海沟
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第577页（5443字）
主要位于环太平洋周围，沿着大陆地壳与大洋地壳毗邻地带而发育，而偏典型洋壳一侧，并微呈弧形、断续延伸的狭长深水槽。
一般轴部水深超过6000m以上称之为海沟，如西太平洋的马里亚纳海沟，最深达11034m(11°19′N142°15′E)。小于6000m者称为海槽，如西南日本海槽。海沟横剖面几乎成宽大的“V”形，底部稍微变平，其沉积物甚薄。靠陆侧平行发育着火山岛弧或弧形山链，而统称为沟－弧系，若弧后还发育有边缘海盆者称为沟－弧－盆系，均代表活动的大陆边缘。地球极大部分的大地震多发生于沟一弧系或沟－弧－盆系。大洋地壳由洋脊运移到海沟带，“老化”的洋壳沿着向大陆倾斜的震源面(贝尼奥夫带)俯冲、下沉、消亡于深部地幔之中。
所以，海沟带也就是大洋地壳开始向深部俯冲的构造部位又称为俯冲带(Subducfion Zone)
19世纪中叶以来，有些国家由于铺设海底电缆而进行海底地形与地质的调查。1874年“塔斯卡洛勒”号探险船首先发现千岛群岛东南侧深达8574m的海渊，称之谓“塔斯卡勒海渊”。
1899年“乃罗”号发现世界最深的马里亚纳海沟，深达9636m。随着深海调查的进展，先后测量了几乎全部的海沟。特别是第二次世界大战以后，随着回声测深仪器更加精密，1951年10月“探险者八世”号测得马里亚纳海沟最深处为10863m。1952年10月“地平线”号探险船于汤加海沟测得深度为10635m(23°15′S，174°46′W)。
1959年8月，前苏联“勇士号”在“探险者八世”号测深处重测得为11034m，就称之为“勇士海渊”，乃当前世界最深的海沟记录。
20世纪50年代，艾因(J．Ewing)等根据人工地震资料而先后分析中美海沟、秘鲁－智利海沟和马利亚纳海沟等地壳构造，并获得阿留申早海沟、汤加海沟、千岛－堪察加海沟等的地磁资料，以及中美海沟、秘鲁－智利海沟与日本海沟等的热流值资料。
60年代，由于活动论的板块构造理论的兴起，海底扩张、地幔对流等概念都认为海沟是“老化”洋壳开始向大陆边缘陆壳下面俯冲的地带。由于洋壳俯冲，部分洋壳重熔，导致大陆边缘形成了钙－碱质火山－深成弧(或陆缘弧形山链)，后者便是大洋地壳沿俯冲带俯冲作用的有力证据。海沟与火山－深成弧两者有成因的内在联系，故称之为沟－弧系，它们呈平行延伸发育。在宏观上，沟－弧系是处于两板块相对运动的挤压构造环境，故将环太平洋的海沟，现今板块构造的聚敛型边界，并以含有蛇绿岩－构造混杂岩楔的加积体为特征。但在70年代后期先后于日本海沟，马里亚纳海沟、中美海沟的危地马拉段等，通过深海钻探与地震剖面信息均未发现蛇绿岩－构造混杂岩楔加积体，反之，发现较薄的没有变形沉积盖层，有的岩芯还含有张性裂隙，在海沟陆侧发育拉张型断陷盆地，具有拉张背景的构造特征及发育重力控制的滑塌堆积，此乃受俯冲构造侵蚀作用的结果，岛弧或大陆边缘外侧非但没有向大洋方向扩展，反而向大陆方向呈现沉降作用与后退，海沟向大陆方向推进。所以，若发育蛇绿岩－构造混杂岩楔加积体的海沟称为挤压－聚敛型边界，否则，称为拉张－聚敛型边界，现阶段环太平洋海沟主要属于后一类型，但它们之间在不同的时－空可以相互转化。
现代海沟主要沿太平洋边缘的陆壳与洋壳过渡带上分布，呈断续延伸的狭长深水槽。横剖面的陆侧先为宽浅的大陆架，后向大洋方向，坡度急剧变陡到3000m，K深为大陆斜坡，它可被次一级的深海平台与陡坡所交替。在3000m以下的沟壁变为陡立而延伸到海沟轴部，水深超过6000m以上。海沟轴部较为平坦接受较薄的沉积物。
海沟向大洋侧以洋壳为基底，水深稍变浅到5500～6000m，然后过渡为平坦的洋盆，海沟外坡形成小型的边缘隆起，此由于洋壳进入海沟开始俯冲形成弯曲，其表面发育小型的拉伸断裂。总的来说，海沟为两侧不对称的陡壁，宽阔的V形轴部相对平坦。但海沟经常发生浅源地震与有关的断裂活动。
全球共有30条海沟，主要沿太平洋边缘分布，其中着名的有秘鲁－智利海沟、中美海沟、赛德罗斯海沟(加里福尼亚半岛西侧)、阿留申海沟、千岛－堪察加海沟、日本海沟、伊豆－小笠源海沟、马利亚纳海沟、雅浦海沟、帛琉海沟、西南日本－琉球海沟、菲律宾海沟、西南太平洋海沟(新几内亚海沟、西美拉尼西海沟、新不列颠海沟、东美拉尼西亚海沟、新赫布里特海沟、新喀里多尼亚海沟等)、汤加海沟和克马德克海沟等。
此外，在大西洋水域有中美洲东侧的波多黎各海沟、凯曼海沟及南极洲附近的南桑德韦奇海沟。印度洋东北边缘的爪哇海沟及东地中海的爱奥尼亚－波利尼海沟等。
海沟的地球物理特征(1)地震。据1961～1967年29000次地震的分布表明，主要地震活动特别是中、深源均和海沟有关，震中均集中于环太平洋边缘的狭窄带内。主要向大陆倾斜不同深度的震源面，习惯称和达－贝尼奥夫带(Wadati-BenioffZone)。
该带厚约数万米，震源集中可分上、下两密集带。俯冲带延伸最大深度可达600～700km，这也表明形成海沟的力量是在地表以下很深的地方。贝尼奥夫将其作为大陆地块与大洋地块间巨型挤压俯冲带。
60年代，板块构造学者将它作为大洋板块的俯冲带(或称消亡带、消减带)，海沟带就作为地球表面活动大陆边缘陆壳与洋壳的边界。(2)重力。
1930年，迈奈兹(F．A．VeningMeinesz)首先于爪哇海沟发现一条－150～－400mGal的巨大重力负异常带，称为“魏宁·迈奈兹带”。
他认为这是由于海沟下面存在较轻的物质而出现质量亏损。
也有人认为海沟被比重小的海水充填，重力也变小。但海沟附近的重力异常表明这里不存在均衡平衡，形成海沟的力量必须与重力作用相反，拉着海沟下面地壳向下运动。
因此，海沟带是地幔对流向下俯冲的地带。(3)热流值。洋中脊是新生洋壳，以高热流值为特征，随着新洋壳远离洋中脊而变得越远、越冷、越致密，比重变大而相应下沉，相应还接受一部深海沉积物。所以，到达海沟附近的“老化”洋壳具有较均匀的低热流值，约为46mW／m2。
而进入海沟地带降为最低值，约为29．3～33．5mW／m2，向火山弧地带重熔上升，超过83．7mW／m2。横穿沟－弧系，其热流曲线呈台阶状变化，海沟附近的等温线显着下降，反映大洋地壳俯冲的“冷却”效应。
地幔对流理论认为洋中脊是热地幔上涌地带，海沟则是冷而重的洋壳下沉、俯冲，并重新返回到地幔深部中去。
海沟的地质作用 外来洋壳移置到海沟－俯冲带下沉、俯冲挤压，并和上覆板块前锋相互挤压为“铲刮作用”被强烈剪切成大小不一的碎块，又被海沟陆侧的原地复埋石沉积物所胶结，形成蛇绿岩－构造混杂岩楔(Mělange)。在长期持续的俯冲作用下，由俯冲大洋地壳刮下的洋壳碎块组成向大洋方向呈一系列迭瓦状逆冲的构造混杂岩楔形体。新的楔形体插入老的之下，而老的楔形体被顶举升高、变陡，逐步拼贴于上盘外侧，于弧－沟间隙外侧形成构造高地(亦称非火山弧)，构成弧前盆地的外缘。
构造混杂岩楔在证明板块构造几何格局方面起了巨大的作用。弧前盆地沉积了半深海或浅海沉积物，使岛弧不断地向大洋方向扩展，新海沟相应也向大洋方向迁移。
哈密尔顿(W．Hamilton，1979)认为爪哇海沟较为典型。板块构造理论早期认为这是板块聚敛型边界的普遍现象，80年代以来则认为这种是挤压－聚敛型的海沟才发育典型的构造混杂者增生楔。
现阶段的环太平洋海沟大多不属此类。
70年代后期以来，对日本海沟、中美海沟南段等地的陆侧通过深海钻探与多道地震反射测量，并未发现蛇绿岩－构造混杂岩增生楔的加积体，或者规模非常小型。
代之的是大陆边缘组分为重力滑塌沉积，钻探采集的岩芯也具有拉张构造特征，据地震剖面表明海沟极薄的沉积物静卧海底没有变形，日本岛弧陆坡的上白垩统不整合面之上为未变形的第三纪砂砾岩，向外发现由岛弧型钙－碱性和拉斑玄武岩序列组成而下沉的“黑潮古陆”。上述现象表明，那里的大陆边缘不仅没有被顶举起来，反而被俯冲的洋壳拽到深部去了。
它的形成机制，首先决定沿海沟边缘碎屑物质的多少，后者控制构造混杂岩增生楔的发育与演化，其次是俯冲板块的地形，平坦地形有利于沉积物的增生，而崎岖不平地形导致幕式沉积俯冲和洋底隆起物体的幕式增生作用。特别是碎屑物质不很发育时俯冲板块缺乏一个沉积物的缓冲层。
崎岖不平的地形对仰冲盘板块底部起到刨蚀作用，刨蚀的物质随着洋壳板块俯冲消亡，使上盘因重力而塌陷、后退，堆积了以大陆边缘或火山弧组分的重力滑塌杂岩体为特征。
在横剖面被移走的大量物质，不能被岩浆作用所补偿，最终导致大陆或岛弧边缘后退，海沟相应向大陆方向推进。
这以构造侵蚀作用为特征的边界称拉张－聚敛型边界，在环太平洋海沟多处出现。奥布埃(J．Aubouin)等强调俯冲构造侵蚀的普遍性与重要性。
实际上，构造混杂岩增生楔加积与构造侵蚀两者在不同的时－空上可以相互转化。如日本海沟于23Ma前，石英安山岩喷出后，便转入急剧下沉以俯冲构造侵蚀为主，岛弧边缘下沉达2000m。但到最近数百万年便开始发育小型的构造混合岩增生楔。
大洋内部有各种不同成因、规模的洋底高原。它高出海底数千米，而低于海面2000～3000m。它的组分有大洋亲缘的非正常洋壳组分，但厚度超过正常洋壳；也有属大陆亲缘的残块，它们随着大洋板块运移到达海沟附近，因具浮力不能下沉而与大陆边缘碰撞，上田诚也称为增生型碰撞。
碰撞拼贴于大陆边缘的洋底高原则称为移置地体或外来地体等，简称为地体。有些小型大洋新缘的洋底高原，仅仅减缓俯冲的速度，但最终仍俯冲消亡。由于洋底高原的杂乱分布、不连续性，洋底高原的碰撞因时一空不同而有差别，具有地区性。海沟俯冲带于碰撞前表现为一般的俯冲作用，然后因洋底高原的碰撞，整个大洋渐次缩小并未封闭，局部的新海沟跳跃到已拼贴到大陆边缘的地体后侧开始新的俯冲。
沿地体走向的两端点出现横向或斜向的转换断层(或走滑断层)。由于地体碰撞与俯冲的多次交替，但往往碰撞作用改造了俯冲作用的形迹。
而大的造山带内也还因走滑断层作用将大量较小的“碎块”聚集起来，或者将“陆块”与碰撞的地体错成若干新的小块体。
极大部分的洋壳沿俯冲带俯冲到不同的深度而局部熔融上升，由海沟向岛弧方向分别形成岛弧型拉斑质玄武岩、钙－碱质火成岩与碱质玄武岩序列的岩石组合。
其中以钙－碱质火成岩组合构成火山－深成弧为其特征，并伴生有以红柱石等为标志的高温型变质作用。
而毗邻海沟－俯冲带的构造混杂岩楔内部伴有以兰闪石为代表的高压型变质作用。两类变质带的成对出现，有助于分析俯冲带的倾向，一般由海沟－俯冲带的高压型指向火山岛弧的高温型。这是沿大陆边缘洋壳俯冲形成大陆边缘火山－岩浆弧造山带(安第斯山)的模式。
古老的海沟－俯冲带于大陆内部可见，它是反映古大洋当时的俯冲带的部位，称为古俯冲带，若大洋完全封闭，两侧大陆或大陆－岛弧、岛弧－岛弧直接碰撞则称碰撞带或焊接带，多见于两大陆之间(喜马拉雅山)。反映古洋壳残余的蛇绿岩－构造混杂岩带经强烈剪切，变形与变质出露的洋壳剖面也极不完整，便需要根据残留的蛛丝马迹及毗邻有成因联系的伴生构造、岩石组合等，重建该时沟－弧系或沟－弧－盆系被动大陆边缘等的构造轮廓。
海沟的成因 海沟成因的研究也是一项长期艰巨的任务。魏宁·迈奈兹强调重力异常将沟－弧作为“共轭”体系考虑，而认为来自大洋侧向压力作用于海沟迫使轻的上地壳向下形成褶皱，以负重力异常为特征，使较重的地幔物质于毗邻的岛弧下面向上挤以正重力异常为特征。
但当时未涉及洋壳向陆壳下面俯冲概念。奎年(1936)认为深海沟的地壳向下拗曲，后被巨厚沉积物充填，再受到进一步压缩就形成大陆边缘的山脉。
20世纪50年代，以人工地震探测与重力测量为主要手段强调海沟属拉张背景的产物。60年代后期，板块构造理论崛起，按地幔对流假说解释，冷而重的较老洋壳前缘移至海沟时，因重力等拖曳洋壳沿着俯冲带下沉、俯冲。
海沟附近明显的重力异常也表明附近没有均衡的平衡。频繁、密集的中深震源沿海沟分布，特别是与深而陡的海沟密切相关，这也表明海沟形成于地表以下很深处，它拉着海沟下面的洋壳向下俯冲，所以沿太平洋边缘便出现太平洋型的板块聚敛。然而，板块构造理论对于西太平洋的洋壳向大陆边缘俯冲，没有形成统一的一条深海沟。火山弧的凸面朝向大洋。
最近发现海沟出现拉张构造背景的现象。构造侵蚀作用如何使密度小的陆壳型滑塌堆积物，下潜到密度大的地幔中去，而不致严重破坏地球上层质量均衡等现象。当前以板块构造理论探索海沟的成因是较合理的，但尚有很多现象有待于进一步深化与解决。总之，海沟的成因似乎不是简单的。
(南京大学叶尚夫副教授撰；卢华复审)