深海钻探计划

[拼音]：Shenhai Zuantan Jihua

[外文]：Deep Sea Drilling Project

20世纪60年代中期开始的一项全球性大洋钻探计划，是指在大洋和深海区进行钻探，通过获得的海底岩心样品和井下测量资料来研究大洋地壳的组成、结构、成因、历史及其与大陆关系的一项海底地球科学研究计划。

简史

1957年，美国科学家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡议用深海钻孔穿过莫霍面，以研究地幔的物质组成，这就是“莫霍计划”(MOHOLE)。该计划于1961年在美国加利福尼亚湾外试钻，接着在墨西哥西岸外钻到了玄武岩，以后虽因多种原因中途夭折，但为深海钻探积累了经验。

1964年，由美国斯克里普斯海洋研究所等五个单位联合发起组成“地球深层取样联合海洋机构”(JOIDES)，并提出了深海钻探计划，1965年在美国东海岸的布莱克海台试钻成功。1966年6月，斯克里普斯海洋研究所从美国科学基金会接受任务，筹备开展一项以浅层取样为目的的深海钻探计划(DSDP)、技术上受JOIDES指导。由有动力定位设备的“格洛玛·挑战者”号钻探船负责钻探。

1968年8月，“格洛玛·挑战者”号首航墨西哥，深海钻探计划正式开始。它用五年半的时间完成了三期钻探计划。由于该计划执行以来取得了显著成果，因而苏联、联邦德国、法、英、日等国相继加入JOIDES，深海钻探计划进入国际合作的新时代，即大洋钻探国际协作阶段（IPOD），又称“国际大洋钻探计划”。IPOD是深海钻探计划的第四阶段，它继续延用DSDP的航次和编号，1975年12月第45航次开始了国际大洋钻探计划的钻探活动，重点研究洋壳的组成、结构和演化。

成就

从1968年8月11日开始至1983年11月计划结束，“格洛玛·挑战者”号船完成了96个航次，钻探站位624个，实际钻井逾千口，航程超过 60万公里，回收岩心 9.5万多米。除冰雪覆盖的北冰洋以外，钻井遍及世界各大洋。深海钻探的原始资料与成果按每个航次一卷汇编成《深海钻探计划初步报告》(Initial Reportsof the Deep Sea Drilling Project)，至1985年已出版80余卷。

深海钻探取得的大批资料弥补了近代地质学在深海地质方面的空白，验证了海底扩张说和板块构造说的基本论点，提供了中生代（2亿年）以来古海洋学的第一手资料，极大地推动了海洋地质学的发展，对近代地质理论和实践作出了卓越的贡献。“深海钻探计划”的主要成果有以下几方面：

验证了海底扩张和板块构造说

60年代初、中期，海底扩张说和板块构造说先后问世，许多地质学家疑信参半。深海钻探计划开始实施恰与这些新思想的出现同时。因此，验证这些思想就成为该计划的首要任务。

（1）证实了海底扩张与洋壳生长。深海钻探计划证实大洋地壳确实比陆壳年青得多，最老的岩石未超过1.7亿年。钻探得出的年龄证明，F.J.瓦因等根据海底扩张思想对海底条带状磁异常作出的年龄预测基本上是正确的。随着远离大洋中脊，洋壳年龄呈线性增加，上覆沉积物底部层位时代逐渐变老，沉积层逐渐增厚。

海底在扩张过程中伴随着冷却沉降，导致洋壳的埋藏深度自脊顶向两侧逐渐增大。1971年和1973年J.G.斯克莱特据此从理论上提出洋壳深度与年龄的关系曲线。大西洋和太平洋的钻探成果证实了这一曲线的可靠性，从而可以根据斯克莱特曲线推算古海底的深度。

被动大陆边缘的深海钻探成果，进一步论证了陆壳引张变薄，以至完全裂开，形成新洋壳的演化过程。一些幼年海洋就是大陆裂开后初始海底扩张作用的产物。在红海，23B航次证实，近240万年来，该海盆以每年0.9厘米的速度扩张。加利福尼亚湾的钻探表明，湾内的轴部盆地是近400万年的海底扩张形成的。

（2）证实俯冲增生和构造侵蚀作用。板块构造理论认为，在俯冲过程中，大洋板块上的深海沉积物和火成岩被刮落下来，沿海沟内壁不断增生，构成混杂的增生楔形体。新的物质不断自下方楔入，将老的混杂岩体逐一向上顶举，理应产生一套上老下新的序列。深海钻探果然在美国西岸外的阿斯托里亚海底扇和阿拉斯加海沟发现了由变形沉积物组成的增生楔形体。在中美海沟，见到沟壁上方为中新世地层，根部为更新世地层。汤加海沟、帝汶海沟、新赫布里底海沟等地的钻探结果，也可以用增生楔形体模式解释。

但是，深海钻探也证明，实际情况要比原来的设想复杂得多。日本海沟、马里亚纳海沟等均未发现足够规模的增生楔形体。事实迫使人们另作解释，于是有“陆壳下曳”或“构造侵蚀作用”模式的提出。在这样的活动边缘，沉积物随板块潜入地幔，陆壳因洋壳的俯冲拖曳而下挠，并常因壳下侵蚀作用而使陆壳变薄。

（3）获取了边缘盆地的资料。边缘盆地的性质和成因，是地球动力学中争论较多的问题。根据板块构造理论，岛弧陆侧的边缘盆地，是弧后扩张作用的产物，下伏着扩张新生的洋壳，其年龄应比岛弧洋侧的俯冲洋壳年青。深海钻探在边缘盆地内确实发现了较年青的洋壳，如在珊瑚海盆地钻到玄武岩，在马里亚纳弧后的菲律宾海钻到了始新世（约5000万年）以来的洋壳；而马里亚纳弧东侧太平洋洋壳的年龄为晚中生代；有一个钻孔穿入洋壳600米，发现其成分与正常的大洋中脊玄武岩一致。但也遇到许多复杂的情况，如在第勒尼安海中，钻穿了200米的拉斑玄武岩，其成分介于典型大洋中脊玄武岩和板块内部大洋岛玄武岩之间。

（4）揭示了中生代以来的板块运动史。深海钻探结果揭示了联合古陆破裂解体的过程。1.65亿年前，非洲与北美分离，形成北大西洋；距今1.25～1.10亿年间，非洲与南美分离，南大西洋形成；0.95亿年前，欧洲与北美分离。大西洋向北延伸。第三纪欧、非之间进一步汇聚挤压，特提斯海消亡，其残余构成东地中海。西地中海是挽近时期张裂形成的，巴利阿里海底玄武岩的年龄，只有几百万年。

在太平洋，DSDP在东太平洋海隆的扩张中心发现了新生洋壳。向西，洋壳逐渐变老，在日本海沟和马里亚纳海沟以东，钻到了白垩纪和侏罗纪的洋壳。通过对条带磁异常的测年工作，取得了有关中生代海底扩张的详细资料。

在印度洋和南大洋的钻探，取得了解释海底磁异常所必需的地质依据。资料表明，大约1.27亿年前，印度从澳大利亚-南极洲裂出，印度洋开始形成；0.53亿年前澳大利亚与南极洲分裂。

阐明了洋底玄武岩的性质

深海钻探表明，洋壳的层 2主要由拉斑玄武岩组成。这些玄武岩广布于各大洋洋底，具枕状或角砾状构造，大离子亲石元素和轻稀土元素的含量很低，化学成分极相类似。它们形成于大洋中脊轴部，称大洋中脊玄武岩。深海钻探还在洋盆内海底火山和火山岛揭露了另一种玄武岩类型，称大洋岛玄武岩，为板块内部火山活动的产物，其大离子亲石元素和轻稀土元素含量较高（见洋底岩石）。对夏威夷-皇帝海岭的钻探发现，自东南向西北方向，海底火山和火山岛的年龄逐渐变老，深度逐渐加大。这不仅证实了热点假说，而且在海岭地区验证了斯克莱特曲线，证实了深海底大幅度垂直运动的存在。

为古海洋学的建立奠定基础

深海钻探取得了各大洋海底沉积物的完整剖面，其中的微体化石和超微化石为年代学和古海洋生态环境的研究提供了依据。深海沉积物的性质取决于多种因素，其中最重要的是碳酸盐补偿深度(CCD)的变化。正是这些沉积记录，揭示了近2亿年来的古海洋的演变史。为古海洋学的建立奠定了基础。

深海钻探发现了一些特殊的沉积物，如广泛分布的白垩纪中期黑色页岩和中新世的红粘土。它们标志着古海洋化学性质的巨大变化。白垩纪中期黑色页岩在大西洋分布最广，也见于北太平洋及澳大利亚以西的印度洋部分地区，富含有机质，是大西洋沿岸许多重要油田的生油层。它反映当时海水曾处于停滞缺氧状态。

碳、氧稳定同位素技术在深海沉积物研究中的应用，为重建古海洋的温度史奠定了基础。资料表明，第三纪以来，总的气候趋势是变冷的。最大的几次变化，发生在始新世末渐新世初（3800万年前）、中中新世（1400万年前）和晚上新世（300万年前）。根据沉积物中的冰载碎屑，南极局部开始出现冰川是在4000～4500万年以前；渐新世初，南极附近出现大规模海水；中中新世进一步形成南极冰盖；400～500万年以前，南极冰盖的范围要比现在大得多。北半球的冰盖迟至大约240～300万年前的上新世晚期才开始出现。

深海钻探在古海洋环流方面的发现具有深远的意义。南大洋的钻探表明，环南极洋流最早只能出现在渐新世，可能在渐新世末中新世初德雷克水道打开时，才形成完整的环南极洋流。

证实了地质历史上的偶然事件

地质历史上曾不止一次出现区域性的或全球性的偶然事件。这些事件发生在极短的时间内，引起了急剧的环境变化，并保存在沉积记录中。深海钻探资料为这些变化提供了证据，如地中海变干事件和白垩纪末期生物绝灭事件等（见古海洋学）。

除上述贡献外，深海钻探计划在全球性地层对比、成岩作用、地震火山形成机理、深海钻探技术以及海底矿产资源等方面，也有新发现、新进展。研究表明，大洋边缘的深海区拥有可喜的油气资源。深海锰结核和多金属软泥也有很高的经济价值。

参考书目

InitialReports of the Deep Sea Drilling Project

AnnualReview of Earth andPlanetary Sciences