安大略湖

[拼音]：haiyang dizhixue

[英文]：marine geology

研究地球被海水淹沒部分的特徵及其演變規律的綜合性學科。主要研究海岸與海底地形、海洋沉積、洋底岩石、海底構造、大洋地質歷史和海底礦產資源等。海洋地質過程與海洋物理、海洋化學及海洋生物作用有密切的聯絡。海洋地質學是地質學研究的重要領域，也是海洋科學的基礎學科。

海洋覆蓋面積約佔地球表面積的71％，離開海洋地質，要解決地球起源和演化等重大問題是根本不可能的。海底蘊藏著豐富的礦產資源，是人類未來的重要資源基地。海洋也是現代沉積作用的天然實驗室。海洋環境地質和災害地質的研究直接關係到人類的生產和生活。海港和海底工程及海底資源開發等也都離不開海洋地質研究。因此，無論在理論上或實踐中，海洋地質學都有重要意義。

研究簡史

海洋地質學的發展大致分為三個階段。

第一階段

19世紀後半期至20世紀40年代，是積累資料、探索和改進技術方法，海洋地質學逐步形成獨立學科的時期。

1872～1876年英國“挑戰者”號環球航海調查，標誌著近代海洋地質研究的開始。這次調查發現了深海軟泥和錳結核，由J.默裡和比利時A.F.勒納爾整理研究，編制了第一幅世界大洋沉積分佈圖，寫成《深海沉積》（1891）一書，彙集於《挑戰者號航行科學成果報告》(1880～1895)中。

“挑戰者”號之後的幾十年間，海洋地質的研究進展甚微。1925～1927年，德國“流星”號調查船遠航南大西洋，首次採用電子回聲測深技術揭示了深洋底崎嶇不平的地形，發現了縱貫整個大西洋的中央海嶺（北大西洋中脊早在19世紀敷設海底電纜時已經發現）；又用柱狀取樣管取樣，進行樣品的岩石學和礦物學研究，並首次推算了深海區的沉積速率。

20～30年代，荷蘭地球物理學家F.A.芬寧·梅因納斯等使用潛艇在爪哇海溝和波多黎各海溝進行海洋重力測量，發現了與海溝有關的顯著的重力負異常。這對海底構造，乃至全球構造理論的發展具有重大意義。

1936年，美籍加拿大地質學家R.A.戴利用濁流解釋海底峽谷的成因，推動了海底地貌學和沉積學的研究。

第二次世界大戰期間，由於海上戰爭的需要，許多國家致力於海底地形研究，繪製了一批詳細的海底地形圖；並大力開展聲在水中傳播規律的研究，為發展海洋地震勘探技術打下了基礎。戰後，由於海底油田開發的需要，海洋地質調查蓬勃發展。1947～1948年，瑞典國立海洋研究所所長H.彼得鬆率領瑞典“信天翁”號作環球深海考察，採用真空式活塞取樣管取得長達23米的柱狀樣，研究了大洋沉積物的結構、厚度和沉積速率，並採用人工地震法研究海底構造。

到40年代中後期，已經積累了有關大西洋、太平洋海底地形、海底沉積以及大陸邊緣地質結構的大量資料。40年代末期，F.P.謝潑德的《海底地質學》(1948)，蘇聯M.B.克列諾娃的《海洋地質學》(1948)和P.H.奎年的《海洋地質學》(1950)先後問世。海洋地質學成為一門獨立學科。

第二階段

20世紀50至60年代後期，是大規模海洋地球物理調查促進海洋地質理論蓬勃發展的時期。

1949年，W.M.尤因建立了著名的拉蒙特地質研究所（現稱拉蒙特－多爾蒂地質研究所）。他進一步發展了海洋地震測量技術，用於探測海底沉積層和洋殼結構，獲得了豐碩成果。

50年代初期，回聲測深技術大為改進，高解析度的精密聲吶投入使用，測程達萬米，為編制各大洋洋底地形圖提供了可靠的手段。同時，重力、磁法和地震探測等地球物理儀器也獲得較大改進。這期間，奎年成功地進行了濁流的實驗研究，指出濁流沉積具有遞變層理。1952年，B.C.希曾和尤因研究了1929年紐芬蘭附近大灘地震後的海底電纜折斷事故，認為該事件是由強大的高速濁流引起。此後，濁流概念逐漸被廣泛接受。

1952～1953年期間，美國地質學家H.W.梅納德和R.S.迪茨發現東北太平洋的大型斷裂帶，以後發現這種斷裂帶在世界各大洋有廣泛的分佈。這是提出轉換斷層概念的重要依據。

1950～1958年，蘇聯“勇士”號調查船考察太平洋，通過測深改進了太平洋水深圖，在馬裡亞納海溝發現了大洋最深點，還採集海底長柱狀樣研究了1000萬年來的氣候演變和地質歷史。

1957～1958年，“國際地球物理年”(IGY)對地球大氣圈、水圈和岩石圈進行了綜合性的考察。

50年代後期，美國科學家W.H.蒙克和H.H.赫斯等發起“莫霍計劃”，試圖通過洋底鑽穿莫霍面。1961年在加利福尼亞灣外作過試鑽，為深海鑽探計劃打下了基礎。

60年代又組織了一些國際海洋合作活動，如“國際印度洋考察”、“國際熱帶大西洋合作調查”、“上地幔計劃”等。

大規模的海洋地球物理調查提供了大量資料。人們發現，洋底沉積層極薄，大洋地殼的結構與大陸地殼截然不同；特別是環繞全球的大洋中脊體系與條帶狀磁異常的發現具有深遠意義。60年代初期，赫斯(1960)和迪茨(1961)在上述發現的基礎上分別提出海底擴張說。1963年，F.J.瓦因和D.H.馬修斯用海底擴張說解釋海底條帶狀磁異常的成因。1965年，J.T.威爾遜提出轉換斷層的概念。由於上述發現使一度衰落的大陸漂移說重新復活，大陸漂移的活動論思想在地學界逐漸取得主導地位，並導致1967～1968年，W.J.摩根、D.P.麥肯齊和X.勒皮雄等提出板塊構造說。板塊構造理論是海洋地質研究結出的碩果，它從根本上動搖了以固定論哲學為基礎的地槽論的統治，被稱為地學的一場“革命”。

在這一時期，海底油氣資源進入大規模開發階段。

第三階段

60年代後期至現在，是開展深海鑽探，驗證板塊構造理論，開闢海洋地質研究新領域的時期。

1964年，美國一些研究單位發起成立地球深層取樣聯合海洋機構（JOIDES），1968年組織了深海鑽探計劃(DSDP)。該計劃在15年期間歷經96個航次，航程超過60萬公里，鑽井逾千口，至1985年出版了深海鑽探初步報告80餘卷。採用液壓活塞取心技術，獲得長數百米連續的未擾動樣品。這項計劃驗證了板塊構造模式的一些要點，也發現了許多新資料，促進了大洋地層學的發展和古海洋學的誕生。

大規模的國際合作是這一時期的一大特點。通過“國際海洋考察十年”、“法摩斯計劃”、“地球動力學計劃”和“國際岩石圈計劃”的實施，對大洋裂谷、洋殼構造、板塊俯衝帶及大陸邊緣的演化有了進一步的認識。

在技術方法方面，除深海鑽探和取樣技術外，這一時期還廣泛採用潛艇觀察、海底攝象、海底電視、海底著陸器及深海儀器拖運裝置等觀測手段和自動化裝置。

海底礦產資源進入了大規模的工業開發階段，海底石油產量不斷上升，海濱與陸架砂礦的重要性也日見增加，深海錳結核、多金屬泥及海底塊狀硫化物礦床引起廣泛注意。

學科內容

海洋地質學的研究內容十分廣泛，涉及許多學科的領域，具有極大的綜合性，而且與技術方法的研究，特別是測深技術、地球物理、海洋鑽探、海底觀測和取樣技術的研究有十分密切的聯絡。就其研究領域來看主要有：

海底地形

研究海底的地貌景觀及其空間分佈和成因，是海洋地質學的經典內容之一。

海底有三個最主要的地形單元，即大陸邊緣、大洋盆地和大洋中脊。大陸邊緣是大陸和海洋的過渡部位，是海陸影響兼而有之的一部分海底；大洋盆地以深海平原和深海丘陵為主體，其上分佈著長條狀海嶺和孤峰狀的海山；大洋中脊是地球上最長的山系，多位於大洋中部，是洋殼裂開，深部物質上湧的場所。

海底地形的基本格架受海底擴張和板塊構造控制。內力作用對地形，尤其是深海地形的發育起著決定作用，因此深海底的大地形主要是構造地形和火山地形，外力作用也有影響，但與陸地相比要弱得多。

海底地形的調查主要靠海底測深及側掃聲吶。應用現代高精度的聲波測深技術和定位技術，已能查明海底的微地形。

海底地形是研究海底構造的鑰匙，對航海、軍事及海底工程均有重要的現實意義。

海底沉積

主要研究海底沉積物的型別、形成作用、時空分佈和大洋演化歷史。

海底的大部分都覆蓋著沉積物。主要來源有陸源碎屑、海洋生物骨骸及海水本身的化學和生物化學過程的產物，也有來自火山和宇宙的組分。

在海底不同部位，影響沉積作用的主要因素不一。瀕臨陸地，陸源沉積作用居主導地位，受波浪、潮汐、海流的影響，其分佈具有多樣性的特點；向深部，總的趨勢是粒度變細，來自上覆水層的細粒懸浮物和生物骨骸的垂向沉落，即遠洋沉積作用居主導地位。但海洋環流和微地貌對沉積物的分佈有很大控制作用，濁流和其他偶發事件也有影響。氣候和緯度帶對沉積作用的影響十分顯著。與陸相沉積物相比，海洋沉積物在時間上多具有較強的連續性，因此儲存了海洋物理、海洋化學、海洋生物及海洋環流演變的較完整的記錄。根據深海鑽探岩心所提供的資訊，已能描繪中生代以來海洋演化的歷史圖景及90萬年以來詳細的海洋溫度史。

海底沉積物的年代是研究沉積史的基礎。常用的測年方法有相對年代學方法和絕對年代學方法，前者有古生物法、古地磁法、穩定同位素地層學法，後者有各種放射性同位素測年法。現在已經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。

海底構造

研究海洋地殼的結構，海底主要構造單位及其相互關係，以及海底岩石圈的演化歷史。

洋底地殼具三層結構，自上而下為沉積層、玄武質熔岩和巖牆、輝長岩等。洋殼厚約5～10公里，比陸殼薄得多，也年青得多。但在空間上也有很大變化。在大洋中脊軸部，厚僅2～6公里，玄武岩常直接出露海底；在無震海嶺或海底高地，地殼厚度顯著增大，常可達20公里以上。有的海臺還有殘存的花崗岩質陸殼。

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，那裡的地層平整，除斷裂構造外，一般沒有褶皺。板塊邊緣有三種類型，即以板塊俯衝消亡為特點的匯聚邊緣；以海底擴張、洋殼增生為特點的分離邊緣；以水平錯動為特點的轉換邊緣（見板塊構造說）。

大洋構造的演化歷史還是一個尚待探索的問題。現在多趨向於用海底擴張和板塊構造模式來解釋。

洋底構造的研究對解決地殼起源、演化等地質學根本問題關係極大，與海底成礦作用也有密切關係。

洋底岩石

研究洋底岩石的組成、產狀、分佈和成因，是深海鑽探技術發展起來後蓬勃興起的一個研究領域。

與陸殼岩石相比，洋底岩石有兩個顯著特點：一是年青，至今尚未發現年齡大於1.7億年的洋殼岩石；二是其化學成分高鐵鎂而低矽鹼，與陸殼岩石高矽鹼而低鐵鎂恰相反。

儘管在洋底也發現了變質岩和中性、酸性火成岩，但數量上均不能與玄武岩相比。洋底玄武岩有不同型別。大洋中脊玄武岩，分佈最廣，以大離子親石元素和輕稀土元素含量低為特徵。板塊內部火山活動形成的玄武岩構成海山，成分上以富輕稀土和大離子親石元素為特徵。

洋殼岩石主要是地幔岩漿活動的產物，也是許多海底礦產的物源，與成礦的關係十分密切。它們在時間空間上的變化，記錄了洋殼形成和演化的歷史，是當前深海鑽探中引人注目的一個研究領域。

海底礦產資源

研究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。在近岸淺水區，砂和卵石作為建築材料，也已大力開發。在大陸架，豐富的油氣資源已進入大規模工業開發階段，產量已達全球石油總產量的1/4，大陸坡和大陸隆是潛在的油氣資源基地。深海錳結核儲量很大，富含錳、鐵、銅、鎳、鈷、鉛等多種有用元素，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、海綠石等也有經濟價值。

目前對海底礦產資源的研究，主要側重在分佈規律和工業評價，但成因研究已日益受到重視。隨著技術的進步和陸上資源儲藏量的減少，海底礦產資源在人類資源結構中的比例將與日俱增。