“深海”专家走进《造岩矿物学》课堂

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2021-03-17

郭鹏远 博士

中国科学院海洋研究所

副研究员

主要研究方向：

洋玄武岩的岩石学和地球化学

教育经历：

2010年毕业于吉林大学地质学专业获地球化学学士学位

2015年毕业于兰州大学获矿物学、岩石学、矿床学博士学位

深海项目工作：

北大西洋33-35°N洋中脊玄武岩地球化学

孙老师：

大家好，我是你们的孙老师！上一节课我们邀请到了深海的专家给我们简单地介绍了一下深海中大概有哪些矿产资源。其实深海蕴含着非常非常多的岩石，我们今天特别荣幸地邀请到了中国科学院海洋研究所的郭鹏远副研究员，他是一个“下五洋捉岩”的人，今天就请他来给我们介绍一下深海里有哪些岩石，深海里的玄武岩到底是什么样的。郭老师的主要研究方向是大洋玄武岩的岩石学和地球化学。在深海项目中，他负责北大西洋北纬33到35度的洋中脊玄武岩地球化学特征研究，郭老师您好！

郭老师：

您好您好孙老师！大家好！

孙老师：

郭老师，我想替同学们问一下，洋底都有哪些岩石类型呢？

郭老师：

我们常见的洋底主要是玄武岩，非常非常简单，就是玄武岩。一些拆离断层有时候能把一些地幔的橄榄岩给拆离出来，当然这个情况也比较少。在水深的地方有一些远洋沉积物，我相信大家都记得普通地质学里面讲到的蛇绿岩套里很典型的、最上面的那一套东西——硅质岩，这就是洋底能见到的岩石。当然我们看到的蛇绿岩下边那些比如辉绿岩墙、堆晶岩、纯橄岩以及后面的熔融残余。这些东西很难在洋底见到，只不过我们在大陆上可以看到。

孙老师：

好的，其实我们知道陆上也有非常多的玄武岩，比如说像五大连池也有非常非常多的玄武岩，那我们为什么一定要研究海底玄武岩呢？是有什么特殊的地质意义吗？

郭老师：

这个问题其实很大。可以这么说，从上个世纪60年代板块构造理论诞生，到后来地幔柱假说的诞生，为我们研究固体科学提供了很好的框架。我们现今研究所有的地球科学理论都是基于这两个大框架进行的。我们知道板块构造里有三种板块边界，有离散型——也就是洋中脊，我研究的内容，还有汇聚型——俯冲带，以及转换断层。地球内部物质就是通过离散型板块边界产生，也就是通过洋中脊，也有通过汇聚型边界俯冲到地幔。所以我们在相应的离散型板块边界和汇聚型板块边界就会有一些岩浆活动，主要就是玄武岩，我们看到的大部分都是玻璃、枕状玄武岩等。因此研究这些地方的玄武岩是我们理解和认识板块构造这一重要过程的非常重要的基础物质。所以说研究大洋玄武岩非常重要，它有大陆玄武岩不能做到的事情。当然研究地幔柱也是一样的，我们最开始认识地幔柱就是在大洋背景下认识到地幔柱产生的，所以洋岛玄武岩能获得很多关于地幔柱的信息，这是一个方面。

另一方面是，我们知道板块在俯冲带会有各种类型的沉积物、大洋板片的物质俯冲到地幔，持续不断的循环就会导致上地幔不均一。最开始人们就是通过研究大洋玄武岩的成分变化来发现地幔不均一的，因此研究大洋玄武岩对于我们研究地幔不均一性也是非常非常重要的一个基础。当然这里面最重要的一点是：简单。这是后来我越来越喜欢研究大洋玄武岩的一个原因。大陆玄武岩喷发需要穿过非常厚的地壳，我们知道地壳有几十公里的厚度，里面主要是酸-中酸性的成分，而且有非常古老的成分。玄武的熔体在喷发的时候会把这些东西同化混染过来，导致大陆玄武岩有时候不能反映源区信息。

而大洋玄武岩不一样——洋壳很薄，在喷发之后基本上可以反映源区信息。这就是我为什么越来越愿意做大洋玄武岩的原因。不过从严格意义上来讲，大洋、大陆玄武岩之间也没有那么清晰的界限，比如说大家熟悉的蛇绿岩套这个概念，我们现在认识到的蛇绿岩套都是在大陆造山带中发现的，这个可以称为大陆玄武岩，但是事实上他是在大洋背景下产生的。

孙老师：

好的，像我是研究地幔包体的。我的很多地幔包体可能是来自玄武岩或是金伯利岩，那大洋的玄武岩能带上来地幔包体吗？

郭老师：

可以可以，这个情况也是比较多样的，我说的大洋玄武岩只是一个泛指，包括洋中脊玄武岩，洋岛玄武岩，甚至是岛弧玄武岩。比如洋中脊玄武岩的话就比较困难了，我相信在座的学生很多都接触过网上的视频——大洋中脊在喷发的时候随着板块的拉张，熔体就像挤牙膏一样，一点一点，一个疙瘩一个疙瘩的，形成了枕状玄武岩。这些熔体在上升的过程中动力、带的能量很小，所以并不能把密度比较大的地幔岩石、包体带上来。

但洋岛玄武岩不一样，我们目前理解的，能把地幔包体带上来其实主要决定于岩浆的性质。如果岩浆有很大的能量，它就可以把密度比它更大的地幔包体带上来，否则就不行。我们一般说洋岛玄武岩是碱性富水的，大陆玄武岩也是一样，往往是碱性玄武岩能把岩石圈地幔的物质携带上来。我们可以简单地想象——我们每年过年放的“二踢脚”。其实就是一些类似于水、其他流体物质在深部地幔，或者再往上到壳幔边界，会发生爆炸，产生足够的能量破坏周围的地幔，以很大能量把地幔包体输送到地表。所以说这在洋岛玄武岩中很常见，比如夏威夷岛，很多地幔包体工作都是在夏威夷岛做出来的。

孙老师：

好的，我看您的工作主要集中在北大西洋、洋中脊玄武岩，那不同大洋之间的玄武岩特征是不一样的吗？

郭老师：

这个问题很有意思，可以说是，也可以说不是。不是的原因是，我们过去几十年的工作、与美国人、法国人的工作就发现了大西洋的地幔（玄武岩反映出来的）和太平洋、印度洋有一些不一样，比如Hf同位素，人们做大洋中脊的Hf同位素发现，大西洋的MORB解耦的现象和太平洋、印度洋的不一样。我比较感兴趣的是，这里面可能隐藏了非常多的故事，说不是的原因是，这个课题在我选择的时候是被动的，因为我的样品是我的导师牛耀龄给我的，也是他年轻的时候那个年代从海底打捞上来的。说到这里我想多说几句，这也是反映了我们国家整体的、搞大洋岩石的无奈的现象：相对大陆来说，我们国家大陆的地质搞得非常好，在国际上也有一定的地位。比如说我们熟知的“克拉通破坏”这个课题，在国际上搞得有声有色，但大洋地质就相对弱了一些，这是为什么呢？就是因为没有样品。

所以我很被动，只能是老师给我一些样品我来做，这个也有一些历史原因。上个世纪六七十年代的时候，西方国家正是板块构造理论、地幔柱假说这些理论发展的时候，我们国家那个时候有一些历史原因，并没有跟上脚步。那个时候美国有很多的单位在搞科考船，在大洋中脊下打捞样品，相继地他们又建了船——大洋钻探船，日本也有一艘钻探船。目前国际上只有两艘大洋钻探船供人类使用，但那个时候我们国家并没有做这些工作，所以我们的起点很晚、很低。我们国家的海洋地质其实发展主要是在近十几年，现在很多单位都有科考船，所以现在要面临的任务就是要去各个洋中脊、洋岛打捞样品。但是很遗憾的是很多地方已经被欧美人研究过了，不过非常庆幸的是，我们国家正在建造世界上的第三艘大洋钻探船，这样我们可以慢慢地跻身海洋地质的方向。因此我希望在座的各位同学，将来如果有理想从事海洋地质的话积极加入我们的行列，毕竟海洋地质的行列相对大陆地质的人稍多了。

孙老师：

好的，那我们看看同学们有什么问题。

同学：

郭老师您好，我是名大二的学生，听完您的分享，我想问一下，假如我未来研究生也能进入到地球化学或者说海洋地质领域进行学习，那您觉得怎么才能用相关的知识武装自己，快速地在这个领域进行成长呢？

郭老师：

同学你好。快速成长我觉得不敢说，刚才孙老师说我是人才其实也是过奖了。但是关于这方面我有两点思考。从本科生到现在，因为我和孙老师是校友嘛，都是从同一个大学毕业的。从大学到现在，我有一些感触。第一点就是：要善于思考，敢于质疑。我们本科有个教普通地质学的老师叫叶茂，相信孙老师也记得，那个时候叶老师在课堂上就说过：“大学是什么地方？大学不是教我们知识的地方，是教我们如何思考的地方”。所以我觉得“思考”在后来做研究生、一直到现在做科研是非常非常重要的。我的博士生导师牛耀龄教授也经常和我们说，他发现绝大多数人都有思考的能力，但是没有思考的习惯，所以牛老师一直督促我们要善于思考，提醒我们要动脑筋。我觉得大家能上这么好的大学，一定是有一些学习能力的，但是也一定要养成思考的习惯，要敢于质疑。我分享一点我自己的体会，这么多年我跟着牛耀龄教授，他可以说是国际上的大家。跟牛耀龄教授学到最大的东西就是，我学会了质疑。包括那些院士、专家提出的理论，任何都可以质疑——当然这是要站到一定的基础上。

第二点就是对于刚刚接触专业课的大家，我觉得打好基础是非常重要的，比如《矿物学》《岩石学》《普通地质学》这些是我们地质工作者非常重要的基础，就像一个金字塔一样，专业课就是金字塔最下面的基础，将来无论你是从事生产工作还是科研工作这都太重要了。对我而言，现在每天基本上是离不开和矿物打交道的显微镜、矿物的种类、矿物的属性特性、化学成分等等等。同学们有则改之，无则加勉，“快速”根本谈不上，这就是我的一点分享。

孙老师：

好的，谢谢郭老师今天的分享，感谢！