深海鑽探計劃

1957年，美國科學家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡議用深海鑽孔穿過莫霍面，以研究地幔的物質組成，這就是“莫霍計劃”(MOHOLE)。該計劃於1961年在美國加利福尼亞灣外試鑽，接着在墨西哥西岸外鑽到了玄武岩，以後雖因多種原因中途夭折，但為深海鑽探積累了經驗。

1964年，由美國斯克裏普斯海洋研究所等五個單位聯合發起組成“地球深層取樣聯合海洋機構”(JOIDES)，並提出了深海鑽探計劃，1965年在美國東海岸的布萊克海台試鑽成功。1966年6月,斯克裏普斯海洋研究所從美國科學基金會接受任務，籌備開展一項以淺層取樣為目的的深海鑽探計劃(DSDP)、技術上受JOIDES指導。由有動力定位設備的“格洛瑪·挑戰者”號鑽探船負責鑽探。

1968年8月，“格洛瑪·挑戰者”號首航墨西哥,深海鑽探計劃正式開始。它用五年半的時間完成了三期鑽探計劃。由於該計劃執行以來取得了顯著成果，因而蘇聯、聯邦德國、法、英、日等國相繼加入JOIDES，深海鑽探計劃進入國際合作的新時代，即大洋鑽探國際協作階段（IPOD），又稱“國際大洋鑽探計劃”。IPOD是深海鑽探計劃的第四階段，它繼續延用DSDP的航次和編號，1975年12月第45航次開始了國際大洋鑽探計劃的鑽探活動，重點研究洋殼的組成、結構和演化。

從1968年8月 11日開始至1983年11月計劃結束，“格洛瑪·挑戰者”號船完成了96個航次，鑽探站位624個，實際鑽井逾千口，航程超過 60萬公里，回收岩心 9.5萬多米。除冰雪覆蓋的北冰洋以外，鑽井遍及世界各大洋。深海鑽探的原始資料與成果按每個航次一卷彙編成《深海鑽探計劃初步報告》(Initial Reportsof the Deep Sea Drilling Project),至1985年已出版80餘卷

深海鑽探取得的大批資料彌補了近代地質學在深海地質方面的空白，驗證了海底擴張説和板塊構造説的基本論點,提供了中生代（2億年）以來古海洋學的第一手資料，極大地推動了海洋地質學的發展，對近代地質理論和實踐作出了卓越的貢獻。

“深海鑽探計劃”的主要成果有以下幾方面：

1.驗證了海底擴張和板塊構造説。60年代初、中期，海底擴張説和板塊構造説先後問世，許多地質學家疑信參半。深海鑽探計劃開始實施恰與這些新思想的出現同時。因此，驗證這些思想就成為該計劃的首要任務。

2. 證實了海底擴張與洋殼生長。深海鑽探計劃證實大洋地殼確實比陸殼年青得多,最老的岩石未超過1.7億年。鑽探得出的年齡證明，F.J.瓦因等根據海底擴張思想對海底條帶狀磁異常作出的年齡預測基本上是正確的。隨着遠離大洋中脊，洋殼年齡呈線性增加，上覆沉積物底部層位時代逐漸變老，沉積層逐漸增厚。

海底在擴張過程中伴隨着冷卻沉降，導致洋殼的埋藏深度自脊頂向兩側逐漸增大。1971年和1973年J.G.斯克萊特據此從理論上提出洋殼深度與年齡的關係曲線。大西洋和太平洋的鑽探成果證實了這一曲線的可靠性，從而可以根據斯克萊特曲線推算古海底的深度。

被動大陸邊緣的深海鑽探成果，進一步論證了陸殼引張變薄,以至完全裂開,形成新洋殼的演化過程。一些幼年海洋就是大陸裂開後初始海底擴張作用的產物。在紅海，23B航次證實，近240萬年來,該海盆以每年0.9釐米的速度擴張。加利福尼亞灣的鑽探表明，灣內的軸部盆地是近400萬年的海底擴張形成的。

3.證實俯衝增生和構造侵蝕作用。板塊構造理論認為，在俯衝過程中，大洋板塊上的深海沉積物和火成岩被刮落下來,沿海溝內壁不斷增生,構成混雜的增生楔形體。新的物質不斷自下方楔入，將老的混雜巖體逐一向上頂舉，理應產生一套上老下新的序列。深海鑽探果然在美國西岸外的阿斯托里亞海底扇和阿拉斯加海溝發現了由變形沉積物組成的增生楔形體。在中美海溝，見到溝壁上方為中新世地層，根部為更新世地層。湯加海溝、帝汶海溝、新赫布里底海溝等地的鑽探結果，也可以用增生楔形體模式解釋。

但是，深海鑽探也證明，實際情況要比原來的設想複雜得多。日本海溝、馬裏亞納海溝等均未發現足夠規模的增生楔形體。事實迫使人們另作解釋，於是有“陸殼下曳”或“構造侵蝕作用”模式的提出。在這樣的活動邊緣，沉積物隨板塊潛入地幔，陸殼因洋殼的俯衝拖曳而下撓，並常因殼下侵蝕作用而使陸殼變薄。

4.獲取了邊緣盆地的資料。邊緣盆地的性質和成因，是地球動力學中爭論較多的問題。根據板塊構造理論，島弧陸側的邊緣盆地，是弧後擴張作用的產物，下伏着擴張新生的洋殼，其年齡應比島弧洋側的俯衝洋殼年青。深海鑽探在邊緣盆地內確實發現了較年青的洋殼，如在珊瑚海盆地鑽到玄武岩，在馬里亞納弧後的菲律賓海鑽到了始新世（約5000萬年）以來的洋殼；而馬里亞納弧東側太平洋洋殼的年齡為晚中生代；有一個鑽孔穿入洋殼600米,發現其成分與正常的大洋中脊玄武岩一致。但也遇到許多複雜的情況，如在第勒尼安海中，鑽穿了200米的拉斑玄武岩,其成分介於典型大洋中脊玄武岩和板塊內部大洋島玄武岩之間。

5.揭示了中生代以來的板塊運動史。深海鑽探結果揭示了聯合古陸破裂解體的過程。1.65億年前，非洲與北美分離,形成北大西洋；距今1.25～1.10億年間,非洲與南美分離，南大西洋形成；0.95億年前，歐洲與北美分離。大西洋向北延伸。第三紀歐、非之間進一步匯聚擠壓，特提斯海消亡，其殘餘構成東地中海。西地中海是挽近時期張裂形成的，巴利阿里海底玄武岩的年齡，只有幾百萬年。

在太平洋，DSDP在東太平洋海隆的擴張中心發現了新生洋殼。向西，洋殼逐漸變老，在日本海溝和馬裏亞納海溝以東，鑽到了白堊紀和侏羅紀的洋殼。通過對條帶磁異常的測年工作，取得了有關中生代海底擴張的詳細資料。

在印度洋和南大洋的鑽探，取得了解釋海底磁異常所必需的地質依據。資料表明，大約1.27億年前，印度從澳大利亞-南極洲裂出,印度洋開始形成；0.53億年前澳大利亞與南極洲分裂。

6.闡明瞭洋底玄武岩的性質。深海鑽探表明，洋殼的層 2主要由拉斑玄武岩組成。這些玄武岩廣佈於各大洋洋底，具枕狀或角礫狀構造，大離子親石元素和輕稀土元素的含量很低，化學成分極相類似。它們形成於大洋中脊軸部，稱大洋中脊玄武岩。深海鑽探還在洋盆內海底火山和火山島揭露了另一種玄武岩類型，稱大洋島玄武岩，為板塊內部火山活動的產物，其大離子親石元素和輕稀土元素含量較高（見洋底岩石）。 對夏威夷-皇帝海嶺的鑽探發現，自東南向西北方向，海底火山和火山島的年齡逐漸變老，深度逐漸加大。這不僅證實了熱點假説，而且在海嶺地區驗證了斯克萊特曲線，證實了深海底大幅度垂直運動的存在。

7.為古海洋學的建立奠定基礎。深海鑽探取得了各大洋海底沉積物的完整剖面，其中的微體化石和超微化石為年代學和古海洋生態環境的研究提供了依據。深海沉積物的性質取決於多種因素，其中最重要的是碳酸鹽補償深度(CCD)的變化。正是這些沉積記錄，揭示了近2億年來的古海洋的演變史。為古海洋學的建立奠定了基礎。

深海鑽探發現了一些特殊的沉積物，如廣泛分佈的白堊紀中期黑色頁岩和中新世的紅粘土。它們標誌着古海洋化學性質的巨大變化。白堊紀中期黑色頁岩在大西洋分佈最廣，也見於北太平洋及澳大利亞以西的印度洋部分地區，富含有機質，是大西洋沿岸許多重要油田的生油層。它反映當時海水曾處於停滯缺氧狀態。

碳、氧穩定同位素技術在深海沉積物研究中的應用，為重建古海洋的温度史奠定了基礎。資料表明，第三紀以來，總的氣候趨勢是變冷的。最大的幾次變化，發生在始新世末漸新世初（3800萬年前）、中中新世（1400萬年前）和晚上新世（300萬年前）。根據沉積物中的冰載碎屑，南極局部開始出現冰川是在4000～4500萬年以前；漸新世初，南極附近出現大規模海水；中中新世進一步形成南極冰蓋；400～500萬年以前，南極冰蓋的範圍要比現在大得多。北半球的冰蓋遲至大約240～300萬年前的上新世晚期才開始出現。

深海鑽探在古海洋環流方面的發現具有深遠的意義。南大洋的鑽探表明，環南極洋流最早只能出現在漸新世，可能在漸新世末中新世初德雷克水道打開時，才形成完整的環南極洋流。

8.證實了地質歷史上的偶然事件。地質歷史上曾不止一次出現區域性的或全球性的偶然事件。這些事件發生在極短的時間內，引起了急劇的環境變化，並保存在沉積記錄中。深海鑽探資料為這些變化提供了證據，如地中海變幹事件和白堊紀末期生物絕滅事件等（見古海洋學）。

除上述貢獻外，深海鑽探計劃在全球性地層對比、成岩作用、地震火山形成機理、深海鑽探技術以及海底礦產資源等方面，也有新發現、新進展。研究表明，大洋邊緣的深海區擁有可喜的油氣資源。深海錳結核和多金屬軟泥也有很高的經濟價值。