60年来钻穿洋壳的目标远未实现，我们必须继续努力
地震资料解释的洋壳不是岩浆冷凝的“岩浆洋壳”
地幔熔融程度，即岩浆洋壳的厚度，与洋脊扩张速率成正比
基于地震资料推测的洋壳，尤其是慢速扩张洋脊形成的洋壳，是由岩浆岩和地幔橄榄岩变质的蛇纹岩无序混合组成
中国专门建造的“梦想”号大洋钻井船将是钻穿完整洋壳的理想工具
洋壳形成
洋壳组成和厚度变化
Hess型洋壳
海洋莫霍面的性质
科学海洋钻探
答案是肯定的！我们必须不懈努力，钻穿完整洋壳，客观、准确地回答基本科学问题，完善板块构造理论。这些问题包括：洋壳由什么岩石组成，有什么样的岩石学结构，有多厚，厚度变化有多大，以及壳-幔边界（即Moho面）的岩石学性质究竟如何等。这些问题听起来可能很幼稚，因为人们普遍认为这些是众所周知的事实，但事实并非如此。正确地讲，我们目前的认知远不完整，一些流行的“常识”是权威对多重假设的选择性解释。权威解释作为事实的现象在地学领域并不罕见，有待一一澄清。本文聚焦讨论“地震波速推断的洋壳是岩浆成因洋壳”的这一权威解释。
115年前克罗地亚（Croatian）地震学家Andrija Mohorovičić发现从地表到深处有个地震P波波速的突增，从 VP < 7 km/s 到 VP > 8 km/s。为纪念他的这一发现，人们称这一地震波不连续面为Moho面或壳-幔界面。亦即，之上VP < 7 km/s 的部分为地壳，之下VP > 8 km/s 的地球内部为地幔。大陆地壳很厚且变化很大（25~70 km），但洋壳很薄而且厚度均一（~ 6±1 km），所以地壳是VP < 7 km/s的任何岩石或岩石组合。20世纪60年代初之前，不少人猜想洋壳由玄武岩组成，但当时已有各大洋地震资料显示大洋Moho面深度基本一致（亦即，洋壳厚度基本一致不变）。Princeton大学的Harry Hess教授认为，全球海底喷发的玄武岩厚度如此均一，实在不可思议！所以提出“大洋Moho面是地幔橄榄岩蛇纹石化的界面”这一假说，而且已有人从大西洋底打捞到蛇纹岩了。地幔橄榄岩致密（> 3.2 g/cc），不应出露在海底，但当变质为密度低（< 2.8 g/cc）、地震波速度低（VP < 6.5 km/s）且软化的蛇纹岩时，有可能暴露在海底，因此就有了Hess-型蛇纹岩洋壳的假说，为检验这一假说，才有了众所周知的Project Mohole（1957-1966）。Project Mohole没能实现，但之后的国际大洋钻探在其他方面取得了辉煌成就（D/V Glomar Challenger DSDP, 1968-1975, IPOD, 1975-1985; D/V JOIDES Resolution ODP 1986-2003, IODP1 2003-2015, IODP2 2013至今）。
当年Project Mohole没能成功的主要原因是成本昂贵和技术挑战。过去30多年阻碍钻穿洋壳的两个关键人为因素是：（1）Moho面之上的洋壳是岩浆冷凝而成（玄武岩和玄武质岩石）这一权威解释，亦即，VP < 7.0 km/s的洋壳 = 岩浆成因洋壳，所以Moho面的属性已知，钻穿Moho面的理由不充分；（2）过去 ~ 55年大洋科学钻探用来尝试钻穿Moho面的航次太少，仅有极少数钻入裸露辉长岩“捷径”的钻孔（如东太平洋的 Hess Deep 和西南印度洋的Atlantis Bank），但仍未能钻到Moho面。因为洋底蛇纹岩是地幔橄榄岩蛇纹石化所致，所以，每当钻到蛇纹岩时，科学家们兴奋不已，误以为钻穿了洋壳，钻进地幔了。比如，2023年在大西洋中脊的IODP 399航次，获取了~1200 m的蛇纹岩，但这只是该处Moho面深度（~ 6 km）的 ~20%。所以，洋壳，尤其是在慢速扩张洋脊形成的洋壳，不全是岩浆岩，而是岩浆岩和蛇纹石化地幔橄榄岩的无序混合。事实上，蛇纹石化地幔橄榄岩广泛出露在许多慢速、超慢速扩张洋脊地段（如大西洋中脊、西南印度洋脊），而在快速扩张洋脊（如东太平洋洋隆）完全缺失。这一基本观察，和洋脊玄武岩组成的变化以及洋脊地形地貌的变化等一起，有效验证了洋脊地幔熔融的程度与扩张速率成正比，岩浆洋壳的厚度与扩张速率成正比的认知假说。客观地讲，由蛇纹岩组成的Hess-型洋壳不完全正确，但Hess有关Moho面代表地幔橄榄岩蛇纹石化界面的假说不无道理。虽然没有蛇纹石化地幔橄榄岩在快速洋脊出露，但我们不能排除其Moho面代表地幔橄榄岩蛇纹石化的界面。要点如下：
[1] Moho面是地震波不连续面，之上为VP < 7 km/s的地壳和之下为VP > 8 km/s的地幔。因此地壳可以是VP < 7 km/s的任何岩石或岩石组合，包括蛇纹石化地幔橄榄岩。
[2] 不假思索地把Moho面之上的“地壳”等同于“岩浆地壳”是错误的，并用来讨论地幔熔融程度和地幔潜在温度变化已经误导固体地球科学界30多年了。
[3] 洋壳的岩石学组成、结构、厚度及其变化以及Moho面的岩石学性质等一定与洋脊扩张速率有关。这些假说必须最终通过钻穿完整洋壳来实现，从而完善板块构造理论。
[4] 中国专门建造的大洋钻井船“梦想”号是满足钻穿洋壳的有效工具。但是，到哪里去钻，如何高效成功实施需要国内外科学家共聚一堂，总结历史经验、畅所欲言、热烈讨论（广州三沙，2024年11月24-27日），并对建议的钻位提供可行性的综合报告，启动钻位区地球物理（地形地貌、地震、重力等）调研，为成功钻穿洋壳做好科学和技术准备。
[5] 应该优先考虑在快速洋脊形成的太平洋海底远离洋脊、远离海山、远离构造扰动的部位选择第一口钻穿完整洋壳井位。
Do we really need to drill through the intact ocean crust?https://doi.org/10.1016/j.gsf.2024.101954 We must persevere to drill through the intact ocean crust to fully address fundamental questions towards completion of the plate tectonics theory. The primary questions include: what is the ocean crust made up of, how thick is it and what is the petrological nature of the crust-mantle boundary (i.e., Mohorovičić discontinuity or Moho)? These questions may sound naive because they are widely believed to be well-understood facts, but they are not. Correctly, our current knowledge remains incomplete, and some popular misperceptions come from interpretations based on convenient assumptions. One assumption is that the ocean crust inferred from seismic data is of magmatic origin. Testing this assumption is a principal motivation of Project Mohole (1957–1966), attempting to drill intact ocean crust across the Moho into the mantle. Project Mohole failed because of its high cost, engineering challenges and insufficient tries, but the technologies developed made subsequent ocean drilling successful. However, answers to the original questions remain unsatisfactory. For example, seismic crust interpreted to be of magmatic origin is shown to have globally uniform thickness of 6.0 ± 1.0 km, but crust with such thickness at many slow-spreading ridge segments is dominated by serpentinized mantle peridotites exposed on seafloors. Therefore, the popular view on ocean ridge magmatism must be re-examined, which needs intact ocean crust drilling into the mantle. Drilling at geologically simple sites in the fast-spreading Pacific seafloor is most promising. The US-led D/V JOIDES Resolution that has well served the scientific ocean drilling since 1985 is to retire by the end of 2024, but timely the Chinese geoscience community wishes to continue this international endeavor using the purpose-built D/V Meng Xiang to be in service in 2025. The international community is to gather in November 24–27, 2024, Guangzhou, China, to discuss strategies on where and how to successfully drill intact ocean crust across the Moho in coming years.牛耀龄，崂山国家实验室研究员，英国杜伦大学终身教授（2004-2022）、“国家特聘专家”（兰州大学2010-2013；中科院海洋所2013-2017；中国地质大学（北京）2018-2022）。获兰州大学地质学学士（1982）、美国阿拉巴马大学矿床学硕士（1988）和美国夏威夷大学地质与地球物理学博士（1992）。主要从事大洋岩石圈成因演化与地幔动力学及全球构造等方面的研究。在多个方面有重要发现，并做出了原创性和颠覆性的贡献（范式革命）。在Nature、Science及地球科学领域重要国际刊物发表论文280余篇，Google Scholar 总被引37000余次，H-index为99。多年连续入选Web of Science，AD Scientific，Elsevier-Stanford高被引科学家。发表在《Journal of Petrology》（2008）的论文被选为自1830至今地球科学基石经典百篇论文之一。主编国际SCI专辑5部。入选了美国地质学会（2006）、英国地质学会（2008）、美国地球物理联合会（2019）Fellow。曾任《Chinese Science Bulletin》（2003-2014）和《Science Bulletin》（2015-2017）执行副主编和主编、国际地球化学学会常务理事（2006-2009）、国际地科联固体地球组成和演化委员会主席（2004-2008）等职务。主办/《地学前缘（英文）》编辑部
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About Geoscience Frontiers
地学前缘（英文版）（Geoscience Frontiers）是由中国地质大学（北京）与北京大学共同主办的高水平英文学术期刊，与Elsevier出版集团合作出版，采用钻石开放获取模式。期刊主要刊载地球与行星科学领域的高质量综述和原创研究成果，包括矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学、地球物理学、地层与古生物学、环境与工程地质、天体地质等。科睿唯安JCR2023影响因子：8.5，位于地球科学及交叉学科领域一区（第9/253）。2023年中科院期刊分区：位于地球科学大类一区（Top期刊），地球科学综合 GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINARY 小类一区。入选中国科技期刊卓越行动计划重点类期刊（2019-2023）。
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