林杞：从地球科学视角看南海-凯发k8官方首页

　　1有关概念和学说

　　1、海与洋的区别

　　南海(south china sea)是面积仅次于珊瑚海(coral sea)和阿拉伯海(arabian sea)的世界第三大边缘海也是西太平洋地区面积最大的边缘海。所谓边缘海，或称陆缘海，全称为大陆边缘海(continental marginal sea)，位于大陆边缘且以半岛、岛屿或岛弧与大洋分隔。东海(east china sea)、南海以及白令海(bering sea)是亚洲三大边缘海。

　　边缘海是海(sea)的其中一种类型，与大洋(ocean)相连接，是大洋的边缘部分和附属部分。海与洋最根本的区别就在于大洋具有活动的洋中脊(oceanic ridge or mid-oceanic ridge)，洋中脊不断在进行扩张，新的洋壳均产生于此。其次，海下面的地壳主要是大陆地壳(可能有残留的洋壳)，而洋下面的地壳是大洋地壳，两者具有重要区别：洋壳仅由沉积层(即松散的、未固结的沉积物)和硅镁层组成，相较于大陆地壳缺失了硅铝层① ;陆壳厚、洋壳薄 陆壳相对稳定，而洋壳在不断地产生和消亡。最后海是相对封闭或半封闭的，而洋是开阔的、面积广大的，海的面积约占海洋总面积的11%。

　　2、板块构造学说

　　从大的构造位置上讲，南海位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块交接的部位;从次一级的构造位置上讲，南海北接华南板块，西临印支板块，南依婆罗洲地块，东靠菲律宾板块。南海的形成与演化是多个板块构造运动综合作用的结果，板块构造学说涉及到大陆漂移(continent drift)和海底扩张(seafloor spreading)两个重要的理论。

　　1915年，德国气象学家兼地质学家魏格纳(a. wegner)在《大陆与大洋的起源》一书中正式提出了“大陆漂移”的概念，但受当时科技发展水平的限制，未能为该学说找到令人信服的证据，尤其是未能提出合理的动力学机制这一学说不久后逐渐归于沉寂。直到20世纪60年代，通过大洋勘探发现了洋中脊的海底扩张现象，才为大陆漂移理论注入了新的生命力。1968年，基于大陆漂移学说和海底扩张学说，一种新的理论——板块构造学说被正式提出。板块构造学说认为岩石圈(包括地壳和上地幔)的构造单元是板块板块的边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线，板块在洋中脊分离、扩大，在俯冲带和地缝合线处下冲、消失。据此，全球可以划分为六大板块：亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极洲板块。

　　板块构造学说强调板块的大规模水平运动认为板块可以产生、生长、消亡，而且这种变化可以定量预测。例如，大西洋洋中脊每年向外扩张约2厘米。1974年，在板块构造学说的基础上，“威尔逊旋回”理论被提出，用以解释大陆岩石圈在水平方向上的演化过程。根据此理论，东非大裂谷和红海会逐渐裂开成为新的大洋，大西洋仍将继续扩张、面积不断增大;而太平洋的面积已经在持续萎缩了，再过几亿年，中美两国则可能成为领土接壤的国家——如果那个时候中美两国都存在的话。

　　大陆漂移理论当初未能被广泛地认同和接受，一个重要的原因是无法提出合理的动力学机制，板块构造学说则在这方面取得了重要的突破。根据板块构造学说，地幔对流是大陆漂移和海底扩张的主要推动力，具体机制为：洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质由此处涌出、冷却固结成新的洋壳，新形成的洋壳又把先前形成的洋壳对称性地向两侧推移，于是自洋中脊向两侧呈条带状不断地生长出新的洋壳。这个理论与大量的地质现象相吻合，能够解释海洋中和陆地上的绝大部分问题，故而迅速为主流观点所接受。但是由于地球系统整体的复杂性，其中仍有一些难以解释的现象，现有的理论尚有需要继续完善的地方。

　　与人类生产生活密切相关的一点是，由于板块运动的存在，板块交界处是地壳最为活跃的区域之一，地震几乎全部分布在板块边界上，火山也多分布在板块边界附近，这些区域地震、火山等自然灾害频繁发生。另外，有趣的是，地球是人类目前所知的唯一一个存在大陆漂移、海底扩张，符合板块构造学说的行星(当然，地球也是目前所知的唯一一个有生命存在的行星)。

　　3、大陆边缘类型划分

　　根据板块构造学说，大陆边缘主要包括主动大陆边缘和被动大陆边缘两种类型。主动大陆边缘(active continental margin)，也称汇聚型大陆边缘、太平洋型大陆边缘，主要分布在太平洋、印度洋东北缘等地。主动大陆边缘的重要特征是板块俯冲作用的存在，即洋壳俯冲插入陆壳之下，由此而形成的海沟和岛弧②是主动大陆边缘所特有的重要地貌标志。被动大陆边缘(passive continental margin)，又称离散型大陆边缘、大西洋型大陆边缘，主要分布在大西洋、印度洋周边。被动大陆边缘的重要特征是拉张裂离作用显著，断陷盆地发育，缺乏强烈的地震、火山的分布。被动大陆边缘较主动大陆边缘有更宽的大陆架和更平缓的大陆坡。需要特别指出的是，海洋法法律意义上一国的大陆架可能包括了地质学概念的大陆架(continental shelf)、大陆坡(continental slope)和大陆隆(continental rise)。

　　2南海的形成与演化

　　1、基于的研究材料

　　巧妇难为无米之炊，研究南海的形成与演化必须基于多种材料需要多学科、多手段的联合，从地球物理数据、海洋沉积记录、海底基岩的岩石矿物、海洋板块构造等多方面进行研究。近些年，在南海执行的针对不同目标的海洋科学调查项目和计划获取了大量珍贵的数据和材料，为研究南海的形成与演化做出了重要的贡献。在这之中，有几个研究计划需要着重进行介绍。

　　深海钻探计划(dsdp，deep sea drilling project，1968-1983年)、大洋钻探计划(odp，ocean drilling program，1985-2003年)、综合大洋钻探计划(iodp，integrated ocean drilling program，2003-2013年)和国际大洋发现计划(iodp，international ocean discovery program，2013-2023年)是地球科学研究史上规模最大、影响最为深远的国际合作研究计划，促使地球科学研究取得了诸多重大的突破。1999年，在南海实施的大洋钻探odp 184航次是我国南海地球科学研究中的一次零的突破，使得南海的古海洋学研究逐渐成为了国内外研究的热点区域。该航次在南海开展了6个站位的钻探工作，共钻取17个钻孔，获得了约5000米的深海岩芯，取得了西太平洋最佳的长期沉积记录，发现了气候演变长周期等多个创新成果。

　　时隔15年后的2014年，在南海开展的iodp 349航次成为了新十年iodp计划(2013-2023年)的首个航次，其重要意义不言而喻。这一航次完全由我国科学家设计和领导，旨在通过深海钻探揭示南海海盆形成的过程，研究边缘海构造和环境的变化规律，为南海深水油气等资源的勘探提供资料依据。该航次在南海中央海盆深水区5个站位(最深站位水深4379.4米，最浅站位水深3252.5米)共钻进4316.7米，获取岩芯1602.83米。iodp 349航次不仅取得了南海沉积物的样品，更是首次钻探获得了南海海底基岩的样品，为揭示南海的形成过程，确定南海形成的准确年龄，检验引发南海扩张的各种科学假说，分析相应的地质构造运动等提供了绝佳机会。相关的研究将聚焦南海的深海过程及其演变，再造边缘海的“生命史”，从而为边缘海的系统研究树立典范。

　　2017年2月至6月，由我国科学家设计和主导的iodp 367和368航次将继续在南海开展勘探调查围绕南海扩张之前大陆解体期间岩石圈的减薄过程等问题，进一步研究南海的形成与演化。

　　2、南海的形成与演化③

　　在地质演化历史上，现今的南海地区曾经存在一个古南海。古南海是在古特提斯洋④残留部分的基础上发展而来的，形成于早—中三叠世⑤(距今237-252 ma⑥)，消亡于早中新世末期(距今约15.97 ma)。从早渐新世开始(距今33.9 ma开始)，随着古南海的加速俯冲消亡新南海才逐渐开始扩张形成。在此过程期间，南海地区发生了古南海俯冲和消减作用、华南大陆边缘裂解、新南海海盆扩张等演化事件：

　　(a)早渐新世之前(距今33.9 ma之前)，古南海存在于现今南海地区，且持续地向东南方向发生了俯冲，使得邻接的华南大陆陆缘拉张;此时，南沙地块尚位于华南大陆边缘，新南海也未开始形成(图1a)。

　　(b)早渐新世早期(距今约33.9 ma)开始，新南海拉开了扩张的序幕，古南海继续向东南方向俯冲，南沙地块也逐渐从华南大陆边缘分离(图1b)。

　　(c)早中新世末期(距今约15.97 ma)，古南海最终俯冲殆尽，南沙海槽是古南海俯冲消亡的最后遗迹;此时，南海海盆也逐渐停止扩张，南沙地块与婆罗洲地块碰撞，不再向南漂移(图1c)。

　　新南海海盆发育3个次级海盆分别是西北次海盆、东部次海盆和西南次海盆。新南海的扩张始自约33.9 ma，终止于约15.97 ma，在这段地质历史时期内，新南海的三个海盆表现出不同期扩张的特点。南海海盆的扩张初期为南北方向的扩张，即扩张发生于西北次海盆和东部次海盆。但在约23 ma西南次海盆打开，新南海又沿北西-南东方向扩张这次事件被称为“南海洋中脊的跃迁”。根据前文所述的“威尔逊旋回”理论，此时的新南海具有活动的洋中脊，继续扩张的话会成为一个新的大洋。但是在约15 ma的时候新南海的洋中脊逐渐停止了活动，其原因尚未有定论，但可能与古南海俯冲殆尽有关。如今，南海的洋中脊早已死亡，南海的中央海盆则保存了残留下来的洋壳。

　　3结论

　　长江后浪推前浪，新南海的形成伴随着古南海的消亡，新南海的扩张始自约三千三百万年前(约33.9 ma)，终止于约一千五百万年前(约15.97 ma)。古南海消亡和新南海形成的过程中所发生的地质事件总体上塑造了现今南海的地质构造格局，对区域地质特征、盆地沉积充填、油气成藏和分布等起到了重要作用。

　　地质学家的研究表明，南沙地块(即现今的南沙群岛海域)是古南海消亡和新南海形成过程中从华南大陆边缘裂解出去的，持续向南漂移至现今的位置。换言之，南沙地块与华南大陆在地质属性上存在密切的“亲缘关系”。这一地质历史事实，对于我们今天为捍卫中国对南沙岛礁的主权及海洋权益所做出的努力或许增添了一个独特而有趣的注脚。

　　注：

　　① 硅铝层，其化学组成与花岗岩相近。硅镁层，其化学组成与玄武岩相近。硅镁层，属于地壳的下层部分，是个连续的圈层，而地壳上层则是由硅铝层构成，且是不连续的圈层。

　　②地球上主要的海沟(trench)都分布在太平洋周围地区。马里亚纳海沟(mariana trench)是目前所知地球上最深的海沟(最深处超过1万米)，地处菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋洋底。岛弧(island arc)是呈弧形排列的群岛，通常是火山和地震活动剧烈的区域，著名的如阿留申岛弧、日本岛弧等。

　　③南海的形成与演化所经历的具体过程和时间点尚有争论，本文尽可能选择主流的观点进行介绍。

　　④古特提斯洋(paleo-tethys ocean)是个史前海洋，存在于二叠纪晚期至三叠纪，所处位置大致相当于现今的印度洋与南亚地区。

　　⑤地质年代表(geological time scale)将地球上发生的重大事件划分为不同的阶段，可以类比于中国历史朝代顺序表去理解。地质年代表中最大的时间单位是宙，宙下分代，代下分纪，纪下分世，世下分期，期下分时。例如，普遍认为的恐龙灭绝的时间是显生宙中生代白垩纪晚白垩世马斯特里赫特期，当前我们处在显生宙新生代第四纪全新世。

　　⑥million anniversary(ma)指百万年，是地质学中常使用的时间单位。

　　1有关概念和学说

　　1、海与洋的区别

　　南海(south china sea)是面积仅次于珊瑚海(coral sea)和阿拉伯海(arabian sea)的世界第三大边缘海也是西太平洋地区面积最大的边缘海。所谓边缘海，或称陆缘海，全称为大陆边缘海(continental marginal sea)，位于大陆边缘且以半岛、岛屿或岛弧与大洋分隔。东海(east china sea)、南海以及白令海(bering sea)是亚洲三大边缘海。

　　边缘海是海(sea)的其中一种类型，与大洋(ocean)相连接，是大洋的边缘部分和附属部分。海与洋最根本的区别就在于大洋具有活动的洋中脊(oceanic ridge or mid-oceanic ridge)，洋中脊不断在进行扩张，新的洋壳均产生于此。其次，海下面的地壳主要是大陆地壳(可能有残留的洋壳)，而洋下面的地壳是大洋地壳，两者具有重要区别：洋壳仅由沉积层(即松散的、未固结的沉积物)和硅镁层组成，相较于大陆地壳缺失了硅铝层① ;陆壳厚、洋壳薄 陆壳相对稳定，而洋壳在不断地产生和消亡。最后海是相对封闭或半封闭的，而洋是开阔的、面积广大的，海的面积约占海洋总面积的11%。

　　2、板块构造学说

　　从大的构造位置上讲，南海位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块交接的部位;从次一级的构造位置上讲，南海北接华南板块，西临印支板块，南依婆罗洲地块，东靠菲律宾板块。南海的形成与演化是多个板块构造运动综合作用的结果，板块构造学说涉及到大陆漂移(continent drift)和海底扩张(seafloor spreading)两个重要的理论。

　　1915年，德国气象学家兼地质学家魏格纳(a. wegner)在《大陆与大洋的起源》一书中正式提出了“大陆漂移”的概念，但受当时科技发展水平的限制，未能为该学说找到令人信服的证据，尤其是未能提出合理的动力学机制这一学说不久后逐渐归于沉寂。直到20世纪60年代，通过大洋勘探发现了洋中脊的海底扩张现象，才为大陆漂移理论注入了新的生命力。1968年，基于大陆漂移学说和海底扩张学说，一种新的理论——板块构造学说被正式提出。板块构造学说认为岩石圈(包括地壳和上地幔)的构造单元是板块板块的边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线，板块在洋中脊分离、扩大，在俯冲带和地缝合线处下冲、消失。据此，全球可以划分为六大板块：亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极洲板块。

　　板块构造学说强调板块的大规模水平运动认为板块可以产生、生长、消亡，而且这种变化可以定量预测。例如，大西洋洋中脊每年向外扩张约2厘米。1974年，在板块构造学说的基础上，“威尔逊旋回”理论被提出，用以解释大陆岩石圈在水平方向上的演化过程。根据此理论，东非大裂谷和红海会逐渐裂开成为新的大洋，大西洋仍将继续扩张、面积不断增大;而太平洋的面积已经在持续萎缩了，再过几亿年，中美两国则可能成为领土接壤的国家——如果那个时候中美两国都存在的话。

　　大陆漂移理论当初未能被广泛地认同和接受，一个重要的原因是无法提出合理的动力学机制，板块构造学说则在这方面取得了重要的突破。根据板块构造学说，地幔对流是大陆漂移和海底扩张的主要推动力，具体机制为：洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质由此处涌出、冷却固结成新的洋壳，新形成的洋壳又把先前形成的洋壳对称性地向两侧推移，于是自洋中脊向两侧呈条带状不断地生长出新的洋壳。这个理论与大量的地质现象相吻合，能够解释海洋中和陆地上的绝大部分问题，故而迅速为主流观点所接受。但是由于地球系统整体的复杂性，其中仍有一些难以解释的现象，现有的理论尚有需要继续完善的地方。

　　与人类生产生活密切相关的一点是，由于板块运动的存在，板块交界处是地壳最为活跃的区域之一，地震几乎全部分布在板块边界上，火山也多分布在板块边界附近，这些区域地震、火山等自然灾害频繁发生。另外，有趣的是，地球是人类目前所知的唯一一个存在大陆漂移、海底扩张，符合板块构造学说的行星(当然，地球也是目前所知的唯一一个有生命存在的行星)。

　　3、大陆边缘类型划分

　　根据板块构造学说，大陆边缘主要包括主动大陆边缘和被动大陆边缘两种类型。主动大陆边缘(active continental margin)，也称汇聚型大陆边缘、太平洋型大陆边缘，主要分布在太平洋、印度洋东北缘等地。主动大陆边缘的重要特征是板块俯冲作用的存在，即洋壳俯冲插入陆壳之下，由此而形成的海沟和岛弧②是主动大陆边缘所特有的重要地貌标志。被动大陆边缘(passive continental margin)，又称离散型大陆边缘、大西洋型大陆边缘，主要分布在大西洋、印度洋周边。被动大陆边缘的重要特征是拉张裂离作用显著，断陷盆地发育，缺乏强烈的地震、火山的分布。被动大陆边缘较主动大陆边缘有更宽的大陆架和更平缓的大陆坡。需要特别指出的是，海洋法法律意义上一国的大陆架可能包括了地质学概念的大陆架(continental shelf)、大陆坡(continental slope)和大陆隆(continental rise)。

　　2南海的形成与演化

　　1、基于的研究材料

　　巧妇难为无米之炊，研究南海的形成与演化必须基于多种材料需要多学科、多手段的联合，从地球物理数据、海洋沉积记录、海底基岩的岩石矿物、海洋板块构造等多方面进行研究。近些年，在南海执行的针对不同目标的海洋科学调查项目和计划获取了大量珍贵的数据和材料，为研究南海的形成与演化做出了重要的贡献。在这之中，有几个研究计划需要着重进行介绍。

　　深海钻探计划(dsdp，deep sea drilling project，1968-1983年)、大洋钻探计划(odp，ocean drilling program，1985-2003年)、综合大洋钻探计划(iodp，integrated ocean drilling program，2003-2013年)和国际大洋发现计划(iodp，international ocean discovery program，2013-2023年)是地球科学研究史上规模最大、影响最为深远的国际合作研究计划，促使地球科学研究取得了诸多重大的突破。1999年，在南海实施的大洋钻探odp 184航次是我国南海地球科学研究中的一次零的突破，使得南海的古海洋学研究逐渐成为了国内外研究的热点区域。该航次在南海开展了6个站位的钻探工作，共钻取17个钻孔，获得了约5000米的深海岩芯，取得了西太平洋最佳的长期沉积记录，发现了气候演变长周期等多个创新成果。

　　时隔15年后的2014年，在南海开展的iodp 349航次成为了新十年iodp计划(2013-2023年)的首个航次，其重要意义不言而喻。这一航次完全由我国科学家设计和领导，旨在通过深海钻探揭示南海海盆形成的过程，研究边缘海构造和环境的变化规律，为南海深水油气等资源的勘探提供资料依据。该航次在南海中央海盆深水区5个站位(最深站位水深4379.4米，最浅站位水深3252.5米)共钻进4316.7米，获取岩芯1602.83米。iodp 349航次不仅取得了南海沉积物的样品，更是首次钻探获得了南海海底基岩的样品，为揭示南海的形成过程，确定南海形成的准确年龄，检验引发南海扩张的各种科学假说，分析相应的地质构造运动等提供了绝佳机会。相关的研究将聚焦南海的深海过程及其演变，再造边缘海的“生命史”，从而为边缘海的系统研究树立典范。

　　2017年2月至6月，由我国科学家设计和主导的iodp 367和368航次将继续在南海开展勘探调查围绕南海扩张之前大陆解体期间岩石圈的减薄过程等问题，进一步研究南海的形成与演化。

　　2、南海的形成与演化③

　　在地质演化历史上，现今的南海地区曾经存在一个古南海。古南海是在古特提斯洋④残留部分的基础上发展而来的，形成于早—中三叠世⑤(距今237-252 ma⑥)，消亡于早中新世末期(距今约15.97 ma)。从早渐新世开始(距今33.9 ma开始)，随着古南海的加速俯冲消亡新南海才逐渐开始扩张形成。在此过程期间，南海地区发生了古南海俯冲和消减作用、华南大陆边缘裂解、新南海海盆扩张等演化事件：

　　(a)早渐新世之前(距今33.9 ma之前)，古南海存在于现今南海地区，且持续地向东南方向发生了俯冲，使得邻接的华南大陆陆缘拉张;此时，南沙地块尚位于华南大陆边缘，新南海也未开始形成(图1a)。

　　(b)早渐新世早期(距今约33.9 ma)开始，新南海拉开了扩张的序幕，古南海继续向东南方向俯冲，南沙地块也逐渐从华南大陆边缘分离(图1b)。

　　(c)早中新世末期(距今约15.97 ma)，古南海最终俯冲殆尽，南沙海槽是古南海俯冲消亡的最后遗迹;此时，南海海盆也逐渐停止扩张，南沙地块与婆罗洲地块碰撞，不再向南漂移(图1c)。

　　新南海海盆发育3个次级海盆分别是西北次海盆、东部次海盆和西南次海盆。新南海的扩张始自约33.9 ma，终止于约15.97 ma，在这段地质历史时期内，新南海的三个海盆表现出不同期扩张的特点。南海海盆的扩张初期为南北方向的扩张，即扩张发生于西北次海盆和东部次海盆。但在约23 ma西南次海盆打开，新南海又沿北西-南东方向扩张这次事件被称为“南海洋中脊的跃迁”。根据前文所述的“威尔逊旋回”理论，此时的新南海具有活动的洋中脊，继续扩张的话会成为一个新的大洋。但是在约15 ma的时候新南海的洋中脊逐渐停止了活动，其原因尚未有定论，但可能与古南海俯冲殆尽有关。如今，南海的洋中脊早已死亡，南海的中央海盆则保存了残留下来的洋壳。

　　3结论

　　长江后浪推前浪，新南海的形成伴随着古南海的消亡，新南海的扩张始自约三千三百万年前(约33.9 ma)，终止于约一千五百万年前(约15.97 ma)。古南海消亡和新南海形成的过程中所发生的地质事件总体上塑造了现今南海的地质构造格局，对区域地质特征、盆地沉积充填、油气成藏和分布等起到了重要作用。

　　地质学家的研究表明，南沙地块(即现今的南沙群岛海域)是古南海消亡和新南海形成过程中从华南大陆边缘裂解出去的，持续向南漂移至现今的位置。换言之，南沙地块与华南大陆在地质属性上存在密切的“亲缘关系”。这一地质历史事实，对于我们今天为捍卫中国对南沙岛礁的主权及海洋权益所做出的努力或许增添了一个独特而有趣的注脚。

　　注：

　　① 硅铝层，其化学组成与花岗岩相近。硅镁层，其化学组成与玄武岩相近。硅镁层，属于地壳的下层部分，是个连续的圈层，而地壳上层则是由硅铝层构成，且是不连续的圈层。

　　②地球上主要的海沟(trench)都分布在太平洋周围地区。马里亚纳海沟(mariana trench)是目前所知地球上最深的海沟(最深处超过1万米)，地处菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋洋底。岛弧(island arc)是呈弧形排列的群岛，通常是火山和地震活动剧烈的区域，著名的如阿留申岛弧、日本岛弧等。

　　③南海的形成与演化所经历的具体过程和时间点尚有争论，本文尽可能选择主流的观点进行介绍。

　　④古特提斯洋(paleo-tethys ocean)是个史前海洋，存在于二叠纪晚期至三叠纪，所处位置大致相当于现今的印度洋与南亚地区。

　　⑤地质年代表(geological time scale)将地球上发生的重大事件划分为不同的阶段，可以类比于中国历史朝代顺序表去理解。地质年代表中最大的时间单位是宙，宙下分代，代下分纪，纪下分世，世下分期，期下分时。例如，普遍认为的恐龙灭绝的时间是显生宙中生代白垩纪晚白垩世马斯特里赫特期，当前我们处在显生宙新生代第四纪全新世。

　　⑥million anniversary(ma)指百万年，是地质学中常使用的时间单位。