03海洋调查-海洋地质学系列

海洋地质学MarineGeology中国地质大学（武汉）资源学院海洋科学与工程系11/13/2015国际海底资源与联合国海洋法公约中国大洋矿产资源研究与开发协会“大洋一号”(5600吨)与“大洋专项”优选出75000km2的多金属结核矿区我国“大洋专项”(1991-)（四）研究意义一、概念和研究内容第一节海洋地质学的概念和研究内容第二节海洋地质学发展史

第一章绪论世界海洋地质学的发展我国海洋地质事业的发展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,1855年在这项调查的基础上绘制了第一幅大西洋深度图海洋地质学研究的意义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。海洋地质学发展史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

用各种采样器,在各大洋362个站位上采集了6200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J.Murray（苏格兰）&A.F.Renard,1891，《深海沉积》J.Murray&J.Hjort,《大洋深处》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，J.Murray，当之无愧的成为海洋地质学的奠基人海洋地质学发展史美国渔轮“信天翁”(Albatross)，1888-1920荷兰“Siboga”号，1899-1900，印度尼西亚近海采取大量底质样品德国“行星”（Planet)号和“EdiStophan”号，在欧洲海区的调查，K,Andree,1920，用德文写成《海洋地质学》一书，又一海洋地质领域的先驱著作。德国“流星”（Meteor)号,1925-1927,南大西洋调查,装备：回声测深技术与柱状采样器

海洋地质学发展史1925-1927回声测深仪德国“流星”（Meteor)号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、大陆架和大陆坡海洋地质学发展史1923-1932，荷兰物理学家F.A.VeningMeinesz,在潜水艇上进行重力测量1935年，美国地球物理学家W.M.Ewing首次在美国东部陆架进行海洋地震探测1905-1929年，美国完成了各大洋的磁测图早期的海洋地质调查1937年，美国首先在墨西哥湾发现了浅海陆架油田海洋地质学发展史海洋地质学发展史H.H.Hess,发表了有关海底平顶山和西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研究第二次世界大战委内瑞拉的马拉开波湖（与加勒比海相通的内海）加利福尼亚岸外波斯湾北海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1948，美国，F.P.Shepard,海底地质学1948，前苏联，克莲诺娃，海洋地质学1950，荷兰，Kuenen,海洋地质学50年代初开始，海上石油勘探大发展海洋地质学发展史50年代末—60年代初：多项国际大洋调查计划的执行1958-1960：国际地球物理年的联合大洋综合调查1960-1965：美、苏、英、法、日等16国调查船联合进行的“国际印度洋考察”1963-1965：联合国教科文组织的“国际热带大西洋合作调查”及“南太平洋联合调查”，“地中海联合调查”.海洋地质学发展史1956，Heezen&Wwing提出存在一条贯穿各大洋的大洋中脊和裂谷体系，并在洋中脊体系内发现了一系列横切大洋中脊的大型断裂带海底平顶上的发现，海底峡谷的发现1962，A.H.Bouma提出了著名的浊积层沉积序列1966，B.C.Heezen,发现等深流和雾浊层这一时期，在理论上也有许多新发现海洋地质学发展史海洋地质学的历史性变革－深海钻探与地学革命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海洋地质学发展史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JuandeFuca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BenioffZone的提出1955，H.Benioff,环太平洋板块俯冲带海洋地质学发展史转换断层的提出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。板志构造学说的提出1968X.LePichonD.P.McKezieR.H.ParkerW.J.Morgan海洋地质学发展史转换断层的提出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。板志构造学说的提出1968X.LePichonD.P.McKezieR.H.ParkerW.J.Morgan海洋地质学发展史世界上美、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)DeepSeaDrillingProgram(1969~1983)大洋钻探计划(ODP)OceanDrillingProgram(1985~2003)海洋地质学发展史三十年来世界各海洋钻井二千多口取得岩芯二十余万米海洋地质学发展史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（IntegratedOceanDrillingProgram,缩写为IODP）。IODP与DSDP、ODP仅仅依靠“JOIDES·决心号”一艘钻探船的情况不同，整合大洋钻探计划的一个主要特点是她将以多个钻探平台为主，除了类似于“JOIDES·决心号”这样的非立管钻探船以外，加盟IODP计划的钻探船将包括日本斥资5亿美元正在建造的五、六万吨级的立管钻探船。一些能在海冰区和浅海区钻探的钻探平台也将加入IODP。此外，美国自然科学基金委员会正在考察重新建造一艘类似于“JOIDES·决心号”，但功能更完备的新的考察船。由于IODP的上述特点，她的航次将进入过去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。目前，日本为新世纪大洋钻探的最大贡献——立管钻探船——已经初具规模。这艘正在冈山一个船厂建造的钻探船，2002年1月18日船体建成，2004年初步装备完成，并被命名为“地球号”。“地球号”长210米，高107米，连水带地层的钻探总深度可逾一万米，在一个站上可以连续工作6个月。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，以及不能在可能含油气的井位钻探的局限性IODP主要特点海洋地质学发展史IODP初步科学计划1.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.2.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3.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:震源带目前，日本为新世纪大洋钻探的最大贡献——立管钻探船——已经初具规模。这艘正在冈山一个船厂建造的钻探船，2002年1月18日船体建成，2004年初步装备完成，并被命名为“地球号”。“地球号”长210米，高107米，连水带地层的钻探总深度可逾一万米，在一个站上可以连续工作6个月。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，以及不能在可能含油气的井位钻探的局限性。“地球号”地球号：长210m，宽38m，高130m（30层楼高）我国的海洋地质学事业大陆海岸线长

18000多公里

海岛

6500多个

管辖海域

近300万平方公里50-60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1960-1964，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中国海洋大学中科院海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所国土资源部青岛海洋地质研究所国家海洋局北海分局国家海洋局环境保护研究所同济大学华东师范大学国家海洋局东海分局国土资源部海洋地质调查大队国家海洋局极地研究所中科院南海研究所国家海洋局南海分局国土资源部广州海洋地质调查局中科院广州地化所厦门大学国家海洋局第三海洋研究所国家海洋局第二海洋研究所与海洋地质有关的教学与研究机构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重要项目南海古海洋学研究中国河口主要沉积动力学过程及应用中国气候与海平面变化趋势和影响冲绳海槽及相邻陆架古环境演变的研究东亚古季风的海洋记录海洋863计划国际合作项目中美“南海北部综合地质、地球物理调查”中法“南海中部合作调查”中日冲绳海槽调查中德“太阳号”南海调查IMAGES计划南海航次中国海区第一次深海科学钻探ODP第184航次1999.2.16~4.12(Fremantle—香港)ODP184航次科学家:

28人中9位中国人松蒿草本颜色反射率全样氧同位素30万年来植被—海水—冰盖的相互关系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3300m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26Ma以来平均分辨率16ka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。同时在南海海域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2～3ka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20～30a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5Ma的碳同位素记录展现出从400ka的偏心率长周期到10ka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。分析表明，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7.6～6.5Ma,3.2～2.2Ma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。南海演变的沉积证据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25~27Ma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。向深海进军《国家重点基础研究发展规划》

地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录

项目简介项目编号：G2000078500

起止年月：2000年10月—2005年9月首席科学家：汪品先联系地址：上海市四平路1239号（邮编200092）同济大学海洋地质教育部重点实验室电话及传真办）传真）电子邮件：pxwang@

主要承担单位：同济大学等项目依托部门：国家教育部主要研究内容

1）“暖池”区能量输送格局的演变（1）构造尺度（≥106年）（2）轨道尺度（104~105年）（3）海洋尺度（≤103年）2）“暖池”区物质运移的变化及其环境意义（1）陆源物质（2）生源物质（3）“底源”物质3）深海生物圈的环境意义（1）深海微生物的研究（2）深海底栖生物的生物量研究（3）深海生物的环境影响和碳循环拟解决的关键科学问题有：（1）热带海洋在地球气候系统中的作用。近二十多年来古气候研究的结果强调北大西洋高纬区的不稳定性是冰期旋回气候变迁的关键，但近来的发现表明西太平洋暖池区是当今地球气候系统中又一个不稳定区，气候变化中许多靠高纬区无法解释的现象，可以从低纬区海洋得到解释。如何认识北大西洋高纬区和西太平洋暖池区在不同时间尺度气候演变中的作用，是理解地球系统和人类生存环境的关键问题。（2）地质构造运动和气候系统演变的关系。由板块运动造成的海陆变迁和地形起伏，导致气候系统发生长期变化；而亚洲东南是晚近地质时期里构造变化最为强烈的区域，是西太平洋暖池形成和变化的直接因素。如海陆布局更改带来的洋流改道，山脉隆升和板块俯冲对碳循环的影响等，从构造到气候之间有一系列圈层相互作用的环节，构成当前地球科学的研究热点。（3）深海海底过程对物质循环的贡献。物质循环、尤其是碳元素的循环，是地球表层系统长期变化的关键。人类对陆地和近岸的物流研究较多，而对深海海底过程对物质循环的贡献了解太少，其中对生命过程的作用尤其缺乏认识。深海环境多样，边缘海与大洋、热液区与非热液区的海底过程各具特色，有待认识这些特色及其对于物质循环的不同贡献。海洋地质调查方法海上定位GPSGPS是什么?

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。