海底地质历史演化模型 -海底构造地貌的主要类型

# M2 y4 j0 l- r- _, p( m

关注中科院地质地球所，探索地球的奥秘

3 V* F0 W; g+ l) Y3 U/ ?2 A

( y, y, O. }+ Y, s$ [$ Q

大洋的一生

晋朝葛洪《神仙传·麻姑》中，曾经记载仙女麻姑与仙人王远一道下凡去蔡经家做客，麻姑在聊天时提及“接侍以来；已见东海三为桑田。” 大意是“自从得了道接受天命以来，我已经亲眼见到东海三次变成桑田”，这便是成语“沧海桑田”的由来。

《成语 沧海桑田》王建峰 绘

虽然神话传说是古人编撰的，但是沧海桑田的演变，在地球漫长的演化史中，正在实实在在地发生着，揭示这一大洋演化模型的，是以加拿大地质学家约翰·图佐·威尔逊（John Tuzo Wilson）命名的威尔逊旋回。

" u/ @: D0 A5 L; J2 I) d. l

6 r+ \* X& i* X' m! |# p

威尔逊旋回示意图

" I, I/ t+ ^" J2 }$ O

威尔逊旋回的思想，最早由威尔逊发表在Nature的文章《Did the Atlantic Close and then re-oped?》，提出了以大洋演化过程为主体的大地构造演化过程，即大陆岩石圈由崩裂开始、以大陆裂谷为生长中心的雏形洋逐渐扩张，形成大洋中脊，洋中脊继续扩张出现洋盆进而成为大洋盆，而后大洋岩石圈向两侧的大陆岩石圈下俯冲（见俯冲作用）、消亡，洋壳进入地幔而重熔，从而洋盆缩小，经历复杂的增生，拼贴过程，最终洋壳消失，在造山带中只有俯冲刮削残留下的大洋地壳，即蛇绿岩。

那么在现今地球上，能否寻找到大洋演化的各个阶段呢，笔者将尝试介绍给大家：

! I& p7 J: d4 C. k- D: H

01

& c4 s7 M [2 U$ k% g j

Phase1: 大洋的胚胎期——大陆裂谷

东非大裂谷

( q3 S9 {. j+ ]% G8 E 6 y0 z/ ~% o6 G K. v, t

东非大裂谷与红海—亚丁湾构成三联点

# {" m" w+ t" Y/ E# T

威尔逊旋回的第一个阶段­——萌芽阶段，在陆壳基础上因拉张开裂形成大陆裂谷，但尚未形成海洋环境。地球上最好的例子就是东非大裂谷，之前笔者曾经介绍过，东非大裂谷虽然处于拉伸阶段，但是尚未拉伸处洋壳。

* g% d5 Q8 i! c& D6 j

02

Phase 2 大洋的婴儿期——初生洋壳

( X2 s5 X$ O% ~! T; O7 w

Google earth 上的红海

- [8 Y! D7 N; J) c

1 F: L! w3 D3 T* l

红海一景

% a2 M" X, o7 a5 N, O8 M7 k$ V% V

大洋演化第二阶段，此时陆壳继续开裂，开始出现狭窄的海湾，局部已经出现洋壳。地球上能够发现的实例是红海。红海位于非洲板块与印度洋板块的生长边界，在上图中Google earth卫星图片中，可以看到，红海中已经初步形成大洋中脊，这一点也被地球物理学家通过地震波初步证明。红海底部为硅镁质岩石。

Y+ R; c; o3 B% q" g0 _

03

Phase 3 大洋成年期——洋中脊扩张

) K7 P# U2 Z: \! O" q; h) J6 A* f

Google earth 中的大西洋

+ G4 o8 y- |8 b# a/ p$ u( t H# U5 q

大西洋洋中脊

由于大洋中脊向两侧不断增生，海洋边缘又未出现俯冲、消减现象。此时大洋整体规模依旧处于扩张阶段。

大洋中脊又称海岭，是大西洋洋底地形中最为特殊的洋底奇观，它北起冰岛，纵贯大西洋，南至布韦岛，然后转向东北与印度洋中脊相连，全长约1.7万千米 ，宽度1500-2000千米，约占大洋宽度的1/3。面积达2228万平方千米，占大西洋底面积的1/4。大洋中脊形似S，系由一系列狭窄和被断裂分割的平行岭脊组成，大洋中脊被无数横向断裂带切断并错开，横向断裂带走向与中脊近于垂直，在地形上表现为深切的线状槽沟，这就是大洋中的转换断层。

4 S) i* ~3 T3 X2 {' E8 W

04

7 i+ X. @$ u; n: f/ P% A% Y5 x; g' A

Phase 4 大洋老年期—洋壳俯冲

( K( b8 _: u% d

% S7 d; ~ G- y: F+ P9 H2 W- h5 b- ]- C

太平洋洋中脊—主要在东端分布

6 }& z4 q* b( O- _( b0 R+ {/ r

威尔逊旋回中的第四个阶段，大洋中脊虽然继续扩张增生，但大洋边缘一侧或两侧出现强烈的俯冲、消减作用，海洋总面积渐趋减小。太平洋（Pacific Ocean），地球第一大洋，覆盖着地球约46%的水面以及约32.5%的总面积，是地球上最大、最深和岛屿最多的洋，占地球总表面积的1/3。但是在地质演化中，太平洋的洋壳已经开始慢慢地俯冲掉，洋壳面积正在逐步减少。

太平洋日落

6 c( b( b* G$ Q " q* E1 ^/ D& b, R/ ]% Q

外太空瞭望太平洋

0 h# P1 g$ j' u8 Z* ?% v4 z 9 \9 K: j Q% W3 a

太平洋的洋中脊主要分布在其东侧，根据地质学家的研究，已经有相当部分的洋中脊俯冲到了美洲大陆之下。

8 {* ?0 [6 ~4 ~+ `% X% _

太平洋东端，可见明显的洋中脊分布

而在太平洋西侧，俯冲作用亦十分强烈，在中国东北，大兴安岭一带，分布有大量新生代火山岩，部分学者认为这与太平洋的俯冲有关。

9 {- W# v7 l% ?4 o0 ]- Q8 L

05

Phase 5 大洋的残留期

随着俯冲作用的不断进行，洋壳海域不断缩小，终于导致两侧陆壳地块相互逼近，其间仅存残留小型洋壳盆地。现代的地中海就是最好的例子。

' [6 Y1 ~! a5 \% d+ k

3 W+ t3 N, F+ b

卫星拍下的地中海

2 _+ W9 l0 Z, b. {

地中海中最大的两个岛：西西里岛和撒丁岛

: I& j O5 U0 `7 _

地中海作为大洋演化末期的残留相，绝大部分洋壳已经俯冲，只残余了一小部分相对古老的洋壳。近年来，地质学家对地中海进行了一系列研究。研究人员认为，地中海内名为希罗多德盆地的地区具有3.4亿年历史，是地球上现存于海底的最古老洋壳。

06

& V2 T) [, d; e- `7 g" t

Phase 6 大洋的消亡

: ?$ d( G+ w% J

随着洋壳的不断俯冲，最终整个洋壳都俯冲殆尽，大洋中的岛弧，海山，微陆块等均拼贴到造山带上，有些造山带受挤压形成高耸的山峰，如新特提斯构造域。

4 J5 [7 {! J- J

新特提斯造山带

) Y5 ^" b7 `# c* ^' k O% E

喜马拉雅山系

6 T; O' V; z# j: y- M' T9 r* ]9 i

伴随着陆壳三联点，大陆裂谷的发育，大洋开始了从胚胎期开始的演化，经历着他漫长但是波澜壮阔的一生，最终又回归于陆壳。这样就完成了一个周期的威尔逊旋回。虽然威尔逊旋回对于复杂的地质演化史而言，太过简易，其中有些阶段甚至存在可商榷之处，但是威尔逊旋回将复杂的板块构造运动进行了进一步的总结，对于我们理解全球构造演化具有重要的意义。

美术编辑：赵亚楠

校对：张燡敏

公众号：中科院地质地球所

7 g8 i+ k; w+ N; z

ID：dizhidiqiusuo

长按二维码关注我们

; a: _+ H& f2 f

3 _0 Q5 W% k6 Q2 C 3 d6 j' W0 m7 ], u$ M4 X. f+ S * H, x. v' P/ H O) e9 x/ @4 R