深海钻探证实了海底扩张吗？

梁光河

lgh@mail.iggcas.ac.cn

1 问题提出

2018年初，杨巍然教授在网上关注到了我写的关于地震和大地构造的新见解，约我见面交流。杨巍然教授曾任中国地质大学副校长，是我国著名大地构造学家和地震专家，曾著有《中国区域大地构造》等多项深有影响力的著作并作为高校大地构造教材广泛使用。中国地质大学毛小平博士在国际会议交流中心专门租了一个小会议室，这次讨论会规模很小，只有4人参加，分别是杨巍然、张文淮、毛小平和我。我用PPT介绍了地震成因和新大陆漂移以及对中国东部新生代大地构造的新认识，讨论中杨巍然教授提出了一个关键问题，如果这样深海钻探计划中，那些证据难道都是假的吗？我当时肯定地说，那些证据肯定有问题，问题应该出在当时海底扩张假说的提出者自己主导发起深海钻探计划，结果应该是有选择性地给出证据。

事实上，美国已将深海钻探计划（Deep Sea Drilling Program，DSDP）等钻探过程和初始报告（DSDP Initial Reports）在网上公布（http://www.deepseadrilling.org/i_reports.htm），我带着好奇心，最近在网上查看他们是如何证明海底扩张的？

2 无结论的第2钻探航次

深海钻探计划是1968年至1983年期间实施的一项海洋钻探计划，其目的是在世界大洋中打大量不太深的钻井，采集沉积岩心，主要是研究覆盖在玄武岩基底上最老沉积岩资料。深海钻探计划最大成果是第3航次在南大西洋的钻探，在这个航次后发现，南大西洋洋壳的年龄沿洋中脊两侧逐渐变老，由此宣布证实了海底扩张假说。此外还根据海底钻探所取得岩心，重建了大西洋的海底扩张历史^[1]，提出距今约9000万年前，南极洲与澳洲、南美洲先后脱离，逐步形成了大西洋。还证明了印度板块曾以超过10cm/a的速度向北漂移，在近6500万年移动了4500km。

这些结论是否有问题？我们回顾一下历史再查查原始报告就清楚了。

在1968年至1983年的15年里，“格罗玛·挑战者号” （Glomar Challenger）完成了96个钻探航次。每个航次每个钻探位置和钻探结果都有较详细的初步研究报告。每个钻位的报告主要包括，地震勘探确定海底沉积物厚度、钻探过程描述、钻探取芯结果的地质学特别是古生物学研究、时间地层框架、地磁学研究和测井结果分析。

第1航次（Leg1）:1968年8月第1次在墨西哥湾开钻到中大西洋结束，共实施了7个钻位，主要测试钻探和测井等设备。并没有真正研究和验证海底扩张假说。

第2航次（Leg2）:1968年10月第2次航次开始实施，横跨北大西洋5个钻探孔位。目的是验证海底扩张。这次钻探的结果如图1所示，对每个钻孔玄武岩基底上的最古老沉积岩的结果统计在图中，并用红色标示，数字年龄是作者根据地层推测年龄加上去的大致年龄，这样一目了然容易理解，比如白垩纪末（Late Cretaceous）定为66Ma。

根据这个航次钻探结果无法给出合适的结论，所以在航次结果报告中没有结论部分，因为钻探结果和海底扩张严重不符合，没有证实海底扩张。有的钻孔取芯还存在很大问题，比如钻孔11沉积物和玄武岩之间的接触区域没有取到岩芯，也就是说这个孔位定年存在很大问题。如果将这个钻孔去掉，图1的钻探结果能够用新大陆漂移模式得到合理解释。

图1 横跨北大西洋的深海钻探结果（改自文献[2，3]）

3 疑点重重的第3钻探航次

    第2航次没有证实海底扩张假说，深海钻探计划1968年12月更换了主帅，Maxwell代替了Peterson又转到南大西洋上实施了第3航次（Leg3）共10个钻位，我疑惑的利用同样的船和技术方法在南大西洋怎么就证明了海底扩张？

对第2航次没有验证海底扩张原因的解释是，第2航次经过的北大西洋磁异常模型没有很好地限定^[4]（The magnetic anomaly pattern appears less well-defined）。这个说法太奇怪了,因为海底扩张假说所基于的磁异常条带就是以北大西洋磁异常条带为标准的，如果这个标准不对，那么怎么证明其他地方更准确。

图2给出了第3航次的钻探结果，其中最为关键的结论是图2b所示的基底沉积物年龄随洋中脊的距离越大年龄越老，该图得到了广泛引用。这个结论是否可靠？

图2 第3航次钻探结果，(a)钻孔位置图，(b)假定洋中脊扩展速率为2cm/y推算出来的基底沉积物年龄与钻孔和洋中脊的距离关系图 ^[5，6]

首先这个年龄不是沉积物生物地层年龄的直接结果，研究中主要采用浮游有孔虫和钙质纳米浮游生物及古孢粉等定年，生物群落的分布年龄很广泛，不可能准确到一个精确的年龄，比如孔位16定年到11Ma，这个年龄是根据海底扩张假说推算出来的地磁条带定年的结果，假设南大西洋扩张的速率为2cm/y，根据到洋中脊的距离推算孔位16的年龄为11Ma。也就是说，用海底扩张假说推测的海底年龄-作为证据反过来验证该假说。用假说本身来推测假说，在证据上是没有说服力的。其次还存在很多疑点，如钻孔16底层根据古植物群定年为Upper Miocene，以古植物微化石Reticulofenestra pseudoumbilica为例，该古植物分布的时代很宽泛，在0-36Ma之间都广泛存在^[7]。最后成图把年龄定为11Ma显然是不合适的，且玄武岩层之上13米未取到岩芯未定年，存在更大的问题，这个钻孔的年龄数据更没有说服力。

既然大多数钻位都钻到了玄武岩，为什么不采用更精确的同位素定年呢？

图3 古植物Reticulofenestra pseudoumbilica的分布范围

几乎每个钻孔都存在不同程度的问题，最终对第3航次时间地层框架的结论是这么描述的^[8]：大量具有不同观点的古生物学家参与最核心描述工作，很可能没有人会对这个计划的所有细节感到满意。事实上，制定它的小组成员之间并没有达成一致意见。

地磁年龄与古生物地层年龄发现很多矛盾与不一致^[9],如孔位15，玄武岩磁条带推测年龄是21Ma,而玄武岩基底上的地层古生物年龄是24±1Ma，如果这些年龄都正确的话，那么玄武岩应该是后期侵入成因而不是海底扩张在先（注：侵入成因的玄武岩应该定名辉绿岩）。最终在第3次航次总结报告中也并没有敢肯定证实了海底扩张，结论的措辞很有意思：这个模式似乎支持在过去的76Ma时间内海底以近2cm/y的速率扩张^[10]（The pattern appears to support an overall half-spreading rate of nearly 2 centimeters per year for the past 76 million years.）。

美国地质学家Meyerhoff及其同事在查阅了58000多页深海钻探计划报告后指出了报告中存在许多不严谨、不科学处^[11]。如，相当多的钻孔接触面被烘烤，说明玄武岩是侵入成因，却被当作基底，得出洋底年轻的结论。让人不安的是，DSDP共96个航次，但在第3航次结束前，就声称板块理论已得到“证明”。板块说支持者急于取证的情绪十分明显。以后更深入的调查，发现工作有不确之处。故有十多年后马宗晋先生“过去作的深海钻探其实很浅”的解嘲之言。

总之，深海钻探过程及结论疑点重重，并没有肯定海底扩张完全正确。报告中的年龄数据都是通过海底扩张推论的年龄和古生物估算的地层年龄。海底扩张推论的年龄不能作为证据，而且古生物年龄分布十分宽泛，只能作为参考。作者建议应该对玄武岩采用更准确的同位素定年，更要排除侵入成因的玄武岩。不仅仅如此，还应该对玄武岩同位素测年结果进行严格外检（盲检），外检通过方可认为正确无误。

参考文献：

[1] 刘广志．中国钻探科学技术史：地质出版社，1998年：10

[2] Peterson, M. N. A. et al, 1970, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Volume II. Washington (U.S. Government Printing Office) — H pp.

[3] Bukry, D., 1970, Coccolith Age Determinations, Leg 2, Deep Sea Drilling Project. In Peterson, M. N. A. et al, 1970, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Volume II. Washington (U.S. Government Printing Office) pp. 343-349

[4] http://www.deepseadrilling.org/03/volume/dsdp03_01.pdf

[5] Maxwell, A. E. et al, 1970, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Volume III. Washington (U.S. Government Printing Office) 1 pp.

[6] Bukry, D., and M. N. Bramlette. 1970, Coccolith Age Determinations, Leg 3, Deep Sea Drilling Project. In Maxwell, A. E. et al., 1970, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Volume III. Washington (U.S. Government Printing Office) pp. 589-611.

[7]http://www.mikrotax.org/system/index.php?taxon=Reticulofenestra%20pseudoumbilicus&module=Coccolithophores

[8] http://www.deepseadrilling.org/03/volume/dsdp03_appendixI.pdf

[9] http://www.deepseadrilling.org/03/volume/dsdp03_22.pdf

[10]http://www.deepseadrilling.org/03/volume/abstract.pdf

[11] http://blog.sciencenet.cn/blog-51667-291560.html