我国对南海成因的研究
南海是岩浆喷涌后快速形成的 南海深海盆由東向西推进而成
【提要】
钻探结果显示，南海呈现出独特的“非火山型”张裂过程，明显不同于北大西洋伊比利亚-纽芬兰“非火山型”这一世界典型，由此揭示了南海不同于大洋模式的边缘海张裂机制。
“这是一项可能会重写教科书的重大发现。”美国伍兹霍尔海洋研究所首席研究员林间说，
以往科学家们认为南海的形成是一个缓慢的过程，这次研究却发现——
南海是岩浆喷涌后快速形成的。它对未来大陆裂开、海洋形成或者消失的预测帮助极大。
此前，关于南海成因，有法国派和英国派两种不同的说法。
法国科学家认为，印度的碰撞使得印支半岛向南突出，推出了南海，原因在北边；
英国科学家认为，古南海向婆罗洲的俯冲，拉开了南海，原因在南边；
而此次南海大洋钻探的结果揭示了南海深海海盆由东向西推进的记录，说明原因——很有可能在东边。
南海由岩漿噴湧後「快速形成」
2017-06-13
文汇报
美國「決心號」（JOIDES Resolution）大洋鑽探船
同济大学刘传联教授（左一）和“决心”号船长泰瑞·斯肯纳（左二）
■由中國科學家建議、設計並主導的第三次南海大洋鑽探圓滿結束。美國「決心號」（JOIDES Resolution）大洋鑽探船昨日停靠在上海南港碼頭，這也是國際大洋鑽探船首次停靠中國大陸港口。 新華社
中國主導第三次大洋鑽探告捷 獲多項重要發現
香港文匯報訊 綜合中新社、《中國青年報》報道，
由中國科學家主導「國際大洋發現計劃」（IODP）第三次南海大洋鑽探367、368兩個航次，歷時4個月圓滿完成科考任務，昨日上午在上海介紹多項重要發現。
科學家團隊在 此次科考中發現，
南海的形成模式與目前已知有所不同，是岩漿噴湧後「快速形成」的。這一發現對未來大陸裂開、海洋形成或者消失的預測幫助極大。
據悉，第三次南海大洋鑽探包括IODP367和368兩個航次，執行的美國「決心號」鑽探船2月8日在香港起航，共有來自中、美、英、德、法、意等14個國家的64名科學家參加，其中26人為中國科學家，來自內地13所高校和研究所。
367航次首席科學家由中國科學院南海海洋研究所孫珍研究員、美國加州理工學院喬安·斯道克教授共同擔任；
368航次首席科學家由同濟大學翦知湣教授、丹麥與格陵蘭地質學會漢斯·克里斯汀·拉爾森教授共同擔任。
拉爾森教授入選中國外國專家「千人計劃」，現為同濟大學訪問教授。
教科書相關內容或需重寫
翦知湣教授介紹，
此輪南海大洋鑽探聚焦南海擴張之前的大陸破裂，旨在探討「陸地如何變成海洋」這一基礎科學問題，同時也為南海北部油氣勘探戰略中的關鍵問題尋求科學答案。
據介紹，此次在南海北部海域一共鑽探7個站位17個鑽孔，總鑽探深度達7,669.3米，在其中6個站位成功獲取2,542.1米具有極高科學價值的沉積物、沉積岩、玄武岩和變質岩寶貴岩芯，為航次後續的深入研究打下了堅實基礎。
根據鑽探結果，科學家們認為
南海獨特的「非火山型」張裂過程，揭示了南海不同於大洋模式的邊緣海張裂機制。
翦知湣教授表示，
南海這種獨特的「非火山型」張裂過程，明顯不同於北大西洋伊比利亞-紐芬蘭「非火山型」這一世界典型，
由此揭示了南海不同於大洋模式的邊緣海張裂機制。
南海的發現
豐富了我們的認識，有待重新評價大陸破裂的機制。
「這是一項要對教科書重寫的發現」，美國伍茲霍爾海洋研究所研究員林間評價說，
以往科學家們認為南海的形成是一個緩慢的過程，但這次研究卻發現——
南海是一下子岩漿噴湧後快速形成的。他認為
這對未來大陸裂開、海洋形成或者消失的預測幫助極大。
發現三千多萬年前有孔蟲
此輪大洋鑽探還發現了距今3,000多萬年的始新世深海底棲有孔蟲，揭示了南海深海盆由東向西推進的記錄，科學家認為
這說明南海成因很可能在東邊，有望打破40年來關於南海成因的觀點。
不過，這有待進一步研究和驗證。
中國大洋鑽探「三步走」
■ 第一步：爭取實現1次-2次中國主導的大洋鑽探航次（已完成）。
■ 第二步：學習歐盟租船打鑽的方式，成為IODP的「平台提供者之一」；
與國際學術界共同制定新十年大洋鑽探的科學目標（2018年起）。
■ 第三步：建造國際大洋鑽探船。力爭在2028年前後，成為國際大洋鑽探的重要領導力量。
資料來源：新華社、科技日報
【提要】
钻探结果显示，南海呈现出独特的“非火山型”张裂过程，明显不同于北大西洋伊比利亚-纽芬兰“非火山型”这一世界典型，由此揭示了南海不同于大洋模式的边缘海张裂机制。
“这是一项可能会重写教科书的重大发现。”美国伍兹霍尔海洋研究所首席研究员林间说，
以往科学家们认为南海的形成是一个缓慢的过程，这次研究却发现——
南海是岩浆喷涌后快速形成的。它对未来大陆裂开、海洋形成或者消失的预测帮助极大。
此前，关于南海成因，有法国派和英国派两种不同的说法。
法国科学家认为，印度的碰撞使得印支半岛向南突出，推出了南海，原因在北边；
英国科学家认为，古南海向婆罗洲的俯冲，拉开了南海，原因在南边；
而此次南海大洋钻探的结果揭示了南海深海海盆由东向西推进的记录，说明原因——很有可能在东边。
南海由岩漿噴湧後「快速形成」
2017-06-13
文汇报
美國「決心號」（JOIDES Resolution）大洋鑽探船
同济大学刘传联教授（左一）和“决心”号船长泰瑞·斯肯纳（左二）
■由中國科學家建議、設計並主導的第三次南海大洋鑽探圓滿結束。美國「決心號」（JOIDES Resolution）大洋鑽探船昨日停靠在上海南港碼頭，這也是國際大洋鑽探船首次停靠中國大陸港口。 新華社
中國主導第三次大洋鑽探告捷 獲多項重要發現
香港文匯報訊 綜合中新社、《中國青年報》報道，
由中國科學家主導「國際大洋發現計劃」（IODP）第三次南海大洋鑽探367、368兩個航次，歷時4個月圓滿完成科考任務，昨日上午在上海介紹多項重要發現。
科學家團隊在 此次科考中發現，
南海的形成模式與目前已知有所不同，是岩漿噴湧後「快速形成」的。這一發現對未來大陸裂開、海洋形成或者消失的預測幫助極大。
據悉，第三次南海大洋鑽探包括IODP367和368兩個航次，執行的美國「決心號」鑽探船2月8日在香港起航，共有來自中、美、英、德、法、意等14個國家的64名科學家參加，其中26人為中國科學家，來自內地13所高校和研究所。
367航次首席科學家由中國科學院南海海洋研究所孫珍研究員、美國加州理工學院喬安·斯道克教授共同擔任；
368航次首席科學家由同濟大學翦知湣教授、丹麥與格陵蘭地質學會漢斯·克里斯汀·拉爾森教授共同擔任。
拉爾森教授入選中國外國專家「千人計劃」，現為同濟大學訪問教授。
教科書相關內容或需重寫
翦知湣教授介紹，
此輪南海大洋鑽探聚焦南海擴張之前的大陸破裂，旨在探討「陸地如何變成海洋」這一基礎科學問題，同時也為南海北部油氣勘探戰略中的關鍵問題尋求科學答案。
據介紹，此次在南海北部海域一共鑽探7個站位17個鑽孔，總鑽探深度達7,669.3米，在其中6個站位成功獲取2,542.1米具有極高科學價值的沉積物、沉積岩、玄武岩和變質岩寶貴岩芯，為航次後續的深入研究打下了堅實基礎。
根據鑽探結果，科學家們認為
南海獨特的「非火山型」張裂過程，揭示了南海不同於大洋模式的邊緣海張裂機制。
翦知湣教授表示，
南海這種獨特的「非火山型」張裂過程，明顯不同於北大西洋伊比利亞-紐芬蘭「非火山型」這一世界典型，
由此揭示了南海不同於大洋模式的邊緣海張裂機制。
南海的發現
豐富了我們的認識，有待重新評價大陸破裂的機制。
「這是一項要對教科書重寫的發現」，美國伍茲霍爾海洋研究所研究員林間評價說，
以往科學家們認為南海的形成是一個緩慢的過程，但這次研究卻發現——
南海是一下子岩漿噴湧後快速形成的。他認為
這對未來大陸裂開、海洋形成或者消失的預測幫助極大。
發現三千多萬年前有孔蟲
此輪大洋鑽探還發現了距今3,000多萬年的始新世深海底棲有孔蟲，揭示了南海深海盆由東向西推進的記錄，科學家認為
這說明南海成因很可能在東邊，有望打破40年來關於南海成因的觀點。
不過，這有待進一步研究和驗證。
中國大洋鑽探「三步走」
■ 第一步：爭取實現1次-2次中國主導的大洋鑽探航次（已完成）。
■ 第二步：學習歐盟租船打鑽的方式，成為IODP的「平台提供者之一」；
與國際學術界共同制定新十年大洋鑽探的科學目標（2018年起）。
■ 第三步：建造國際大洋鑽探船。力爭在2028年前後，成為國際大洋鑽探的重要領導力量。
資料來源：新華社、科技日報
此前有报道：
美媒：南海資源儲量堪比墨西哥 中國展示實力瞄準油氣
2014-10-30 08:51:01|來源：大公網|
今年1月26日到3月30日，科考船「決心號」(Joides Resolution)前往南海中部的深水區，在那裏鑽取了幾個岩芯樣本。
這是「國際大洋發現計劃」(International Ocean Discovery Program)349航次的一部分內容。
來自中國、美國、越南、菲律賓和台灣等12個國家和地區的科學家，參加了這次航行。李春峰博士來自上海同濟大學海洋地質國家重點實驗室，是此行的主管之一。
在強調這次考察的目的以科學研究為主的同時，李博士也表示，
有證據表明，那片水域下可能含有「巨大的」油氣儲備。
「在最外圍的大陸邊緣和大陸海洋過渡地帶，科考隊發現了厚厚的富有機質砂岩和頁岩，進一步支持了——那裏含有大量油氣儲備的可能性，」李博士說。
新的石油和天然氣田也在逐漸被發現。
加拿大油氣生產商——赫斯基能源公司(Husky Energy Inc.)與中海油合作，二者在南海北部荔灣開展的天然氣田項目於3月下旬投入商業化生產。
2006年，這塊氣田被香港商人李嘉誠(Li Ka-shing)控股的赫斯基公司發現。它位於香港東南約190英裏處，是公司迄今為止發現的最大氣田。
這裏生產的天然氣，將被輸送到工業城市——深圳和廣州所在的珠三角地區。
2012年，天然氣約占中國能源總使用量的5%。
為了減少燃煤造成的嚴重大氣污染，中國希望——到2020年把這個比重提高到10%。
來自南海的天然氣，與這一計劃非常吻合。
美媒：南海資源儲量堪比墨西哥 中國展示實力瞄準油氣
2014-10-30 08:51:01|來源：大公網|
今年1月26日到3月30日，科考船「決心號」(Joides Resolution)前往南海中部的深水區，在那裏鑽取了幾個岩芯樣本。
這是「國際大洋發現計劃」(International Ocean Discovery Program)349航次的一部分內容。
來自中國、美國、越南、菲律賓和台灣等12個國家和地區的科學家，參加了這次航行。李春峰博士來自上海同濟大學海洋地質國家重點實驗室，是此行的主管之一。
在強調這次考察的目的以科學研究為主的同時，李博士也表示，
有證據表明，那片水域下可能含有「巨大的」油氣儲備。
「在最外圍的大陸邊緣和大陸海洋過渡地帶，科考隊發現了厚厚的富有機質砂岩和頁岩，進一步支持了——那裏含有大量油氣儲備的可能性，」李博士說。
新的石油和天然氣田也在逐漸被發現。
加拿大油氣生產商——赫斯基能源公司(Husky Energy Inc.)與中海油合作，二者在南海北部荔灣開展的天然氣田項目於3月下旬投入商業化生產。
2006年，這塊氣田被香港商人李嘉誠(Li Ka-shing)控股的赫斯基公司發現。它位於香港東南約190英裏處，是公司迄今為止發現的最大氣田。
這裏生產的天然氣，將被輸送到工業城市——深圳和廣州所在的珠三角地區。
2012年，天然氣約占中國能源總使用量的5%。
為了減少燃煤造成的嚴重大氣污染，中國希望——到2020年把這個比重提高到10%。
來自南海的天然氣，與這一計劃非常吻合。
中国首次主导国际深海钻探 10国科学家乘美“决心”号赴南海
2014-01-28 08:36:33
来源：环球时报
关键字:南海 深海钻探 决心号 南海油气 南海国际科考 南海资源 国际大洋发现计划
在南海局势风云变幻的当下，来自10个国家和地区的31名科学家今天将乘坐美国
“乔迪斯•决心”（Joides Resolution）号海洋科考船从香港出发，赴南海进行第二次大洋钻探任务。
据香港《南华早报》27日报道，
这是中国第一次领导并资助的海洋科学考察团，中国支付的600万美元占此次科考费用的70%，是决定性的因素。
南中国海也是北京与周边邻国有争议的地区。
上次类似的行动还是1999年。
在62天的航行中，科学家们将在南海水深约4000米的深海盆完成3个钻井取样，以研究南海的形成历史、构造演变，为绘制油气田图铺路。
据悉，科学家们将穿越南海争议地区，此次任务已经得到中国和菲律宾的许可，但仍在等待越南的答复。
“为什么美国要帮中国在南海找石油？”
美国Quartz网站27日提出这样的问题，文章称，
“如果此次勘探找到石油矿藏，将如1999年一样，再次掀起该地区相关国家对南海主权的争夺”。
“由中国主导并赞助的首次南海科考任务团队，明天将从香港出发”，《南华早报》27日称。
31名科学家中13人来自中国大陆，9人来自美国，1人来自台湾，
团队将于1月28日从香港出发，3月30日在台湾靠岸。
报道称，此次科考任务由“海洋科研航母”——美国深海钻探船“决心”号执行，是自2013年启动新十年科学大洋钻探——“国际大洋发现计划” （International Ocean Discovery Programme, IODP）在2013年至2023年间的首次航行，
将首次钻取南海形成时期的玄武岩样本，以确定
南海形成的准确年龄与过程，检验科学假说及地质构造运动。
美国“乔迪斯•决心”（Joides Resolution）号海洋科考钻探船
香港《文汇报》27日引述科考队首席科学家兼同济大学海洋地质国家重点实验室教授李春峰的介绍说，
科学家们计划在南海水深约4000米的深海盆完成3个钻孔，需钻探54天。
《南华早报》称，
科考船将穿越并钻井的地区，分别被中国、菲律宾和越南宣称拥有主权，据“国际大洋发现计划”远洋钻探项目主管狄文思称，
此次航行已经得到北京和马尼拉的许可，菲律宾还派遣了观察员科学家随行。
但科考队仍在等待河内的答复，因为
有一处钻探地点位于南海西南部。
如果越南拒绝，科考队将不得不选择其他的替代地点。
“石油和天然气一般靠近海岸，最关键的是——如何打开这个‘宝盒’。”《南华早报》27日引述参加此次航行的中国科学院海洋地质学家汪品先的话称。
《大公报》27日发文称，
为何南海年龄如此重要？
第二次参与南海大洋钻探的汪品先表示，
地球在不同时期有不同运动，了解南海的年龄，可以了解南海如何形成，这对能源开采意义重大。
他表示，南海北部深海石油资源的发掘，很大程度有赖于1999年的南海钻探，
“但现在，我们只知道石油层是什么时候形成的，不知道为什么那个时候会在那里有石油”。此外，目前全球海洋经济有50%来自海底石油、天然气等资源。
而中国目前海洋经济中仅有9%来自海底石油及天然气，中国在海洋开发上尚有极大空间。
“国际大洋发现计划”的前身是——“大洋钻探计划”，1968年始于美国，是地球科学中规模最大、历史最久的大型国际合作计划，几十年来始终是国际地球科学创新的前沿。
1998年，中国正式成为“参与成员”，并在次年参加了南海勘探。
参加此次任务的美国伍兹霍尔海洋研究所教授林间表示，
“南海是我们的母亲海，但我们现在还不知道她的确实年龄”。
目前科学家估计，
南海年龄约3200万年至4500万年，但仍未有任何证据支持这一说法，希望
通过此次钻探证实。
林间认为，
与1999年相比，此次勘探的钻探深度和难度更大。
1999年是在南海2000米至3000米的海底钻进数百米；
这次则需在4000多米的海底钻进近2000米;
当年钻取的是“软性”沉积岩；
此次则需钻探“硬性”火成岩;
当年钻探的目的是——研究南海3000万年的气候环境历史；
而这次不但要确定南海的形成年龄和形成历史，还要研究深海底下的微生物。
《南华早报》称，
此次计划收到了来自“国际大洋发现计划”26个成员的几十条建议，
“在南海钻井的提议并未获得最多票数，但中国的慷慨成为决定性因素”,中国为此次计划支付了600万美元，占整个任务总开支的70%。
而原本为该计划70%花费买单的美国国家科学基金会，去年将年度大洋钻探预算降至5000万美元。
报道称，去年，中国还提交了勘探南海北部地区的建议，该地区被认为藏有丰富的石油和天然气资源。
汪品先表示，国际科研合作计划，是国际政治争端的“缓和剂”。
据悉，此次钻探结果将于网上公布，供全球科研人员使用，
登船科学家仅在头一年对成果享有优先权。
“南海局势很少像今天这样紧张，可以想见，这次不寻常的联合科考将带来一些棘手问题”，Quartz网站称，
这次航行，大部分由中国出资，却借助美国的科考船进行。
“‘决心’号原本由美国国家科学基金会赞助，但由于去年美国的财政紧缩，中国接了上来”。
文章称，“如果此次勘探如1999年一样找到石油矿藏，将引发该地区国家为争夺南海的外交紧张”。
据预测，南海拥有170亿吨的石油和近500万亿立方英尺的天然气。
2014-01-28 08:36:33
来源：环球时报
关键字:南海 深海钻探 决心号 南海油气 南海国际科考 南海资源 国际大洋发现计划
在南海局势风云变幻的当下，来自10个国家和地区的31名科学家今天将乘坐美国
“乔迪斯•决心”（Joides Resolution）号海洋科考船从香港出发，赴南海进行第二次大洋钻探任务。
据香港《南华早报》27日报道，
这是中国第一次领导并资助的海洋科学考察团，中国支付的600万美元占此次科考费用的70%，是决定性的因素。
南中国海也是北京与周边邻国有争议的地区。
上次类似的行动还是1999年。
在62天的航行中，科学家们将在南海水深约4000米的深海盆完成3个钻井取样，以研究南海的形成历史、构造演变，为绘制油气田图铺路。
据悉，科学家们将穿越南海争议地区，此次任务已经得到中国和菲律宾的许可，但仍在等待越南的答复。
“为什么美国要帮中国在南海找石油？”
美国Quartz网站27日提出这样的问题，文章称，
“如果此次勘探找到石油矿藏，将如1999年一样，再次掀起该地区相关国家对南海主权的争夺”。
“由中国主导并赞助的首次南海科考任务团队，明天将从香港出发”，《南华早报》27日称。
31名科学家中13人来自中国大陆，9人来自美国，1人来自台湾，
团队将于1月28日从香港出发，3月30日在台湾靠岸。
报道称，此次科考任务由“海洋科研航母”——美国深海钻探船“决心”号执行，是自2013年启动新十年科学大洋钻探——“国际大洋发现计划” （International Ocean Discovery Programme, IODP）在2013年至2023年间的首次航行，
将首次钻取南海形成时期的玄武岩样本，以确定
南海形成的准确年龄与过程，检验科学假说及地质构造运动。
美国“乔迪斯•决心”（Joides Resolution）号海洋科考钻探船
香港《文汇报》27日引述科考队首席科学家兼同济大学海洋地质国家重点实验室教授李春峰的介绍说，
科学家们计划在南海水深约4000米的深海盆完成3个钻孔，需钻探54天。
《南华早报》称，
科考船将穿越并钻井的地区，分别被中国、菲律宾和越南宣称拥有主权，据“国际大洋发现计划”远洋钻探项目主管狄文思称，
此次航行已经得到北京和马尼拉的许可，菲律宾还派遣了观察员科学家随行。
但科考队仍在等待河内的答复，因为
有一处钻探地点位于南海西南部。
如果越南拒绝，科考队将不得不选择其他的替代地点。
“石油和天然气一般靠近海岸，最关键的是——如何打开这个‘宝盒’。”《南华早报》27日引述参加此次航行的中国科学院海洋地质学家汪品先的话称。
《大公报》27日发文称，
为何南海年龄如此重要？
第二次参与南海大洋钻探的汪品先表示，
地球在不同时期有不同运动，了解南海的年龄，可以了解南海如何形成，这对能源开采意义重大。
他表示，南海北部深海石油资源的发掘，很大程度有赖于1999年的南海钻探，
“但现在，我们只知道石油层是什么时候形成的，不知道为什么那个时候会在那里有石油”。此外，目前全球海洋经济有50%来自海底石油、天然气等资源。
而中国目前海洋经济中仅有9%来自海底石油及天然气，中国在海洋开发上尚有极大空间。
“国际大洋发现计划”的前身是——“大洋钻探计划”，1968年始于美国，是地球科学中规模最大、历史最久的大型国际合作计划，几十年来始终是国际地球科学创新的前沿。
1998年，中国正式成为“参与成员”，并在次年参加了南海勘探。
参加此次任务的美国伍兹霍尔海洋研究所教授林间表示，
“南海是我们的母亲海，但我们现在还不知道她的确实年龄”。
目前科学家估计，
南海年龄约3200万年至4500万年，但仍未有任何证据支持这一说法，希望
通过此次钻探证实。
林间认为，
与1999年相比，此次勘探的钻探深度和难度更大。
1999年是在南海2000米至3000米的海底钻进数百米；
这次则需在4000多米的海底钻进近2000米;
当年钻取的是“软性”沉积岩；
此次则需钻探“硬性”火成岩;
当年钻探的目的是——研究南海3000万年的气候环境历史；
而这次不但要确定南海的形成年龄和形成历史，还要研究深海底下的微生物。
《南华早报》称，
此次计划收到了来自“国际大洋发现计划”26个成员的几十条建议，
“在南海钻井的提议并未获得最多票数，但中国的慷慨成为决定性因素”,中国为此次计划支付了600万美元，占整个任务总开支的70%。
而原本为该计划70%花费买单的美国国家科学基金会，去年将年度大洋钻探预算降至5000万美元。
报道称，去年，中国还提交了勘探南海北部地区的建议，该地区被认为藏有丰富的石油和天然气资源。
汪品先表示，国际科研合作计划，是国际政治争端的“缓和剂”。
据悉，此次钻探结果将于网上公布，供全球科研人员使用，
登船科学家仅在头一年对成果享有优先权。
“南海局势很少像今天这样紧张，可以想见，这次不寻常的联合科考将带来一些棘手问题”，Quartz网站称，
这次航行，大部分由中国出资，却借助美国的科考船进行。
“‘决心’号原本由美国国家科学基金会赞助，但由于去年美国的财政紧缩，中国接了上来”。
文章称，“如果此次勘探如1999年一样找到石油矿藏，将引发该地区国家为争夺南海的外交紧张”。
据预测，南海拥有170亿吨的石油和近500万亿立方英尺的天然气。
南科大师生参观美国大洋钻探船——乔迪斯决心号
江西健康体检信息
百家号|04-14 14:13
2017年4月12日，位于深圳的南方科技大学海洋系师生在中国香港，参观美国大洋钻探船“乔迪斯决心”（Joides Resolution）号。
南科大海洋系主任、讲座教授陈永顺，教授杨挺
带队参观，此次参观活动共计4名教授、24名本科生参加。参观“乔迪斯决心”（Joides Resolution）号
乔迪斯·决心号是大洋钻探计划以及综合大洋钻探计划中所使用的一艘钻探船。
该船原名为“Sedco/BP 471号”，是美国Sedco公司和英国石油公司所属的一艘商用石油勘探船。后改装供大洋钻探计划使用，改名为“乔迪斯·决心号”。
“乔迪斯”音译自地球深部取样海洋研究机构联合体（Joint Ocean graphic Institutions Deep Earth Sampling）的英文简称JOIDES，
“决心”（Resolution）是为了纪念18世纪英国著名探险家詹姆斯·库克率领“HRM Resolution号”探索太平洋与南极地区的冒险精神。
“乔迪斯·决心号”钻探船总排水量9050吨，船长度143m，宽度21m，钻塔高61.5m，
能操作9150m钻杆柱，其钻探能力为9150m，钻探最大水深8235m，海底下最大钻探深度为4000m左右。
与先前的“格罗玛·挑战者号”相比，“乔迪斯·决心号”功率更大，稳定性更好，钻进深度更深。
船上装备有12个用于动力定位的强劲推进器和
提升能力达400吨的世界上最大的升降补偿装置。
该船还拥有1400平方米的七层实验室，可供沉积学、岩石学、古生物学、地球化学、地球物理学等方面的分析研究。
“乔迪斯·决心号”从1985年开始，成为大洋钻探计划专属钻探船，到2003年9月共实施了111个航次（第100航次到第210航次）的调查，
行程355781海里，足迹遍布全球各大洋，
在669个站位钻了1797个钻孔，取心总数为35772个（取心长度总和35772米）。合影
据悉，南科大海洋系于2017年春季学期开设了《海洋科学概论》课程，陈永顺、杨挺担任授课老师。
经过多方努力，通过申请，获得美国大洋钻探IODP办公室批准，同意
选该课程的本科生，参观美国大洋钻探船Joides Resolution。
此次活动，让学生们近距离地参观了海洋科考平台，有利于增强对海洋科学的了解，加强学生海洋科学研究领域兴趣的培养。
江西健康体检信息
百家号|04-14 14:13
2017年4月12日，位于深圳的南方科技大学海洋系师生在中国香港，参观美国大洋钻探船“乔迪斯决心”（Joides Resolution）号。
南科大海洋系主任、讲座教授陈永顺，教授杨挺
带队参观，此次参观活动共计4名教授、24名本科生参加。
参观“乔迪斯决心”（Joides Resolution）号乔迪斯·决心号是大洋钻探计划以及综合大洋钻探计划中所使用的一艘钻探船。
该船原名为“Sedco/BP 471号”，是美国Sedco公司和英国石油公司所属的一艘商用石油勘探船。后改装供大洋钻探计划使用，改名为“乔迪斯·决心号”。
“乔迪斯”音译自地球深部取样海洋研究机构联合体（Joint Ocean graphic Institutions Deep Earth Sampling）的英文简称JOIDES，
“决心”（Resolution）是为了纪念18世纪英国著名探险家詹姆斯·库克率领“HRM Resolution号”探索太平洋与南极地区的冒险精神。
“乔迪斯·决心号”钻探船总排水量9050吨，船长度143m，宽度21m，钻塔高61.5m，
能操作9150m钻杆柱，其钻探能力为9150m，钻探最大水深8235m，海底下最大钻探深度为4000m左右。
与先前的“格罗玛·挑战者号”相比，“乔迪斯·决心号”功率更大，稳定性更好，钻进深度更深。
船上装备有12个用于动力定位的强劲推进器和
提升能力达400吨的世界上最大的升降补偿装置。
该船还拥有1400平方米的七层实验室，可供沉积学、岩石学、古生物学、地球化学、地球物理学等方面的分析研究。
“乔迪斯·决心号”从1985年开始，成为大洋钻探计划专属钻探船，到2003年9月共实施了111个航次（第100航次到第210航次）的调查，
行程355781海里，足迹遍布全球各大洋，
在669个站位钻了1797个钻孔，取心总数为35772个（取心长度总和35772米）。
合影据悉，南科大海洋系于2017年春季学期开设了《海洋科学概论》课程，陈永顺、杨挺担任授课老师。
经过多方努力，通过申请，获得美国大洋钻探IODP办公室批准，同意
选该课程的本科生，参观美国大洋钻探船Joides Resolution。
此次活动，让学生们近距离地参观了海洋科考平台，有利于增强对海洋科学的了解，加强学生海洋科学研究领域兴趣的培养。
追踪边缘海的生命史“南海深部计划” 的科学目标
201 2 年 第 57 卷 第 20 期《 中国科学》 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS
评 述
专题: 南海深海过程演变
自 然科学基金项目 进展专栏
追踪边缘海的生命史: “南海深部计划”的科学目标
作者 汪品先同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092
收稿, 2012-02-21 接受 国家自 然科学基金重大研究计划(91128000)和国家重点基础研究发展计划(2007CB815902)资助
摘要
国家自 然科学基金重大研究计划——“南海深部过程演变”简称“南海深部计划”, 于 2011 年年初启动, 是我国海洋科学第一个大规模的基础研究项目 . 它以“构建边缘海的生命史”为主题, 从现代过程和地质记录入手, 解剖一个边缘海的发育史, 从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程 3 方面开展研究.
在海盆演化方面, 要利用现代技术重新测定南海磁异常条带, 探测深部结构, 争取钻探大洋壳, 系统研究火山链;
在深海沉积方面, 要观测现代深部海流和海底沉积过程, 实现深海过程研究的古今衔接, 从深海沉积中提取边缘海古海洋学演变的信息;
在生物地球化学方面, 采用 包括深潜探测在内的各种手段, 认识海底溢出流体与 井下流体的分布与 影响, 揭示微型生物在深海碳循环中的作用 .
与 开放大洋和其他边缘海相比, 南海具有研究海盆生命史的一系列优势;
同时, 南海的研究还将为理解亚洲和太平洋相互作用 的变化提供无可替代的重要信息.
关键词
南海深部计划 边缘海 深部过程 生命史 构造演变 沉积响应生物地球化学
深海海底, 是地球表层最晚认识的部分, 人类对于深海的知识绝大部分来自 最近半个多世纪. 深海发生的过程, 是当前地球科学、 以至生命科学的最前沿;
而深海油气的开采和天然气水合物的前景, 又使得深海海底成为国际争夺的焦点.
面积 350×104 km2、水深可达 5500 m 的南中国海, 是全球最大的边缘海之一, 也是我国岸外最重要的深海区.
2011 年 1 月 , 国家自 然 科学基金重 大研究 计划 “南 海深部 过程演变”(简称“南海深部计划”)正式启 动, 成为我国海洋科学第一个大规模的基础研究计划.
我国海洋学界早在 2000 年就开始探讨南海基础研究大型计划的可行性,
2007 年以来又组织了 5 次立项研讨会、 4 次项目 设计研讨会,
先后有近百位海峡两岸和海外学者贡献了自 己 的真知灼见,
才形成了现在的“南海深部计划”,
它以“构建边缘海的生命史”为主题, 从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程 3 方面开展研究. 这项为期 8 年、 初步预算 1.5 亿的研究计划, 将要利用现代技术
重新测定南海磁异常条带, 争取钻探大洋壳, 系统研究火山链; 观测现代深部海流和海底沉积过程, 从深海沉积中提取边缘海盆演化的信息; 认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,
揭示微型生物在深海碳循环中的作用.
本文是“南海深部计划”学术思路的简介.
几年来的反复研讨, 表明
边缘海在深海研究中具有一系列的优越性.
与大西洋相比, 南海海域规模小、 年龄新, 研究深部演变过程的条件更加优越;
与深海沉积保存不佳的太平洋相比, 南海沉积速率和碳酸盐含量高, 能够弥补西太平洋的不足.
在一个范围有限的边缘海, 将现代深海过程与地质演变相结合, 就有可能通过“解剖一个麻雀”, 在崭新的水平上认识海洋变迁及其对海底资源和宏观环境的影响, 争取在深海研究中取得突破性的进展.
1 边缘海盆地的产生与消亡
水深超过 3500 m 的南海中央海盆略呈菱形, 由玄武岩组成的洋壳作为基底.
尽管当前南海海底资源的开发在于陆架与陆坡的沉积盆地, 而理解这些盆地及其资源形成规律的钥匙，却在更深的中央海盆.
多年来，南海的基础研究以北部边缘为多,
近年来欧洲等国家在南海西部越南岸外也做了调查研究,
围绕的核心问题就是——南海洋壳形成的年代和成因.
1.1海底扩张的年龄
与日 本海不同, 南海形成的年龄难以从周边陆地剖面取得证据,
而其海底洋壳，又因 厚层的沉积覆盖，难以取样, 因此
其洋盆扩张的再造, 几乎全部依靠海盆扩张过程中，留在洋壳基底里的磁异常条带, 所用资料主要来自 ——30 年前美国船测的海底磁异常剖面[1,2].
这些资料，虽然代表了当时的最高水平, 但是
由 于缺乏附近的日 变资料, 又受测量仪器和定位精度的限制, 噪音干扰比较严重, 导致
推论的不确定性.
后来经过法国[3,4]、 我国海峡两岸[5,6]和德国[7]学者的多种补充与修改, 形成了新的不同看法,
但同时也产生了更多的不确定性(表 1, 图 1).
南海大洋壳所在的深水海盆, 可以分成东部和西南 2 个次海盆.
关于海底扩张的认识分歧首先在于两者的关系:
一般认为，东部次海盆形成在先, 然后拓展到西南海盆, 其间发生扩张轴的跃迁[4];
但也有意见主张——西南海盆扩张更早[5,8] (表 1).
另一项争论是——扩张开始的时间.
早期的工作都将最早的磁异常条带定为 C12, 按现在的地质年代表，相当于早渐新世 32 Ma,
但是 ，Hsu 等人[6]在南海中央海盆东北角也测量了磁异常, 认为
扩张在始新世晚期 37 Ma 就已经开始(表1).
另外, 德国太阳号在南海西南部测量的结果, 认为
扩张历史应在 31~20.5 Ma, 其中
25 Ma时扩张轴发生跳跃[7].
然而所有这些解释，所依据的测线都相当稀疏, 具有多解性.
表 1 关于磁异常条带确定的南海海盆扩张形成时间的 一些不同观点
最近，利用公开的综合东亚磁异常数 据库, 在高密度磁异常测线基础上再作解释, 推得的扩张年龄与早期相似, 但是
对扩张轴跳跃的原有假设提出了异议[9].
1999 年, 南海大洋钻探 184 航次，取得了 33 Ma 来的沉积记录, 应当涵盖了传统认识上的全部扩张历史[11].
出人意料的是，渐新世初期的地层已经是深海相, 从地震剖面看
这套地层还向下延续, 因此
看不到扩张开始的反映.
相反, 最强烈的变化发生在渐新世末期, ODP1148 井 28.5~23 Ma 之间的滑塌沉积有多次沉积间断, 造成了大约 3 Ma 的地层缺失和地震剖面上的强双反射层[12], 标志着
一个重大的构造变动期.
事件前后, 不仅各项岩性物理和地球化学的指标发生突变[13], 连化石保存状况都判然不同:
界限之下的有孔虫壳体重结晶、 放射虫蛋白石变为方石英、鲨鱼牙也因 热变而呈红褐色,
与中新统以上的良好保存状况形成鲜明对照[14].
这一事件在南海的构造表现, 一般解释为——南海扩张轴的向南部的突然跃迁.
Briais 等人[4] 推断
在7/6b 亦即 23~25 Ma 时期, 南海的扩张轴向南跳跃, 同时
西南次海盆海底扩张开始.
Li 等人[13]从事件前后沉积物中 Nd 同位素和多项地球化学指标的突然变化, 说明
沉积源区从此前南方的印尼、 婆罗州等，转移到北方的中国大陆,
与西南海盆打开的假说相对应.
但是，此次构造变动的范围和原因 都不清楚,
后面还会谈到, 作为本区新生代可能最为重大的环境变化, 应当有更大范围的深部原因 .
追溯渐新世末的变化, 是南海深部研究的重要任务之一.
认识南海海底扩张的年代与过程, 最好的办法是——
对磁异常条带进行高分辨率测量, 并
对南海洋壳进行大洋钻探.
过去的海洋磁测在船上进行, 但是
磁力 场的强度，随着磁源体的距离增大而呈指数衰减.
如果采用深拖磁力仪, 用深拖或者用水下机器人搭载磁力仪的方法
贴近海底作近海底测量, 测量精度可以提高两个数量级.
这种方法早已在东太平洋[15]和大西洋的中脊[16]使用,
近年来又进一步用于洋中脊热液口 的辨识[17,18], 都取得了极大的成功.
如果用于南海深部各个次海盆, 重新测量磁异常条带，取得高分辨率资料, 可望
精确测定磁异常条带, 提供海盆扩张时间和速率变化的依据.
但是, 地球物理的间接手段，不能替代地质、 地球化学的直接测量.
南海扩张的再认识，必须结合洋壳的岩石学、 岩石物理学以及
岩石地球化学研究.
边缘海在深海研究中具有一系列的优越性.
与大西洋相比, 南海海域规模小、 年龄新, 研究深部演变过程的条件更加优越;
与深海沉积保存不佳的太平洋相比, 南海沉积速率和碳酸盐含量高, 能够弥补西太平洋的不足.
在一个范围有限的边缘海, 将现代深海过程与地质演变相结合, 就有可能通过“解剖一个麻雀”, 在崭新的水平上认识海洋变迁及其对海底资源和宏观环境的影响, 争取在深海研究中取得突破性的进展.
1 边缘海盆地的产生与消亡
水深超过 3500 m 的南海中央海盆略呈菱形, 由玄武岩组成的洋壳作为基底.
尽管当前南海海底资源的开发在于陆架与陆坡的沉积盆地, 而理解这些盆地及其资源形成规律的钥匙，却在更深的中央海盆.
多年来，南海的基础研究以北部边缘为多,
近年来欧洲等国家在南海西部越南岸外也做了调查研究,
围绕的核心问题就是——南海洋壳形成的年代和成因.
1.1海底扩张的年龄
与日 本海不同, 南海形成的年龄难以从周边陆地剖面取得证据,
而其海底洋壳，又因 厚层的沉积覆盖，难以取样, 因此
其洋盆扩张的再造, 几乎全部依靠海盆扩张过程中，留在洋壳基底里的磁异常条带, 所用资料主要来自 ——30 年前美国船测的海底磁异常剖面[1,2].
这些资料，虽然代表了当时的最高水平, 但是
由 于缺乏附近的日 变资料, 又受测量仪器和定位精度的限制, 噪音干扰比较严重, 导致
推论的不确定性.
后来经过法国[3,4]、 我国海峡两岸[5,6]和德国[7]学者的多种补充与修改, 形成了新的不同看法,
但同时也产生了更多的不确定性(表 1, 图 1).
南海大洋壳所在的深水海盆, 可以分成东部和西南 2 个次海盆.
关于海底扩张的认识分歧首先在于两者的关系:
一般认为，东部次海盆形成在先, 然后拓展到西南海盆, 其间发生扩张轴的跃迁[4];
但也有意见主张——西南海盆扩张更早[5,8] (表 1).
另一项争论是——扩张开始的时间.
早期的工作都将最早的磁异常条带定为 C12, 按现在的地质年代表，相当于早渐新世 32 Ma,
但是 ，Hsu 等人[6]在南海中央海盆东北角也测量了磁异常, 认为
扩张在始新世晚期 37 Ma 就已经开始(表1).
另外, 德国太阳号在南海西南部测量的结果, 认为
扩张历史应在 31~20.5 Ma, 其中
25 Ma时扩张轴发生跳跃[7].
然而所有这些解释，所依据的测线都相当稀疏, 具有多解性.
表 1 关于磁异常条带确定的南海海盆扩张形成时间的 一些不同观点
最近，利用公开的综合东亚磁异常数 据库, 在高密度磁异常测线基础上再作解释, 推得的扩张年龄与早期相似, 但是
对扩张轴跳跃的原有假设提出了异议[9].
1999 年, 南海大洋钻探 184 航次，取得了 33 Ma 来的沉积记录, 应当涵盖了传统认识上的全部扩张历史[11].
出人意料的是，渐新世初期的地层已经是深海相, 从地震剖面看
这套地层还向下延续, 因此
看不到扩张开始的反映.
相反, 最强烈的变化发生在渐新世末期, ODP1148 井 28.5~23 Ma 之间的滑塌沉积有多次沉积间断, 造成了大约 3 Ma 的地层缺失和地震剖面上的强双反射层[12], 标志着
一个重大的构造变动期.
事件前后, 不仅各项岩性物理和地球化学的指标发生突变[13], 连化石保存状况都判然不同:
界限之下的有孔虫壳体重结晶、 放射虫蛋白石变为方石英、鲨鱼牙也因 热变而呈红褐色,
与中新统以上的良好保存状况形成鲜明对照[14].
这一事件在南海的构造表现, 一般解释为——南海扩张轴的向南部的突然跃迁.
Briais 等人[4] 推断
在7/6b 亦即 23~25 Ma 时期, 南海的扩张轴向南跳跃, 同时
西南次海盆海底扩张开始.
Li 等人[13]从事件前后沉积物中 Nd 同位素和多项地球化学指标的突然变化, 说明
沉积源区从此前南方的印尼、 婆罗州等，转移到北方的中国大陆,
与西南海盆打开的假说相对应.
但是，此次构造变动的范围和原因 都不清楚,
后面还会谈到, 作为本区新生代可能最为重大的环境变化, 应当有更大范围的深部原因 .
追溯渐新世末的变化, 是南海深部研究的重要任务之一.
认识南海海底扩张的年代与过程, 最好的办法是——
对磁异常条带进行高分辨率测量, 并
对南海洋壳进行大洋钻探.
过去的海洋磁测在船上进行, 但是
磁力 场的强度，随着磁源体的距离增大而呈指数衰减.
如果采用深拖磁力仪, 用深拖或者用水下机器人搭载磁力仪的方法
贴近海底作近海底测量, 测量精度可以提高两个数量级.
这种方法早已在东太平洋[15]和大西洋的中脊[16]使用,
近年来又进一步用于洋中脊热液口 的辨识[17,18], 都取得了极大的成功.
如果用于南海深部各个次海盆, 重新测量磁异常条带，取得高分辨率资料, 可望
精确测定磁异常条带, 提供海盆扩张时间和速率变化的依据.
但是, 地球物理的间接手段，不能替代地质、 地球化学的直接测量.
南海扩张的再认识，必须结合洋壳的岩石学、 岩石物理学以及
岩石地球化学研究.
关于南海成因 的假说, 虽然也有的
明确否定逃逸说、 支持俯冲说(如文献[35]), 但是
一般都倾向于肯定——碰撞-逃逸假说,
差异只在于——逃逸和俯冲两者所起作用的权重评价不一[25], 可能是因 为
近年来越南陆地的研究, 进一步强调了
红河断裂的重要.
比如，越南北部的研究表明——红河断裂从张性转为挤压, 发生在渐新世 33 Ma, 相当于
南海张裂的开始[37].
近来的新动向是认为——南海的张裂，并非单一成因所致[26], 这就是所谓的“混合构造模式”(hybrid tectonic model)[25].
具体说, 渐新世时的张裂来自 逃逸, 而
中新世的张裂得力于向婆罗洲的俯冲, 所以
逃逸说和俯冲说，只有先后之分、 而并不相互排斥.
中新世后期的岩浆活动有重要作用, 不仅是海底扩张的驱动力 (图2(g)), 还
造成了沿古中脊分布的火山(图 2(h))[26].
南海中新世以来的活动有岩浆作用相伴, 一直延续到第四纪, 其中
是否与海南地幔柱的活动相关, 是值得研究的问题.
明确否定逃逸说、 支持俯冲说(如文献[35]), 但是
一般都倾向于肯定——碰撞-逃逸假说,
差异只在于——逃逸和俯冲两者所起作用的权重评价不一[25], 可能是因 为
近年来越南陆地的研究, 进一步强调了
红河断裂的重要.
比如，越南北部的研究表明——红河断裂从张性转为挤压, 发生在渐新世 33 Ma, 相当于
南海张裂的开始[37].
近来的新动向是认为——南海的张裂，并非单一成因所致[26], 这就是所谓的“混合构造模式”(hybrid tectonic model)[25].
具体说, 渐新世时的张裂来自 逃逸, 而
中新世的张裂得力于向婆罗洲的俯冲, 所以
逃逸说和俯冲说，只有先后之分、 而并不相互排斥.
中新世后期的岩浆活动有重要作用, 不仅是海底扩张的驱动力 (图2(g)), 还
造成了沿古中脊分布的火山(图 2(h))[26].
南海中新世以来的活动有岩浆作用相伴, 一直延续到第四纪, 其中
是否与海南地幔柱的活动相关, 是值得研究的问题.
1.3 海盆的关闭与消亡
边缘海的最终命运都是——消亡:
随着海底扩张而形成的边缘盆地, 又会随着板块俯冲而消亡[38].
今天的南海，正在沿着马尼拉海沟向东俯冲, 而这种消亡的步伐, 看来在南海扩张停止之前
已经开始.
根据磁异常条带的分布判断, 南海海底扩张结束在 16 Ma[4]或者 20.5 Ma[7],
扩张结束的原因有不同解释,
一种是大洋洲-印度块体的北向漂移和挤压,
另一种是吕宋岛弧向西北运动、 仰冲在南海板块之上.
由于南海停止扩张和向马尼拉海沟俯冲的时间接近, 两者有可能属同一个过程.
马尼拉海沟近于南北向, 从台湾南部延伸到民都洛(Mindoro)岛, 是南海与菲律宾海板块间的
俯冲带.
俯冲开始的时间有不同的理解:
如果拿山脉隆升作为海沟俯冲的标志, 在吕 宋岛西侧
由于面对俯冲带的三描礼士(Zambales)山脉隆起于渐新世末, 可以推断
渐新世末期俯冲就已经开始;
如果拿岩浆活动作为海沟俯冲的标志, 而吕 宋岛的中科迪勒拉山脉(Cordillera Central)火山 活动从 17 Ma至今, 可以推断
南海的俯冲始于中新世的 17 Ma.
后一种估计与南海停止扩张的时间相近[39], 但是
与前一种估计相差一千多万年.
马尼拉海沟的历史，对于重建南海生命史至关重要, 因为——
它“看守”着南海的东大门:
现代的南海，只在台湾和吕宋之间的巴士海峡有水深 2000 余米的通道与大洋连接, 是当今南海唯一的深水通道(图3）
而且，马尼拉海沟的位置, 决定了南海海盆向东伸展的宽度,
随着菲律宾海板块向西北转移,马尼拉海沟以及南海洋壳俯冲造成的增生楔和岛弧
一起向华南大陆靠拢, 使得南海面积减小、 开放度下降.
简言之, 南海洋壳形成之后，沿马尼拉海沟向东俯冲而开始消亡,
而吕 宋、 台湾及两者之间的巴士海峡, 正好记录了南海这段消亡史.
比如，吕 宋岛上的斑岩铜金矿, 就很可能是——中沙黄岩岛所在的海脊俯冲的产物[41].
南海洋壳向东俯冲形成的增生楔, 是
巴士海峡西侧的恒春海脊,
在恒春半岛登陆后，向北沿伸到台湾的中央山脈;
跨过吕 宋海槽向东是巴士海峡东侧的北吕 宋火山岛弧,
向北延伸为台湾岛的海岸山脉，
边缘由 北而南的斜向弧陆碰撞, 形成原始的台湾岛,
进一步限制了南海与大洋的联通, 成为今天的半封闭海.
因 此, 台湾陆上与巴士海峡海底的地质记录, 将是再造南海消亡史的物质依据;
而巴士海峡起伏的地形, 应当是控制南海深层水体演变的咽喉.
自 从6.5 Ma 台湾和大陆弧陆碰撞以来,巴士海峡的各道海脊陆续形成,
南海与大洋的交换受阻,
而这种构造变化，同样反映在台湾的海岸山脉[44], 对此
后面还将专门讨论. 3)[40]. 3)[42,43].
边缘海的最终命运都是——消亡:
随着海底扩张而形成的边缘盆地, 又会随着板块俯冲而消亡[38].
今天的南海，正在沿着马尼拉海沟向东俯冲, 而这种消亡的步伐, 看来在南海扩张停止之前
已经开始.
根据磁异常条带的分布判断, 南海海底扩张结束在 16 Ma[4]或者 20.5 Ma[7],
扩张结束的原因有不同解释,
一种是大洋洲-印度块体的北向漂移和挤压,
另一种是吕宋岛弧向西北运动、 仰冲在南海板块之上.
由于南海停止扩张和向马尼拉海沟俯冲的时间接近, 两者有可能属同一个过程.
马尼拉海沟近于南北向, 从台湾南部延伸到民都洛(Mindoro)岛, 是南海与菲律宾海板块间的
俯冲带.
俯冲开始的时间有不同的理解:
如果拿山脉隆升作为海沟俯冲的标志, 在吕 宋岛西侧
由于面对俯冲带的三描礼士(Zambales)山脉隆起于渐新世末, 可以推断
渐新世末期俯冲就已经开始;
如果拿岩浆活动作为海沟俯冲的标志, 而吕 宋岛的中科迪勒拉山脉(Cordillera Central)火山 活动从 17 Ma至今, 可以推断
南海的俯冲始于中新世的 17 Ma.
后一种估计与南海停止扩张的时间相近[39], 但是
与前一种估计相差一千多万年.
马尼拉海沟的历史，对于重建南海生命史至关重要, 因为——
它“看守”着南海的东大门:
现代的南海，只在台湾和吕宋之间的巴士海峡有水深 2000 余米的通道与大洋连接, 是当今南海唯一的深水通道(图3）
而且，马尼拉海沟的位置, 决定了南海海盆向东伸展的宽度,
随着菲律宾海板块向西北转移,马尼拉海沟以及南海洋壳俯冲造成的增生楔和岛弧
一起向华南大陆靠拢, 使得南海面积减小、 开放度下降.
简言之, 南海洋壳形成之后，沿马尼拉海沟向东俯冲而开始消亡,
而吕 宋、 台湾及两者之间的巴士海峡, 正好记录了南海这段消亡史.
比如，吕 宋岛上的斑岩铜金矿, 就很可能是——中沙黄岩岛所在的海脊俯冲的产物[41].
南海洋壳向东俯冲形成的增生楔, 是
巴士海峡西侧的恒春海脊,
在恒春半岛登陆后，向北沿伸到台湾的中央山脈;
跨过吕 宋海槽向东是巴士海峡东侧的北吕 宋火山岛弧,
向北延伸为台湾岛的海岸山脉，
边缘由 北而南的斜向弧陆碰撞, 形成原始的台湾岛,
进一步限制了南海与大洋的联通, 成为今天的半封闭海.
因 此, 台湾陆上与巴士海峡海底的地质记录, 将是再造南海消亡史的物质依据;
而巴士海峡起伏的地形, 应当是控制南海深层水体演变的咽喉.
自 从6.5 Ma 台湾和大陆弧陆碰撞以来,巴士海峡的各道海脊陆续形成,
南海与大洋的交换受阻,
而这种构造变化，同样反映在台湾的海岸山脉[44], 对此
后面还将专门讨论. 3)[40]. 3)[42,43].
1.4 从活动到被动大陆边缘
如果把目 光从南海扩大到西太平洋, 上述边缘海的扩张和消亡
只是新生代晚期的经历,
更大规模的变化是
从中生代晚期的活动大陆边缘, 到新生代被动大陆边缘的转变过程.
值得深思的是:
太平洋板块的产生、 冈瓦纳大陆分解和东亚燕山运动的开始, 都发生在侏罗纪中期.
华南出露的 22×104 km2岩浆岩和火山岩, 90%属于燕山期[45], 构成 1300 km 宽的陆内造山带[46], 被认为是
中侏罗世到晚白垩世(180~ 80 Ma)太平洋板块低角度俯冲到亚洲板块之下的产物[47].
世界大洋最古老的地壳在西太平洋,
大洋钻探证明
其年龄为 170~165 Ma 裂同期,
由 此推测，可能是冈瓦纳的张裂导致太平洋板块的产生[49].
而产生太平洋板块的大洋岩石圈破裂, 和冈瓦纳张裂的大陆岩石圈破裂, 正好出现在地球赤道的东西“两极”[50].
推测这是一对源自 地球深部的全球性现象, 因为
从地震层析成像的结果看[51], 正好属于全球下地幔的“太平洋-反太平洋”两极[50].
如果这种分析证明正确, 那是地球深部和表层系统相互对应的一个典型实例.
中生代太平洋的历史至今很不清楚, 虽然曾 有两个大洋钻探航次做过专题探索.
与大西洋不同, 今天西太平洋底的磁异常条带十分复杂, 说明
有过非常复杂的板块运动历史,
根据现在残留的片段还不容易恢复. 但清楚的是一点:
中生代的亚洲和西太平洋之间是个活动边缘,
太平洋板块以低角 度向亚洲大陆俯冲. 晚中生代以安第斯式山脉为特色的太平洋西岸, 看来
并未延续到新生代.
新生代早期的裂谷运动, 在东亚产生了众多的沉积盆地和油气资源, 渐新世以来形成一系列的边缘海将亚洲和太平洋板块分开[52], 东亚岸外变为被动大陆边缘. 推测
新生的太平洋板块向西拓展, 直接俯冲在亚洲大陆之下, 引起
东亚在晚中生代的活化, 相应的岩浆作用和华南隆起, 塑造了晚中生代中国东高西低的地形[53].
从中 生代的活动边缘到晚新生代的被动边缘, 两者之间有一个转折期, 这就是
裂谷盆地形成,
也是南海北部含油气盆地的主要形成期(表2）
裂谷作用还是海底扩张, 都是大陆壳的破裂,
虽然东部次海盆扩张产生的洋壳比西部宽得多,
西部裂谷作用的拉张幅度却比东部大,
两者相加, 所得新生代大陆壳破裂的水平拉张总量相等,
无论东部或者西部，同样都是 1100 km.
东部之所以海底扩张早, 原因很可能在于深部:
中生代太平洋板块是从东边俯冲的, 岩石圈升温的残留效应
使得南海东部海底容易扩张[56].
然而从中生代的俯冲挤压到新生代的破裂拉张, 两者之间如何转折的问题有待回答.
西太平洋下伏的是全球俯冲带最为密集、 含水量最多的地幔[57], 这次构造转型
是不是也有全球性的深部背景, 值得研究.
可惜经过种种构造变动, 中生代残留的洋壳和海洋沉积分布十分零星, 而裂谷期的地层在南海北部又以陆相为主, 有待细心的科学家将分散的断篇残简、 蛛丝马迹汇集起来, 才有可能对于这段转折历史得出完整的认识.
从这点出发, 南海北部发现的中生代海相地层, 台湾以东的花东海盆白 垩纪洋壳的发现, 都是“南海深部计划”应当密切关注的问题.
如果把目 光从南海扩大到西太平洋, 上述边缘海的扩张和消亡
只是新生代晚期的经历,
更大规模的变化是
从中生代晚期的活动大陆边缘, 到新生代被动大陆边缘的转变过程.
值得深思的是:
太平洋板块的产生、 冈瓦纳大陆分解和东亚燕山运动的开始, 都发生在侏罗纪中期.
华南出露的 22×104 km2岩浆岩和火山岩, 90%属于燕山期[45], 构成 1300 km 宽的陆内造山带[46], 被认为是
中侏罗世到晚白垩世(180~ 80 Ma)太平洋板块低角度俯冲到亚洲板块之下的产物[47].
世界大洋最古老的地壳在西太平洋,
大洋钻探证明
其年龄为 170~165 Ma 裂同期,
由 此推测，可能是冈瓦纳的张裂导致太平洋板块的产生[49].
而产生太平洋板块的大洋岩石圈破裂, 和冈瓦纳张裂的大陆岩石圈破裂, 正好出现在地球赤道的东西“两极”[50].
推测这是一对源自 地球深部的全球性现象, 因为
从地震层析成像的结果看[51], 正好属于全球下地幔的“太平洋-反太平洋”两极[50].
如果这种分析证明正确, 那是地球深部和表层系统相互对应的一个典型实例.
中生代太平洋的历史至今很不清楚, 虽然曾 有两个大洋钻探航次做过专题探索.
与大西洋不同, 今天西太平洋底的磁异常条带十分复杂, 说明
有过非常复杂的板块运动历史,
根据现在残留的片段还不容易恢复. 但清楚的是一点:
中生代的亚洲和西太平洋之间是个活动边缘,
太平洋板块以低角 度向亚洲大陆俯冲. 晚中生代以安第斯式山脉为特色的太平洋西岸, 看来
并未延续到新生代.
新生代早期的裂谷运动, 在东亚产生了众多的沉积盆地和油气资源, 渐新世以来形成一系列的边缘海将亚洲和太平洋板块分开[52], 东亚岸外变为被动大陆边缘. 推测
新生的太平洋板块向西拓展, 直接俯冲在亚洲大陆之下, 引起
东亚在晚中生代的活化, 相应的岩浆作用和华南隆起, 塑造了晚中生代中国东高西低的地形[53].
从中 生代的活动边缘到晚新生代的被动边缘, 两者之间有一个转折期, 这就是
裂谷盆地形成,
也是南海北部含油气盆地的主要形成期(表2）
裂谷作用还是海底扩张, 都是大陆壳的破裂,
虽然东部次海盆扩张产生的洋壳比西部宽得多,
西部裂谷作用的拉张幅度却比东部大,
两者相加, 所得新生代大陆壳破裂的水平拉张总量相等,
无论东部或者西部，同样都是 1100 km.
东部之所以海底扩张早, 原因很可能在于深部:
中生代太平洋板块是从东边俯冲的, 岩石圈升温的残留效应
使得南海东部海底容易扩张[56].
然而从中生代的俯冲挤压到新生代的破裂拉张, 两者之间如何转折的问题有待回答.
西太平洋下伏的是全球俯冲带最为密集、 含水量最多的地幔[57], 这次构造转型
是不是也有全球性的深部背景, 值得研究.
可惜经过种种构造变动, 中生代残留的洋壳和海洋沉积分布十分零星, 而裂谷期的地层在南海北部又以陆相为主, 有待细心的科学家将分散的断篇残简、 蛛丝马迹汇集起来, 才有可能对于这段转折历史得出完整的认识.
从这点出发, 南海北部发现的中生代海相地层, 台湾以东的花东海盆白 垩纪洋壳的发现, 都是“南海深部计划”应当密切关注的问题.
2 南海边缘海盆地的沉积充填
以上从构造和岩浆作用的角度讨论南海海盆演化, 但是
“南海深部计划”的科学目 标走得更远, 要求
探索海盆里的水文、 生物、 化学、 沉积等过程如何响应盆地演化, 从而
再造边缘海的生命史.
从地球系统行星循环的宏观视角 看,
海洋沉积无非是大陆地壳向大洋地壳物质转移的中间站. 这种转移
既可以是物理风化的产物, 由 河流和海水直接搬运后沉积下来,
也可以是化学风化的产物, 以溶解状态搬运通过生物化学过程再进行沉积, 因 此
海洋沉积同时记录了海洋的物理和生物化学两类过程.
三十多年来的油气勘探和地质调查, 积累了南海深海沉积的丰富资料, 我们可以
从盆地充填、 沉积响应、 深海水流和碳酸盐等 4 个方面, 来解读南海深海过程的演变.
2.1 不同演变阶段的沉积充填
前面说到, 南海扩张以前的海相沉积记录虽然零星, 却是从源头追踪海盆演变的重要线索.
中生代晚期的特底斯大洋和太平洋如何交汇, 早已受到地质界的关注,
而今天南海所在的海域，正是关注的焦点.
在南海北部, 台西南盆地和台湾北港隆起发现有晚侏罗-早白垩世的海相层[58],
而根据地震剖面推断, 在珠江口 盆地东部应当 有大量的晚中 生代海相沉积[59,60],
尤 其是潮 汕 凹 陷 , 海 相 中 生 界可 能 厚达7000 m[61].
2003 年的 MZ-1-1 井, 果然在潮汕拗陷北坡钻遇含放射虫化石群的侏罗-白 垩纪海相地层[62], 其中包括深海沉积, 反映出
中生代的东亚直接面对太平洋俯冲带的图景[63].
在南海南部, 推测在今天的 南沙和婆罗 洲 之间
曾 经有过古南海(proto-South China Sea)发育(见图2）
多次发现中生代海相地层, 有可能都是古南海的沉积,
南海南北中生代地层的遗迹, 很可能是
因后来的海底扩张而拆散远离的[65].
因 此, 南北两地中生代“古南海”地层之间的关系, 特提斯和太平洋之间的关系,
都是有重要价值的科学命题[66].
从白 垩纪晚期到始新世, 处于裂谷阶段的南海形成了许多沉积盆地, 在南海北部以河湖相沉积为主, 是主力生油层的堆积时期, 也是多年来研究工作的焦点[55,67,68].
相应时期的海相环境反映在再沉积的微体化石上, 无论在北部陆架的油气勘探井[69],
还是北部陆坡的大洋钻探井[11], 都发现有
始新世和古新世的再沉积钙质超微化石, 然而其来源不明.
由于ODP1184 井揭示的渐新世初期地层已属深海相, 而且
从地震剖面看还向下延续, 因 此
南海北部陆坡是否有始新世、 甚至古新世海相层分布, 非常值得进一步追踪.
从现有资料看, 南海南部许多沉积盆地的新生代早期地层序列和北部相似, 也属河湖相,
但是在南海西南, 曾 母盆地西部发育晚始新世-渐新世的浅海相地层, 古新世-中始新世已经轻度变质[20,70], 应当属于“古南海”的范畴.
初步估算，南海自 早渐新世张裂以来, 在陆坡和陆架形成的大量盆地, 接受了总共 1.44×1016 t的沉积物充填, 估计
其中约 63%是陆源碎屑, 37%是钙质生物沉积(并含少量硅质生物和火山灰沉积).
这些数据，虽然是几年前根据 40 口 钻井、 121 个岩芯柱状样和94 条地震剖面估算的结果, 统计很不全面, 但
从中可以看出，渐新世的堆积速率最高, 其次是第四纪, 中新世中期最低;
而且, 这些沉积物主要是堆积在陆架和陆坡上, 海盆内并无大型深海扇 发育[71],
明显不同于开放大洋, 也不同于小型西太平洋边缘海的弧后盆地.
比较可靠的是晚第四纪, 比如说
全新世南海的 年均沉积总量为 1.5×108 t, 而末次冰期时高达2.1×108 t/a; 其中
最高沉积速率分布在西南和东北两区,
末次冰期时，由于古巽他河系的发育, 南海西南区的堆积速率比东北区高得多[72].
研究沉积充填过程有两大问题,
一是地质记录 2)[64], 和现代过程的衔接;
二是沉积物的源区分析.
南海现代每年接受河流的悬浮颗粒沉积物, 亚洲大陆三大河流(珠江、 红河、 湄公河)合计为 3.6亿 t
而东部和南部的岛屿风化作用强烈, 仅一个台湾岛输向南海的沉积物每年就有 1.8亿 t 之多[74],
如果根据Milliman 等人[75]的理论模式计算,
婆罗洲和苏门答腊岛每年向南海输入的碎屑沉积物有可能高达 10亿 t.
现代过程的沉积量, 和上述晚第四纪地质记录的沉积量相差达~1个数量级。
这类古今差异，并非南海所特有, 但是
造成差别的机理有待揭示, 才能实现古今衔接.
陆源碎屑沉积物源区分析是另 一个重点问题,
近年来，许多学者通过沉积物粒度、 元素地球化学、 黏土矿物学、 Nd 同位素地球化学等分析, 对南海的物源区演化进行研究, 主要集中在
河流与风尘输入、 大陆与岛屿输入的比率, 以至于
青藏高原隆升引 起的流系变化等等[76~81]. 其中格外值得注意的是
黏土矿物组合的定量研究, 发现南海周边各岛屿输送的黏土矿物成分不同,
比如台湾以伊利石和绿泥石为主, 吕宋以大量蒙脱石为特征, 而
华南大陆的珠江近 50%是高岭石[82,83]. 这些沉积物进入南海后相互混合,
如果将黏土矿物定量分析及其 Nd 同位素等方法相结合, 就有可能揭示
源区控制和洋流搬运的联合效果,
为南海沉积物源区的定量识别提供钥匙. [73],
以上从构造和岩浆作用的角度讨论南海海盆演化, 但是
“南海深部计划”的科学目 标走得更远, 要求
探索海盆里的水文、 生物、 化学、 沉积等过程如何响应盆地演化, 从而
再造边缘海的生命史.
从地球系统行星循环的宏观视角 看,
海洋沉积无非是大陆地壳向大洋地壳物质转移的中间站. 这种转移
既可以是物理风化的产物, 由 河流和海水直接搬运后沉积下来,
也可以是化学风化的产物, 以溶解状态搬运通过生物化学过程再进行沉积, 因 此
海洋沉积同时记录了海洋的物理和生物化学两类过程.
三十多年来的油气勘探和地质调查, 积累了南海深海沉积的丰富资料, 我们可以
从盆地充填、 沉积响应、 深海水流和碳酸盐等 4 个方面, 来解读南海深海过程的演变.
2.1 不同演变阶段的沉积充填
前面说到, 南海扩张以前的海相沉积记录虽然零星, 却是从源头追踪海盆演变的重要线索.
中生代晚期的特底斯大洋和太平洋如何交汇, 早已受到地质界的关注,
而今天南海所在的海域，正是关注的焦点.
在南海北部, 台西南盆地和台湾北港隆起发现有晚侏罗-早白垩世的海相层[58],
而根据地震剖面推断, 在珠江口 盆地东部应当 有大量的晚中 生代海相沉积[59,60],
尤 其是潮 汕 凹 陷 , 海 相 中 生 界可 能 厚达7000 m[61].
2003 年的 MZ-1-1 井, 果然在潮汕拗陷北坡钻遇含放射虫化石群的侏罗-白 垩纪海相地层[62], 其中包括深海沉积, 反映出
中生代的东亚直接面对太平洋俯冲带的图景[63].
在南海南部, 推测在今天的 南沙和婆罗 洲 之间
曾 经有过古南海(proto-South China Sea)发育(见图2）
多次发现中生代海相地层, 有可能都是古南海的沉积,
南海南北中生代地层的遗迹, 很可能是
因后来的海底扩张而拆散远离的[65].
因 此, 南北两地中生代“古南海”地层之间的关系, 特提斯和太平洋之间的关系,
都是有重要价值的科学命题[66].
从白 垩纪晚期到始新世, 处于裂谷阶段的南海形成了许多沉积盆地, 在南海北部以河湖相沉积为主, 是主力生油层的堆积时期, 也是多年来研究工作的焦点[55,67,68].
相应时期的海相环境反映在再沉积的微体化石上, 无论在北部陆架的油气勘探井[69],
还是北部陆坡的大洋钻探井[11], 都发现有
始新世和古新世的再沉积钙质超微化石, 然而其来源不明.
由于ODP1184 井揭示的渐新世初期地层已属深海相, 而且
从地震剖面看还向下延续, 因 此
南海北部陆坡是否有始新世、 甚至古新世海相层分布, 非常值得进一步追踪.
从现有资料看, 南海南部许多沉积盆地的新生代早期地层序列和北部相似, 也属河湖相,
但是在南海西南, 曾 母盆地西部发育晚始新世-渐新世的浅海相地层, 古新世-中始新世已经轻度变质[20,70], 应当属于“古南海”的范畴.
初步估算，南海自 早渐新世张裂以来, 在陆坡和陆架形成的大量盆地, 接受了总共 1.44×1016 t的沉积物充填, 估计
其中约 63%是陆源碎屑, 37%是钙质生物沉积(并含少量硅质生物和火山灰沉积).
这些数据，虽然是几年前根据 40 口 钻井、 121 个岩芯柱状样和94 条地震剖面估算的结果, 统计很不全面, 但
从中可以看出，渐新世的堆积速率最高, 其次是第四纪, 中新世中期最低;
而且, 这些沉积物主要是堆积在陆架和陆坡上, 海盆内并无大型深海扇 发育[71],
明显不同于开放大洋, 也不同于小型西太平洋边缘海的弧后盆地.
比较可靠的是晚第四纪, 比如说
全新世南海的 年均沉积总量为 1.5×108 t, 而末次冰期时高达2.1×108 t/a; 其中
最高沉积速率分布在西南和东北两区,
末次冰期时，由于古巽他河系的发育, 南海西南区的堆积速率比东北区高得多[72].
研究沉积充填过程有两大问题,
一是地质记录 2)[64], 和现代过程的衔接;
二是沉积物的源区分析.
南海现代每年接受河流的悬浮颗粒沉积物, 亚洲大陆三大河流(珠江、 红河、 湄公河)合计为 3.6亿 t
而东部和南部的岛屿风化作用强烈, 仅一个台湾岛输向南海的沉积物每年就有 1.8亿 t 之多[74],
如果根据Milliman 等人[75]的理论模式计算,
婆罗洲和苏门答腊岛每年向南海输入的碎屑沉积物有可能高达 10亿 t.
现代过程的沉积量, 和上述晚第四纪地质记录的沉积量相差达~1个数量级。
这类古今差异，并非南海所特有, 但是
造成差别的机理有待揭示, 才能实现古今衔接.
陆源碎屑沉积物源区分析是另 一个重点问题,
近年来，许多学者通过沉积物粒度、 元素地球化学、 黏土矿物学、 Nd 同位素地球化学等分析, 对南海的物源区演化进行研究, 主要集中在
河流与风尘输入、 大陆与岛屿输入的比率, 以至于
青藏高原隆升引 起的流系变化等等[76~81]. 其中格外值得注意的是
黏土矿物组合的定量研究, 发现南海周边各岛屿输送的黏土矿物成分不同,
比如台湾以伊利石和绿泥石为主, 吕宋以大量蒙脱石为特征, 而
华南大陆的珠江近 50%是高岭石[82,83]. 这些沉积物进入南海后相互混合,
如果将黏土矿物定量分析及其 Nd 同位素等方法相结合, 就有可能揭示
源区控制和洋流搬运的联合效果,
为南海沉积物源区的定量识别提供钥匙. [73],
2.2 海盆演变事件的沉积响应
南海构造演变的转折关头如何记录在沉积过程中, 是“南海深部计划”的重点研究对象.
大洋钻探1148 井现在水深 3300 m, 所揭示的 33 Ma 沉积纪录中, 最重要的地质事件
发生在渐新世末.
该井的沉积速率在早渐新世最高(>60 m/Ma), 而由 构造活动引起的沉积间断, 集中在渐新世中期 28.5 Ma 至中新世初 23 Ma 的一段时间里, 4 次沉积间断总共造成至少 3 Ma 沉积记录的缺失, 而主间断面位于 25 Ma, 亦即滑塌沉积层的底界[12,84].
渐新世末的南海北部经历了巨大的环境变化, 1148 井的底栖化石群表明
海水急剧加深, 从早渐新世的上陆坡(<1500 m)变为中新世的下陆坡(>2500 m)[85];
同样, 南海北部上陆坡白 云凹 陷 的 地层, 也从此前的 浅海相转为深海相[86].
其他如蛋白 石含量和碳酸盐堆积速率, 都在事件之后突然下降(图源[13].
渐新世末的事件, 不仅是南海沉积记录中最大的一次构造运动, 也是东南亚地区从地质到气候 4), 物源区也从南源转为北环境普遍的改组事件, 东亚的大气环流也从行星风系变为季风风系[87].
地球表层系统如此大幅度的改组事件, 肯定有其尚未揭示的深部原因.
另 一个例子取自 南海西南的越南岸外.
根据近年来中建南、 湄公、 万安等盆地调查的结果, 发现
南海西南在中新世才开始接受海侵(图 5(a)), 此前均为陆相地层;
早中新世末-中中新世时火山 活动活跃, 并开始形成碳酸盐台地(图 5(b));
直到中中新世的末期才有显著沉降, 形成深海沉积并延续至今(图4）
上述记录，反映出
南海西南的海底扩张比南海北部晚的多, 也就是
“混合构造模式”所说的中新世扩张,
发生在西南海盆并得力于向婆罗洲的俯冲, 扩张轴逐渐向西南推进, 同时伴有活跃的岩浆活动[24].
可见, 南海东部和西南两个次海盆海底扩张的不同步伐, 决定了
海相沉积发育历史的不同. 5(c)).
2.3 深层海流演变的沉积记录
海盆的关闭和张裂一样, 都是南海演化的主要过程; 然而
对于南海深部海流的影响来说, 却是关闭比张裂重要得多.
上面说过, 菲律宾海板块的北上和南海洋壳在马尼拉海沟的向东俯冲, 造成了南海的关闭和消亡.
吕 宋岛与台湾之间的巴士海峡, 是当代半封闭的南海和大洋之间唯一的深水通道,
这里马尼拉海沟的俯冲带, 是一条“吞噬”南海物质的边界.
可以推想, 当南海海底扩张完成之初, 中新世中期的南海
曾 经是一个宽阔而开放的海盆,
因 为今天南海的“东墙”——菲律宾群岛当时还远在南边, 南海海盆的面积
有可能是今天的 2 倍(图 6)[88].
马尼拉俯冲带是研究南海深部不可回避的环节.
从构造上讲, 马尼拉俯冲带与典型的大洋俯冲带十分不同,
马尼拉海沟的东边还有向西俯冲的菲律宾海沟,
南海板块和菲律宾海板块在马尼拉海沟如何相交,
在这双俯冲带之间的构造活动如何调节, 都有极大的研究价值.
从水文上讲, 俯冲带造成的增生脊和火山弧, 正是阻隔海盆和洋盆连接的海槛, 它们决定着南海和太平洋水交换的深度范围, 使得南海深层水的属性变化,
对于马尼拉海沟俯冲带的演变特别敏感.
现代南海深层水的唯一来源是太平洋.
太平洋水越过 2400 m 深的海槛，进入南海, 形成“深水瀑布”(deep water overflow),
混合后，再从中层深度返回太平洋[89],
结果使得南海 2000 m 以下的深部水, 无论位密度和含氧量都相当稳定[90].
南海构造演变的转折关头如何记录在沉积过程中, 是“南海深部计划”的重点研究对象.
大洋钻探1148 井现在水深 3300 m, 所揭示的 33 Ma 沉积纪录中, 最重要的地质事件
发生在渐新世末.
该井的沉积速率在早渐新世最高(>60 m/Ma), 而由 构造活动引起的沉积间断, 集中在渐新世中期 28.5 Ma 至中新世初 23 Ma 的一段时间里, 4 次沉积间断总共造成至少 3 Ma 沉积记录的缺失, 而主间断面位于 25 Ma, 亦即滑塌沉积层的底界[12,84].
渐新世末的南海北部经历了巨大的环境变化, 1148 井的底栖化石群表明
海水急剧加深, 从早渐新世的上陆坡(<1500 m)变为中新世的下陆坡(>2500 m)[85];
同样, 南海北部上陆坡白 云凹 陷 的 地层, 也从此前的 浅海相转为深海相[86].
其他如蛋白 石含量和碳酸盐堆积速率, 都在事件之后突然下降(图源[13].
渐新世末的事件, 不仅是南海沉积记录中最大的一次构造运动, 也是东南亚地区从地质到气候 4), 物源区也从南源转为北环境普遍的改组事件, 东亚的大气环流也从行星风系变为季风风系[87].
地球表层系统如此大幅度的改组事件, 肯定有其尚未揭示的深部原因.
另 一个例子取自 南海西南的越南岸外.
根据近年来中建南、 湄公、 万安等盆地调查的结果, 发现
南海西南在中新世才开始接受海侵(图 5(a)), 此前均为陆相地层;
早中新世末-中中新世时火山 活动活跃, 并开始形成碳酸盐台地(图 5(b));
直到中中新世的末期才有显著沉降, 形成深海沉积并延续至今(图4）
上述记录，反映出
南海西南的海底扩张比南海北部晚的多, 也就是
“混合构造模式”所说的中新世扩张,
发生在西南海盆并得力于向婆罗洲的俯冲, 扩张轴逐渐向西南推进, 同时伴有活跃的岩浆活动[24].
可见, 南海东部和西南两个次海盆海底扩张的不同步伐, 决定了
海相沉积发育历史的不同. 5(c)).
2.3 深层海流演变的沉积记录
海盆的关闭和张裂一样, 都是南海演化的主要过程; 然而
对于南海深部海流的影响来说, 却是关闭比张裂重要得多.
上面说过, 菲律宾海板块的北上和南海洋壳在马尼拉海沟的向东俯冲, 造成了南海的关闭和消亡.
吕 宋岛与台湾之间的巴士海峡, 是当代半封闭的南海和大洋之间唯一的深水通道,
这里马尼拉海沟的俯冲带, 是一条“吞噬”南海物质的边界.
可以推想, 当南海海底扩张完成之初, 中新世中期的南海
曾 经是一个宽阔而开放的海盆,
因 为今天南海的“东墙”——菲律宾群岛当时还远在南边, 南海海盆的面积
有可能是今天的 2 倍(图 6)[88].
马尼拉俯冲带是研究南海深部不可回避的环节.
从构造上讲, 马尼拉俯冲带与典型的大洋俯冲带十分不同,
马尼拉海沟的东边还有向西俯冲的菲律宾海沟,
南海板块和菲律宾海板块在马尼拉海沟如何相交,
在这双俯冲带之间的构造活动如何调节, 都有极大的研究价值.
从水文上讲, 俯冲带造成的增生脊和火山弧, 正是阻隔海盆和洋盆连接的海槛, 它们决定着南海和太平洋水交换的深度范围, 使得南海深层水的属性变化,
对于马尼拉海沟俯冲带的演变特别敏感.
现代南海深层水的唯一来源是太平洋.
太平洋水越过 2400 m 深的海槛，进入南海, 形成“深水瀑布”(deep water overflow),
混合后，再从中层深度返回太平洋[89],
结果使得南海 2000 m 以下的深部水, 无论位密度和含氧量都相当稳定[90].
这里的关键在于
巴士海峡, 它不但是南海与太平洋联接的唯一深水通道,
又是两者能量交换的场所,
大量的内潮在巴士海峡生成并传入南海,
使得南海的深层混合比太平洋高两个数量级.
跨越等密度面的海水混合作用, 驱动着南海深层的气旋式环流,
调控着南海深层水团的更新周期[91]. 因 此
今天南海深层水的通风作用特别活跃,
更新周期只有 40~50 年[92]、甚至 30 年[90].
而且与日 本海不同, 2000 m 以下的水全部来自 太平洋, 没有南海自 己 形成的深层水[93],
为我们利用南海沉积记录观测西太平洋海水的变化提供了窗口 .
但是这只是现代的格局.
在地质历史上, 海盆形成的早期南海东侧完全开放, 和太平洋深部水可以自 由交换,
“深水瀑布”不可能发生、 南海深层气旋式环流也不见得存在.
随着吕 宋岛弧的北移和南海的逐渐封闭,
海槛的限制作用迫使南海深层水通风加剧,
才会出现如此富氧而年轻的深层水.
具体说, 马尼拉海沟的增生楔和吕 宋火山弧所构成的两道海槛, 正是
南海与太平洋之间的“关口 ”,
幸好两者分别向北沿伸到台湾南部的恒春半岛和台湾东部的海岸山脉(图3)
因 而可以从台湾追踪海槛的历史.
从台湾记录看, 中新世早中期 15~16 Ma 前后增生楔和火山弧已经初步形成, 到中新世末期 6.5 Ma 时出露水面[42,43]. 而从 ODP 1148 井的底栖有孔虫的属种组成和壳体碳同位素看, 这两个时期正好是深层水含氧量增高, 与大洋平均值相比
碳同位素突然变轻的转折期(图7)
巴士海峡, 它不但是南海与太平洋联接的唯一深水通道,
又是两者能量交换的场所,
大量的内潮在巴士海峡生成并传入南海,
使得南海的深层混合比太平洋高两个数量级.
跨越等密度面的海水混合作用, 驱动着南海深层的气旋式环流,
调控着南海深层水团的更新周期[91]. 因 此
今天南海深层水的通风作用特别活跃,
更新周期只有 40~50 年[92]、甚至 30 年[90].
而且与日 本海不同, 2000 m 以下的水全部来自 太平洋, 没有南海自 己 形成的深层水[93],
为我们利用南海沉积记录观测西太平洋海水的变化提供了窗口 .
但是这只是现代的格局.
在地质历史上, 海盆形成的早期南海东侧完全开放, 和太平洋深部水可以自 由交换,
“深水瀑布”不可能发生、 南海深层气旋式环流也不见得存在.
随着吕 宋岛弧的北移和南海的逐渐封闭,
海槛的限制作用迫使南海深层水通风加剧,
才会出现如此富氧而年轻的深层水.
具体说, 马尼拉海沟的增生楔和吕 宋火山弧所构成的两道海槛, 正是
南海与太平洋之间的“关口 ”,
幸好两者分别向北沿伸到台湾南部的恒春半岛和台湾东部的海岸山脉(图3)
因 而可以从台湾追踪海槛的历史.
从台湾记录看, 中新世早中期 15~16 Ma 前后增生楔和火山弧已经初步形成, 到中新世末期 6.5 Ma 时出露水面[42,43]. 而从 ODP 1148 井的底栖有孔虫的属种组成和壳体碳同位素看, 这两个时期正好是深层水含氧量增高, 与大洋平均值相比
碳同位素突然变轻的转折期(图7)
再如，台湾花东海脊的北延的“利吉混杂岩”，形成于 3.5~3.7 Ma, 是巴士海峡海脊形成过程中又一个关键时期,
而南海 ODP 1148 井的 Rb/Zr 比值曲线的总趋势
在此时发生急剧转折, 由 下降突然转为上升(刘连文私人通讯),
底栖有孔虫碳同位素也有变轻的现象, 是否都与海槛形成、 底层流改组有关, 同样值得研究.
台湾的新生代地层, 很大程度上就是南海海底沉积在地面的露头,
如果将巴士海峡水下和台湾陆上的研究相结合, 再与南海深层水演变的地质历史对比,
必将能够揭示马尼拉俯冲带的演变与南海深层水属性变化的相关性, 展现边缘海盆地构造演变对深层水古海洋学的控制作用[44].
当然, 南海深层水的变化不仅受巴士海峡的控制, 而且反映了太平洋水体的演变.
一方面,巴士海峡深水通道的上游是菲律宾海盆, 其海盆的演变直接影响到南海深层水的来源, 而且整个西太平洋深水体结构的变化都会影响南海的深层水[91];
另 一方面, 南海深层的气旋式环流[94]是当前地形条件下的产物, 在南海深海盆扩张和关闭过程中必然经历过反复的改组.
因此, 上述 ODP1148 井碳同位素的信息(图流的演变历史, 有待进一步工作加以揭示.
深层水演变的另一类地质记录是深海的沉积构造.
南海深水盆大量分布浊流沉积, 陆坡上广泛发育沉积波和高速堆积体, 但是都缺乏系统研究.
而南海 ODP 1148 井的 Rb/Zr 比值曲线的总趋势
在此时发生急剧转折, 由 下降突然转为上升(刘连文私人通讯),
底栖有孔虫碳同位素也有变轻的现象, 是否都与海槛形成、 底层流改组有关, 同样值得研究.
台湾的新生代地层, 很大程度上就是南海海底沉积在地面的露头,
如果将巴士海峡水下和台湾陆上的研究相结合, 再与南海深层水演变的地质历史对比,
必将能够揭示马尼拉俯冲带的演变与南海深层水属性变化的相关性, 展现边缘海盆地构造演变对深层水古海洋学的控制作用[44].
当然, 南海深层水的变化不仅受巴士海峡的控制, 而且反映了太平洋水体的演变.
一方面,巴士海峡深水通道的上游是菲律宾海盆, 其海盆的演变直接影响到南海深层水的来源, 而且整个西太平洋深水体结构的变化都会影响南海的深层水[91];
另 一方面, 南海深层的气旋式环流[94]是当前地形条件下的产物, 在南海深海盆扩张和关闭过程中必然经历过反复的改组.
因此, 上述 ODP1148 井碳同位素的信息(图流的演变历史, 有待进一步工作加以揭示.
深层水演变的另一类地质记录是深海的沉积构造.
南海深水盆大量分布浊流沉积, 陆坡上广泛发育沉积波和高速堆积体, 但是都缺乏系统研究.
由于对深层海流缺乏原位观测, 只能通过水体密度和含氧量，推断底层海流的方向,
通过地震和浅地层剖面，间接推断沉积构造.
南海作为边缘海的特点之一, 是具有高沉积速率的次深海沉积, 其中突出的一例, 是北部陆坡东沙东南 ODP1144 井所在的高速堆积体, 最高的沉积速率达 97 cm/ka 因 解 释 并 不 一 致 , 有 的 认 为 是 北 太 平 洋 深 层 水(NPDW)将源自 台湾的细粒陆源物质, 到陆坡区向上爬升形成的 沉积体[96],
有的 认为是等深线流 的 产物[97],
还有的认为是逆陆坡向上迁移的沉积波所组成的牵引 体[98],
分歧的根源在于观测不足.
南海深层海流及其沉积搬运, 迫切需要学习国际经验, 组织现场观测, 从沉积动力学出 发开展“从源到汇”的系统研究[99].
值得称道的是台湾高屏溪河口 外超密度流的研究, 可誉为当今南海现代沉积过程观测中的一枝独秀.
台湾南部的高屏溪集水盆地高差 3000 m, 年降雨量逾 3000 mm, 平均年输砂量 3500×104 t, 洪水期河水入海后成为超密度流, 切割陆坡形成的高屏峡谷直到陆架外缘的~400 m, 是深海沉积的快速输送渠道[100,101].
跨域时空尺度, 将观测结果和数值模拟相结合, 将现代沉积颗粒运移的现场观测, 与地[震剖面揭示的沉积体研究相结合, 就可望像当年将古埃及和古希腊文字连接起来的罗赛塔石碑(Rosetta Stone) 一样, 在物理海洋学和沉积地质学之间搭建桥梁[102].
通过地震和浅地层剖面，间接推断沉积构造.
南海作为边缘海的特点之一, 是具有高沉积速率的次深海沉积, 其中突出的一例, 是北部陆坡东沙东南 ODP1144 井所在的高速堆积体, 最高的沉积速率达 97 cm/ka 因 解 释 并 不 一 致 , 有 的 认 为 是 北 太 平 洋 深 层 水(NPDW)将源自 台湾的细粒陆源物质, 到陆坡区向上爬升形成的 沉积体[96],
有的 认为是等深线流 的 产物[97],
还有的认为是逆陆坡向上迁移的沉积波所组成的牵引 体[98],
分歧的根源在于观测不足.
南海深层海流及其沉积搬运, 迫切需要学习国际经验, 组织现场观测, 从沉积动力学出 发开展“从源到汇”的系统研究[99].
值得称道的是台湾高屏溪河口 外超密度流的研究, 可誉为当今南海现代沉积过程观测中的一枝独秀.
台湾南部的高屏溪集水盆地高差 3000 m, 年降雨量逾 3000 mm, 平均年输砂量 3500×104 t, 洪水期河水入海后成为超密度流, 切割陆坡形成的高屏峡谷直到陆架外缘的~400 m, 是深海沉积的快速输送渠道[100,101].
跨域时空尺度, 将观测结果和数值模拟相结合, 将现代沉积颗粒运移的现场观测, 与地[震剖面揭示的沉积体研究相结合, 就可望像当年将古埃及和古希腊文字连接起来的罗赛塔石碑(Rosetta Stone) 一样, 在物理海洋学和沉积地质学之间搭建桥梁[102].
2.4 南海的深海碳酸盐沉积和碳酸盐台地
南海地处低纬, 加以深层水的通风作用强, 因而是西太平洋海区深海碳酸盐保存最好的海区之一, 除 3500 m 以下的深海盆外都有至少 10%的碳酸盐沉积保存, 为其深部过程的演变保存了优异的地质记录.
南海碳酸盐主要是两大类: 深海碳酸盐和珊瑚礁碳酸盐.
深海大量沉积柱状样的分析, 早已揭示出南海溶跃面上下南海晚第四纪碳酸盐旋回的不同[103]. 大洋钻探钻孔又提供了 3000 余万年来南海碳酸盐沉积的兴衰, 其中
包含着太平洋低纬海区共同的变化, 比如
多次碳酸盐溶解事件(图4的D1-D5)
大约11Ma之后的“碳酸盐崩溃”事件,
以及大约 8 Ma 之后的“生源物勃发”事件(图4），与上述的碎屑沉积的记录相结合, 深海碳酸盐的堆积和溶解是再造南海深海盆生命史的重要依据.
星罗棋布的珊瑚礁, 是南海深海盆的一大特色.
现在南海珊瑚礁的总面积近 8000 km2, 主要分布在几个群岛的碳酸盐台地上, 其中
最大的南沙群岛水域总面积约 82×104 km2, 比巴哈马群岛大将近 60倍.
现代南海珊瑚礁总的碳酸盐年产量, 初步估计在 2100万的量级, 占全球珊瑚礁碳酸盐总产量的1.6%~3.3%[104].
珊瑚礁当然不属于深海沉积, 但是珊瑚礁产生的碳酸盐一部分进入台地的格架, 更多的却随着风浪的侵袭和低海面期的剥蚀进入海盆, 和浮游生物骨骼共同构成生源沉积中的碳酸盐成分, 最终还是加入深海沉积.
20 世纪 70 年代，我国先后在西 沙 与 南 沙的 珊瑚 礁 上 钻得数百 米 的 深井多 口 , 其中
西沙永兴岛钻进 1279 m 穿透碳酸盐进入前寒武纪基底[105].
近年来的研究表明 , 南海深海盆的碳酸盐台 地从中 新世开始发育, 除现有的 珊瑚礁群岛 外, 还包括北部边缘和西南边缘埋葬的 礁相碳酸盐.
虽 然不像大西洋的 巴 哈马 滩那样从中 生代就开始发育、 并形成数千米厚的碳酸盐沉积, 南海的 珊瑚礁也堆积了 千米以 上的 碳酸盐, 是世界上碳酸盐台地的重要组成部分.
从 20 世纪 50 年代起, 大巴哈马滩就成为全世界研究碳酸盐地层的楷模.
大洋钻探航次又两度造访 大巴哈马滩, 使之成为碳酸盐地质研究的“圣地”,
从碳酸盐岩的结构与成岩研究, 到碳酸盐层序地层学, 莫不以大哈马滩作为全球的标准.
而我国的南沙群岛, 尽管连续研究了几十年, 取得了众多的成果, 但是在国际学术界来说,
还只是一片暗礁丛生的“危险海区(Dangerous Ground)”.
近年来, 我国在高分辨率气候变化记录上取得了珊瑚礁研究的可喜成果, 但是
从南海盆地演化沉积响应的宏观角 度, 还没有开展工作.
而这种工作的实质, 在于将珊瑚礁看作碳酸盐台地的一部分, 不是孤立地、 而是与其周围的海域联系起来研究珊瑚礁. 南海碳酸盐台地的研究, 具有重要的理论和应用价值.
比如说, 南海南北有大量的碳酸盐油气藏, 但为什么从中新世中期起才广泛发育？
又比如说，大片珊瑚礁的兴衰, 在南海碳循环中起什么作用?
这些都是“南海深部计划”应当回答的问题.
南海地处低纬, 加以深层水的通风作用强, 因而是西太平洋海区深海碳酸盐保存最好的海区之一, 除 3500 m 以下的深海盆外都有至少 10%的碳酸盐沉积保存, 为其深部过程的演变保存了优异的地质记录.
南海碳酸盐主要是两大类: 深海碳酸盐和珊瑚礁碳酸盐.
深海大量沉积柱状样的分析, 早已揭示出南海溶跃面上下南海晚第四纪碳酸盐旋回的不同[103]. 大洋钻探钻孔又提供了 3000 余万年来南海碳酸盐沉积的兴衰, 其中
包含着太平洋低纬海区共同的变化, 比如
多次碳酸盐溶解事件(图4的D1-D5)
大约11Ma之后的“碳酸盐崩溃”事件,
以及大约 8 Ma 之后的“生源物勃发”事件(图4），与上述的碎屑沉积的记录相结合, 深海碳酸盐的堆积和溶解是再造南海深海盆生命史的重要依据.
星罗棋布的珊瑚礁, 是南海深海盆的一大特色.
现在南海珊瑚礁的总面积近 8000 km2, 主要分布在几个群岛的碳酸盐台地上, 其中
最大的南沙群岛水域总面积约 82×104 km2, 比巴哈马群岛大将近 60倍.
现代南海珊瑚礁总的碳酸盐年产量, 初步估计在 2100万的量级, 占全球珊瑚礁碳酸盐总产量的1.6%~3.3%[104].
珊瑚礁当然不属于深海沉积, 但是珊瑚礁产生的碳酸盐一部分进入台地的格架, 更多的却随着风浪的侵袭和低海面期的剥蚀进入海盆, 和浮游生物骨骼共同构成生源沉积中的碳酸盐成分, 最终还是加入深海沉积.
20 世纪 70 年代，我国先后在西 沙 与 南 沙的 珊瑚 礁 上 钻得数百 米 的 深井多 口 , 其中
西沙永兴岛钻进 1279 m 穿透碳酸盐进入前寒武纪基底[105].
近年来的研究表明 , 南海深海盆的碳酸盐台 地从中 新世开始发育, 除现有的 珊瑚礁群岛 外, 还包括北部边缘和西南边缘埋葬的 礁相碳酸盐.
虽 然不像大西洋的 巴 哈马 滩那样从中 生代就开始发育、 并形成数千米厚的碳酸盐沉积, 南海的 珊瑚礁也堆积了 千米以 上的 碳酸盐, 是世界上碳酸盐台地的重要组成部分.
从 20 世纪 50 年代起, 大巴哈马滩就成为全世界研究碳酸盐地层的楷模.
大洋钻探航次又两度造访 大巴哈马滩, 使之成为碳酸盐地质研究的“圣地”,
从碳酸盐岩的结构与成岩研究, 到碳酸盐层序地层学, 莫不以大哈马滩作为全球的标准.
而我国的南沙群岛, 尽管连续研究了几十年, 取得了众多的成果, 但是在国际学术界来说,
还只是一片暗礁丛生的“危险海区(Dangerous Ground)”.
近年来, 我国在高分辨率气候变化记录上取得了珊瑚礁研究的可喜成果, 但是
从南海盆地演化沉积响应的宏观角 度, 还没有开展工作.
而这种工作的实质, 在于将珊瑚礁看作碳酸盐台地的一部分, 不是孤立地、 而是与其周围的海域联系起来研究珊瑚礁. 南海碳酸盐台地的研究, 具有重要的理论和应用价值.
比如说, 南海南北有大量的碳酸盐油气藏, 但为什么从中新世中期起才广泛发育？
又比如说，大片珊瑚礁的兴衰, 在南海碳循环中起什么作用?
这些都是“南海深部计划”应当回答的问题.
3 南海深部的能流与物流
近 30 余年来海洋科学的重大发现, 是海洋能流和物流的双向性. 20 世纪 70 年代末期发现的深海热液和热液生物群告诉我们:
除了太阳辐射能驱动的自 上而下的过程外, 还有由地球内热驱动的自 下而上的过程. 深海海底是地球表面距离地球内部最近的去处, 也是地球系统表层与深部相互作用的窗口 ,
从洋中脊到俯冲带、 从大陆边缘到深海盆地, 海底之下 广 泛存在 着 巨 量 的 流 体, 被 喻为 “海 底 下 的 海洋” [106]. 这些流体赋存于沉积物和岩石的孔隙和裂隙中, 在地形、 构造、 热、 重力等因素的制约下扩散或流动, 影响着深海过程和海水化学成分的演化, 从而参加到地球表层系统的循环中来.
南海深部既有古时的洋中脊, 又有现代的俯冲带, 古今能流和物流的变化是海盆演化史的重要成分.
但是与上面讨论的盆地发育和沉积充填不同, 作为一个崭新的学术前沿领域, 目 前还谈不上有多少工作积累, 只能将今后研究的方向作为下面讨论的重点.
3.1 热液与冷泉, 蛇纹岩化与可燃冰
洋中脊的热液活动是海底深部过程中最引 人注目 的一种. 在大洋中脊及其两翼, 海水沿着海底的裂隙下渗, 被深处的熔岩加热后重返海底, 将深部物质与能量带到表层, 维持着特殊的成矿作用和生命系统[107]. 南海的海底扩张结束已经一千多万年, 但是古代的热液活动应当在残留洋中脊及其周围留下矿物、 生物或者化学的遗迹.
近年来发现,大洋中脊侧翼的海底地下水活动比轴部更加广泛, 比如在大西洋中脊的两侧, 沿着转换断层大面积发育上地幔橄榄岩的蛇纹岩化, 构成地球深部水循环的重要环节. 深海橄榄岩接触海水后发生蛇纹岩化, 释出 热量和氢, 可以造成低温热液作用并形成甲 烷和特殊的生物群, 像大西洋 Lost City 所见[108]. 蛇纹岩化作为深海水-岩相互作用产物已有广泛报道, 值得在南海深部计划的研究中注意.
一方面可以注意蛇纹岩化是否曾 经在其扩张过程中发生,
另 一方面还可以探索在岩石圈深部发生的可能.
国外报道, 海水也可以通过转换断层下渗, 导致上地幔顶层的蛇绿岩化而获得铁磁性[109].
最近发现南海深海盆的居里点位于莫霍面之下[110], 提出了南海是否有上地幔顶层蛇纹岩化的现象, 需要追踪南海海底地下水的活动及其影响, 揭示上地幔磁场的成因[111].
蛇纹岩化是 “海底下的海洋”研究的前沿[112], 值得在南海研究中密切注意.
海底另 一类能量流和物质流来自 冷泉. 冷泉在大洋的板块俯冲带和海底的烃类溢出 口 都有分布. 海底沉积层被大洋壳负载着向下俯冲时, 水被挤出地层重返海水, 这种冷泉在富有机质区也会带上甲烷, 其厌氧氧化造成碳酸盐沉积, 并支持冷泉生物群[113].
在较浅的陆坡, 海底天然气水合物的分解也会呈冷泉溢出 , 同样的过程也会造成碳酸盐结壳和冷泉生物群, 或者在海底造成泥火山[114]. 此外, 海底的天然气溢出 口 , 也可以为深海珊瑚礁发育提供基础[115].
我国对南海天然气水合物的勘探, 早在十多年前已经开始[116];
2002 年在南海东北上千米水深处, 拖网采到天然气水合物溢出口 的碳酸盐结核[117];
2004年, 中德合作的“太阳号 177 航次”对南海东北部的天然气水合物进行专题调查, 对其溢出 口 的碳酸盐结核及其微生物进行研究, 在九龙礁等区发现“微生物礁”[118,119];
2007 年 3 月 , 台湾学者和日 本 JAMSTEC合作, 用 ROV 在台西南盆地调查水合物溢出口 , 发现化学合成型生物群[120~122];
2007 年 5 月 , 我国在南海东北的钻探成功地采集到实物样品, 证实了天然气水合物在南海的大量存在[123,124].
其实烃类溢出和泥火山, 在南海北部甚至台湾陆上早已大量发现. 开展勘探工作的同时, 需要对于溢出口 进行多学科的联合调查和连续原位观测, 从海洋环境变化的角 度
研究其海洋化学和生物学的影响.
研究南海深部海底流体活动的另 一个海区, 是马尼拉海沟. 板块俯冲带是地球内部与表层系统物质 交换极 其活 跃的 窗 口 , 被 比 喻为 “俯冲 带 加 工厂”[125].
马尼拉海沟是南海板块俯冲的入口 , 也是南海水深最大(5500 m)的海域, 无疑对南海的物流和能流都有巨大影响, 需要在客观条件允许的情况下尽早开展工作.
近 30 余年来海洋科学的重大发现, 是海洋能流和物流的双向性. 20 世纪 70 年代末期发现的深海热液和热液生物群告诉我们:
除了太阳辐射能驱动的自 上而下的过程外, 还有由地球内热驱动的自 下而上的过程. 深海海底是地球表面距离地球内部最近的去处, 也是地球系统表层与深部相互作用的窗口 ,
从洋中脊到俯冲带、 从大陆边缘到深海盆地, 海底之下 广 泛存在 着 巨 量 的 流 体, 被 喻为 “海 底 下 的 海洋” [106]. 这些流体赋存于沉积物和岩石的孔隙和裂隙中, 在地形、 构造、 热、 重力等因素的制约下扩散或流动, 影响着深海过程和海水化学成分的演化, 从而参加到地球表层系统的循环中来.
南海深部既有古时的洋中脊, 又有现代的俯冲带, 古今能流和物流的变化是海盆演化史的重要成分.
但是与上面讨论的盆地发育和沉积充填不同, 作为一个崭新的学术前沿领域, 目 前还谈不上有多少工作积累, 只能将今后研究的方向作为下面讨论的重点.
3.1 热液与冷泉, 蛇纹岩化与可燃冰
洋中脊的热液活动是海底深部过程中最引 人注目 的一种. 在大洋中脊及其两翼, 海水沿着海底的裂隙下渗, 被深处的熔岩加热后重返海底, 将深部物质与能量带到表层, 维持着特殊的成矿作用和生命系统[107]. 南海的海底扩张结束已经一千多万年, 但是古代的热液活动应当在残留洋中脊及其周围留下矿物、 生物或者化学的遗迹.
近年来发现,大洋中脊侧翼的海底地下水活动比轴部更加广泛, 比如在大西洋中脊的两侧, 沿着转换断层大面积发育上地幔橄榄岩的蛇纹岩化, 构成地球深部水循环的重要环节. 深海橄榄岩接触海水后发生蛇纹岩化, 释出 热量和氢, 可以造成低温热液作用并形成甲 烷和特殊的生物群, 像大西洋 Lost City 所见[108]. 蛇纹岩化作为深海水-岩相互作用产物已有广泛报道, 值得在南海深部计划的研究中注意.
一方面可以注意蛇纹岩化是否曾 经在其扩张过程中发生,
另 一方面还可以探索在岩石圈深部发生的可能.
国外报道, 海水也可以通过转换断层下渗, 导致上地幔顶层的蛇绿岩化而获得铁磁性[109].
最近发现南海深海盆的居里点位于莫霍面之下[110], 提出了南海是否有上地幔顶层蛇纹岩化的现象, 需要追踪南海海底地下水的活动及其影响, 揭示上地幔磁场的成因[111].
蛇纹岩化是 “海底下的海洋”研究的前沿[112], 值得在南海研究中密切注意.
海底另 一类能量流和物质流来自 冷泉. 冷泉在大洋的板块俯冲带和海底的烃类溢出 口 都有分布. 海底沉积层被大洋壳负载着向下俯冲时, 水被挤出地层重返海水, 这种冷泉在富有机质区也会带上甲烷, 其厌氧氧化造成碳酸盐沉积, 并支持冷泉生物群[113].
在较浅的陆坡, 海底天然气水合物的分解也会呈冷泉溢出 , 同样的过程也会造成碳酸盐结壳和冷泉生物群, 或者在海底造成泥火山[114]. 此外, 海底的天然气溢出 口 , 也可以为深海珊瑚礁发育提供基础[115].
我国对南海天然气水合物的勘探, 早在十多年前已经开始[116];
2002 年在南海东北上千米水深处, 拖网采到天然气水合物溢出口 的碳酸盐结核[117];
2004年, 中德合作的“太阳号 177 航次”对南海东北部的天然气水合物进行专题调查, 对其溢出 口 的碳酸盐结核及其微生物进行研究, 在九龙礁等区发现“微生物礁”[118,119];
2007 年 3 月 , 台湾学者和日 本 JAMSTEC合作, 用 ROV 在台西南盆地调查水合物溢出口 , 发现化学合成型生物群[120~122];
2007 年 5 月 , 我国在南海东北的钻探成功地采集到实物样品, 证实了天然气水合物在南海的大量存在[123,124].
其实烃类溢出和泥火山, 在南海北部甚至台湾陆上早已大量发现. 开展勘探工作的同时, 需要对于溢出口 进行多学科的联合调查和连续原位观测, 从海洋环境变化的角 度
研究其海洋化学和生物学的影响.
研究南海深部海底流体活动的另 一个海区, 是马尼拉海沟. 板块俯冲带是地球内部与表层系统物质 交换极 其活 跃的 窗 口 , 被 比 喻为 “俯冲 带 加 工厂”[125].
马尼拉海沟是南海板块俯冲的入口 , 也是南海水深最大(5500 m)的海域, 无疑对南海的物流和能流都有巨大影响, 需要在客观条件允许的情况下尽早开展工作.
3.2 深部生物圈与深海碳储库
无论热液和冷泉都出 现在有光带以 下的深处, 不可能依靠光合作用支持生命活动, 只能依靠来自深部的能量与物质, 通过化学合成(chemosynthesis)制造有机质, 属于所谓“黑暗食物链”. 南海东北水深千余米的甲烷逸出冷泉口 , 所发现的贝 、 蟹、 虾等与热液口 的类型相似, 两者都属于化学合成生物[122]. 近年来查明, 海洋生物圈的主角 其实是微生物而不是大型生物, 海洋生物量的 90%属于微生物, 而且越是深水微生物的作用越大. 在深海底下深处的沉积物、 甚至大洋地壳中, 也有微生物在生活, 这就是所谓的“深部生物圈”[126].
这种由“暗能量”支持、 生活在海水高压下的微生物, 虽然是地球上最大的生态系统, 人类对它的认识却刚刚开始[127].
南海深海沉积中的微生物研究, 近 5 年来已经积极开展,
不过作为起步阶段的工作, 多数属于表层沉积中微生物多样性的报道[128~132], 也有的对于不同深度的微生物群进行比较[133], 或者对特定种类如烷烃降解菌进行研究的[134].
与此同时, 在冷泉溢出口 的研究中, 已经注意到化学合成微生物在碳酸盐形成中的作用[119].
其实, 这类生化反应不限于今天的热液和冷泉喷口 , 古代记录也已广泛发现[135], 有待在南海加以识别.
总之, 以甲 烷的产生和氧化为重点, 开展南海深部“海底下的海洋”和“深部生物圈”的研究,
是一个重要的新领域, 是微生物研究中具有挑战性的课题.
无论热液和冷泉都出 现在有光带以 下的深处, 不可能依靠光合作用支持生命活动, 只能依靠来自深部的能量与物质, 通过化学合成(chemosynthesis)制造有机质, 属于所谓“黑暗食物链”. 南海东北水深千余米的甲烷逸出冷泉口 , 所发现的贝 、 蟹、 虾等与热液口 的类型相似, 两者都属于化学合成生物[122]. 近年来查明, 海洋生物圈的主角 其实是微生物而不是大型生物, 海洋生物量的 90%属于微生物, 而且越是深水微生物的作用越大. 在深海底下深处的沉积物、 甚至大洋地壳中, 也有微生物在生活, 这就是所谓的“深部生物圈”[126].
这种由“暗能量”支持、 生活在海水高压下的微生物, 虽然是地球上最大的生态系统, 人类对它的认识却刚刚开始[127].
南海深海沉积中的微生物研究, 近 5 年来已经积极开展,
不过作为起步阶段的工作, 多数属于表层沉积中微生物多样性的报道[128~132], 也有的对于不同深度的微生物群进行比较[133], 或者对特定种类如烷烃降解菌进行研究的[134].
与此同时, 在冷泉溢出口 的研究中, 已经注意到化学合成微生物在碳酸盐形成中的作用[119].
其实, 这类生化反应不限于今天的热液和冷泉喷口 , 古代记录也已广泛发现[135], 有待在南海加以识别.
总之, 以甲 烷的产生和氧化为重点, 开展南海深部“海底下的海洋”和“深部生物圈”的研究,
是一个重要的新领域, 是微生物研究中具有挑战性的课题.