研究地殼被海水淹沒部分的物質組成、地質構造和演化規律的學科。研究內容涉及海岸與海底的地形、海洋沉積物、洋底巖石、海底構造、大洋地質歷史和海底礦產資源。它是地質學的一部分,又與海洋學有密切聯繫,是地質學與海洋學的邊緣科學。

  海洋覆蓋面積約占地球表面積的71%。它是全球地質構造的重要組成部分,也是現代沉積作用的天然實驗室。海底蘊藏著豐富的礦產資源,是人類未來的重要資源基地。海洋環境地質和災害地質直接關係到人類的生產和生活。海海洋地質調查還是海港建設、海底工程和海底資源開發的基礎。因此,海洋地質學具有重要的理論和實踐意義。

  研究簡史 1872~1876年英國“挑戰者”號環球海洋調查,第一次取得深海樣品,發現瞭深海軟泥和錳結核。1891年由英國的J.默裡和比利時的A.F.勒納爾將這次調查成果編制成第一幅世界大洋沉積分佈圖及寫成《海洋沉積》一書,標志著近代海洋地質研究的開始。

  20世紀20~30年代,電子回聲測深儀用於海底地形調查,發現瞭縱貫大西洋的洋中脊,柱狀樣取樣成功,潛艇海洋重力測量,發現瞭與海溝有關的重力負異常,對海底構造理論的發展具有深遠意義。二次大戰期間,由於戰爭的需要,海底地形測量和海洋地質調查有瞭新的進展。戰後,海底油田的開發促進瞭海洋地質調查的蓬勃發展,技術方法有瞭長足的進步。40年代中期,已經積累瞭大量海洋地質資料。40年代末,美國F.P.謝潑德的《海底地質學》(1948)、蘇聯M.B.克蓮諾娃的《海洋地質學》(1948)和荷蘭P.H.奎年的《海洋地質學》(1950)相繼問世。海洋地質學成為獨立學科。

  20世紀50~60年代後期,是大規模的海洋地質地球物理調查促進海洋地質理論大發展的時期。高分辨率聲吶系統的投入使用,為海底地貌調查提供瞭新手段。重力、磁法和地震等地球物理勘探方法也有重大進展。大規模國際海洋調查計劃,如“國際地球物理年”、“國際印度洋考察”、“國際熱帶大西洋合作調查”、“上地幔計劃”、“深海鉆探計劃”等,提供瞭大量海洋地質資料,發現瞭大洋地殼結構與大陸地殼的區別,以及全球規模的大洋中脊體系和條帶狀磁異常。在此基礎上,產生瞭海底擴張說、轉換斷層的概念和板塊構造學,從而從根本上動搖瞭固定論的長期統治,被稱為地球科學的一場“革命”。

  60年代後期至今是海洋地質界致力於深海鉆探以驗證板塊構造理論,進而開辟海洋地質研究新領域的時期。在這一時期內,單一國傢的和國際合作的大規模海洋考察有瞭新的發展。通過“國際海洋考察十年”、“法摩斯計劃”、“地球動力學計劃”和“國際巖石圈計劃”、“大洋鉆探計劃”的實施,通過新的觀測手段和調查設備的采用,人們對大洋裂谷、洋殼構造、板塊俯沖帶及大陸邊緣演化過程有瞭新的認識,海底礦產資源也進入瞭大規模工業開發的新階段,從而推動地球科學的發展。

  研究內容 海洋地質學綜合性強,涉及許多學科領域和技術方法。其主要內容如下:

  ①海底地形。包括海底的地貌景觀及其空間分佈和成因。這是海洋地質學的經典內容之一。大陸邊緣、大洋盆地和大洋中脊是海底的三大地形單元。深海底的大地形大多是構造地形和火山地形。內力作用對地形發育起主要作用。其基本格局受海底擴張和板塊構造的控制。海底地形的調查手段主要是海底測深及側掃聲吶。應用高精度的聲波測深技術和定位技術,可以查明海底的微地形。

  ②海底沉積。主要包括海底沉積物的類型、形成作用、時空分佈及其與大洋演化歷史的關系。海底沉積物主要是陸源碎屑、海洋生物骨骸以及海洋化學與生物化學作用的產物。其分佈與沉積區所處位置有密切關系。瀕臨陸地的近海,陸源沉積作用居主導地位,沉積物的分佈受波浪、潮汐、海流的影響,沉積物的粒度向海洋深部逐漸變細。來自上覆水體的細粒懸浮物和生物骨骸的沉落作用,在遠洋沉積作用中居主導地位。海洋環流格局、海底微地貌、濁流和其他偶發事件,以及氣候和緯度帶對沉積作用和沉積物的分佈都有顯著影響。海洋沉積物連續性較好,保存瞭豐富的環境條件信息,是研究海洋演化歷史的基礎。海底沉積物的測年有多種方法。現已建立起海底沉積物的地層系統。研究海底沉積地層的劃分、對比,是大洋地層學的任務。

  ③海底構造。包括海洋地殼的結構,海底主要構造單元及其相互關系,以及海底巖石圈的演化歷史。洋底地殼具3層結構,上部為沉積層,中部為玄武質熔巖和巖墻,下部為輝長巖。洋殼厚5~10公裡,比陸殼薄,也更年輕,空間上有很大變化。在洋中脊的軸部,厚僅2~6公裡,在無震海嶺或海底高地,厚度可達20公裡以上。有的海臺還有殘存的花崗巖質陸殼。海底主要構造單位包括大洋板塊和板塊邊緣。大洋盆地是大洋板塊的主體。其地層平整,除斷裂構造外,一般沒有褶皺。板塊邊緣有匯聚邊緣、離散邊緣和轉換邊緣3類。洋底構造的研究是解決地殼起源、演化等地質學根本問題的基礎。對海底成礦作用的研究也至關重要。

  ④洋底巖石。研究洋底巖石的組成、產狀、分佈和成因。洋底巖石有兩個顯著的特點:一是年輕,至今尚未發現早於1.7億年前形成的洋殼巖石;二是其化學成分高鐵鎂而低矽堿。洋底也發現有變質巖和中、酸性火成巖,但數量上都不能與玄武巖相比。洋底玄武巖有不同類型。大洋中脊玄武巖分佈最廣,以大離子親石元素和輕稀土元素含量低為特征。板塊內部火山活動形成的玄武巖構成海山,以富含輕稀土和大離子親石元素為特征。洋殼巖石是地幔巖漿活動的產物。也是海底礦產的主要物源。它們在時間和空間上的變化,反映瞭洋殼的形成和演化歷史,是當前大洋鉆探中最引人註目的一個研究領域。

  ⑤海底礦產資源。包括各種海底礦產資源的形成、分佈規律及其經濟意義。海底礦產資源的重要性正與日俱增。在濱岸帶,由陸源有用礦物富集形成的砂礦床已被廣泛利用。作為建築材料的砂和卵石,亦已大規模開發。在大陸架,油氣資源早已進入工業開發階段。其產量已達全球石油總產量的1/4。深海錳結核儲量極大,在諸大洋均有分佈,尤以太平洋為最多。多金屬泥及塊狀硫化物礦床的研究正在深入。其他如磷酸鹽、海綠石等亦有經濟價值。隨著技術進步和陸上資源儲量的減少,海底礦產在人類資源結構中的比例將與日俱增。

  展望 今後的海洋地質學,將在區域調查的基礎上,從深度和廣度兩方面加強基礎理論和資源開發研究。洋殼結構,尤其是深部結構,洋殼生長、擴張和俯沖、消亡機制的研究,以及沉積動力學和古海洋學將進一步得到發展,海底資源的調查和開發試驗將加緊進行,海底石油在人類能源結構中的比例將繼續增長,一個綜合開發海底資源的時代已為期不遠;成礦作用的研究將出現一個勃興的局面。此外,大規模的國際合作和新技術、新方法的應用,必將促進海洋地質學的高速發展。

  

參考書目

F.P.謝帕德著,梁元博、於聯生譯:《海底地質學》,科學出版社,北京,1979。(F.P.Shepard,Submarine Geology,3rd ed.,Harper &Row,New York,1973.)

 J.P.Kennett,Marine Geology,Prentice-Hall,London,1982.