ODP-IODP

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大洋钻探
—一个成功的国际合作项目
刘超 08.11.20
大洋钻探计划的由来及发展
莫霍计划——长岩芯计划——深海钻探计划
大洋钻探计划 大洋钻探在全球环境变化领域中的成就
中国与科学大洋钻探
新世纪的大洋钻探
海洋钻探技术简介
莫霍计划——长岩芯计划——深海钻探计划
莫霍计划的提出
Walter Munk 斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceangraphy) Harry Hess 普林斯顿大学 1957年3月 Hess和Munk谈话,对地学界没有提出重大科研课题感到遗憾。 Munk建议钻探莫霍面以下地幔物质。 1957年4月20日 Harry Hess、Walter Munk、 Roger Revelle (Scripps)
莫霍计划的提出
1958年4月 AMSOC成为美国国家科学院的一个委员会,向自然科学基 金会申请拨款获得通过。
1960年12月
美国自然科学基金会与环球海洋勘探公司签订合同,
决定改装CUSS1号钻探船,并于1961年初试钻。
1961年3月 CUSS1号在La Jolla海岸外进行了试钻,水深948米, 钻深315米。
DSDP的主要学术成就 验证海底扩张和板块构造学说 大西洋与古特提斯洋的演化史 地中海深海钻探 钻探太平洋边缘的俯冲带 东经90度海岭的钻探与印度板块的快速北移 钻探天皇海岭,验证热点假说 钻探地壳基底火成岩 白垩纪黑色页岩及其他发现
大陆漂移说
Alfred Wegener 根据大西洋俩岸海岸线惊 人的吻合,收集了包括地质学、古生物学、 古气候学和土地测量学方面的证据,提出 大陆有一层比较轻的地壳,“漂浮”在比 较重却强度较弱的玄武岩层之上,就像冰 山漂浮在海面上一样。在2-3亿年前,现 在所有大陆都是连成一片的,组成“联合 古陆”,后来各大陆漂移到现在的位置。 大陆漂移说的缺陷 大陆漂移的动力; 物理学上的解释……
Victor Vacqier发现海底断裂,沿这种断裂磁异常条带发生了错 动,错距可达几千千米。Tuzo Wilson提出转换断层概念。
60年代,Jason Morgen、 Mckenzie、 Parker提出板块构造理论。
浅源地震分布
深源地震分布
转换断层示意
全球板块构造示意
板块构造理论的验证
Joshua Tracy、 Gorden Lill,成立Mohole 专门委员会,
Gorden Lill任主席。决定向美国国家科学基金会提出钻探 莫霍面可行性的建议书,并将这一计划命名为Mohole。
美国多学科研究会(American Miscellaneous Society,AMSOC)

1946年,美国美国海军建立了主要对海洋科学进行资助和领导的海军 研究办公室。1952年海军研究办公室成立了美国多学科研究会,这一组 织结构极其松散,任何一个科学家(多是寻求研究经费支持的大学教授) 只要和海军研究办公室打个招呼就算是它的会员了。AMSOC主要资助 的科研领域包括海洋化学、海洋生物学、海洋地质学以及海洋物理学等。 1958年AMSOC成为美国科学院的一个专门委员会。也从1958年起,美 国对于海洋科学研究资助的机构由海军转向美国国家科学基金会,至 1970年启动国际海洋考察十年计划和限制军方资助大学开展与军事相关 研究的曼斯菲尔德修宪案通过,美国国家科学基金会成为美国海洋科学 研究的资助机构。
其他成员国(联合体)
拉蒙特 - 多尔蒂地球 观测所 负责录井服务和数据 库
ODP科学业务中心
主任 副主任
德克萨斯农工大学 研究基金会
科学业务部 经理
工程和钻探部 经理
科学服务部 经理
技术和后勤部 经理
数据 库
科学 支持
钻 探 业务
工程开 发
图书和 岩芯库
出 版 物
计算机 设备
技术 支持
后 勤 支持
ODP/LDE O
ODP/TAM U
斯克里普斯 海洋所
德国不菜梅 大学
DSDP/ODP计划的科学成就
DSDP阶段
从1968年到1983年,“格罗玛挑战者号”共完成96个航次,航程逾 60万公里。在624个站位上钻井1092口。取芯累计长达98千米。验证了 海底扩张、对板块构造学说的建立做出决定性的贡献,并导致了古海洋 学学科的诞生,为地球科学带来了一场革命。
地磁条带解释的海底扩张模式
板块构造学说的提出与验证
Joseph Barrell提出“软流圈”,软流圈物质是固态的,但强度较小。
Hugo Benioff 发现深源地震大多局限在一个很窄的带内, 以不同的角度从地表向下延伸。 Jack Oliver 和 Bryan Isack 研究汤加地区深源地震发现岩石 圈板块俯冲带。
机构名称 加州大学(圣地亚哥)斯克里普斯海洋研究所 哥伦比亚大学拉蒙特一多尔蒂地球观测所 迈阿密大学罗森蒂尔海洋与大气学院 俄勒冈州立大学海洋与大气学院 罗德岛大学海洋研究生院 德克萨斯农工大学地学与海洋学院 德克萨斯大学地球物理研究所 华盛顿大学海洋与渔业学院 伍兹霍尔海洋研究所 夏威夷大学海洋与地球科学技术学院 加入年份 1964 1975 1964 1975 1975 1975 1982 1968 1964
莫霍计划的实施
1961年3月 CUSS1号在墨西哥西海岸外Guadalupe附近海域 试钻,水深3558米,5个钻孔,最大钻深183米 (穿透170米厚海底沉积层,深入玄武岩层13米)。
成就:
为验证海底沉积层下的洋壳是由玄武岩构成提供直接证据。 验证了一系列海洋钻探新技术的可行性。 时任美国总统肯尼迪来电称其为“科学史上历史性的里程
实现上述目标的工具、技术和有关的研究工作。
大洋钻探ODP执行
ODP于1985年1月开始实施,由SEDCD/BP471号商用钻探船改建 而成的JOIDES Resolution号,代替Glomma Challenger号继续活跃在 全球各大洋。 船长143米,宽21米,钻塔高61米, 排水量16862吨。可在水深8235米 处进行钻探。
的美国研究机构大洋钻探计划的组织与运作方式odpjoidesjoide执各学术行委员会服务专题计划委员joi美国科学基金会德克萨斯农工大学负责钻探船管理与学术计划的执行拉蒙特多尔蒂地球观测所负责录井服务和数据其他成员国联合体odp的管理运行结构odp科学业务中心主任副主任德克萨斯农工大学研究基金会科学业务部经理工程和钻探部经理科学服务部经理技术和后勤部经理数据科学支持业务工程开计算机设备技术支持支持odplde斯克里普斯海洋所德国不菜梅大学dsdpodp计划的科学成就从1968年到1983年格罗玛挑战者号共完成96个航次航程逾60万公里
长121米,宽19米,排水量 10500吨。 钻塔高45米,高出海面约60 米,可以起降7000米长的钻 具。 船上设首席科学家两位,约 100名左右的工作人员分为两 班,包括管理人员、海员、 钻工、DSDP雇佣的10个海洋 技师和6~19名科学家。自给 能力可达90天。
JOIDES的国际化与IPOD
ODP的组织管理和运作
JOIDES吸纳了美国以外的研究机构后,成为一个国际化的海洋 研究机构联合体。美国参与ODP的海洋研究机构便组成了Joint Oceanographic Institutions,Inc.(美国海洋研究机构联合公司, JOI.Inc.)负责ODP科学计划的制定及其执行的管理工作。 组成JOI,Inc.的美国研究机构
碑。”
对莫霍计划的质疑
激进派:Harry Hess 保守派:Hollis Hedberg (普林斯顿大学石油地质学系教授)
费用激增
Guadalupe钻探花费180万美元。莫霍孔的初步预算 为1500万到2000万美元。1964年底达到6800万;1965年10月达1亿 1200万。
科学价值
些地点出露。
英国、法国和日本的研究机构陆续加入JOIDES,DSDP进入到国际 大洋钻探阶段(International Phrase of Ocean Drill,IPOD)。
中国于1998年加入大洋钻探计划,成为大洋钻探第一个“参与成 员”,并于1999年在南海实施了中国海首次深海钻探ODP第184航次。
大洋钻探计划的提出
Oceangraphic Institutions for Deep Earth Sampling)
成立(Scripps、Woods Hole、Lamont、迈阿密大学 组成,1964年华盛顿大学加入)
长岩芯计划—深海钻探计划
1965年4~5月 JOIDES租用Caldrill-I号钻14个钻孔,取得的成果使人们
进一步意识到较之庞大却成果寥寥的莫霍计划,渐进性 的钻探计划更具有良好的前景。 1966年 Scppris争取到深海钻探的(DSDP)合同,并与环球钻探公司 签订合同建造专门的钻探船Glomar Challenger号。 (1968年3月投入使用)
格罗玛 挑战者(Glomar Challenger )号
1970年9月,DSDP第13航次,“格罗玛 挑战者”号将在地中海中 脊(非洲板块)和特里克(Crete 欧洲板块)之间的海伦海沟进 行钻探,验证贝尼奥夫带和非洲板块俯冲至欧洲板块之下的证据。
长岩芯计划—深海钻探计划
1962年, 自然科学基金会海洋科学部主任John Lyman收到Emiliani
获取长岩芯的申请。
Emiliani不仅要通过长岩芯来解决冰期问题,他进一步提出: “对这些长岩芯的地球物理、地球化学、微古生物学和矿物 学的分析,将可获得岩芯沉积时期,即过去100万年内有关 海底的环境条件的重要信息,包括水柱、洋底、大气圈、周 边陆地,甚至外层空间和太阳系的信息。

DSDP原计划于1979年全部完成,最后延长到 1983年,参与的各方面都 认为需要有一个更长期的钻探计划。
1981年
得克萨斯大学,国际性科学大洋钻探会议,对深海大洋钻探 继续进行达成共识,并确定了优先的研究领域: 大洋地壳的起源的和演化;
大陆边缘与大洋地壳的构造演化;
海洋沉积地层的沉积和演化; 大气圈、海洋、冰雪圈、生物圈和磁场的成因和长期变化;
地幔物质可能出露于深海沟的陡壁上;或在陆上的某
政治背景
1962年2月自然科学基金会选择Brown and Root Inc. 作为莫霍计划承包单位。拨款委员会主席Albert Thomas的影 响。
莫霍计划的终止
1961年 Hollis Hedberg(普林斯顿,石油地质学教授)出任AMSOC 主席,重新评估莫霍计划。 1964年1月 1966年 AMSOC解散 Thomas 逝世,同年5月5日自然科学基金会从年度计划中取 消莫霍计划;参议院一度建议恢复拨款; 1966年8月18日, 众议院108:59否决拨款,莫霍计划寿终正寝。
长岩芯计划—深海钻探计划
1962年6月10日 美国科学院海洋学委员会在迈阿密召开会议,选举了
Emiliani作为LOCO(长岩芯计划)主席。Lyman建议 由伍兹霍尔海洋研究所、哥伦比亚大学、迈阿密大
学、加利福尼亚大学组成合作机构,建造钻探船。
1964年5月 地球深部取样海洋研究机构联合体JOIDES(Joint
大洋钻探计划的组织与运作方式 ODP的管理、运行结构
ODP 数 据库与 岩芯库 国 际 学 术 界 的 建 议
美国科学基金会
JOIDES JOIDE执 各学术,行委员会 服务专题 计划委员 组 会
四、
JOI
ODP 理 事 会
JOIDES 办 公室
德克萨斯农工大 学负责钻探船管 理与学术计划的 执行
长岩芯计划—深海钻探计划
50年代,Casare Emiliani通过有孔虫介壳中氧同位素研究发 现更新世不止4个冰期。 1958年 Emiliani询问R F Bauer在波多黎各以南4000米水深打两 个1000米钻孔的可行性和费用,Bauer回答可行,费用 约200万美元。Emiliani向自然科学基金会John Lyman 1962年 申请经费支持。 迈阿密大学海洋实验室,Bob Ginsburg推动Emiliani思考 通过冰期沉积物解释气候旋回变化并与天文旋回进行对比。
海底扩张与板块构造
1909年法国科学家Benard Brunhes测量岩浆岩剩余磁性时发现了磁 性倒转现象。20年后,日本学者松山(Motonorie Matuyama)研究 日本火山岩石同样发现了极性倒转现象。 海洋调查发现在某些洋脊处磁性倒转 形成的地磁条带呈现有规律的相间分 布。 结合关于地幔物质热对流、以及极性 倒转时间跨度的测定,海底扩张理论 被提出:大洋中脊上的中央裂谷是一 个张性断裂,使由于地幔对流有关的 引张力将海底撕裂开而形成的张性构 造。
1970年 1973年 DSDP第13航次完成。领导DSDP的Scppris所长Bill Nierenberg 代表美方正式对外国研究机构参加深海钻探计划提出邀请。 莫斯科的PP Shirshov海洋研究所成为JOIDES的第一个非美国成员。
1974年
1975年
德意志联邦地质资源调查所成为参加JOIDES的第二个外国研究所。
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