海洋地質

主題詞或關鍵詞: 地質科學 海洋科學

內容

在進入21世紀后的十幾年裡，國際海洋地質學界關注的問題是從“全球變化”這個層面，探索人類活動之前的地質時期，或宇宙範圍內的地球自然環境變化周期和發展趨勢。揭示地球系統在漫長的地質演化過程中，水圈與其他圈層的內部反饋機理以及相互作用，預測地球未來的環境變化趨勢。

科學家們將從以下幾個方面進行研究。

(1)地球板塊構造和地球構造仍然是海洋地球物理學家們關注的課題。在過去的幾十年裡，人們花費了大量人力、物力，對新的地球板塊構造理論進行論證。其研究領域多集中在大洋地殼、被動陸緣和主動陸緣等方面。從早先的大陸漂移說，海底擴張說等基礎，發展成了板塊構造理論，並為今天大多數科學家所接受。人們關心的問題是，關於板塊運動的驅動力的作用方式和內在機理，或者說，造成板塊運動的驅動力受哪些因素影響？板塊的剛性程度、板塊動力學以及相關的地質作用是什麼？其發展過程又是如何進行的？

20世紀70年代后、80年代初，科學家們提出地體構造理論。隨後，各國地質學家、海洋地質學家，相繼發現許多性質不同的地體組成。例如，地層地體、破裂地體、變質地體和複合地體等。雖然，地體本身或各地體之間產生斷裂、漂移、碰撞和增生等不同演化過程，但是，人們有理由相信，地體構造乃是現代板塊構造學說的重要組成部分。

關於板塊構造的驅動力問題，多數學者贊同是地幔對流及其與岩石圈的相互作用，但是，在具體的對流性質、規模、板塊運動方式等，仍存在較大分歧。特別是對已經提出來的“淺對流模式”和上下地幔分別存在的對流形式--“雙層對流模式”等論點，由於論據不足，產生爭議。

人們更為關注地殼構造和沉積史及俯衝史，包括被動陸緣熱礦史等方面的研究。希望解決的問題是，被動陸緣底下地殼的性質如何確定？在大陸產生分離之前，是否會出現過地殼拱起、擴張、斷裂等地質現象？出現的性質和時間如何確定？被動陸緣下的地殼是否是從大陸地殼演化而來的？大陸分離后立即形成的大洋地殼是否與海底擴張的穩定期形成的大洋地殼不同？被動陸緣如何隨時間的推移而上下運動？它們又是如何影響沉積過程、沉積物的熱狀冷狀史？被動陸緣塊狀滑動過程和模式是什麼？從減少災害的角度看，人們關心，深海溝與島弧之間地帶的構造形式，火山弧與深海溝之間地帶的上下垂直運動，孔隙水在俯衝過程中的作用是什麼？弧后盆地的直接或間接成因？

(2)古海洋學呈現快速發展勢頭。古海洋學是20世紀70年代后產生的新學科，主要是把大洋水體的變遷作為研究對象。在海洋系統中，依靠海洋沉積，研究過去海水與水團、海水化學和海洋生產力、生物地理等方面的演化規律，討論它們對全球大氣和大陸環境的影響。國際古海洋學界正積極投入“全球變化”的研究，其研究的重點是探索人類活動以前或地球以外的全球自然環境變化的周期和趨勢。進入20世紀90年代以後，古海洋學已經被許多國際組織列為海洋地質學的重要內容。由於古海洋學本身固有的學科多，有跨學科性質，能建立探索機制模式等特點，與“全球變化”的總研究目標十分吻合，已成為“過去全球變化”、“全球海洋通量計劃”等核心研究項的重要組成部分。

(3)關注大洋熱液循環研究課題。20世紀70年代后，通過載人深潛器等，人們對太平洋和大西洋的若干洋底進行調查。人們陸續發現幾個大的洋底熱泉區。熱泉區的發現，表明洋底熱液活動對大洋地殼、沉積物和海水的地球化學研究，起著十分重要的作用。同時，也為海底擴張理論，提供了重要科學依據。

洋底熱液是含量極高的熱液礦床。這一發現，立即引起學術界和工業界的極大興起。毫無疑問，洋底熱泉將有可能成為未來的礦藏，為21紀人類開採礦藏提供了新的可能。

人們在洋底熱泉區的周圍，發現大量的特殊生物區系，以及高溫缺氧條件下，海水中有極高濃度的有機物，也就是類似原生生命體的細菌。科學家們稱，洋底熱泉好像是一片生命的綠洲。地質學家們為此設想，洋底熱泉的環境，酷似前寒武紀早期生命誕生時的環境。如果這一命題能夠成立，那麼，它將為地球生命地源研究提出很多新研究課題。

洋底熱泉中還有高濃度的化學物質，例如，硅和鈣等。這就提出一個課題，如果熱泉水中溶解的二氧化硅的測量值有代表性的話，那麼，硅可能是由熱液過程以與大陸侵蝕過程相同的速率進入大洋的。假如這個推斷能夠成立，這對於估算在過去2億年中，大洋化學收支平衡具有十分重要的意義。這個過程，應當與海底擴張的速率有某種關係。

(4)海洋沉積學已經形成，併發揮巨大作用。在全球變化研究中，人們採用比較沉積學、碳酸鹽濁流沉積和事件沉積進行研究，取得豐碩成果。例如，確定了第四紀以來的海面變化，特別是漸新世以來變化的可比性。資料顯示，它與全球氣候的變化曲線有某種一致性。再如，對災變事件研究表明，災變事件對沉積物的影響，要比長期正常沉積作用大許多。20世紀80年代后，幕式沉積研究和現代災變理論逐漸引入沉積學。陸架沉積動力學研究重點，開始轉向事件沉積學的研究，特別是旋迴和事件沉積在陸架沉積層中的作用和地位，愈顯重要。

大洋沉積物具有明顯的韻律性和旋迴性，它反映出一系列交替的氣候狀況。這與人們普遍關心的海平面變化有直接的關係。大陸及其邊緣地帶的顯生代沉積地層資料，反映了全球海平面的變化。地質時期全球海平面變化範圍在幾十米到幾百米之間。研究表明，長期的海平面變化，可能與洋盆體積變化有直接關係，而短時期的海平面變化，則是由氣候因素引起的。顯然，海平面變化的確切原因，應該說還沒有完全為人們所認識。在南大洋進行的若干深海鑽探獲得大量資料信息，使人們對南極大陸及其周圍的古氣候演變過程有初步了解。但是，當南極冰川在第三紀中期發生大量擴展時，北半球的冰川並不存在。這種極大的反差，讓地質學家們百思不得其解。這是大自然給人們設置的一道課題。

《海洋地質》內容簡介：海洋作為地球上最大的一個地理單元，以它的廣博和富饒影響和滋養著一代又一代地球人類。在對海洋不斷探索、研究和認知的同時，海洋的資源和資源價值逐步被人們認識和重視，隨之而來的海洋權益之爭也愈演愈烈。進入新世紀以來，隨著共同面臨的人口、資源和環境問題的不斷加重，人類對海洋的青睞和倚重更加凸顯。沿海各國紛紛調整和制定新的海洋戰略和政策，一個以權益為核心，資源和環境為載體的全球範圍的“藍色圈地”運動正在深入、廣泛地展開。

劉光鼎

中國海洋地質之父

劉光鼎，1929年出生，中國科學院院士，我國著名的地球物理、海洋地質學家。1952年，他從北京大學畢業後來到中國地質大學，參與創建了地球物理系，用物理學的方法研究尋找石油，執教12年，桃李滿天下。離開學校后，他不但跑遍了中國海的東西南北，更領導100多位科研人員，把30年海上收集的數據凝聚成中國第一套系列海圖，總結出中國海的演化史。這套系列海圖對我國的海上油氣勘探、環境災害防治、航海等有不可估量的作用。國內外同行稱他為“中國海洋地質之父”。在中科院，人人都知道他習武尚俠，喜歡寫詩填詞，享有“大俠”和“黃埔教官”的讚譽。

劉光鼎先生1929年生於書香門第家庭，在北京完成中學學業后，因為感受到第二次世界大戰中原子彈的威力，1947年在報考大學時很想學物理，盼望實現研究原子能的夢想。這一年，劉光鼎同時考上了北京師範大學體育系和山東大學物理系的獎學金，他之所以也選擇考體育系，是因為體育系吃飯都可以免費。不過最後他還是選擇了山東大學物理系。但是他到山東以後深感壓抑，覺得這裡的政治氣氛不好，學習空氣很差。不到一年他又回到北京重新考大學，並順利考取了北京大學物理系的獎學金。同年，他在革命老前輩張碩文的介紹下參加了中國共產黨。

劉光鼎與石油結下不解之緣，是從兩位石油界前輩的一次傾心夜談開始的。那是1951年7月，譚承澤老師帶領劉光鼎等9名同學離開北京，前往延長實習。說是實習，實際上是黨組織深有用意的安排。當時的系主任饒毓泰，是大名鼎鼎的科學家愛因斯坦去世前帶的博士。作為系主任，饒博士正為他學生們的前程擔心，因為，要在理論物理上學有所成，還必須到國外繼續進修，這在當時是不現實的。恰在此時，為了創建新中國的石油工業，地質礦產部和燃料工業部正焦急地向北大延請人才。於是，有了這次特別的實習活動。

到達陝北銅川后，劉光鼎和同學們見到了陳賁、王尚文兩位地質學家。陳賁是中共地下黨員，與康世恩同學，於1938年左右畢業於清華大學地質系，王尚文與陳賁同班，他們都是中國石油地質界的先驅者。在銅川四郎廟停留期間，一天晚飯後，陳賁先生主動找同學們談話。他向同學們介紹了自己工作的經歷和體會，希望同學們投身到祖國石油建設中來。陳賁說，“一個國家要發展，不能沒有石油，石油如果不掌握在國家手裡，國家不能強大也沒法發展”。多少年過去了，劉光鼎對這句話依然記得格外清楚。正是這次整夜的秉燭夜談，啟蒙了劉光鼎的地質認識，並且改變了他的人生道路。他說，愛國就要報效國家，但報效國家的很多問題不是原子彈能夠解決的，石油關乎國家的經濟命脈，更實際一些。於是，此後的生涯中，先生與石油結下了不解之緣。

結束暑假實習回到北大后，學校請中國地球物理界三元老之一的翁文波先生來講課。當時學校讓劉先生給翁先生當助教，白天翁先生講課，晚上，劉先生開大課再講一遍。教學相長，這也使得他的地球物理基礎更加深厚，與石油的關係也更近了。1952年，劉光鼎大學畢業後來到中國地質大學，與另外兩位老師一起創建了地球物理系，並開始了為期12年的教學生涯，為石油戰線輸送了大批人才。

為了中國的海洋地質事業，劉光鼎白手起家，在海上漂泊30年，象梳頭一樣把中國海梳了個遍。我國的海洋物探起步很晚，1958年才組建第一個海洋物探隊；1960年劉光鼎從蘇聯考察回國后在北京地質學院成立了第一個海洋物探教研室，同年奉命組建地質部第五物探大隊。當時美國等國家對我國實行禁運，所需的儀器設備無法進口。海洋作業非同陸地，沒有儀器寸步難行。怎麼辦？只有自己動手。對此，劉光鼎介紹說：“海洋物探的基本方法是用重力、磁力、地震、回聲測深、電法等勘測方法。我們什麼儀器都沒有，完全是白手起家。我先是組織4個人，用3年時間實驗出了海底重力儀。爾後，通過轉口貿易進口了一台航空磁力儀。但海上條件與空中不大一樣，大量雜訊干擾必須想辦法克服。共有3、4個人加入了改裝航空磁力儀的研究，終於突破雜訊關，精度達到2納特，接近了當時的國際水平。海洋物探最重要的儀器是地震儀，可當時我們只有用於陸地上的地震儀，在海洋環境中無法使用。於是我帶領大家自己動手改裝陸地地震儀，研製地震組合檢波器與接收電纜；1964年，我率領北京地質學院海洋物探研究室全體教師去南京地質研究所組建海洋地球物理研究室，又進一步應用鋯鈦酸鉛陶瓷（PZT-5）試製水下壓電檢波器，沒有經驗，也無從借鑒，完全靠自己摸索著干。接收電纜開始就是用電話線將檢波器綁在一起，有3000米長，上面吊有浮標。但碰到一個問題，當放炮時，繩子一拉檢波器就漂起成水平方向，無法測得數據。於是大家又研究出一種收放系統，放炮時，先用繩把檢潑器收起，放完炮后再迅速把他放回水裡，這裡時間一定要控制好，10秒鐘內必須放回到預定地點。後來大家不停地琢磨，又研製出一種漂浮檢波器，不用電話線了，而是放在塑料管中，能收到更多的數據。1965年渤海海底構造和油田的發現，就是靠這些自己研製的重力儀和地震儀器。”有了儀器，還必須有探測船，開始他們向海軍借用831“汾河號”登陸艦進行實驗觀測，後來買了2條漁船，起名“星火一號、2號”，開展地震勘測，一條做爆炸船，一條做接收船。後來又增加了2條，“燎原1號、2號”，一條做重力，一條做測深。再後來，又造了2條1700噸“奮鬥1號、2號”取代了星火號地震船。

劉光鼎他們硬是靠著自己的雙手，這樣邊研製儀器邊工作開展了海上重力、磁力、地震、測深多種研究，而且採用了無線電岸台與衛星定位等多種定位措施，大大提高了實測數據的精度。劉光鼎本人也隨著研究機構的遷移而輾轉於北京、南京、湛江、上海，但始終鍾情於中國海的第一線。在劉光鼎的領導下，我國海上物探取得了過硬的實測數據。從1986年開始，他借調100多位業務骨幹，歷時6年，編製出了我國第一份系統的、精度極高的系列海圖，描述了中國海洋的地形地貌、地球動力學、新生代沉積盆地與礦產等。9幅系列海圖不僅具有極高的學術價值，而且對海洋油氣資源勘探開發，以及維護我國海洋主權與權益有著重要的意義。1992年，系列海圖作為中國代表團的重要成果在第29屆世界地質大會上展出后，立即引起國際地學界的廣泛關注和高度評價，美國、前蘇聯、日本、韓國、土耳其等國家的著名地質學家紛紛索取。美國得克薩斯A&M大學的Hilde教授自此對這套系列圖無法忘懷，講課時屢屢提到它，夢寐以求地希望得到一套，1998年劉光鼎訪問A&M大學時終於使Hilde教授如願以償。這套圖已經被國內外越來越多的重大科研項目作為基礎資料廣泛引用，聯合國教科文組織下屬的“太平洋與大西洋編圖委員會”將系列圖中的8幅原封不動地收入《世界海洋圖集》。

劉光鼎掛帥完成的“中國海地質構造研究及含油氣性質研究”和“中國海區及鄰域地質地球物理系列圖”，分別獲得國家自然科學二等獎和地質礦產部科技一等獎。這兩項重要成果，加上其他相關著述，奠定了劉光鼎在我國海洋地質領域的顯著地位，被國內外科學界稱為“中國海洋地質之父”。

在海上漂泊的30年，是劉光鼎為中國海洋地質做出巨大貢獻的時期，也是他感慨較多的歲月。其中的“天南海北二十年”，是最令他難忘的。那時，他女兒在天津，兒子在海南島，夫人在北京，他本人雖然工作單位在上海卻長期漂泊海上。在那動亂的年代里，他被定為“共產黨內的白專道路”典型而靠邊站。大部隊從南京轉戰湛江海域，他卻被留下不管，一度因衣食不保而靠打小工維持生活。突然有一天，連著三封電報催他歸隊，要他去解決海上勘探現場的實際問題，他因而又被封為“黨內技術負責人”，但現場沒有他的床位，他只能住在勘探測量船的電纜堆里。他收藏有40箱書籍，當時卻為這些書籍無處可存的命運傷透了腦筋。他把這些書籍分為三類，一類是海內孤本性質的，他認為自己沒有權力拋棄它們；一類是對也從事地球物理教學研究工作的夫人有用的，他認為自己不應該把它們處理掉；最後一類是自己喜歡的各類書籍，他覺得可以處理掉。當把自己精心收藏的書籍當廢品賣掉時，劉光鼎傷心之極。硬皮的1分錢1斤，軟皮的3分錢1斤，他一共賣了33元錢。用這些錢，他和朋友喝了一頓酒，然後上路。並作詩為證：“慷慨滄桑不悲秋，吳鉤看遍欲何求？人人稱道江南好，別時只剩一字愁。斗室酣飲大杯灑，江河湖海逍遙遊。踏遍青山人未老，幾陣風雨壯志酬？”（1970年9月3日）

劉光鼎領導同事們一寸寸丈量中國海的時候，並不是國家給了他這種任務。他的任務主要是研究沉積盆地，尋找海洋油氣。繼1965年發現渤海盆地后，1973年在北部灣海域發現潿西南大型背斜構造，隨後在珠江口發現一個巨大的新生代沉積盆地。同年，劉光鼎移師上海，任上海海洋地質調查局副總工程師兼綜合研究大隊長。綜合研究大隊經分析黃海地質地球物理資料，發現南黃海盆地由中央隆起分隔成兩個拗陷。用鑽探船進行鑽探，未獲得良好的油氣顯示，經分析主要原因是該處第三第沉積的油氣性差。從地質條件看，油氣勘探不能僅僅局限於南黃海，必須大力開拓東海。為此，劉光鼎和一批地質學家聯合起來，一再向中央提出建議，並首先在東海進行區域地球物理調查，發現東海海底具有三隆兩盆的構造格局，即在西部浙閩隆褶帶、中部釣魚島隆褶還和東部琉球隆褶帶之間有陸架盆地和沖繩海槽盆地，其中東海陸架盆地又有3個沉積中心。於是，集中力量調查位於浙江東部的西湖拗陷，發現其中局部構造成串發育，第三第地層厚，油氣性良好。在進一步地震詳查的基礎上，終於在平湖構造帶的第三第地層中鑽探到工業油流。

1982年8月4日，當龍井二井“出油了”的喜訊傳來時，劉光鼎心情激動難抑，即興填“賀新郎”詞暢抒胸懷：“驚濤狂浪處。暴風雨，一台聳立紅旗漫舞。東去大江淘沙泥，揚子黃河傾注，西湖海底盡沃土。花港玉泉占風流，長垣青峰花碧樹。鑿龍井，運神斧，疏星淡月伴盛暑。滄波中，翹首遠望，鵲橋待渡。萬里風訊警聲頻，此豈是長門路？叩藍關，悲歌暗吐。忽聞胡茄破晴空，八尺焰火映瓊宇。浮大白，唱金縷。”(註：根據朱夏院士的建議，東海陸架盆地中所探油氣井均以中國人所喜聞樂見的西湖著名景點的名稱命名，如花港、龍井等。)對此，一位研究文學的老先生評價說，“詩如其人”，劉光鼎的詩詞“非常大氣”，這支賀新郎就淋漓盡致地反映了劉光鼎的豪放性格和赤子情懷，尤其是詞的下半闋，細緻刻畫了他翹首等等鑽探結果，擔心會有壞消息而徘徊不安，而一旦聞得捷報，則喜極而唱的心理過程。

劉光鼎耕耘過的東海陸架盆地，後來陸續鑽探了18口井，其中11口探到了油氣，這是非常高的命中率。東海盆地的天然氣正源源不斷地供應上海市場。我國海洋油氣勘探呈現出一片大好勢頭，渤海、東海大陸架、珠江口及瓊東南和鶯歌海，相繼發現了工業氣流，整個近海大陸架地區的六大新生代沉積盆地都展示了美好的油氣前景。

生活中的劉光鼎先生，最大的樂趣是收藏閱讀武俠小說，在行駛的飛機上、汽車中，他手不釋卷，津津有味，自得其樂。他是有名的“金庸迷”，凡此夫子出版之書，他都一一收在櫃中，並能如數家珍般娓娓道來。到目前為止，他已帶博士13名、博士后11名、碩士18名。這些博士、碩士與劉光鼎有一個共同的特點，就是喜歡“華山論劍”。在中科院，人們都傳言，若要考劉先生的碩士研究生、博士研究生，第一次見面第一個問題就是“讀過金庸的武俠小說嗎”，讀過的，談談金庸武俠小說的真諦，沒讀過的，借你一本，先去讀，讀懂了再來談。對此，劉先生不置可否。但是，劉先生對武俠書有其獨到的認識，他說：“我之所以愛看金庸的書，第一是他精彩過人的文筆，想象豐富奇特、合情合理卻又異峰突起。內容完全不受禮法、社會規範的約束，超乎常規，極富創意，這恰恰是一種創新精神。一個民族應該有創新精神，而科學研究更需要創新精神。其次，我看的不僅是小說中的槍殺打鬥、纏綿緋惻，更注重文字背後所蘊涵的內容。從小說的字裡行間你能讀出作者是在描寫一種人性，社會在不斷變遷，但人性卻是不變的。在金庸的小說中你還能聽出愛國主義的旋律在回蕩……”聽著他暢談金庸時的連珠妙語，你很難想象他是一位從事科研工作半個多世紀的科學家。

作為從舊中國走過來的知識分子、地下黨員、科學家、高級幹部，劉光鼎伴隨著世事的風風雨雨。自打立下為國家找石油的宏大誓言后，他“逐鹿中原”，“笑傲江湖”，“杖行天山”，五十年如一日，走遍中國。他強健的體魄得益於自幼習武，60個寒暑修習不斷，練得一身爐火純青的太極拳功夫。在“天南海北二十年”里，劉先生寫了三本書：一本是他的專業著作《海洋地球物理勘探》，一本是後來學生們幫他收集的《漁樵之歌》詩詞選集，一本是《太極拳架與推手》。其中《太極拳架與推手》1980年初版時印行4．2萬冊，3年後再版時印數達33萬冊。熟悉太極拳師承關係的人都知道，幾百年前的陳家溝太極拳分為兩支傳后，現代歷史中的陳長興太極拳兩大名宿劉元化（光斗）和劉晚蒼，就分別是劉光鼎的大哥和堂兄。

劉先生為人開朗豁達，生平最恨恃強凌弱之徒，面對不平之事，總是仗義執言，敢為敢當，是中科院公認的“大俠”。1999年，劉光鼎七十大壽時，學友們紛紛為他題詞。“鼎言九重持正義，君子德行勵後生”，“光明磊落中流石？鼎力拚搏書山樵”?“光前裕後？鼎業有成”等聯語，堪稱他激揚學術、光大人生的最好寫照。

附：劉光鼎院士檔案

1929年生於北京，祖籍山東蓬萊。1948年9月參加革命，1952年7月畢業於北京大學物理系，隨即在北京地質學院任教12年。1958年組建中國第一個海洋物探隊，任隊長。1964年任地質部海洋地質所地球物理研究室主任，第二海洋地質調查大隊技術負責人，海洋地質調查局副總工程師，綜合研究大隊長，1980年任地質礦產部海洋地質司副司長、石油地質海洋地質局副局長，1989年任中國科學院地球物理所所長，1993年當選中國地球物理學會理事長。1980年當選為中國科學院學部委員（院士），1993年當選第三世界科學院院士。第八屆、第九屆全國政協委員。劉光鼎院士長期在第一線從事油氣勘探與中國大地構造研究。先後發表《海洋油氣勘探與開發》、《東海地質與油氣勘探》等專著，涉及到海洋地質、油氣勘探和地球物理領域的廣泛問題。他從地球物理場出發探討“中國大地構造宏觀格架”、“礦產資源的地球物理預測”、“中國前新生代海相殘留盆地”等問題。共發表論文80餘篇，譯著34部及講義、報告、科普10冊。“七五”期間主持國家攻關項目《尋找大油氣田的理論與方法技術研究》、“八五”期間主持國家自然科學基金重大項目《陸相薄互層油儲地球物理研究》、1996年當選“863”“海洋探查與資源開發技術”專家組成員、2000年擔任“973”中“疊合盆地”與“邊緣海”兩個項目的專家。先後兩次獲國家自然科學二等獎、獲中國科學院“竺可楨野外工作獎”、李四光科學榮譽獎、香港“何梁何利科學與技術進步獎”、中國科學院技術與進步特等獎等。