第二节 海底扩张 一、海底扩张说的提出

二次世界大战以后，工业较发达的西方各国出于军事、资源与能源等方面的考虑，开展了广泛的海底地形与地质调查。例如，他们利用回声测深等高精度的水深测量方法研究海底地形并绘制出精确的海底地形图；用重力、地震、地磁及地热等地球物理勘探方法研究海底的地质构造特征等等。到 60 代初，海底调查已获得了大量的新成果与新资料，为海底扩张说的建立准备了条件。其中比较重要的有下述 3 个方面。

  1. 全球大洋中脊及中央裂谷系的发现 50 年代晚期发现了纵贯世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷体系。大洋中脊在各大洋中互相连接，延伸总长约 64 000 km，总面积超过陆地面积的一半，它是世界上最长大的山系， 无疑也是地球上最重要的构造单元之一。在洋中脊轴部常发育有平行洋脊的巨大的中央裂谷，谷深可达 1 000～2 000m，谷壁陡峭，实际上是一系列向谷内陡倾的张性断裂。裂谷宽数十至百余公里，窄的谷底宽度不过几公里。这种张性断裂作用造成的谷地，显示洋中脊附近存在巨大的张力作用。大洋中脊轴部具有很强的构造活动性，常发生浅源地震及火山活动，并且有高的地热流异常（可达（3～5）×41.686mW/m2），反映中脊轴部是地热的排泄口和深部岩浆物质上涌的地方。

  2. 海沟及贝尼奥夫地震带在辽阔的大洋中，中部被高大的大洋中脊占据，而深陷的海沟却分布在大洋的边缘。海沟主要见于太平洋及印度洋东北部边缘，沿大陆边缘的岛弧或海岸山脉线状延伸。海沟的横剖面多呈 V 字形， 沟底深度一般大于 6000m，深者可达 10000m 以上（如马里亚纳海沟深达11033m），若计海沟沟底与岛弧或海岸山脉的相对高差，则可达 13000m 以上。

所以海沟附近是地球上高差最为悬殊的巨型地形单元，其中一定包含着极其重要的地质含义。地球物理调查表明，海沟的重力值相当低，出现负重力异常，这说明海沟下方的物质的密度轻，是不是也存在类似于高山之下的地壳“山根”插到地幔之中？但据地壳重力均衡原理，密度低的物质必将上浮形成高的地势，这与海沟的地势相矛盾。所以，可以推测，在海沟处必定有一种向下拉的作用力存在，这种力破坏了该处的重力均衡，使轻的地壳物质强制下陷。此外，海沟的地热流比正常洋盆显著低，说明海沟下面的物质比较冷。海沟附近是最强烈的构造活动带，例如，沿太平洋边缘的海沟及其附近， 形成著名的环太平洋火山带与地震带。在环太平洋地震带中，地震震源深度变化是很有规律的：在海沟附近都是浅源地震，离海沟较远出现中源地震， 在更远的大陆内部则出现深源地震，最深达 720km，震源排列成为一个由海沟向大陆方向倾斜的带，其倾角一般 45°左右（图 9.6）。海沟附近的这种震源排列形式是 50 年代美国学者贝尼奥夫发现的，故称为贝尼奥夫地震带。这种现象说明，沿着大陆边缘的海沟，存在着倾向大陆的、正在活动的巨大断裂带。

  1. 洋底地壳的新认识 本世纪 50 年代，在世界各大洋进行了广泛的地震勘探，确定了洋底地壳的 3 层结构。地震资料表明，洋壳第一层，即沉积层非常之薄，平均不过 0.5km。即使以每千年沉积 1mm 的最低沉积速度计算，只要大洋存在过 10 亿年，就应当有 1km 厚的沉积物。所以，洋底沉积物的年龄应当是比较新的。通过在大洋裂谷及断裂带的基岩崖壁处施挖采样， 至 60 年代开展深海钻探以前，在洋底尚未发现比白垩纪更老的岩石。如果大陆和海洋的位置是固定不变的，洋底的年龄就应当与大陆一样老，在洋底也应当存在大量古老的沉积岩或褶皱山系，但事实却完全相反。所有这一切， 都说明洋底地壳形成较新。但从古生物演化史以及大陆褶皱山系中的大量古老海洋沉积岩来看，地表的海水或海洋无疑在很古的时期已经出现。由此推测，洋壳是发生着新旧更替的，古老的洋壳已经消失，现在的洋壳是后来形成的。

海底地质新成果与新资料的积累，加之大陆漂移说的重新兴起，终于迎来了地球科学理论上的一场重大革新。60 年代初，美国地质学家赫斯（Hess， 1962）和迪茨（Dietz，1961）首先提出了海底扩张（seafloorspreading） 说。这一学说认为，大洋中脊顶部乃是地幔物质上升的涌出口，上升的地幔物质就冷凝形成新的洋壳，并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称的扩张。随着热地幔物质源源不断地上升并形成新的洋底，先成的老洋底不停地向大洋两缘扩张推移，洋底移动扩展的速度大约是每年几个厘米（图 9.7）。

在不同的海区，海底扩张可以有两种情况。一种是扩张着的洋底同时把邻接的大陆向两侧推开，大陆仿佛冻结在相邻的洋底上，与洋底一起向同一方向移动。这样，随着新洋底不断地生成和向两侧扩展，新生的大洋不断张开，两侧大陆逐渐漂移。像大西洋这样宽的大洋，在速度为每年数厘米的海底扩张作用下，大约一二亿年便可形成。另一种情况是当洋底扩展移动至大洋边缘的海沟处时，沿贝尼奥夫地震带向下俯冲潜没，重新返回到地幔中去。这时，洋底并不推动相邻大陆向两侧漂开，相反，大陆逆掩于洋壳俯冲带上。太平洋就是这样的情况，它本是一个古老的大洋，其洋底不断地在洋脊处新生，同时不断地在海沟处潜没消亡，好似一条运动不息的传送带，大约 2 亿

年左右洋底就可以更新一次。

由于洋底一直在生长和更新着，所以，不管是新生的大西洋和印度洋， 还是古老的太平洋，它们的洋底地壳都相当年青，不老于中生代，从而接受的海洋沉积层就比较薄。大洋中脊顶部因为是热的地幔物质涌出的地方，故出现高热流值；而海沟因为是冷的、轻的地壳物质俯冲潜没的地方，故出现低热流值和重力负异常。