,海洋与人类社会第二讲海洋地质特征与海底矿产资源,高 抒 南京大学地理与海洋科学学院,海洋科学的学科体系（1）,自然科学方面：海洋科学研究海洋水体、海水与沉积物界面、海底岩石圈、以及海-气、海-陆界面特征和各种过程物理海洋学海洋化学海洋生物学海洋地质学海洋观测仪器的研制、开发与应用也属于海洋科学的任务,海洋科学的学科体系（2）,社会科学与工程、人文方面：海洋工程学海洋技术（仪器与装备研制）海洋经济学海洋法：联合国海洋法公约、海岸带环境保护法等海洋管理：海岸带、自然保护区等海洋政治军事海洋学,本课程的内容,人类社会与海洋的渊源海洋地质特征与海底矿产资源 物理海洋学与气候变化海洋化学与生物地球化学海洋生物与生态系统海洋起源与演化海洋与经济、社会发展海洋与国际政治海权与军事海洋学海洋与全球变化应对,第二讲内容,洋盆几何形态海洋沉积物特征陆壳与洋壳“海底扩张说”的证据火山和地震海底矿产资源,洋盆形态特征,海岸、陆架、陆坡、深海底边缘海、洋中脊、平顶山、俯冲带大陆与海洋的Hypsometric Curve深海占全部海洋面积的87%，陆架、浅海占13%,Hypsometric Curve:以高程为纵坐标、以累积高程为横坐标构成的曲线,用途举例：1 高程特征值计算2 陆地剥蚀率计算,Sverdrup K A, 2005,海洋（包括和不包括陆架）所占地球表面面积百分比,Davis R A Jr, 1986,有关海盆的一些术语，据Davis R A Jr, 1986,海底地形的卡通图，据Davis R A Jr, 1986,几何形态发生变化的5种方式,垂直升降：整体抬升或下沉水平位移：整体改变平面位置形变：在挤压、拉升等外力作用下内部相对位置发生变化冲淤变化：冲刷部位的物质被搬运并发生堆积外源物质加入：大气降尘、火山喷发等产生的沉积物的堆积,垂直升降,水平位移,形变,冲淤变化,红色：老地形绿色：新地形,外源物质加入,海底,大气降尘,火山喷发,海底平顶山的形成,Strahler & Strahler, 1998,地球内部结构（注意地壳的厚度）,Strahler & Strahler, 1998,Strahler & Strahler, 1998,地壳中元素的丰度,Only silly artists in collages study past midnight.O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg,地壳物质构成,岩石和松散沉积物岩浆岩 Igneous rocks沉积岩 Sedimentary rocks变质岩 Metamorphic rocks松散沉积物 Loose sediment,岩浆岩的实例之一：玄武岩,Strahler & Strahler, 1998,岩浆岩实例之二：黄山花岗岩,沉积岩实例：欧洲Dover海峡海岸的Chalk地层,Strahler & Strahler, 1998,沉积物：Sediment,水利、工程界称为“泥沙”沉积物主要来源：岩石风化沉积物其他来源：生物作用、地球化学作用沉积物的物理性质：粒度、密度,在海南岛西海岸的砂砾质海滩，滩面物质含有大量的珊瑚和贝壳碎屑以及其他组分因此，称滩面物质为“沉积物”比称之为“泥沙”更为合适,2010年3月26日摄于海南岛神尖海岸,沉积物的名称,名称 类比特征砾（Gravel，直径2mm） 鱼皮花生砂（Sand，直径2-0.063mm） 砂糖粉砂（Silt，直径0.063-0.004mm） 绵白糖粘土（Clay，直径0.004mm） 面粉,一些物质的密度,Strahler & Strahler, 1998,橄榄石，洋壳的重要组分,地壳岩石组成,沉积岩+松散沉积物：5%体积，覆盖75%面积岩浆岩+变质岩： 95%体积，覆盖25%面积推论1：沉积岩+松散沉积物密度较低，分布于地壳上部，形成“陆壳”Continental crust推论2：岩浆岩密度较高，分布于地壳下部，形成“洋壳”Oceanic crust洋壳分布于深海、大洋,地壳物质组成与海盆形态的关系,Strahler & Strahler, 1998,大西洋两岸形态的互补性，使A.魏格纳产生了创作灵感。,魏格纳（1880-1930），德国地球物理学家。从1905年起发表论文170篇，1915年的大陆和海洋的形成后来多次出版，1929年第四版问世。“大陆漂移说”的提出是本书的最大贡献，后来被科学界发展为“海底扩张”和“板块构造”理论。,横切大西洋海底的一个断面的地形特征,大西洋横断面特征：（1）洋中脊两侧形态对称（2）洋壳之上堆积的沉积物向两侧增厚，表明洋壳年龄向两侧变老（3）大陆边缘有较多沉积物输入（4）大陆边缘向两侧推移，成为“被动边缘”(Passive margin),Strahler & Strahler, 1998,全球洋中脊分布,Strahler & Strahler, 1998,全球大洋底部形态,Strahler & Strahler, 1998,全球“板块”的划分,Sverdrup K A, 2005,Sverdrup K A, 2005,Strahler & Strahler, 1998,Strahler & Strahler, 1998,Sverdrup K A, 2005,太平洋横断面特征,洋中脊两侧形态对称洋壳之上堆积的沉积物向两侧增厚，表明洋壳年龄向两侧变老大陆边缘有较多沉积物输入在大陆边缘，洋壳向下俯冲并回到地球内部，向陆已侧形成山脉（如洛基山脉），成为“主动边缘”(Active margin)在大陆边缘形成“边缘海”,火山喷发的情形,Sverdrup K A, 2005,Strahler & Strahler, 1998,Strahler & Strahler, 1998,Strahler & Strahler, 1998,我国的汶川地震位于古特提斯海地震带，也与海洋板块运动相关。,地震研究的NanTroSEIZE计划,高抒, 全体船上科学家, 2011. IODP第333航次：科学目标、钻探进展与研究潜力. 地球科学进展, v.26, no.12, p.1290-1299.地震有多种类型、形成过程和机理。环太平洋地震带和特提斯海地震带是强烈地震发生的地方，因此海底地震受到了研究者的关注“脱离带沉积夹层”假说，认为洋陆边缘的沉积物堆积体受到了板块碰撞造成的水平方向挤压，其标志是堆积体内部构造变形和逆冲断层的形成，一部分物质被裹挟到俯冲带里，使洋壳和上覆地层之间发生脱离；边缘堆积体和“脱离带”（Decollement zone）沉积体受到侧向挤压，所含流体的压力大为增加，这一因素可以影响地震发生的临界应力、断裂位置和断裂规模“NanTroSEIZE”（Nankai Trough Seismogenic Zone Experiment, 南海海沟地震带实验）项目，将执行10年（2004-2013年）,科学目标和钻探计划,Accretional sediment prismSeismogenic zone IODP Exp.314, 315, 316, 322, 333钻入地幔，7000 m bsf，2013年，之后在孔内安装长期观测仪器,Nankai Trough 断面钻探站位,新的科学问题,At which level below the seafloor will the seismogenic zone form?In the sedimentBetween the sediment and basaltIn the Basalt,海洋地质矿产的潜力,洋壳的金属矿产（洋壳厚达5-10km）陆源沉积物每年200亿方量级，在过去的65百万年里形成沉积层体积达1018方之巨。如果其中含有0.01%的油气，则总量有1014方。目前全球每年消耗的石油为109方量级洋壳风化产生的金属结壳海底热液硫化物矿床,海底热液喷发,海底形成的金属结核,一个973项目的目标,中国边缘海形成演化及其重要资源的关键问题：国家重大基础研究发展计划项目(G20000467)中国边缘海形成与故特提斯海演化的关系中国边缘海的地壳特征：国家海洋权益中国边缘海的油气、天然气水合物、硫化矿物资源,李吉均（主编）2009.中国地貌图集. 科学出版社.,边缘海的科学资料事关海域划界，东海和冲绳海槽是一个典型实例,第二讲小结（1）,海底形态特征和物质组成的重要性基本概念：海岸、陆架、陆坡、深海底、边缘海、洋中脊、平顶山、俯冲带基本概念：岩浆岩、沉积岩、变质岩、沉积物类型（砾、砂、粉砂、粘土）、洋壳与陆壳,第二讲小结（2）,海底形态特征和物质组成提供了海底扩张证据海底扩张的格局：大西洋型和太平洋型，被动和主动大陆边缘火山和地震是伴随着海底地质运动的重要现象，了解动力过程是预测的关键,第二讲小结（3）,海底具有丰富的地质资源洋壳的金属矿产陆源沉积堆积而成的沉积层所含的油气资源洋壳风化产生的金属结壳海底热液硫化物矿床,谢 谢 关注 ！,