太平洋及其边缘海考察调查的新成果
（一）太平洋地质综合考察调查的新信息
1. 考察研究西太平洋地质的新进展
⑴“科学”号科考船在西太平洋获取大量科研样本。[6]2015年2月16日，新华网报道，正在西太平洋雅浦海沟附近海域执行科考任务的“科学”号科考船，15日结束本航次岩石拖网项目作业，从2500米至3500米水深获得数百公斤珍贵的玄武岩和珊瑚礁等样本。
经岩石拖网项目负责人张国良初步分类鉴定，成功“捞”得的三网样本，主要由几百块大小不一的玄武岩组成，还有珊瑚礁、火山浮岩、钴结壳等。
张国良介绍道，本次采样区在卡洛琳海底高原和高原裂开形成的海槽内，是卡洛琳海岭、帕里西维拉海盆以及马里亚纳岛弧的三联点。这一特殊的构造地貌单元普遍分布着岛弧火山岩和板内火山岩。由于卡洛琳洋底高原的裂解，这里还可能分布着由于板块撕裂而剥离出来的地幔岩。
张国良说：“玄武岩来自于地幔，其矿物组成和化学成分记录了来自地球深部的信息，是大洋岩石圈演化过程最直接的证据。通过对火山岩，尤其是大洋玄武岩的研究，进行年代学和地球化学分析，可以推断地幔的演化和海山形成的原因。”
拖网项目成员罗青则把太平洋比作一锅“海底捞”。他说：“这个很‘有年头儿’的‘锅’，可以追溯到3000万年前的渐新世。”据罗青介绍，这个“锅”自地球形成初期就不断发生变化，形成了海盆、海脊、海山、海沟等复杂的地形地貌，其起源和演化与整个大洋的演变息息相关。
⑵提出西太平洋板块俯冲起始、发育与成熟新模型。[7] 2022年2月，中国科学院广州地球化学研究所李洪颜研究员、中国科学院徐义刚院士和李翔博士，以及美国南佛罗里达大学杰弗里·赖安教授、西北大学张超教授等组成的研究小组，在《自然·通讯》发表研究成果，提出了西太平洋板块俯冲起始、发育与成熟新模型。
板块构造理论是固体地球科学的基石，虽然它的提出已经超过了50年，但是板块俯冲如何开始、发育与成熟这一关键科学问题，仍然没有得到很好的解答。此前研究认为，西太平洋伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带的形成，是地球上自发式起始俯冲的典范，表现为太平洋板块在重力作用下的垂向下沉。
研究人员分析了钻取的小笠原群岛弧前玻安岩的B-Sr-Nd-Pb-Hf同位素和主-微量元素，识别出早期形成的低硅玻安岩源区含有俯冲太平洋板块下洋壳辉长岩的熔体，无沉积物和蚀变玄武岩贡献，而晚期形成的高硅玻安岩源区却含有沉积物和蚀变玄武岩的流体。
该研究揭示出伊豆-小笠原-马里亚纳板块俯冲，起始表现为太平洋板块侧向挤入到原菲律宾板块之下，而非之前认为的垂向下沉。新的研究揭示，最早期的低角度俯冲，导致俯冲板块表面的沉积物和蚀变玄武岩，被刮削增生到初生海沟位置。因此，最早发生熔融的板块物质是下洋壳辉长岩（熔融温度900℃～950 ℃），当高角度俯冲开始，增生楔物质被俯冲，但是因为俯冲板块与初生地幔楔界面温度降低，新俯冲的沉积物和蚀变玄武岩无法发生熔融，仅能发生脱水（最高温度780℃～840°C）交代低硅玻安岩残余地幔，并激发其进一步熔融形成高硅玻安岩。
伴随俯冲带的进一步发育，新的俯冲板块物质被源源输入，初生地幔楔被降温，岩浆活动向西跃迁80千米至向岛和哈哈岛之后，岛弧发育成熟。研究发现，初始俯冲板块熔融-脱水过程无蛇纹岩的贡献，明显区别于成熟岛弧。在成熟岛弧，俯冲板块在弧前深度低温脱水导致上覆地幔蛇纹岩化，蛇纹岩化地幔被俯冲侵蚀进入深部俯冲隧道 (大于 80千米)，蛇纹岩分解释放流体导致弧火山作用。
该研究表明，伊豆-小笠原-马里亚纳起始俯冲，可能是全球板块构造调整背景之下的被动产物。
⑶在西太平洋获取海底大地电磁长期观测数据。[8] 2023年7月，有关媒体报道，近日，中国海洋大学海洋地球科学学院海洋电磁探测技术与装备研究团队，自主研制的海底电磁采集站在西太平洋成功完成海底大地电磁长期观测，这标志着我国海洋电磁装备研制达到国际先进水平。
2022年11月，该研究团队完成自主研发的5台海底电磁采集站投放工作，最大座底深度为5040米，并于2023年4月成功完成所有采集站的回收，获得高质量的长期观测数据。这是我国首次在水深超过5000米的海域成功获得海底大地电磁数据，填补了国内海洋电磁探测深海进入能力的一个空白，为海洋电磁装备进一步走向深海勘探奠定坚实基础。
研究人员说，将加快对获得的数据进行分析、处理和反演解释，及时为西太深部地质结构研究提供新的电性信息。
研究团队表示，下一步将继续以国家重大需求为牵引，聚焦国家重大战略，瞄准关键核心技术攻关，发挥“多学科高度交叉融合”赋能优势，持续创新研发海洋电磁高端装备，为深海资源勘探、海底深部结构和岩石圈壳幔结构研究提供重要支撑。
2. 考察研究太平洋西南部地质的新发现
发现太平洋西南部碧波下隐藏着一个新大陆。[9]2017年2月20日，《中国科学报》报道，新西兰地质与核科学研究所地质学家尼克·莫蒂默负责，他的本国同事，以及澳大利亚和新喀里多尼亚的相关学者组成的研究小组，在《今日美国地质学会》上报告称，他们发现，在太平洋西南部一望无际的碧波下，隐藏着一个不为人知的区域：西兰大陆。
地球物理学数据显示，西兰大陆的面积约为500万平方公里，相当于澳大利亚的2/3。该大陆只有3个主要陆块，即南边的新西兰北岛和南岛以及北边的新喀里多尼亚，其中94%淹没在水下。
研究人员表示，西兰大陆是一个单独的地理实体，符合适用于地球上另外几个大陆的所有标准：高于周边区域、与众不同的地质状况、界线分明以及比大洋底部厚得多的表层。
莫蒂默说；“如果可以让大洋消失，大家就会清楚地看到那里有山脉和一片高耸的大陆。”10多年来，莫蒂默和同事一直致力于探索西兰大陆的秘密。他们借助谈话、流行书籍和文章以及论文收集资料。数据显示，西兰大陆曾是冈瓦纳古陆的一部分，约占冈瓦纳古陆面积的5%。西兰大陆约在1亿年前从冈瓦纳古陆分离，随后于约8000万年前与澳大利亚大陆分家。
但目前还没有国际机构负责指定官方大陆，因此研究人员只能希望西兰大陆被公认为地球大陆的一部分。可以想见，在学界对此达成一致前，还会有无数争论。澳大利亚莫纳什大学地质学家彼得·卡伍德说：“这样把西兰大陆称为一个大陆有点像集邮。”
不过，该研究小组表示，把西兰大陆定义为一个大陆，科学意义远不止在大陆名单中增加一个名字，而是证明了一个大陆可以被淹没但仍保持完整，这有助于探索陆壳的内聚力与分裂。
3. 考察研究太平洋下方地质的新进展
绘出太平洋下方最大尺度超低速带三维结构。[10]2022年2月24日，中国科学技术大学孙道远教授与瑞士伯尔尼大学行星专家丹·鲍尔主持的一个国际研究团队，在《自然·通讯》发表论文称，他们在地球核幔边界大尺度超低速异常体结构研究领域取得重要进展，获得了太平洋下方迄今为止所发现的最大尺度超低速带的三维结构。
地球核幔边界广泛分布着超低速带，它是核幔边界存在的一种结构异常。大多数现有观察到的超低速带，聚集在下地幔大尺度低速体的边缘，其详细特征在地球演化研究中具有特殊意义。
已有研究指出，太平洋下地幔大尺度低速体的北部边界存在超大尺度柱状超低速带，但由于缺乏南-北方向数据，该超低速带的位置、大小等信息尚不清楚。2016年以来，随着阿拉斯加地区地震监测台站数量不断增加，利用南-北、东-西两个方向地震数据来“绘出”该区域内大尺度低速体的边界与超低速带三维结构成为可能。
研究团队通过对两个方向不同地震波的测量，确定太平洋大尺度低速体北部边界处的高度约900千米、大尺度低速体内部的横波速度扰动，以及大尺度低速体向北倾斜的边界特征。他们进一步利用波形拟合的方法，得到超大尺度超低速带的三维结构，其尺寸约1500×900千米，高度约50千米，S波波速降为10%。根据超低速带内部的横纵波速度扰动比值，研究人员认为它是由化学异常所造成。
结合大尺度低速体、超低速带以及古老俯冲板片的位置关系，研究团队对超大尺度超低速带的形成提出假说，认为太平洋大尺度低速体的北部边界处存在长期稳定由俯冲板片主导的水平地幔汇聚流，小尺度的超低速带在地幔流的作用下，不断在大尺度低速体的边缘处累积，最终形成现在探测到的超大尺度超低速带。同时，由于地幔流的作用，大尺度低速体也形成了向北倾斜的形态。
相比之下，太平洋大尺度低速体东北缘探测到的小尺度超低速带，是剪切地幔流将大尺度超低速带不断破碎化所造成，而其中导致的强烈的热不稳定性可能会触发地幔热柱的产生，因此夏威夷热点下方地幔热柱的起源更可能来源于大尺度低速体东北部边界。
研究团队的假说，与动力学研究结果有很好的相关性。这一成果，显示了更精确的地震图像，对认识地球下地幔动力学过程具有重要意义。
（二）太平洋边缘海考察研究的新信息
1．调查研究南海深海沉积物的新进展
⑴建成全球先进的南海深海沉积物观测系统。[11] 2017年2月20日，新华社报道，深海沉积物是地球表层系统演化重要的信息载体，为了加强研究深海沉积现象，经过多年努力，我国已在南海建立起全球先进的深海沉积物观测设施，并已取得一些重要研究成果。
南海是西太平洋地区最大的边缘海，濒临亚洲大陆，每年要接受数亿吨周边河流的沉积物，加之西太平洋深层水贯入的长期影响，在南海深海形成复杂和活跃的底层海流搬运和沉积作用，使南海成为开展深海沉积过程研究的理想场所。
目前，我国在南海东北部已建成全球先进的深海沉积动力过程综合观测系统。这套系统由同步观测的12套综合锚系和1套海底三脚架组成，锚系长度在1000米～3300米之间，水深主要分布在1500米～3900米范围内，主要观测南海的深海海流温度、盐度、流速、混合强度等参数，并收集深海里的悬浮沉积物样品。目前，它已成为我国科学家持续开展深海沉积学研究的野外实验室。
同济大学海洋地质国家重点实验室刘志飞教授负责的研究团队，通过在这里长时间的深海锚系观测，已证实等深流在南海北部海盆长期存在，在国际上第一次定义深海等深流的速度结构及其季节性变化。他们发现海表生成的中尺度涡，能够穿透数千米水层，与等深流一起，共同对深海沉积物远距离搬运起到关键作用。
他们还鉴别出南海存在两种典型的深海峡谷，分别是浊流频繁活动的“高屏海底峡谷”和沉积动力相对安静的“福尔摩萨海底峡谷”，发现高屏海底峡谷长年频发的浊流事件是由途经台湾的台风引起的。
每当超强台风登陆台湾，台风带来的超强降雨，将台湾大量沉积物通过河流灌入南海，从而沿高屏海底峡谷以浊流形式进入深海，是南海的深海物质侧向搬运最重要的过程。这些研究是深水沉积过程观测实验的先驱性工作，大大推进了我国南海深海沉积学发展。
该研究团队近日参加的南海大洋钻探活动，就是要追溯南海在数千万年前开始形成至今的深海沉积过程，探索深海沉积如何记录南海周边大陆和岛屿的沧海桑田演变，通过与现今沉积动力过程观测的直接对比，从而提取南海深海沉积中的地区性特征和全球性普适规律。
⑵南海深海沉积物钻探顺利完成首个钻孔任务。[12]2017年2月21日，新华社报道，由我国科学家主导的本次南海深海沉积物钻探顺利完成首个钻孔任务，科学家基本摸清了钻孔位置800万年以来的海底沉积特点和规律，为即将开展的基底岩石钻探奠定了良好基础。
来自中国、美国、法国、意大利等国家的33名中外科学家乘坐美国“决心”号大洋钻探船，于2月14日抵达北纬18.4度、东经115.9度的目标钻探海域，开始进行本次南海深海沉积物钻探。旨在钻取南海基底岩石，探寻大陆如何破裂、陆地为什么会变为海洋的科学之谜，检验国际上以大西洋为蓝本的非火山型大陆破裂理论。
本次南海深海沉积物钻探的首个钻孔编号为U1499A，水深在3770米左右。连日来，“决心”号用先进的APC、XCB等钻探取样设备，共钻取了71管海底沉积样品，钻孔深度为659.2米。目前，“决心”号上的中外科学家，已对首个钻孔沉积样品的形成年龄、沉积速率、岩性等进行了初步研究。古生物与古地磁的研究均判断，首个钻孔的沉积样品最早是800万年前沉积的。
首个钻孔只有最上面的48米是深海软泥样品，属于“平静有序”的典型深海沉积；48米以下的绝大部分沉积样品则“动荡无序”，反映了800万年以来，南海海底大部分时间都处于惊心动魄的风云变幻状态，海底滑坡、深海浊流、远距离搬运、生物扰动等事件频发。其中有两段最动荡的时期，分别在海底形成了厚达70米～100米、延伸达数百公里的砂层。
2．研究分析南海下部地幔的新进展
首次揭示南海下部地幔的性质及作用。[13] 2018年3月10日，中国科学院海洋研究所张国良研究员为第一作者的研究团队，在《地球与行星科学快报》网络版发表论文称，他们利用南海钻探获得的岩芯，开展地球化学研究，首次揭示了南海地幔具有印度洋型特性，且南海的东、西两个次海盆具有明显不同的地幔性质，阐明这种特性是来自海南地幔柱和大陆裂解过程中的地壳混入双重作用的结果，并认为海南地幔柱对南海的打开具有重要推动作用。
由于南海底部有一层上千米厚的沉积层，长期以来，南海的基底甚至不为人所知。这就类似脸盆中有一层沙子，如果不拨开沙子，则无法知道脸盆的硬底材料是什么。国际大洋发现计划349航次利用大洋钻探船，首次在南海钻透了上千米的沉积层，终于获得了海盆的硬底地质材料玄武岩。这些玄武岩是南海海底扩张时期由于火山作用而形成，携带了关于南海下部地幔组成的重要信息。
研究人员认为，我国的海南岛下部可能存在一个超深来源的“热柱”，在地球科学中被称为地幔柱。这个来自深部的地幔柱具有异常高的温度和特殊的化学组成，如果地幔柱出现在大陆下部，可能会将大陆“拱”裂，并改变原来地幔的化学组成。如果海南下部真的存在这样一个“热柱”，有没有可能影响到南海打开过程，以及南海下部的地幔组成？这些问题可以从钻探获得的玄武岩中得到答案。
通过分析南海海底玄武岩的化学组成，研究团队认识到：南海东、西两部分的下部地幔组成差异很大，而且在同位素组成上都属于印度洋型地幔。为了揭示南海为何存在印度洋型地幔，以及为何两个次海盆之间存在不同的地幔演化历史，该团队模拟了海南地幔柱和大陆下地壳对亏损上地幔组成的影响。结果发现，南海东部的地幔含有“热柱”组分达40%，而南海西部的地幔含有大陆地壳组分。研究最后提出一个南海初始裂解过程的模型：新生的海南地幔热柱在南海打开过程中可能起到助推作用，海南地幔柱不仅混入到南海下部的地幔，而且可能曾“烘烤”着大陆，并将大陆地壳卷入到南海的地幔中。
