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2014年3月30日早7时，“决心号”钻探船载着62天的惊喜与丰硕的深海战果，缓缓驶入台湾基隆港。
科学家们迎着灿烂的阳光定格了释然的微笑。在此次航程中，科学家们收获了多个首次：
首次获得破译南海年龄密码的深海“硬汉”——大洋玄武岩；
首次获得深海动荡变迁的“见证者”——钙质软泥；
首次取得海底油气资源的新线索——含有有机物质的沉积岩……
作为南海国际大洋发现计划（IODP）349航次的首席科学家，李春峰教授一直忙碌，
不过他非常乐意和我们分享此次南海之行，“多一个人关心我们的海洋本身就是一件好事”，李教授笑着说道。
首获深海大洋玄武岩
近40年来，南海大陆架和陆坡海底已经有很多研究，可是南海中央水深超过4000米的深海盆地却一直缺乏问津。深邃的南海深海盆地到底藏着怎样的地质变迁的秘密？这片海究竟有多大年纪？这是李教授近年来最想弄明白的问题。2014年1月29日，“决心号”载着来自11个国家和地区的32名科学家从香港维多利亚港驶向了南海中心。
要想触摸南海深部的岩石，不仅需要穿过4000米左右的海水，还得穿透海底1000米左右的大洋沉积层。这就必须通过钻探的方法，打到底下的玄武岩，把不同深度的岩芯取出来。1月31日到达第一个站点后，船身下部的十二个推进器迅速转动起来，动力定位系统启动。待钻探船“站稳”后，随着钻探平台上的马达轰鸣声响起，400多根每根10米的钻探管首尾相连，似健硕的蛟龙直潜入海底，开始打下了解读南海的第一根“金钉”。“此次我们的主要目标就是大洋玄武岩。它是海底深部火山岩浆喷溢后快速冷却形成的，足够快的冷却速度很好地记录了当时地球磁场的信息，可以说是解开海洋身世之谜的钥匙。”李教授说。
长着“小牙齿”的钻头每深入10米，沉积物就会温顺地进入空的钻管，取样管就能取回一节岩芯。机器稳健运行着，科学家们紧张地期待着甲板上船员喊出“Core on Deck（岩芯上来了）”。然而当钻头到达沉积层中间600多米的时候，岩性发生变化，钻头不幸损坏。科学家们迅速做出决定：更换钻头、建立新的钻孔，所幸这一次比较顺利，2月1日凌晨，终于成功获得了岩芯。
取芯结果让科学家们震惊，他们首次发现了南海的火山碎屑岩（由于火山喷发而形成的岩石）里面含有很多玄武岩碎屑，因为其硬度很高，所以导致了之前的钻头损坏。说到这些火山活动遗留下来的珍贵样本，李教授仍然难以抑制激动的心情：“这些岩石忠实地记录了南海火山的演化过程；它们的化学特征以及之间的沉积岩石中的化石，首次构建出了完整的海山演化的历史。”
短暂的欣喜过后，科学家们又将探头对准了更深的地下，同时也开始忐忑：会不会出现其他硬度很高的岩浆岩影响进一步的钻探？李教授还有更担心的问题：“由于第一个站点靠近南海的残留洋中脊（即南海海底岩浆过去不断向两侧扩张的轴心部位），构造薄弱，又是最接近地球内部的地方，所以南海在停止生长之后，形成了大量海山。会不会获得的岩石是海山玄武岩而不是大洋玄武岩？”
很快，科学家们的所有疑虑和担忧随着海底传来的消息变成了无尽的兴奋。在钻探接近沉积层下900米的时候，探头发现了褐黄色泥岩，“它与上部沉积岩颜色迥异，我们预测很快就要到达基底的大洋玄武岩了。”李教授说。果然，从船上的显示仪上，科学家们观察到钻头的速度明显减慢，一个小时只能钻取几米，因为玄武岩来自深部的冷却岩浆，含有很多铁镁质，密度特别大，所以钻探速度非常缓慢。
漫长的等待之后，南海海底第一个大洋玄武岩岩芯最终被取出。这些岩芯被切成1.5米长一段，储藏一段时间之后一分为二，一半永久保存，另外一半供科学家进行各种分析。回忆起当时场景，李教授脸上又泛起笑意，“这些多层玄武岩和多层火山碎屑岩，让我们确认了南海扩张形成的晚期有过多期强烈的火山活动，它将成为研究南海乃至西太平洋演变历史的宝贵证据。”
巧取钙质超微化石
3月4日是科学家们在南海第二个站位钻探的第15个工作日，就在离预定目标还差14米的时候，出现了工程技术障碍，钻探的钻杆竟然被用于固定钻井结构的水泥给卡死了。为保险起见，李春峰老师和船上的工程负责人等果断做出炸断钻杆放弃井位的决定，迅速转向第三站位的钻探。
位于南海西南盆地的第三站位钻探过程就顺利得多。“取浅部的岩石时，我们采用了一种专门可以应对硬度不大的岩石的钻头，重力取样系统使得这种钻头像一只‘温柔的大手’将岩芯取出，很好地保证了岩石的完整性。”李教授说。再往深处钻，科学家们不仅顺利地获得了玄武岩，在打捞上来的玄武岩上面意外地发现了厚度巨大的钙质软泥（由钙质超微化石组成的钙质软泥，颗粒仅有几微米大小）。
由于超微化石的成份是碳酸钙，它只能在海水处于碳酸盐饱和状态下才能保存下来。“海洋中存在一个碳酸盐补偿深度（简称CCD），是划分海水中碳酸钙能否溶解的‘海底雪线’。按道理，CCD以下的深水碳酸钙极不容易采集，这次我们不仅采集到了，而且发现的钙质沉积的规模超出了我们的预期。”李教授说。深入到距海底五六百米深度时，厚度达到七八米的钙质超微化石软泥层经常出现在科学家们面前。不同于之前取得的软泥，这次的钙质软泥已经固结成坚硬的岩石，科学家们称其为“白垩”，这是一种有着同粉笔一样颜色和成分的石灰岩。
对钙质软泥的科学鉴定及分析同样是测定深海年龄和环境变化的重要依据。“将这些沉积岩石的鉴定结果和大洋玄武岩的科学成果做对照，可以更准确地为南海定年。”李教授告诉我们，“目前我们利用微体古生物化石和古地磁测定，已初步标定东部次海盆的停止扩张即形成期，约在1600万年前。”
喜得含有机物岩石
结束第三站位钻探之后，科学家们迅速调整方案，在南海取“三芯”的计划也随之转化为取“五芯”。“没想到第五钻位点也为此次钻探过程中增添了亮丽的一笔。”李教授说。 第五个站位位于大陆和大洋的交界线的一个凸起上，原本科学家们预想的是取上来的会是一些比较老或者比较坚硬的样本岩石，然而当打到海底以下80米左右的时候，大家惊奇地发现在这种沉积岩与前面发现的岩石完全不同，其中竟然有很多有机碳等暗色有机物质。李教授说：“一打捞上来，我们用肉眼就可以清楚看到这次上来的岩石特别不同，有黑色条带状的东西，根据经验，我们认为采上来的岩芯成分里面可能含有大量的有机质成分。”
为了进一步准确判断，科学家将取上来的岩芯迅速做好取样送入化学实验室进行碳、氮元素的鉴定。结果证明有机碳元素异常丰富。“随着钻探的再一次深入，打捞上来的岩石已不再呈条带状了，而是整块的黑色泥岩。”李教授说。从这些细节中他们就初步判断：由于地壳发生了剧烈变动，海底岩石上部蕴藏的是有机质含量较少的深海有机物，下部则是南海扩张之前形成的有机质含量丰富的浅海有机物，利用地质化学的仔细分析后，科学家们进一步确认了这是一种浅海沉积物，“里面的有机质含量很高，这说明了其所在位置可能含有油气资源前景！”李教授说。
这条线索可谓是科学家们收获的最意外的惊喜。随后，他们又通过有机碳含量指标和碳、氮比指标这两大化学指标，认为这些有机物很大可能来源于陆地。结合前期的南海钻探成果，科学家们进一步得出这些有机物质属于陆源有机物，在地壳的变动和海水的搬运过程中不断积累聚集在此。“陆地上各种生物的遗体在一定的物理作用和一系列化学作用下，转化为富含有机质的物质，于几百万年漫长的地球、海洋的历史演变后，最终固结成岩，形成了现在我们看到的富含有机物质的岩石。” 李教授说。
除此之外，科学家们还将通过生物地球化学、洋壳流体与深部微生物活动的观测和研究直接获取关于海底化学通量、热流和海底下面水热活动等信息。这些数据将为后期更深一步的深海地质调查和油气勘探提供更进一步可供参考的依据。“虽然目前各国在南海大陆架和陆坡海底打造的石油钻井已超过了4000口，但是3000多米的深海还没有人问津。所以，从这3000多米深海获得的富含有机物的岩芯很值得油气勘探学家研究。”李教授说。科学家做了一项非常了不起的事情，希望这次科考可以带来重大突破，验证一直以来南海是“第二个波斯湾”的预测！
专家刘传联手记
出人意料和情理之中
在这次科考过程中，科学家们有很多出人意料的发现，但仔细分析后却又都在情理之中。
从浊流沉积，到火山角砾岩，再到钙质超微化石白垩，这些沉积岩都是南海深海盆地的第一次发现，属于出人意料之事。之所以出人意料，是因为原来我们在这些深海盆地缺乏钻探，所有的结论都来自地震剖面的解释和推测。但这些沉积物却揭示出南海极其复杂的沉积环境，于是这也是一个预料之中的事情。
本航次的三类微体化石发现，包括有孔虫、钙质超微化石和放射虫，在生物地层工作中可谓是相辅相成，漂亮地完成了对沉积物的定年工作。但是出人意料之事也是常有发生。在航次的第一个站位和第三个站位的沉积物层序中，承担主要作用的都是钙质超微化石和有孔虫，放射虫往往在顶部地层中出现，然后就不见了踪影。在这两个站位中，在接近大洋玄武岩基底的上面都发育了黄褐色的泥岩。这段泥岩的年龄最关键，可以告诉人们盆地停止扩张的年龄。
然而，这种泥岩中，钙质的有孔虫和超微化石却不见了，因此无法提供年龄的数据。正当大家一筹莫展的时候，久而不见的放射虫在这些泥岩中出现了，在关键时刻提供了年龄，发挥了重要作用。为什么放射虫只出现在钻孔沉积的顶和底呢？中间大部分时间放射虫去哪儿了？除了古海洋环境的因素外，恐怕化石保存条件也是重要的原因。中间绝大部分时间没有发现放射虫不意味着当时古海洋中没有放射虫生活，可能是由于溶解作用没有保存下来。所以放射虫化石的出人意料也是在情理之中。
除了放射虫，钙质超微化石也闹出了许多出人意料之事。最“出格”的是在上述两个钻孔的玄武岩的夹缝沉积物中发现了超微化石。第一个站位在最下面一筒玄武岩岩芯的最底部有一些沉积物，科学家从中发现了古新世（老到5000万年前）的超微化石。这让船上的所有科学家都大吃一惊，因为这大大出乎了原先的预料，这是要改变南海形成历史的大事呀！经过仔细分析，科学家们认为可能是化石再沉积的结果，因此不能作为确定年龄的证据。
有孔虫、钙质超微化石和放射虫可谓是海洋微体化石的三大金刚。其中，有孔虫无论在年代地层学还是在古海洋学研究中，始终扮演着“老大”的角色。因为有孔虫氧同位素曲线不但可以给出高分辨率的年代，而且还可以推测古海洋和古气候演化历史。然而，在第三站位，有孔虫“老大”的地位却受到了挑战。后来分析认为，因为广泛和大段分布的钙质超微化石软泥的风头盖过了有孔虫，有孔虫在多数样品中保存不佳、化石不多。这一发现又是出乎意料，有孔虫又去哪儿了？是溶解掉了吗？但为什么同是钙质化石的超微化石会大量保存下来呢？原来，钙质超微化石的方解石成分较纯，而有孔虫方解石中含有微量的镁，所以钙质超微化石较有孔虫抗溶，再加上快速搬运和埋藏，能够保存下来。这样，有孔虫化石不多也在情理之中。
船上的工作只是整个航次科学研究的开始，大量的实验研究工作需要实验室里进一步开展，令人兴奋的发现肯定还会层出不穷。
科学家们迎着灿烂的阳光定格了释然的微笑。在此次航程中，科学家们收获了多个首次：
首次获得破译南海年龄密码的深海“硬汉”——大洋玄武岩；
首次获得深海动荡变迁的“见证者”——钙质软泥；
首次取得海底油气资源的新线索——含有有机物质的沉积岩……
作为南海国际大洋发现计划（IODP）349航次的首席科学家，李春峰教授一直忙碌，
不过他非常乐意和我们分享此次南海之行，“多一个人关心我们的海洋本身就是一件好事”，李教授笑着说道。
首获深海大洋玄武岩
近40年来，南海大陆架和陆坡海底已经有很多研究，可是南海中央水深超过4000米的深海盆地却一直缺乏问津。深邃的南海深海盆地到底藏着怎样的地质变迁的秘密？这片海究竟有多大年纪？这是李教授近年来最想弄明白的问题。2014年1月29日，“决心号”载着来自11个国家和地区的32名科学家从香港维多利亚港驶向了南海中心。
要想触摸南海深部的岩石，不仅需要穿过4000米左右的海水，还得穿透海底1000米左右的大洋沉积层。这就必须通过钻探的方法，打到底下的玄武岩，把不同深度的岩芯取出来。1月31日到达第一个站点后，船身下部的十二个推进器迅速转动起来，动力定位系统启动。待钻探船“站稳”后，随着钻探平台上的马达轰鸣声响起，400多根每根10米的钻探管首尾相连，似健硕的蛟龙直潜入海底，开始打下了解读南海的第一根“金钉”。“此次我们的主要目标就是大洋玄武岩。它是海底深部火山岩浆喷溢后快速冷却形成的，足够快的冷却速度很好地记录了当时地球磁场的信息，可以说是解开海洋身世之谜的钥匙。”李教授说。
长着“小牙齿”的钻头每深入10米，沉积物就会温顺地进入空的钻管，取样管就能取回一节岩芯。机器稳健运行着，科学家们紧张地期待着甲板上船员喊出“Core on Deck（岩芯上来了）”。然而当钻头到达沉积层中间600多米的时候，岩性发生变化，钻头不幸损坏。科学家们迅速做出决定：更换钻头、建立新的钻孔，所幸这一次比较顺利，2月1日凌晨，终于成功获得了岩芯。
取芯结果让科学家们震惊，他们首次发现了南海的火山碎屑岩（由于火山喷发而形成的岩石）里面含有很多玄武岩碎屑，因为其硬度很高，所以导致了之前的钻头损坏。说到这些火山活动遗留下来的珍贵样本，李教授仍然难以抑制激动的心情：“这些岩石忠实地记录了南海火山的演化过程；它们的化学特征以及之间的沉积岩石中的化石，首次构建出了完整的海山演化的历史。”
短暂的欣喜过后，科学家们又将探头对准了更深的地下，同时也开始忐忑：会不会出现其他硬度很高的岩浆岩影响进一步的钻探？李教授还有更担心的问题：“由于第一个站点靠近南海的残留洋中脊（即南海海底岩浆过去不断向两侧扩张的轴心部位），构造薄弱，又是最接近地球内部的地方，所以南海在停止生长之后，形成了大量海山。会不会获得的岩石是海山玄武岩而不是大洋玄武岩？”
很快，科学家们的所有疑虑和担忧随着海底传来的消息变成了无尽的兴奋。在钻探接近沉积层下900米的时候，探头发现了褐黄色泥岩，“它与上部沉积岩颜色迥异，我们预测很快就要到达基底的大洋玄武岩了。”李教授说。果然，从船上的显示仪上，科学家们观察到钻头的速度明显减慢，一个小时只能钻取几米，因为玄武岩来自深部的冷却岩浆，含有很多铁镁质，密度特别大，所以钻探速度非常缓慢。
漫长的等待之后，南海海底第一个大洋玄武岩岩芯最终被取出。这些岩芯被切成1.5米长一段，储藏一段时间之后一分为二，一半永久保存，另外一半供科学家进行各种分析。回忆起当时场景，李教授脸上又泛起笑意，“这些多层玄武岩和多层火山碎屑岩，让我们确认了南海扩张形成的晚期有过多期强烈的火山活动，它将成为研究南海乃至西太平洋演变历史的宝贵证据。”
巧取钙质超微化石
3月4日是科学家们在南海第二个站位钻探的第15个工作日，就在离预定目标还差14米的时候，出现了工程技术障碍，钻探的钻杆竟然被用于固定钻井结构的水泥给卡死了。为保险起见，李春峰老师和船上的工程负责人等果断做出炸断钻杆放弃井位的决定，迅速转向第三站位的钻探。
位于南海西南盆地的第三站位钻探过程就顺利得多。“取浅部的岩石时，我们采用了一种专门可以应对硬度不大的岩石的钻头，重力取样系统使得这种钻头像一只‘温柔的大手’将岩芯取出，很好地保证了岩石的完整性。”李教授说。再往深处钻，科学家们不仅顺利地获得了玄武岩，在打捞上来的玄武岩上面意外地发现了厚度巨大的钙质软泥（由钙质超微化石组成的钙质软泥，颗粒仅有几微米大小）。
由于超微化石的成份是碳酸钙，它只能在海水处于碳酸盐饱和状态下才能保存下来。“海洋中存在一个碳酸盐补偿深度（简称CCD），是划分海水中碳酸钙能否溶解的‘海底雪线’。按道理，CCD以下的深水碳酸钙极不容易采集，这次我们不仅采集到了，而且发现的钙质沉积的规模超出了我们的预期。”李教授说。深入到距海底五六百米深度时，厚度达到七八米的钙质超微化石软泥层经常出现在科学家们面前。不同于之前取得的软泥，这次的钙质软泥已经固结成坚硬的岩石，科学家们称其为“白垩”，这是一种有着同粉笔一样颜色和成分的石灰岩。
对钙质软泥的科学鉴定及分析同样是测定深海年龄和环境变化的重要依据。“将这些沉积岩石的鉴定结果和大洋玄武岩的科学成果做对照，可以更准确地为南海定年。”李教授告诉我们，“目前我们利用微体古生物化石和古地磁测定，已初步标定东部次海盆的停止扩张即形成期，约在1600万年前。”
喜得含有机物岩石
结束第三站位钻探之后，科学家们迅速调整方案，在南海取“三芯”的计划也随之转化为取“五芯”。“没想到第五钻位点也为此次钻探过程中增添了亮丽的一笔。”李教授说。 第五个站位位于大陆和大洋的交界线的一个凸起上，原本科学家们预想的是取上来的会是一些比较老或者比较坚硬的样本岩石，然而当打到海底以下80米左右的时候，大家惊奇地发现在这种沉积岩与前面发现的岩石完全不同，其中竟然有很多有机碳等暗色有机物质。李教授说：“一打捞上来，我们用肉眼就可以清楚看到这次上来的岩石特别不同，有黑色条带状的东西，根据经验，我们认为采上来的岩芯成分里面可能含有大量的有机质成分。”
为了进一步准确判断，科学家将取上来的岩芯迅速做好取样送入化学实验室进行碳、氮元素的鉴定。结果证明有机碳元素异常丰富。“随着钻探的再一次深入，打捞上来的岩石已不再呈条带状了，而是整块的黑色泥岩。”李教授说。从这些细节中他们就初步判断：由于地壳发生了剧烈变动，海底岩石上部蕴藏的是有机质含量较少的深海有机物，下部则是南海扩张之前形成的有机质含量丰富的浅海有机物，利用地质化学的仔细分析后，科学家们进一步确认了这是一种浅海沉积物，“里面的有机质含量很高，这说明了其所在位置可能含有油气资源前景！”李教授说。
这条线索可谓是科学家们收获的最意外的惊喜。随后，他们又通过有机碳含量指标和碳、氮比指标这两大化学指标，认为这些有机物很大可能来源于陆地。结合前期的南海钻探成果，科学家们进一步得出这些有机物质属于陆源有机物，在地壳的变动和海水的搬运过程中不断积累聚集在此。“陆地上各种生物的遗体在一定的物理作用和一系列化学作用下，转化为富含有机质的物质，于几百万年漫长的地球、海洋的历史演变后，最终固结成岩，形成了现在我们看到的富含有机物质的岩石。” 李教授说。
除此之外，科学家们还将通过生物地球化学、洋壳流体与深部微生物活动的观测和研究直接获取关于海底化学通量、热流和海底下面水热活动等信息。这些数据将为后期更深一步的深海地质调查和油气勘探提供更进一步可供参考的依据。“虽然目前各国在南海大陆架和陆坡海底打造的石油钻井已超过了4000口，但是3000多米的深海还没有人问津。所以，从这3000多米深海获得的富含有机物的岩芯很值得油气勘探学家研究。”李教授说。科学家做了一项非常了不起的事情，希望这次科考可以带来重大突破，验证一直以来南海是“第二个波斯湾”的预测！
专家刘传联手记
出人意料和情理之中
在这次科考过程中，科学家们有很多出人意料的发现，但仔细分析后却又都在情理之中。
从浊流沉积，到火山角砾岩，再到钙质超微化石白垩，这些沉积岩都是南海深海盆地的第一次发现，属于出人意料之事。之所以出人意料，是因为原来我们在这些深海盆地缺乏钻探，所有的结论都来自地震剖面的解释和推测。但这些沉积物却揭示出南海极其复杂的沉积环境，于是这也是一个预料之中的事情。
本航次的三类微体化石发现，包括有孔虫、钙质超微化石和放射虫，在生物地层工作中可谓是相辅相成，漂亮地完成了对沉积物的定年工作。但是出人意料之事也是常有发生。在航次的第一个站位和第三个站位的沉积物层序中，承担主要作用的都是钙质超微化石和有孔虫，放射虫往往在顶部地层中出现，然后就不见了踪影。在这两个站位中，在接近大洋玄武岩基底的上面都发育了黄褐色的泥岩。这段泥岩的年龄最关键，可以告诉人们盆地停止扩张的年龄。
然而，这种泥岩中，钙质的有孔虫和超微化石却不见了，因此无法提供年龄的数据。正当大家一筹莫展的时候，久而不见的放射虫在这些泥岩中出现了，在关键时刻提供了年龄，发挥了重要作用。为什么放射虫只出现在钻孔沉积的顶和底呢？中间大部分时间放射虫去哪儿了？除了古海洋环境的因素外，恐怕化石保存条件也是重要的原因。中间绝大部分时间没有发现放射虫不意味着当时古海洋中没有放射虫生活，可能是由于溶解作用没有保存下来。所以放射虫化石的出人意料也是在情理之中。
除了放射虫，钙质超微化石也闹出了许多出人意料之事。最“出格”的是在上述两个钻孔的玄武岩的夹缝沉积物中发现了超微化石。第一个站位在最下面一筒玄武岩岩芯的最底部有一些沉积物，科学家从中发现了古新世（老到5000万年前）的超微化石。这让船上的所有科学家都大吃一惊，因为这大大出乎了原先的预料，这是要改变南海形成历史的大事呀！经过仔细分析，科学家们认为可能是化石再沉积的结果，因此不能作为确定年龄的证据。
有孔虫、钙质超微化石和放射虫可谓是海洋微体化石的三大金刚。其中，有孔虫无论在年代地层学还是在古海洋学研究中，始终扮演着“老大”的角色。因为有孔虫氧同位素曲线不但可以给出高分辨率的年代，而且还可以推测古海洋和古气候演化历史。然而，在第三站位，有孔虫“老大”的地位却受到了挑战。后来分析认为，因为广泛和大段分布的钙质超微化石软泥的风头盖过了有孔虫，有孔虫在多数样品中保存不佳、化石不多。这一发现又是出乎意料，有孔虫又去哪儿了？是溶解掉了吗？但为什么同是钙质化石的超微化石会大量保存下来呢？原来，钙质超微化石的方解石成分较纯，而有孔虫方解石中含有微量的镁，所以钙质超微化石较有孔虫抗溶，再加上快速搬运和埋藏，能够保存下来。这样，有孔虫化石不多也在情理之中。
船上的工作只是整个航次科学研究的开始，大量的实验研究工作需要实验室里进一步开展，令人兴奋的发现肯定还会层出不穷。