海底地质过程 -海底勘探技术

天阶雨 · 发表于海洋地质专业 2023-10-29 21:05:48

尽管我们无法直接观测地球内部，但通过间接方法，科学家们可以了解很多关于地球内部的结构、构成、物理状态。我们所知道的最详细的地球内部信息来自一个世纪以来所记录的穿过地球内部的地震波。通过监控位于世界各地的记录站，地质学家和地理学家可观测由地震、火山爆发和人为爆炸所产生地震波的传播时间、类型和强度。

地震波由两种基本类型：沿地表传播的表面波和穿越地球内部的体波。关于地球内部信息大部分来自于体波研究。体波又可分为两种类型，P波和S波。P波为纵波、传播速度快，可在液体、固体和气体介质中传播。S波为横波，传播速度慢，只能在固体中传播。地震波的传播速度取决于所经过介质的性质，包括化学性质、密度和随深度变化的压力和温度变化引起的物理形态的变化（固体、半熔融或熔融）。当地震波遇到两种不同性质的边界时，其传播速度和方向会发生变化，地震波可能被反射、折射或透射。

1910年，前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇契意外地发现，地震波在传到地下50公里处有折射现象发生。他认为，这个发生折射的地带，就是地壳和地壳下面不同物质的分界面。1914年，德国地震学家古登堡发现，在地下2900公里深处，存在着另一个不同物质的分界面。后来，人们为了纪念他们，就将两个面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”并根据这两个面把地球分为地壳、地幔和地核三个圈层，地核又细分为内核和外核。

现在我们已知的地球可分为4个圈层，从中心到地表分别为内核、外核、地幔和地壳。内核为固体，其密度大约时地表岩石的5倍，主要成分为铁，还有少量的镍、硫和氧。外核与内核构成基本相同，处于熔融或半熔融状态，与其上的层相比，外核流动非常快，大约km/yr的量级，由此生成了地球的磁场。地幔体积占地球的70%，比地核密度小温度低，主要由镁-铁硅酸盐构成，属于岩石而非地核的铁物质。尽管地幔为固体，但随温度变化引起的密度变化会使地幔缓慢流动，较热的浮力较大的物质会上升到表面，而冷的密度较大的会下沉，这种上升下降运动的速度大约为cm/yr，比外核的运动要慢得多。地球最外边的温度低、坚硬和非常薄的一层为地壳，地壳和地幔的分界层为化学边界层，称为莫霍面。有大陆性和海洋性两种类型的地壳。大陆性地壳相对较轻，厚度大约为40km，其构成和结构差异非常大，主要为花岗岩，富含钠、钾、铝和硅。海洋性地壳相对密度大，平均厚度为7km，与大陆性地壳相比，海洋性地壳从结构到化学构成比较均匀，主要由玄武岩构成，其硅含量少，而铁、镁和钙的含量高。

图地球的圈层结构

进一步的研究发现，地幔和地壳有不同层结构，两者被莫霍面分开。岩石的力学性质从刚性到韧性，当所受力小于岩石折断强度时，刚性岩石不会发生永久性变形，但韧性岩石会发生变形。人们将一个刚性的表层壳，称之为岩石圈（lithosphere），由地壳地幔上层构成。岩石圈包括板块构造学的板块。在海洋区域，岩石圈随海底年龄而增厚，对8千万年的海底，岩石圈的厚度可达100km。在陆地区域，岩石圈的厚度稍微大于海盆处，厚度从年轻陆架边缘的100km到古老大陆地壳处的200km。岩石圈的底部对应于地幔中温度650°C±100°C处，温度更高的地方，地幔岩石开始失去其强度。

在岩石圈的下方，地幔容易变形，称之为软流圈(asthenosphere)。温度和压力条件导致岩石的部分熔化而失去强度。软流圈通常等价于低速地震波区域，称为低速区（Low Velocity Zone, LVZ）。受到压力时，软流圈表现出韧性、变形和缓慢流动性。随着深度增加压力增大，导致地幔下层强度增大，有时称之为中间层。此时的物质为固体，但依然可以缓慢对流，有些地方上浮，有些地方下沉。对于软流圈的底部，科学界还存在争论，如果大致对应于LVZ，则软流圈从岩石圈底部可一直延伸到350km，有些科学家认为仅达200km，而有人认为可达700km。

大陆漂移说（Continental drift）

从16世纪起，大西洋东西两岸的形状引起人们的关注，南美洲的突出部分似乎正好可填充到非洲的海湾。1910年有人第一次提出了这种疑问：位于大西洋两岸的南美大陆和非洲大陆的海岸线，为何如此相似？这个人就是德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德·魏格纳，这个念头成为他提出“大陆漂移说”的契机。

海洋阻隔的两岸具有相似海岸线的现象，很早以前就有人注意到了，魏格纳对这一事实从地质学、古生物学、气候学等角度进行了科学的推敲。他提出，根据造山带等的地质构造，以及不能越过大洋的羊齿类植物、蜗牛等小动物，在3亿年前的冰川时期曾广泛分布于南美大陆和非洲大陆，他得出结论：大约3亿年前，我们今天所知的南北美洲大陆、非洲大陆、欧亚大陆、南极大陆等统统属于一块“超级大陆”，后来这块“超级大陆”分裂为若干块大陆，经过漫长岁月的移动，终于形成了今天的大陆位置关系。从1885-1909年，奥地利的地质学家Eduard Suess在其一系列文章中，提出南方大陆曾经连在一起，称之为盘古大陆或超级大陆，他假定部分大陆下沉生成海洋，海洋位于大陆板块中间。

图 1.5亿年前的泛大陆

上世纪初，Alfred L. Wegener和Frank B. Taylor各自独立提出大陆漂移说，但Taylor很快就失去了兴趣，而作为德国气象学家、天文学家和北极探险家的Wegener，一直倡导自己的学说，直到他于1930年逝世。

大陆漂移说认为，所有大陆曾经连在一起，称为泛大陆，**由地球自转引发的力使泛大陆破裂。**首先，北部的北美和欧亚大陆与非洲、南美洲、印度、澳大利亚和南极洲分离，之后各大陆板块慢慢分离且漂移到现在的位置。当时发现的高纬度珊瑚礁和化石记录的气候变化支持Wegener的观点，他注意到，在不同大陆上发现的1.5亿年前的化石非常相似，意味着当时的陆地生物可以在陆地上自由移动。而在此之后的不同大陆上化石差异非常大，意味着之后陆地已经分开，陆地生物无法自由移动。

魏格纳提出的“大陆漂移说”，后来发展成“板块构造学说”，并成为20世纪地球科学的主流。“大陆漂移说”之所以具有如此的生命力是因为，它是一种能够解答迄今为止包括古生物、古气候、地质构造、地形等广阔领域里，为数众多疑问的理论。然而，1915年出版的魏格纳的著作《大陆和海洋的起源》却没有轻而易举地被人接受，它虽然得到地质学家和古生物学家的首肯，但受到了大多数地球物理学家的不屑，有人提出了份量不轻的反驳。

持反对论者的最主要的论据是：大陆岩石不可能穿越坚硬的海盆玄武岩地壳，没有发现能让大陆在水平方向移动几千公里的原动力。地质学家阿尔萨·霍姆兹虽然考虑到地幔对流有可能是大陆漂移的原动力，但曲高和寡，随着1930年魏格纳在格陵兰探险中失踪，“大陆漂移说”遂渐趋冷落，以致到本世纪40年代时，人们把“大陆漂移说”忘诸脑后。

海底扩张说

二战期间，随着观测仪器和技术的发展，科学家们可以详细研究海底。人们从20年代开始使用声波探测海底，到50年代声学仪器得到极大改进。在50年代，科学家们首次对全球大洋洋底进行详细调查，结果表明，深海海底不是平的，海底有陡峭边缘的海沟、一系列山脉、周期性并列的长断层。所有这些数据综合起来，首次给出了世界大洋的海底地形图。

图世界大洋的地形图

进入50年代，“大陆漂移说”居然在完全不相干的领域里东山再起。这个完全不相干的领域就是研究古代地球磁场的学科——古地磁学。今天，地球的两个磁极——南磁极和北磁极几乎是固定不动的，但是随着时间的推移，在漫长的地质历史上其位置是移动的并发生过逆转。根据古地磁学，科学家复原了以往各个地质时期生成的岩石当初的磁场，由此推定了南北磁极的位置。磁极随时间推移而形成的移动轨迹，被称为“极移动曲线”。1950年，英国的基斯·兰卡恩和帕特里克·布兰科特等，根据对欧洲大陆和北美洲大陆各地质时期岩石中残存磁场的精确测定，成功地得到了“极移动曲线”。地球只存在南磁极和北磁极两个磁极，从各个大陆研究得来的南磁极或北磁极的“极移动曲线”理应是一致的。然而，兰卡恩等人求得的两条“极移动曲线”形状相似却沿经线偏离。要是把大西洋两边的北美大陆和欧洲大陆合在一起，那么对应的“极移动曲线”恰好能够吻合。这个事实正好说明了大陆漂移具有可能性。由于导致大陆漂移的动力问题没能解决，所有的地球科学家对“大陆漂移说”始终不予理会，不过“大陆漂移说”却因古地磁学的发现而峥嵘再现。

50年代伊始，在第二次世界大战中开发的新技术被广泛用于海洋观测，比如采用声纳装置观测海底地形，利用海洋磁场仪探测海底磁场异常情况等。通过这些探测，科学家终于搞清全球海底被称为“海岭”的巨大海底山脉是彼此相连的。

在海底山脉中位于大西洋中部的大西洋中央海岭，魏格纳在世时人们就不陌生。但是，类似的海岭存在于太平洋、印度洋、北冰洋等有的海洋，像网络一样分布在海底。在大西洋中部南北走向绵延1万公里以上的中央海岭的中段，还存在一个“大规模的谷地”，科学家还发现，这个“中央谷地”与中央海岭并排相连。于是有科学家提出，大西洋正是地球的裂缝，海底也许就是在这里扩张的。随后科学家又测定出从地球内部涌流出的地壳热流量，也了解到从海岭之下的深处似乎正在喷涌出热物质。

根据以上探测结果，科学家得出结论：中央海岭下的地幔对流升腾形成海洋地壳，海底由此扩大，这种结论支持了“海底扩张说”，而“海底扩张说”也解释了大陆的分裂和移动。构成大陆地壳的物质密度小，地幔就会上浮。根据“海底扩张说”，大陆下的地幔对流升腾造成大陆分裂，进而地幔向水平方向的运动将大陆推开。

此后，美国加利福尼亚大学斯克里普斯的科学家，观测了能够解释美国西海岸附近太平洋海底地壳形成原因的地磁异常情况，弄清了在20公里到30公里的宽度上存在百分之一的磁场异常，在南北几百公里范围内呈条纹状分布。此外，随着同时期岩石年代测定技术的进步，科学家弄清了以往数百万年间曾经多次反复的地磁场逆转历史。

1963年，弗莱德·瓦因和德拉蒙多·马修兹提出了一个大胆的假说：加利福尼亚的地磁异常带是地球磁场逆转的反映。在中央海岭，由于高温岩浆的冷却生成了海底地壳，也就形成了具有当时地球磁场方向的磁场的岩石。瓦因等人认为，地球磁极曾多次逆转，具有各个地质时期磁场方向特征的海底地壳，在海底并列呈条纹状，这个事实为观测所确定。由于海底向海岭两侧扩张，如果瓦因等人的见解符合实际，那么观测得到的反映磁场异常的条纹，相对海岭两侧应当是对称的。这种对称性也被实际观测所确认。汇集来的有关观测数据都在支持“海底扩张说”，而且根据海底磁场异常的数据，使迄今科学家掌握的只有几百万年的地球磁场的逆转史，一下子扩大至2亿年。

地幔对流（mantle convection）：板块构造说认为地幔对流是板块运动的主要驱动机制。这一词汇在19世纪已有人提出，英国著名地质学家霍姆斯（A Holmes，1928）和格里格斯（D.Griggs，1939）试图用地幔对流作为大陆漂移的驱动力。20世纪60年代这一观点被地质学家广泛接受，并成为海底扩张、板块移动以及地幔柱形成的重要机制。

1960年代初，普林斯顿大学的Harry H. Hess（1906-1969）提出地幔对流说。地幔对流说认为，在地幔内部，存在对流环流，由地核中的热驱动地幔物质形成。由地幔底部对流上升到岩石圈的底部，之后在岩石圈的底部水平流动，逐渐降温密度增大，岩石圈骑在对流的地幔岩石之上。在某些地方，地幔岩石降温密度增大足够大，以致下沉到地幔底部，从而构成完整的对流环流。该地幔对流说的对流涉及整个地幔，从岩石圈的底部一直到地核和地幔边界，所以又称为全地幔对流。

除此之外，有很多学者认为地幔对流层的最大深度为700公里左右。因此在一个板块下面就要有几个甚至十几个对流环。相邻对流环中的流动方向相反，对浮于其上的岩石层板块的拖动力方向也相反，造成拖动力互相抵消,这就是地幔对流研究中的所谓“纵横比予盾”。

有人认为把地幔对流限制在700公里深的上地幔内的根据是不充分的，因而主张全地幔对流。由于对流层的深度扩展到核幔边界的2900公里深处，板块水平尺度与对流层深度之比为1的量级，纵横比的矛盾就可以得到解决。70年代末80年代初，全地幔对流研究十分活跃。

地幔对流是一种自然对流，既是发生在地幔中的一种传热方式（通过物质运动传递热量），又是一种地幔物质的运动过程（由物质内部密度差或温度差所驱使的），是地球内部向地球表面输送能量、动量和质量的一种有效途径。由于它被认为是地球演化的最可能的驱动因素，并且与大洋中脊裂谷和大陆裂谷的形成，地表热点的分布，地震和火山活动，以及某些矿物的生成密切相关而受到重视。

按照全地幔对流说，向上运动的地幔物质携带热量到达表面，该热量导致其上的海洋地壳和浅层地幔物质扩展，因而可以在海底形成山脉或山脊（洋中脊）。沿着山脊轴线的活火山导致玄武石岩浆喷出在海底，之后变冷、变硬，形成新的海底和海洋地壳。如果新海底以此方式形成，一定有其它机制去除旧海底，因为在整个地球的表层，没有观测到明显变化。Hess提出，相对老的、冷的和重的海洋岩石圈，在陡峭的海沟处下沉到地球内部。

从图中可以看到，在大西洋，洋中脊南北向，位于大洋中央，在非洲附近与印度洋的洋中脊相接。位于东太平洋的洋中脊，经澳大利亚南部进入印度洋。洋中脊被认为是地壳的扩展中心，海沟则是潜沉区，是较老的岩石圈沉入地幔的地方。

现有的证据表明Hess的模型基本正确，洋底由洋中脊产生，向两边扩张，最终在海沟潜沉进入地幔，地幔对流也大致正确，这一学说又称为海底扩张说。但是，认为地幔对流是海底扩张的驱动力，受到人们的质疑。

地壳运动的证据：

地震带位于地球上非常狭窄的地带，研究发现地震带大致对于洋中脊活海底扩张中心、海沟和潜沉区。发生在100km以浅的地震主要发生在洋中脊和海沟。发生在比100km深，最深可达700km的地震主要发生在海沟处的潜沉区。地震深度越深，越远离洋中脊，主要发生在大陆和岛弧的下方。

通过探测海底，研究者发现来自地球内部的热量流动规律性很强，最高温度在洋中脊附近，且其洋壳薄而年轻，离洋中脊越远，洋壳厚且古老。这与前面提到的地幔物质涌出模型相一致。

垂直柱状取样或取芯是通过钻探海底沉积物和洋壳而得到，这就需要新技术和新船的建造。“格罗玛·挑战者号”（Glomar Challenger）于1968年在美国德克萨斯州完成建造，该船长121米，宽19米，排水量10500吨，钻塔高度为43米，随船可携带近7000米长的钻杆，最大工作水深约6100米（图1）。1968年8月11日，“格罗玛·挑战者号”首航墨西哥湾，拉开了深海科学钻探的序幕，正式为DSDP服务，直至1983年DSDP结束。在16年的科学钻探生涯里，“格罗玛·挑战者号”的足迹遍布世界各大洋，共完成96个航次，钻井1092口，取芯97056米，创造了众多深海科学钻探的纪录。“格罗玛·挑战者号”所获得的宝贵岩芯取得了大量重要的科学发现。其中最引人注目的就是DSDP第3航次在南大西洋的钻探，航次后研究结果表明，南大西洋洋壳的年龄沿洋中脊两侧逐渐变老，这一重大发现有力地证实了海底扩张学说。此外，DSDP在地中海的钻探发现地中海曾经是一个干涸的湖泊，这一结果轰动了当时的科学界。DSDP在全球各大洋海底沉积物的钻探研究成果更是直接创立了一门新的学科——古海洋学，为研究过去全球的变化发挥了重要作用。

国际上先后有美国的“格罗玛·挑战者号”、“乔迪斯·决心号”和日本的“地球号”投入科学大洋钻探。正在使用中的“乔迪斯·决心号”和“地球号”各有优缺点，这两艘船向地球更深处钻探都有困难

美国Glamar Challenger钻探船

尽管上述证据支持地壳生成于洋中脊的观点，支持海底扩张说。然而，最简洁的证据来自海底磁场研究。地球磁极产生于液态的外部地核，外部地核的主成份是液态铁、液态镍，这些高温液态金属在地底流动时产生电子流，电子流进而衍生出磁极。研究发现，作为一个巨型磁铁，地球南北磁极在移动。2018年，科学家首次注意到北磁极的快速挪动，因有大量卫星资料显示北磁极离开了原本的位置，从加拿大的北极圈向俄罗斯西伯利亚移动。1900年至1980年间，北磁极的移动速度约为每年9.6公里，但在过往20年，移动速度增快到约每年38.6到49.8公里。2005年，磁北极位于82.7°N,114.4°W，磁南极位于64.5°S,138.1°E。大部分火成岩包含一种自然磁矿物质，称为磁铁矿。磁铁矿主要存在于玄武岩，是构成洋壳的主要物质。当玄武岩浆沿着洋中脊喷发在洋底后，逐渐冷却和变硬形成玄武岩，在此期间，岩石中的磁铁矿会沿着当时和当地的地磁场排列。当温度下降到一个临界值580°C时，称为Curie温度，这些磁铁会被封存成为磁化石，保持其磁场不变，除非其温度升高再次超过临界温度。用这种方式，海底可以保存不同年代的地球磁场强度和方向记录。

研究发现，地球的磁极曾经发生过多次反转，在不同的时期，地球的南北磁极在发生变化，在过去的7千6百万年间，地球磁极发生过170次反转，现在的磁极方向已经持续了71万年。地磁反转的原因尚不清楚，但一般认为与地球外核物质的运动有关。

1960年代起发现的洋中脊附近的地磁反转现象，有力地支持了海底扩张说。

地磁反转现象

像一个传送带，海底从洋脊扩张，扩张速率在每年1-20cm之间，平均扩张速率为每年5cm。中大西洋脊扩张速度为每年2.5-3cm，东太平洋隆的扩张速度每年8-13cm。冰岛是唯一位于洋中脊的大岛屿，海底扩张的很多过程可以在冰岛看到，其扩张速度与其它洋中脊相似。

板块构造说

板块构造（plate tectonics）理论产生于20世纪60年代初期（Wilson，1965），板块构造理论是综合了大陆漂移说和海底扩张说的一种理论。

由于“极移动曲线”和海底扩大等提供的证据，大陆漂移的确是正在发生的事实。1965年，科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起。再者，海地地形、地震位置、火山等活跃部位都连接成为带状，于是“板块构造学说”这一革命性的见解应运而生。

1970年后，板块构造学说确立，根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块(地壳)，这些板块在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。由于地球表面积是有限的，地球板块分类为三种状态：其一为彼此接近的汇聚型板块边界；其二为彼此远离的分离型板块边界；其三为彼此交错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的，地球表面活动便都在这三种状态下集中发生，比如海岭就是在分离型板块边界下形成的，海沟则是在海洋板块彼此碰撞，一个板块俯冲至另一板块的下方的汇聚型板块边界下形成的。沿北美大陆西海岸分布的圣安德烈斯断层，则是在太平洋板块和北美大陆板块间形成的很具代表性的转换型板块边界下形成的。

由于与被称为“环太平洋带”的太平洋板块周围的状态相关，这个地区内的大地震、深源地震和火山活动等都十分活跃。由于印度次大陆与欧亚大陆间的碰撞，形成了喜马拉雅山脉和西藏高原。在大陆板块彼此碰撞的汇聚型板块边界下，形成了大陆与大陆间的冲突带，也造成了大褶皱山脉。

地球坚硬的地壳位于地表以下70-100公里厚的岩石层也不像蛋壳那样完整。无论是在大洋底下或大陆底下的岩层，原来都是由一块块大板块构成的。在这些大板块之间不是大洋中脊的裂口，就是几千米深的海沟或者是巨大的断层。全球六大板块即太平洋板块、亚欧板块、美洲板块、印度洋板块、非洲板块和南极洲板块。其中，除了太平洋板块全部浸没在海洋底部外，其他五个板块上，既有大陆也有海洋。随着研究的深入，有人在这些大板块中又分出一些较小的板块，例如，把美洲板块分为北美洲板块和南美洲板块；从太平洋板块中分出东太平洋板块；从亚欧板块中分出以中国大陆为主体的东亚板块等等。

板块学说认为，由岩石组成的地球表层并不是整体一块，而是由板块拼合而成。全球大致分为六大板块，各大板块处于不断运动之中。一般来说，板块内部地壳比较稳定；板块与板块交界的地带，地壳比较活跃。据地质学家估计，大板块每年可以移动1-6厘米距离。这个速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化：当两个板块逐渐分离时，在分离处即可出现新的凹地和海洋；大西洋和东非大裂谷就是在两块大板块发生分离时形成的。喜马拉雅山，就是三千多万年前由南面的印度板块和北面的亚欧板块发生碰撞挤压而形成的。有时还会出现另一种情况：当两个坚硬的板块发生碰撞时，接触部分的岩层还没来得及发生弯曲变形，其中有一个板块已经深深地插入另一个板块的底部。由于碰撞的力量很大，插入部位很深，以至把原来板块上的老岩层一直带到高温地幔中，最后被熔化了。而在板块向地壳深处插入的部位，即形成了很深的海沟。西太平洋海底的一些大海沟就是这样形成的。

板块边界可分为三种基本类型，即拉伸型、挤压型和剪切型三种边界。前两者通常伴随火山出现，而后者没有。热的地幔物质涌出认为是生成拉伸型边界的原因，板块拉伸首先会生成大裂谷，如东非大裂谷。大陆板块的继续拉伸会形成狭长浅海，如红海和亚丁湾。拉伸型边界大部分拉伸边界位于洋中脊。

拉伸型（divergent）、挤压型(convergent)和剪切型(tansform)板块边界示意图

由板块之间的潜沉和塌陷，板块之间发生相向运动，会形成挤压型边界。通常认为一个板块向下俯冲伸向地幔，另一个板块被抬升。向下俯冲的板块形成的潜沉通常会生成海沟，潜沉还会造出火山和地震。与潜沉有关的地质特征和过程很大程度上取决于向下的岩石圈是海洋性还是大陆性的，这是因为大陆和海洋岩石圈的密度不同。有三种可能的挤压型边界：海洋-大陆挤压、海洋-海洋挤压和大陆-大陆挤压。

挤压型边界

与地幔相比，大陆岩石圈的密度相当小，所以大陆岩石圈漂浮在地幔之上，不会向地幔俯冲。海洋岩石圈的密度大于大陆岩石圈，并且随着海底扩张，海洋岩石圈的密度和厚度继续增大，海洋岩石圈的厚度与其年龄的平方根成正比，即

海洋岩石圈厚度（km）=10×【年龄（百万年）】1/2^{\mathrm{1/2}}1/2

海洋岩石圈的厚度增加是由于随着地幔物质从洋中脊不断涌出，地幔物质的所占的比重逐年增加。

在海洋-大陆挤压型边界，潜沉生成的岩浆一定在大陆处上升。这些岩浆可部分熔化其上的大陆壳，使得岩浆是玄武岩(basalt)和花岗岩(granite)的混合物，称为安山岩（andesite）。最终，这些上升的安山岩会在大陆板块边缘形成活火山。这些火山与海底扩张中心的火山有显著差异，后者的玄武岩浆被挤压在海底，没有剧烈的爆发。而安山岩火山通常伴随剧烈的爆发过程，这是由于其中含有大量的挥发性气体和二氧化硅。如南美大陆西岸的安第斯火山就是活大陆火山的例子。海洋-海洋挤压型边界也伴随者海沟生成。下沉的海洋板块通常远离扩张中心，其年龄和密度较大，潜沉生成的岩浆上升会生成火山岛弧。潜沉的海洋板块会引起强烈和深层地震活动，目前发现的最深的地震在西太平洋，深度达650km。大陆-大陆挤压型边界是海洋-大陆挤压型边界造成海盆关闭的最终结果。通常会形成山脉，如喜马拉雅山和阿尔卑斯山。目前对板块运动的驱动机制还不十分清楚。洋中脊附近新洋壳形成可产生使板块分开的驱动力，从隆起的洋中脊向下滑动，驱动两边的板块远离洋中脊。这种驱动力称为洋脊推动（ridge push）。另一种可能的驱动力是远离洋脊，年老、密度大和厚的海洋岩石圈，下沉到地幔。下沉的海洋岩石圈会造成板块之间的张力，让板块远离洋脊，该机制称为厚板拉动（slab pull）。Harry Hess指出，实际的板块驱动力可能是这两种力的合力。

板块构造学说诞生后，已成功地解释了一些大地构造现象。同时，仍存在一些尚不能圆满解释的问题，有些推论也未得到最后的证实。根据板块运动，有些研究者认为：

（1）印度洋板块和非洲板块发生张裂，红海不断扩张

（2）亚欧板块与印度洋板块发生挤压碰撞,地面隆起，喜马拉雅山不断升高

（3）地中海会消失，南极大陆向北漂移

由于板块构造学说的进展，迄今被视为不解之谜的地球活动大多得到了解释。70年代以来，以证实板块构造学说为目的的世界规模的地球观测蓬勃开展。通过这些观测，海底的年代分布被详尽确定，弄清了以往地质时期板块运动的过程，更由于空间观测技术的发展，就连每年一厘米的板块运动，也能够连续数年进行观测。

板块构造学说证实了魏格纳当年提出的“大陆漂移说”，由于“大陆漂移说”凭借板块运动，于是很长时间里被视为待揭之谜的“大陆漂移说”的原动力问题迎刃而解。然而板块构造学说并没有搞清所有的地球活动，板块构造学说证实的只是历经46亿年的地球历史中最近2亿年的事实，此前的地球活动仍然作为重要的研究课题留至今天，而且导致板块运动的地幔深处的活动，还需要进一步的观测和研究。

对于地球的下部地幔和地核的活动，80年代以来，科学家采用被称为“地震学X射线断层摄影法”的技术，利用地震波研究了地球内部的不均匀构造，这种科学手段使研究得到进展。研究结果表明，曾被认为是板块运动原动力的地幔对流的实际状态似乎可以触摸了。对于地球板块构造是从地球演化史的哪一时刻开始形成的，科学家将对部分比2亿年前更古老的海底地壳进一步研究。

20世纪初期德国科学家魏格纳提出的“大陆漂移说”就是在上述曲折的过程中探索并发展的，直到70年代被科学界首肯的板块构造学说问世。最新的地球观测获得的成果，为解开板块构造学说也颇感??及弄清长达46亿年的地球演化史提供了新的线索。

回顾20世纪的地球科学发展史，魏格纳的“大陆漂移说”为研究地球活动创造了契机，同时，对我们综合理解已细划为地质学、古生物学、观测学、地震学等的地球科学领域，提供了良机。从以上意义说，“大陆漂移说”起到了开创性的作用。

国家海底科学观测网

从1968年以来，国际大洋钻探50年经历了深海钻探（DSDP，1968-1983）、大洋钻探（ODP，1985-2003）、综合大洋钻探计划（IODP，2003-2013）和国际大洋发现计划（2013-2023）等四大阶段。除了早期的DSDP外，每个阶段都提前由国际学术界共同制订科学计划，确定其主要科学目标，用做对于各国航次建议的评价标准。大洋钻探是国际合作的大型科学平台，只有依靠世界各国提供的顶尖技术，去执行最前沿的科学探索，才有可能赢得各国政府的共同支持。因此，制定既能引领学科前沿、又能切实可行的科学计划，是半世纪来大洋钻探取得成功的保证。

海底科学观测网是人类建立的第三种地球科学观测平台，通过它人类可以深入到海洋内部观测和认识海洋。目前，北美、西欧和日本等十几个国家都已经拥有海底观测网。2017年5月，我国国家海底科学观测网正式被批复建立。国家海底科学观测网项目总投资超20亿元，建设周期五年。

国家海底科学观测网是国家重大科技基础设施建设项目，将在我国东海和南海分别建立海底观测系统，实现中国东海和南海从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测，为深入认识东海和南海海洋环境提供长期连续观测数据和原位科学实验平台。

同时，在上海临港建设监测与数据中心，对整个海底科学观测网进行监控，实现对东海和南海获取的数据进行存储和管理。从而推动我国地球系统科学和全球气候变化的科学前沿研究，并服务于海洋环境监测、灾害预警、国防安全与国家权益等多方面的综合需求。

同济大学海洋与地球科学学院教授周怀阳表示，这个系统建立以后，除了科学研究以外，还能够给其他生产应用部门，像地矿、测绘或者海洋权益、国防安全，应该都有一些辐射作用。我们呼吁各有关部门能制定更加严格的保护水下长期设施的政策和措施，能够使得这个系统在水下长期地运行。

海底地质过程 -海底勘探技术

大陆漂移说（Continental drift）

海底扩张说

板块构造说

国家海底科学观测网

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