阶段,19571958间的“国际地球物理年”联合大洋综合调查，联合了40多个国家共计60艘船参加调查，不仅查明了大洋中脊系统，还为国际联合调查开创了先例；1959开始的莫霍计划试图获取莫氏面以下的上地幔物质样品。,近代的快速腾飞（1960-现在）,20世纪60年代起的大规模“国际联合调查”标志着海洋地质学的飞速发展，并开创了海洋地质学研究由区域性转入全球性、由地球表面发展到地球深部的新局面,这一时期，在理论上也有许多新发现,美国的赫斯（1960,1962）和迪茨（1961）几乎同时提出了“海底扩张说”Bouma A. H. （1962 ）提出了著名的浊积层沉积序列剑桥大学的瓦因和马修斯（1963）提出海底磁异常条带起因的假说并证实了海底扩张说加拿大多伦多大学的威尔逊（1965）提出转换断层机制并首次使用“板块”一词Heezen B. C.（ 1966）发现了等深流和雾浊层美国普林斯顿大学的摩根（1968）阐明了全球板块构造学说的基础，并绘制了第一幅全球板块分布图法国的勒皮雄（1968）创立了现今常用的全球六大板块分布图，从此诞生了“板块构造学说”Heezen B. C. （1971）绘制了精美的海底地形图,海洋地质学的历史性变革,深海钻探与地学革命,地学革命,60年代末期，地质学领域出现了革命性的变化。18世纪地质学奠基时期建立起来的“均变论”思想到了20世纪前半期演变为日益狭隘的“海陆永恒”的统治性科学思想体系，即固定论。固定论对Wegener的大陆漂移说采取绝对排斥的态度，围绕大陆漂移学说展开了活动论与固定论之间的“世纪之争”从大陆漂移学说发展为海底扩张板快构造理论，经历了从被湮没到复苏的过程，这就是60年代开始发生的闻名遐迩的地学革命。地学革命风云录，许靖华著，何起祥译，地质出版社，1985。,地学革命始于地球物理学家所作的地磁、地震、和地热研究，最终完成于深海钻探中地质学家的卓越贡献,Hess对海底平顶山的解释地球的诗篇,他设想地幔热对流上升使大洋中脊海底裂开，热流足以引起地幔局部融化，熔融的岩浆喷出形成火山岛。随着时间的推移，火山岛顶部被削蚀，并在地幔对流推动下从洋中脊移开，随着热流下降地壳收缩而沉入海底成为平顶山。,大洋中脊磁异常条带的发现,50年代发明的核子旋进磁力仪，1955年用于海洋调查，在Juan de Fuca 中脊发现地磁条带1962， F.Vine，印度洋中脊发现磁异常条带磁异常条带的发现和解释为海底扩张提供了有力的证据，也奠定了板快构造学说的基础,转换断层的提出,1956， J.T.Wilson, 赤道大西洋洋中脊为板块构造理论的最终建立提供了一种重要的边界,20世纪60年代以来开展的国际联合调查项目,1959-1966：Mohole 莫霍计划，目的：试图钻穿洋壳最薄处，获取地壳深部和上地幔的物质样品。1960-1955：IIOE，国际印度洋调查1964-1975：DSDP 深海钻探计划：目的：研究位于玄武岩上的海底沉积层。1975-1983：IPOD， 国际海洋钻探计划：在DSDP基础上进行1985-2003：ODP，大洋钻探计划。1971-1980： IDOE，国际海洋勘探十年计划1962-1979：IUMP,国际上地幔计划1980-1990： ILP，国际岩石圈计划1973-至今：IGCP，国际地质对比计划,世界上美、日、德、英、法、澳、加等二十余国和地区参加年预算4500万美金地球科学历时最长、规模最大的国际合作,深海钻探计划(DSDP)Deep Sea Drilling Program(19691983),大洋钻探计划(ODP)Ocean Drilling Program(19852003),DSDP/ODP成果,证实了海底扩张理论和板块构造学说创立了古海洋学,IODP,人类对海底的大规模钻探已经经历了深海钻探（DSDP）（1968-1983）和大洋钻探（ODP）（1985-2003）二个阶段，现今的大洋钻探计划是迄今为止历时最长、成效最大的国际科学合作计划。当ODP计划接近其尾声时，一个规模更加宏大、科学目标更具挑战性的新的科学大洋钻探计划正在有条不紊地筹备之中并且即将实施，她就是整合大洋钻探计划（Integrated Ocean Drilling Program, 缩写为IODP）。,DSDP、ODP仅仅依靠“JOIDES决心号”一艘钻探船，IODP以多个钻探平台为主：“JOIDES决心号”Chikyu, 在海冰区和浅海区钻探的钻探平台。IODP的航次将进入过去ODP计划所无法进入的地区，如陆架及极地海冰覆盖区；她的钻探深度则由于立管钻探技术的采用而大大提高，IODP也因此将在古环境、海底资源（包括气体水合物）、地震机制、大洋岩石圈、海平面变化以及深部生物圈等领域里发挥重要而独特的作用。日本为新世纪大洋钻探的最大贡献立管钻探船“地球号”。其最大的特色是具有泥浆循环和防喷设备，克服“JOIDES决心号”裸眼钻探的弱点，及不能在可能含油气的井位钻探的局限性。,IODP主要特点,IODP 初步科学计划,深部生物圈与海底下的大洋 各种地质环境中的海底下的大洋 新领域: 深部生物圈 新领域:天然气水合物.环境变迁,过程与影响 环境变迁的内部强迫 新领域:极端气候 环境变迁的外部强迫 内力与外力作用引起的环境变迁 新领域:快速气候变化固体地球旋回与地球动力学 裂谷大陆边缘、大洋巨型火成岩区和大洋岩石圈的形成 新领域:大洋的解体与沉积盆地的形成 新领域: 巨型火成岩区 新领域:20世纪莫霍钻 大洋岩石圈在深部地幔的再循环和大陆地壳的形成 新领域:震源带,大陆海岸线长18000多公里海岛 6500多个管辖海域近300万平方公里,中国的海洋地质研究概况,5060年代,1957年，中科院海洋研究所等对渤海和南黄海的调查是我国首次综合海洋调查，包括海洋地质方面的内容1958年，“中国近海海洋综合调查”计划，先在渤海、东海，1959年在南海，1960年完成编会我国第一套海洋图集。,1959年，我国第一个海洋地震队（队长刘光鼎，副队长秦蕴珊）1960年，以找油为目标的浅海地质调查19601964， 全国海岸带调查70年代：开始实施一系列大型海洋调查计划,5060年代,80年代开始进入蓬勃发展时期,一系列国家重大项目的实施国际合作增多全面总结了50年代以来的成果，形成了我国海洋地质学研究的方向海洋油气勘探取得重要突破配备了先进的调查船和高新技术的应用,重要计划,南极科学考察北极科学考察太平洋多金属结核资源调查开发研究全国海岛资源综合调查,ODP 184航次科学家:28人中9位中国人,汪品先，我国著名的海洋地质学家，中科院院士。目前是国家重点基础研究发展规划项目地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录”的首席科学家、国家重点学科“海洋地质学”和上海市重点学科“海洋地质”的学科带头人。近年来积极推动中国地球系统科学研究，强调地球圈层之间的相互作用，从海陆结合的角度研究新生代东亚宏观环境格局的演变。,大洋钻探船“JOIDES决心号”,目前世界上最大、最先进的深海科学钻探船,船长143m排水16900吨钻塔高61m12个动力定位推进器最大的升降补偿设备(400吨)1400m2七层实验室,历时两个月，在南海南北6个深水站位钻孔17口井，从水深2037-3294m的海底钻入地下岩层，去得高质量的连续岩心共计5500m。,南海大洋钻探的主要学术成就,建立起西太平洋区最佳深海地层剖面东沙海区水深3300 m的1148站，在生物地层学、磁性地层学研究的基础上，分析了1600多个样品有孔虫的稳定同位素组成，取得了26 Ma以来平均分辨率16 ka的连续记录，这是西太平洋海域最为连续、分辨率最高的长期深海记录，也是世界大洋迄今为止唯一不经拼接的晚新生代同位素连续剖面。在南海1143站，经过1800个样品的稳定同位素分析，取得了平均分辨率为23 ka的5Ma连续记录，这也是世界大洋最好的剖面之一。通过1144站岩芯物理性质的数据处理，更取得了平均分辨率2030 a的晚第四纪古环境记录。,揭示了气候周期演变中热带碳循环的作用,南沙1143站5 Ma的碳同位素记录展现出从400 ka的偏心率长周期到10 ka的半岁差周期，大大丰富了对于气候周期演变历史的认识，揭示出低纬海区太阳辐射量的变动引起季风、厄尔尼诺等热带过程的变化，导致碳循环的周期性变迁。这类以岁差周期为基础的热带气候变化，很可能在第四纪时期还通过碳循环对冰期旋回的进程和规律产生影响，使得地球系统以低纬和高纬区互相作用，水循环和碳循环相互结合，短周期和长周期相互叠加的形式不断演化，表明第四纪气候旋回不仅有高纬区的冰盖驱动，而且有低纬区的热带驱动。,东亚季风演变的深海记录,184航次首次为东亚季风的历史取得了深海记录，得以和印度洋取得的南亚季风进行对比。南海记录的古季风信息以冬季风为强，因而在轨道驱动的周期性和识别古季风的替代性标志上都与南亚季风不同。然而，晚新生代的连续记录表明东亚和南亚季风的演变的阶段性十分相似，在7.66.5 Ma, 3.22.2 Ma等时段均有明显的强化，频谱分析也展示冬季风受冰盖大小的控制。南海深水记录中的季风变迁与我国内地的黄土剖面对比良好，为我国气候历史研究的海陆对比提供了依据。,1148站的地层覆盖了几乎南海海盆扩张的全部历史，第一次为盆地演化提供了沉积证据。深海相渐新统的发现，表明海盆扩张初期已经有深海存在，微体化石分析又展现了海盆逐步加深的过程。而渐新世晚期约2527 Ma前的构造运动，不仅造成了南海的沉积缺失、搬运和成岩作用，而且揭示了东亚广泛存在的早、晚第三纪之间巨大构造运动的年龄。南海大洋钻探也为我国海区深海沉积的开展提供了宝贵材料，例如发现东沙东南高速沉积体，其物源可能来自台湾；中新世和早上新世南海处于河流输出物低值和生物成因碳酸盐沉积的高值期，出现南海南北沉积环境相似的局面。,南海演变的沉积证据,1.3海洋地质调查研究方法,GPS,GPS是由美国国防部开发的星基无线电导航系统。GPS每天24小时为全球陆、海、空用户全天侯提供三维位置、速度和时间。它比其它无线电导航系统精度更高。GPS由三部分组成：空间段、控制段和用户段。 空间段由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成。卫星轨道高度20200 km,倾角55度,周期12小时。卫星的轨道分布保证在世界各地任何时间可见到至少6颗卫星。卫星连续向用户提供位置和时间信息。控制段由一个主控站、5个监测站、三个注入站组成。主控站位于Colorado。监测站跟踪视野内所有GPS卫星、收集卫星测距信息，并把收集的信息送到主站。主站计算卫星精密轨道，并产生每颗卫星的导航信息,通过注入站传送到卫星。用户段由接收机、处理器和天线组成。通过接收卫星广播