盧文慧

2014年3月30日早7時，“決心號”鉆探船載著62天的驚喜與豐碩的深海戰(zhàn)果，緩緩駛?cè)肱_灣基隆港。

科學家們迎著燦爛的陽光定格了釋然的微笑。在此次航程中，科學家們收獲了多個首次：

首次獲得破譯南海年齡密碼的深?！坝矟h”——大洋玄武巖；

首次獲得深海動蕩變遷的“見證者”——鈣質(zhì)軟泥；

首次取得海底油氣資源的新線索——含有有機物質(zhì)的沉積巖……

作為南海國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）349航次的首席科學家，李春峰教授一直忙碌，

不過他非常樂意和我們分享此次南海之行，“多一個人關心我們的海洋本身就是一件好事”，李教授笑著說道。

首獲深海大洋玄武巖

近40年來，南海大陸架和陸坡海底已經(jīng)有很多研究，可是南海中央水深超過4000米的深海盆地卻一直缺乏問津。深邃的南海深海盆地到底藏著怎樣的地質(zhì)變遷的秘密？這片海究竟有多大年紀？這是李教授近年來最想弄明白的問題。2014年1月29日，“決心號”載著來自11個國家和地區(qū)的32名科學家從香港維多利亞港駛向了南海中心。

要想觸摸南海深部的巖石，不僅需要穿過4000米左右的海水，還得穿透海底1000米左右的大洋沉積層。這就必須通過鉆探的方法，打到底下的玄武巖，把不同深度的巖芯取出來。1月31日到達第一個站點后，船身下部的十二個推進器迅速轉(zhuǎn)動起來，動力定位系統(tǒng)啟動。待鉆探船“站穩(wěn)”后，隨著鉆探平臺上的馬達轟鳴聲響起，400多根每根10米的鉆探管首尾相連，似健碩的蛟龍直潛入海底，開始打下了解讀南海的第一根“金釘”?！按舜挝覀兊闹饕繕司褪谴笱笮鋷r。它是海底深部火山巖漿噴溢后快速冷卻形成的，足夠快的冷卻速度很好地記錄了當時地球磁場的信息，可以說是解開海洋身世之謎的鑰匙?！崩罱淌谡f。

長著“小牙齒”的鉆頭每深入10米，沉積物就會溫順地進入空的鉆管，取樣管就能取回一節(jié)巖芯。機器穩(wěn)健運行著，科學家們緊張地期待著甲板上船員喊出“Core on Deck（巖芯上來了）”。然而當鉆頭到達沉積層中間600多米的時候，巖性發(fā)生變化，鉆頭不幸損壞?？茖W家們迅速做出決定：更換鉆頭、建立新的鉆孔，所幸這一次比較順利，2月1日凌晨，終于成功獲得了巖芯。

取芯結果讓科學家們震驚，他們首次發(fā)現(xiàn)了南海的火山碎屑巖（由于火山噴發(fā)而形成的巖石）里面含有很多玄武巖碎屑，因為其硬度很高，所以導致了之前的鉆頭損壞。說到這些火山活動遺留下來的珍貴樣本，李教授仍然難以抑制激動的心情：“這些巖石忠實地記錄了南?；鹕降难莼^程；它們的化學特征以及之間的沉積巖石中的化石，首次構建出了完整的海山演化的歷史?！?/p>

短暫的欣喜過后，科學家們又將探頭對準了更深的地下，同時也開始忐忑：會不會出現(xiàn)其他硬度很高的巖漿巖影響進一步的鉆探？李教授還有更擔心的問題：“由于第一個站點靠近南海的殘留洋中脊（即南海海底巖漿過去不斷向兩側(cè)擴張的軸心部位），構造薄弱，又是最接近地球內(nèi)部的地方，所以南海在停止生長之后，形成了大量海山。會不會獲得的巖石是海山玄武巖而不是大洋玄武巖？”

很快，科學家們的所有疑慮和擔憂隨著海底傳來的消息變成了無盡的興奮。在鉆探接近沉積層下900米的時候，探頭發(fā)現(xiàn)了褐黃色泥巖，“它與上部沉積巖顏色迥異，我們預測很快就要到達基底的大洋玄武巖了?！崩罱淌谡f。果然，從船上的顯示儀上，科學家們觀察到鉆頭的速度明顯減慢，一個小時只能鉆取幾米，因為玄武巖來自深部的冷卻巖漿，含有很多鐵鎂質(zhì)，密度特別大，所以鉆探速度非常緩慢。

漫長的等待之后，南海海底第一個大洋玄武巖巖芯最終被取出。這些巖芯被切成1.5米長一段，儲藏一段時間之后一分為二，一半永久保存，另外一半供科學家進行各種分析。回憶起當時場景，李教授臉上又泛起笑意，“這些多層玄武巖和多層火山碎屑巖，讓我們確認了南海擴張形成的晚期有過多期強烈的火山活動，它將成為研究南海乃至西太平洋演變歷史的寶貴證據(jù)?！?/p>

巧取鈣質(zhì)超微化石

3月4日是科學家們在南海第二個站位鉆探的第15個工作日，就在離預定目標還差14米的時候，出現(xiàn)了工程技術障礙，鉆探的鉆桿竟然被用于固定鉆井結構的水泥給卡死了。為保險起見，李春峰老師和船上的工程負責人等果斷做出炸斷鉆桿放棄井位的決定，迅速轉(zhuǎn)向第三站位的鉆探。

位于南海西南盆地的第三站位鉆探過程就順利得多?！叭\部的巖石時，我們采用了一種專門可以應對硬度不大的巖石的鉆頭，重力取樣系統(tǒng)使得這種鉆頭像一只‘溫柔的大手將巖芯取出，很好地保證了巖石的完整性?！崩罱淌谡f。再往深處鉆，科學家們不僅順利地獲得了玄武巖，在打撈上來的玄武巖上面意外地發(fā)現(xiàn)了厚度巨大的鈣質(zhì)軟泥（由鈣質(zhì)超微化石組成的鈣質(zhì)軟泥，顆粒僅有幾微米大?。?。

由于超微化石的成份是碳酸鈣，它只能在海水處于碳酸鹽飽和狀態(tài)下才能保存下來?！昂Ｑ笾写嬖谝粋€碳酸鹽補償深度（簡稱CCD），是劃分海水中碳酸鈣能否溶解的‘海底雪線。按道理，CCD以下的深水碳酸鈣極不容易采集，這次我們不僅采集到了，而且發(fā)現(xiàn)的鈣質(zhì)沉積的規(guī)模超出了我們的預期?！崩罱淌谡f。深入到距海底五六百米深度時，厚度達到七八米的鈣質(zhì)超微化石軟泥層經(jīng)常出現(xiàn)在科學家們面前。不同于之前取得的軟泥，這次的鈣質(zhì)軟泥已經(jīng)固結成堅硬的巖石，科學家們稱其為“白堊”，這是一種有著同粉筆一樣顏色和成分的石灰?guī)r。

對鈣質(zhì)軟泥的科學鑒定及分析同樣是測定深海年齡和環(huán)境變化的重要依據(jù)?！皩⑦@些沉積巖石的鑒定結果和大洋玄武巖的科學成果做對照，可以更準確地為南海定年?！崩罱淌诟嬖V我們，“目前我們利用微體古生物化石和古地磁測定，已初步標定東部次海盆的停止擴張即形成期，約在1600萬年前?！?/p>

喜得含有機物巖石

結束第三站位鉆探之后，科學家們迅速調(diào)整方案，在南海取“三芯”的計劃也隨之轉(zhuǎn)化為取“五芯”?！皼]想到第五鉆位點也為此次鉆探過程中增添了亮麗的一筆。”李教授說。

第五個站位位于大陸和大洋的交界線的一個凸起上，原本科學家們預想的是取上來的會是一些比較老或者比較堅硬的樣本巖石，然而當打到海底以下80米左右的時候，大家驚奇地發(fā)現(xiàn)在這種沉積巖與前面發(fā)現(xiàn)的巖石完全不同，其中竟然有很多有機碳等暗色有機物質(zhì)。李教授說：“一打撈上來，我們用肉眼就可以清楚看到這次上來的巖石特別不同，有黑色條帶狀的東西，根據(jù)經(jīng)驗，我們認為采上來的巖芯成分里面可能含有大量的有機質(zhì)成分?！?/p>

為了進一步準確判斷，科學家將取上來的巖芯迅速做好取樣送入化學實驗室進行碳、氮元素的鑒定。結果證明有機碳元素異常豐富?！半S著鉆探的再一次深入，打撈上來的巖石已不再呈條帶狀了，而是整塊的黑色泥巖?！崩罱淌谡f。從這些細節(jié)中他們就初步判斷：由于地殼發(fā)生了劇烈變動，海底巖石上部蘊藏的是有機質(zhì)含量較少的深海有機物，下部則是南海擴張之前形成的有機質(zhì)含量豐富的淺海有機物，利用地質(zhì)化學的仔細分析后，科學家們進一步確認了這是一種淺海沉積物，“里面的有機質(zhì)含量很高，這說明了其所在位置可能含有油氣資源前景！”李教授說。

這條線索可謂是科學家們收獲的最意外的驚喜。隨后，他們又通過有機碳含量指標和碳、氮比指標這兩大化學指標，認為這些有機物很大可能來源于陸地。結合前期的南海鉆探成果，科學家們進一步得出這些有機物質(zhì)屬于陸源有機物，在地殼的變動和海水的搬運過程中不斷積累聚集在此?！瓣懙厣细鞣N生物的遺體在一定的物理作用和一系列化學作用下，轉(zhuǎn)化為富含有機質(zhì)的物質(zhì)，于幾百萬年漫長的地球、海洋的歷史演變后，最終固結成巖，形成了現(xiàn)在我們看到的富含有機物質(zhì)的巖石。” 李教授說。

除此之外，科學家們還將通過生物地球化學、洋殼流體與深部微生物活動的觀測和研究直接獲取關于海底化學通量、熱流和海底下面水熱活動等信息。這些數(shù)據(jù)將為后期更深一步的深海地質(zhì)調(diào)查和油氣勘探提供更進一步可供參考的依據(jù)?！半m然目前各國在南海大陸架和陸坡海底打造的石油鉆井已超過了4000口，但是3000多米的深海還沒有人問津。所以，從這3000多米深海獲得的富含有機物的巖芯很值得油氣勘探學家研究。”李教授說。科學家做了一項非常了不起的事情，希望這次科考可以帶來重大突破，驗證一直以來南海是“第二個波斯灣”的預測！

專家劉傳聯(lián)手記

出人意料和情理之中

在這次科考過程中，科學家們有很多出人意料的發(fā)現(xiàn)，但仔細分析后卻又都在情理之中。

從濁流沉積，到火山角礫巖，再到鈣質(zhì)超微化石白堊，這些沉積巖都是南海深海盆地的第一次發(fā)現(xiàn)，屬于出人意料之事。之所以出人意料，是因為原來我們在這些深海盆地缺乏鉆探，所有的結論都來自地震剖面的解釋和推測。但這些沉積物卻揭示出南海極其復雜的沉積環(huán)境，于是這也是一個預料之中的事情。

本航次的三類微體化石發(fā)現(xiàn)，包括有孔蟲、鈣質(zhì)超微化石和放射蟲，在生物地層工作中可謂是相輔相成，漂亮地完成了對沉積物的定年工作。但是出人意料之事也是常有發(fā)生。在航次的第一個站位和第三個站位的沉積物層序中，承擔主要作用的都是鈣質(zhì)超微化石和有孔蟲，放射蟲往往在頂部地層中出現(xiàn)，然后就不見了蹤影。在這兩個站位中，在接近大洋玄武巖基底的上面都發(fā)育了黃褐色的泥巖。這段泥巖的年齡最關鍵，可以告訴人們盆地停止擴張的年齡。

然而，這種泥巖中，鈣質(zhì)的有孔蟲和超微化石卻不見了，因此無法提供年齡的數(shù)據(jù)。正當大家一籌莫展的時候，久而不見的放射蟲在這些泥巖中出現(xiàn)了，在關鍵時刻提供了年齡，發(fā)揮了重要作用。為什么放射蟲只出現(xiàn)在鉆孔沉積的頂和底呢？中間大部分時間放射蟲去哪兒了？除了古海洋環(huán)境的因素外，恐怕化石保存條件也是重要的原因。中間絕大部分時間沒有發(fā)現(xiàn)放射蟲不意味著當時古海洋中沒有放射蟲生活，可能是由于溶解作用沒有保存下來。所以放射蟲化石的出人意料也是在情理之中。

除了放射蟲，鈣質(zhì)超微化石也鬧出了許多出人意料之事。最“出格”的是在上述兩個鉆孔的玄武巖的夾縫沉積物中發(fā)現(xiàn)了超微化石。第一個站位在最下面一筒玄武巖巖芯的最底部有一些沉積物，科學家從中發(fā)現(xiàn)了古新世（老到5000萬年前）的超微化石。這讓船上的所有科學家都大吃一驚，因為這大大出乎了原先的預料，這是要改變南海形成歷史的大事呀！經(jīng)過仔細分析，科學家們認為可能是化石再沉積的結果，因此不能作為確定年齡的證據(jù)。

有孔蟲、鈣質(zhì)超微化石和放射蟲可謂是海洋微體化石的三大金剛。其中，有孔蟲無論在年代地層學還是在古海洋學研究中，始終扮演著“老大”的角色。因為有孔蟲氧同位素曲線不但可以給出高分辨率的年代，而且還可以推測古海洋和古氣候演化歷史。然而，在第三站位，有孔蟲“老大”的地位卻受到了挑戰(zhàn)。后來分析認為，因為廣泛和大段分布的鈣質(zhì)超微化石軟泥的風頭蓋過了有孔蟲，有孔蟲在多數(shù)樣品中保存不佳、化石不多。這一發(fā)現(xiàn)又是出乎意料，有孔蟲又去哪兒了？是溶解掉了嗎？但為什么同是鈣質(zhì)化石的超微化石會大量保存下來呢？原來，鈣質(zhì)超微化石的方解石成分較純，而有孔蟲方解石中含有微量的鎂，所以鈣質(zhì)超微化石較有孔蟲抗溶，再加上快速搬運和埋藏，能夠保存下來。這樣，有孔蟲化石不多也在情理之中。

船上的工作只是整個航次科學研究的開始，大量的實驗研究工作需要實驗室里進一步開展，令人興奮的發(fā)現(xiàn)肯定還會層出不窮。