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中国海区及邻域立体地貌图的设计与制作实践

刘锡清 刘喆昊

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中国海区及邻域立体地貌图的设计与制作实践

    作者简介: 刘锡清(1942—),男,研究员,主要从事海洋沉积与地貌研究,E-mail:liuxiqing1942@126.com.
  • 中图分类号: P737

The three-dimensional geomorphologic map of China Seas and adjacent regions:design and practice

  • CLC number: P737

  • 摘要: 中国海区及邻域立体地貌图既是一幅现代地图,又是一张绘画,构成了一幅“现代地图-地景画”。采取“一图三制”绘制方法,即陆地为地形晕渲法, 大陆架使用形象示意法, 深海区采用立体构图法。原图比例尺1:200万,垂直比例尺放大20倍。该图制作分两步:先绘制铅笔草图,再进行彩绘,完全手工绘制。该图展现了欧亚大陆板块东南部、大陆板块边缘及菲律宾海板块的地貌特征。区内地貌形成驱动力来自两条板块边界,即喜马拉雅碰撞带与西太平洋俯冲带。中国东部在E—W向老的构造基础上,叠加了新生代的NNE向构造,呈现网格状构造地貌格局。太平洋对大陆俯冲,拉开了日本海盆、冲绳海槽,形成2套沟弧盆体系。南海海盆是在陆缘引张下形成的,菲律宾弧北移并旋转,把南海围成边缘海。菲律宾弧北段与台湾岛碰撞,使中央山脉隆起,洋壳逆冲上陆,形成海岸山脉,台湾纵谷即板块缝合线。菲律宾海板块是太平洋板块一部分,在断裂基础上发生多次洋壳对洋壳俯冲,形成了洋缘沟弧盆地貌。
  • 图 1  中国海区及邻域地貌图(刘锡清,1992)

    Figure 1.  Geomorphologic map of China Seas and adjacent regions (LIU Xiqing, 1992)

    图 2  海底立体地貌图示例

    Figure 2.  Examples of stereoscopic landscape maps

    图 3  立体造型示意图

    Figure 3.  Three-dimensional modeling diagram

    图 4  《中国海区及邻域地貌图》之局部——东海

    Figure 4.  East China Sea——part of the Geomorphologic Map of China Seas and Adjacent Regions

    图 5  《中国海区及邻域地貌图》之局部——南海

    Figure 5.  South China Sea——part of the Geomorphologic Map of China Seas and Adjacent Regions

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-26
  • 改回日期:  2019-06-18
  • 刊出日期:  2019-08-28

中国海区及邻域立体地貌图的设计与制作实践

    作者简介: 刘锡清(1942—),男,研究员,主要从事海洋沉积与地貌研究,E-mail:liuxiqing1942@126.com
  • 1. 青岛海洋地质研究所,青岛 266071
  • 2. 河海大学海洋学院,南京 211100

摘要: 中国海区及邻域立体地貌图既是一幅现代地图,又是一张绘画,构成了一幅“现代地图-地景画”。采取“一图三制”绘制方法,即陆地为地形晕渲法, 大陆架使用形象示意法, 深海区采用立体构图法。原图比例尺1:200万,垂直比例尺放大20倍。该图制作分两步:先绘制铅笔草图,再进行彩绘,完全手工绘制。该图展现了欧亚大陆板块东南部、大陆板块边缘及菲律宾海板块的地貌特征。区内地貌形成驱动力来自两条板块边界,即喜马拉雅碰撞带与西太平洋俯冲带。中国东部在E—W向老的构造基础上,叠加了新生代的NNE向构造,呈现网格状构造地貌格局。太平洋对大陆俯冲,拉开了日本海盆、冲绳海槽,形成2套沟弧盆体系。南海海盆是在陆缘引张下形成的,菲律宾弧北移并旋转,把南海围成边缘海。菲律宾弧北段与台湾岛碰撞,使中央山脉隆起,洋壳逆冲上陆,形成海岸山脉,台湾纵谷即板块缝合线。菲律宾海板块是太平洋板块一部分,在断裂基础上发生多次洋壳对洋壳俯冲,形成了洋缘沟弧盆地貌。

English Abstract

  • 《中国海区及邻域地貌图》(图 1)是中国20世纪末出版的一幅彩色立体地貌图[1, 2],系刘光鼎主编的“中国海区及邻域地质地球物理系列图”的九幅图件之一。该图具有现代地图与绘画的双重特征。一方面,它遵循系列图的统一要求,以“板块构造理论”为指导思想,原稿底图比例尺1:200万,墨卡托投影(双中心纬线30°N与15°N,编图范围0°~42°N、102°~142°E,图面东西宽283.35cm,南北长354.80cm,分6个图版),表达内容是海陆地貌类型,可以说是一张专业地图;另一方面,它并没有使用专业图例符号,而是以绘画形式直观地展现出地貌形态。确切地说,这就是一幅“现代地图-地景画”。

    图  1  中国海区及邻域地貌图(刘锡清,1992)

    Figure 1.  Geomorphologic map of China Seas and adjacent regions (LIU Xiqing, 1992)

    立体地貌图的形式和制作方法很多,到目前为止,仅就平面纸质立体地貌图来说,常见的就有示意画法、地形晕渲法、立体造型法。示意画法是在现代地图底图上相应位置,示意性地画出相关的地貌形态。如南海立体地貌图[3](图 2a)。在前苏联出版的印度洋图集中,对海底山脉也有类似画法。地形晕渲法是在地形图上把假设的地形背光面涂上阴影,以产生立体效果。这类例子很多,如“中国海底地势图”[4] (图 2c)、南海三维地形图[5]即属于此类画法。立体构图法是假设3D坐标,垂直比例尺适当放大,将地貌体的关键点投影在xyz三轴坐标控制的位置,再绘出地貌体立体形象。这类图如日本近海海底俯瞰图[6] (图 2b)。20世纪60—70年代,随着大规模海洋调查的开展,美国海洋学家Bruce Heezen与画家Marie Tharp利用海底测深资料,联手绘制出世界大洋海底“立体地貌图”,把长期以来鲜为人知的海底世界展示出来,令人耳目一新。实际上,还不止以上三种画法,例如还有明暗等高线法、块状立体图法、统计立体图法等。

    图  2  海底立体地貌图示例

    Figure 2.  Examples of stereoscopic landscape maps

    进入21世纪以来,随着科学技术迅猛发展,卫星测量、遥感、数据库、绘图软件的出现,很快就进入了计算机绘图的时代,使立体地貌图绘制变得十分便捷而精准。在网络上下载有关数据和绘图软件,就可以打印出立体地貌图(图 2d)。一般也需要设定垂直比例尺放大倍数,以突出其立体形态。

    ① 可从https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html网站,下载美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地球物理数据中心(NGDC)发布的数字高程模型ETOPO1和数据(2008年),采用Sufer软件绘图。

    目前我国出版一些海区立体地貌图,常因陆架区水深太小,与陆地、深海区地形反差不属于同一个数量级,而将其留为空白,或者简化得几近空白。美国、日本的海底立体地貌图也是这样。显然,缺失这部分内容,不仅令人遗憾,而且有碍图件的美观。《中国海区及邻域地貌图》在设计上大胆地尝试“一图三制”方案,即把形象示意法、地形晕渲法、立体构图法三种方法,并用在同一张图上,调动绘画手段,充分表示不同区域的地貌状况,使其达到科学与艺术的统一,收到了比较满意的效果。

    《中国海区及邻域立体地貌图》的编制,得益于综合编图工程的优越技术环境,作者深入学习板块构造学说,广泛吸收地质、地球物理资料,认识和理解该区域地貌类型和成因,这是该立体地貌图得以成功的一个非常重要因素。在系列图编图工程中,作者主持了“地貌类型图”,也参与了“地形图”的工作。可以这样理解,这张立体图就是系列图中的“地形图”[7]与“地貌类型图”[8]两者绘画形式的融合表现。

    立体地貌图有助于人们对地形地貌的感知,常常作为地形图与地貌类型图的配合图件,出现在专业图集、学术著作中,在科普著作中更会得到广泛的应用。目前,海底立体地貌图的研制工作在我国学术界仍不断开展,不同画法,不同风格,竞相展现。可以说,每种画法都有自己的优势,同时也会存在某些局限。必须根据编图任务和编图区域的地貌特征,来选择具体制图方案。本文论述了该立体地貌图设计理念和制作实践,以及编图区地貌特征、形成与演化,希望能为广大读者解读该图提供一些参考。

    • 据粗略计算,系列图的编图区域中陆地(大陆及岛屿)、大陆架、深海(包括半深海)三种区域,面积分别约占整个图幅的35%、21%、44%。图内最高点与最低点分别是4101m(基纳巴卢山)及-10497m(菲律宾海沟中部),地形反差高达14598m。如果采用统一的3D构图方式,垂直方向将遇到难以展示的困难。所谓“一图三制”,即采用三种不同的绘制方法:陆地部分地形复杂,采用等高线加晕渲方式;大陆架几乎是缓倾斜的平原,高差很小,采用象形绘制法;为了充分体现西太平洋板块边缘宏伟的沟、弧、盆体系,把半深海及深海区作为该图的重点,采用3D立体坐标,垂直比例尺放大,绘出地貌造型。这样三种处理方式不仅给制图带来许多方便,而且也针对人们长期以来对陆地比较熟悉,对海底地貌了解甚少的知识不对称情况,采取了“详海略陆”的原则。三个区域的分界是海岸线与大陆架边缘线两条自然分界线,使三种区域不同画法的衔接变得比较容易实现,整个画面也给人以和谐自然的感觉。

    • 图内陆地部分主要包括中国东南部沿海地区、朝鲜半岛、中南半岛,以及日本群岛、中国台湾岛、菲律宾群岛、巽他群岛等西太平洋岛弧部分。由于受东亚板块边缘构造控制,山脉、盆地、岛弧地貌大部分呈NE走向。

      地形晕渲方法在陆地地形图上运用比较多,是出现很早的方法,已经被广大公众接受和熟悉。假设平行光线从西北(315°)方向入射,设倾角为45°,山地背光阴影面在东南方向。在背光面参入暗灰色调,这样有利于表现NE走向的山地立体感。山地以棕色为主,平原以绿色为主,色调自然。此外,本图在设计和制作时没有保留等高线,重点表现山地走向和主要构造线,地貌信息清晰。

      绘制的颜色采用传统地形图用色,即山地用棕色,平原用绿色。这不仅符合地形图编制规范,似乎也成为约定俗成的做法。本图虽然缺乏高程数量概念,但立体感仍然比较强,富有表现力,通俗易懂。

    • 大陆架是陆地与深海之间的一片宽阔的缓倾斜平原,深度为0~-200m,地势起伏多在几十米之内,一般不超过百米。其中,大陆架最发育部分的中国东海陆架,宽度可达130~600km,边缘深度仅-160m左右,平均坡度仅有1′07″。它们与陆地和深海区地形反差相比,皆不在同等量级,如果和深海部分采用同样垂直比例尺进行立体构图是非常困难的。美国的海底立体地貌图就放弃陆架区,在此保留一片空白。这样处理可以避开技术难题,也不涉及敏感地形处理问题。如果说美国的整体大洋区编图,陆架面积所占比例比较小,留白还不影响整体的美观性,而我们这个编图区陆架所占比例较大,留空白不仅使图面失之美观,而且从科学信息角度考虑也是一项缺憾。

      大陆架平原上的地貌类型同样丰富多彩,建国后我国陆架区海洋地质调查取得长足进展,积累了大量地貌成果资料,编制了许多地貌类型图,系列图编图工程也编制了全域地貌类型图。因此,把这些成果移植到立体地貌图上来,不但非常必要,而且是完全可行的。

      要在立体图上把大陆架的地貌内容画出来,总体思路是:既让图面上要保持大陆架浅海平原的整体观感,又要展现丰富的起伏低浅的地貌。采用浅淡的蓝色加浅灰色勾勒,形象地绘出大陆架的主要地貌类型。它们像是图画,又像是地貌类型符号,其中包括黄河口、长江口、珠江口的大河口水下三角洲,辽东浅滩、苏北浅滩、台湾浅滩及东海外陆架的潮流沙脊群,“黄海槽”及巽他陆架上的陆架谷等。这种表示方法不具有垂直比例尺,但又利用色调的变化,使其具有微微起伏的立体感,实践表明这种方法具有很好的效果。对于地貌形态的绘制虽具有一定随意性,主要是高程没有严格控制,但其平面位置、尺度仍然是按地图要求进行控制,并非完全随意绘制。这部分的绘制要注意保持其大陆架的整体性和独立性,使其不要与陆地或者深海区混淆。实际画法的效果需要借鉴绘画艺术来把握,使人感到大陆架是一个独立的地貌面,其上又有丰富的微起伏的地貌分异。

    • 立体图中“深海部分”系指水深超过-200m的区域。这里地貌风姿多彩,蔚为壮观,包括绵延漫长的大陆坡,日本海海盆、冲绳海槽、南海海盆等“陆缘海盆”,以及菲律宾海“洋缘海盆”,深邃的日本西南海沟、琉球海沟、菲律宾海沟、马尼拉海沟等板块俯冲带,这就是西太平洋板块边缘的沟、弧、盆构造地貌体系的重要部分,也是我这幅“图画”最精彩的风景所在。

      一般图书上的立体块状图插图,立体坐标的x, y, z三轴分开画出。但该图是在规定的地理底图上制作,假设的立体坐标x轴与纬线平行,y轴与经线平行,而z轴在实际空间上应该垂直于图面,但在平面图纸上,只能安排与经线平行。为了突显海底地势起伏,放大垂直比例尺是地质、地形剖面上最为常见的方法,这次制图也采取了同样的作法。立体图在1:200万的底图上绘制,在xy轴方向,1cm代表 20km,而在z轴方向1cm代表高度1km。也就是垂直比例尺变为1:1万,较水平比例尺放大20倍。这样的倍数是许多海洋剖面图和立体图常用的,实践表明其凸显的立体效果比较适宜观察和使用。

      立体图的具体制作过程包括以下步骤:①在透图台上,把两张同样的底图叠在一起,让经纬线和等深线完全重合。上面一张将作为立体地貌图“草稿图”,下面一张作为“工作图”。例如画一座海底火山锥,其在地形图上呈同心圆,如:分别是-1000、-2000、-3000、-4000m等深线构成。②将“草图”上的等深线由浅到深,按垂直比例尺,分别向下平移1、2、3、4cm。在制作过程中可将下面的“工具图”固定,把“草稿图”向上移动。③每条等深线移至确定位置后,即用铅笔描出来。④在各条等深线移好后,在等深线新的位置上,识别海底地貌特征,用铅笔勾画出地貌体的立体轮廓,包括斜坡、陡坎、海山、海台、海沟、海槽、海盆等及其复杂的形态组合,然后涂上阴影显示立体感。绘制工作需要较强的地貌学知识、识图素养和绘画水平,应该在第③步之后,头脑中可以呈现出立体形象。另外,这也是一项耐心细致的工作,必须稳而勿乱,对复杂的形态需要反复揣摩,不断修正(图 3)。⑤绘制彩图需要在黏贴铝板的图纸上进行,图纸与工作用的底图完全一致。要把草稿上的地物精确地转绘到新的图纸上,精心彩绘完成。⑥最后交出版社拼接、照相,制版印刷,才完成了整个图件的制作过程。

      图  3  立体造型示意图

      Figure 3.  Three-dimensional modeling diagram

    • 根据板块构造地貌分类原则[9-13],可以在图幅内划分3个一级地貌单元:板内大陆地貌单元、陆缘沟弧盆系地貌单元、洋缘沟弧盆系地貌单元。

    • 板内大陆地貌单元包括中国东部地区、朝鲜半岛与中南半岛,以及大陆在海底的自然延伸部分——大陆架[14-16]。许多地质学家很早就指出中国东部大地构造特征。如李四光[17]的东亚“新华夏构造系”(三个隆起带,三个沉降带);张伯声[18]的“南北分块、东西分带”镶嵌图案;朱夏[19-21]的E—W向老构造“四块、三条”(系指华北-狼林、扬子-京畿、华南-小白及印支4大块体及之间的3条结合带),新生代又叠加了NNE向构造,即所谓“变格”。这些论断揭示了中国东部乃至东亚地区的大地构造与地貌的关系。地貌学家王乃梁[22]在“中国构造地貌”一文中,从槽台和板块两种学说论述了中国构造地貌的形成。

      图幅之内的该单元高程为2500~-200m,大部处于中国地形的第三阶梯,仅小的局部可见第二阶梯(云贵高原)。区内发育NWW(或E—W)向及NNE(或S—N)向的两组山地,前者如燕山、大别山、南岭,后者如千山、太行山、戴云山、武夷山、罗霄山、雪峰山等山脉。两组呈现网格状格局,平原镶坎其中,如辽河平原、华北平原、长江中下游平原、江汉平原等。如果以大别山为界,之北多平原,兼有山地;之南多山地,兼有小型平原。中国近海发育宽阔大陆架平原,其上发育晚更新世陆地残留地貌(如古三角洲、古河谷等),及全新世现代海洋地貌(水下三角洲、潮流沙脊等)。朝鲜半岛与中南半岛东部山脉近逼海岸,大体N—S走向,岸外陆架很窄。

      编图区域大陆部分的大地构造“四块三条”,经历了不同的形成、演化历史,到中生代早期已经拼合为一个整体(李唐根等)[23]。老的构造成为影响现代地貌的历史因素和物质基础,而形成现代地貌的真正动力,主要来自喜马拉雅缝合带和西太平洋俯冲带两条“锋线”。现代地貌的形成肇始于晚白垩世到中渐新世,由于印度洋板块向北靠近欧亚板块,导致特提斯洋闭合。中国西部受印度板块的挤压,促使中国东部大陆在东西向张力作用下,向太平洋方向蠕散。在这个过程中,逐渐完成了中国地势由“东高西低”,向“西高东低”的转变。晚渐新世晚期(40Ma),太平洋板块由向N转变为向NWW方向运动,使亚洲东部应力场由拉张变为挤压,蠕散活动终止。中国东部的断陷盆地,联合成更大的坳陷盆地,并被沉积物充填,形成现今广袤的平原及大陆架。早已被夷平的老的造山带,在这一时期重新崛起,成为新构造抬升山地。

    • 该单元呈带状分布于大陆与大洋之间,由北而南包括日本海、冲绳海槽、中国南海等三个边缘海盆,毗邻的岛弧、海沟系统及特殊的台湾岛。这里位于欧亚、太平洋两大板块俯冲边界带上,也是环太平洋火山地震带的一部分,深邃的海沟是大洋板块消减带,岛弧是新生代的年轻山脉。海盆各具特色,各自经历了不同的演化历史[24, 25]

    • 日本岛弧在图内只有本州岛南部及四国岛、九州岛。日本岛弧多火山地震。南侧的岛坡上发育宽浅的海槽(舟状盆地),如日向海槽、熊野海槽等,水深-1000~-3000m,在构造上属于弧前脊和弧前盆地。

      日本岛弧外侧有两条海沟,日本海沟位于本州岛东侧,已位于图幅之外。西南海沟位于本州、四国岛南侧的菲律宾海北部,由于被浊流沉积填满,深度不足-5000m,通常被称为“西南海槽”。

      日本海海盆包括3个次海盆。北部的日本次海盆,深度大于-3000m,由于海洋沉积作用,深海平原十分平坦,底部出现了中新世的玄武岩洋壳。南部的大和次海盆与对马次海盆面积较小,深度-2000m左右,深海平原上孤耸一些海山,底部是减薄的大陆壳。

      通常认为日本岛弧原来是拼贴在欧亚大陆边缘的块体,三个海盆是裂隙基础上逐步扩张形成的,渐新世后期—中新世早期由于太平洋板块向大陆俯冲,岛弧与大陆分离[26]。海盆周围的大陆坡比较发育,其中包括大和海台、隐岐海台、朝鲜海台顶面水深几百米到-1000多米。它们是海盆扩张时被拖入海中的大陆碎块,成因与大洋中的海台不同,被称之为“陆坡海台”。

    • 琉球弧位于我国东海东侧,出露海面的岛屿较小,宫古岛附近有岛架发育。岛弧洋侧发育深水阶地(-1000~-2000m),也是由弧前脊和弧前盆地构造被沉积物充填而成(图 4)。

      图  4  《中国海区及邻域地貌图》之局部——东海

      Figure 4.  East China Sea——part of the Geomorphologic Map of China Seas and Adjacent Regions

      琉球海沟长约1250km,平均宽度60km,深度超过-6000m,最深点-7854m,横剖面呈V型。琉球海沟在菲律宾板块俯冲过程中不断朝向大洋方向后退,最近一次后退从上新世2Ma开始[27]

      冲绳海槽是西北太平洋边缘最年轻的弧后盆地,规模很小,略呈弧形,长约1040km,宽120km,北浅南深,南部沿轴向发育一条堑槽,最深点超过-2300m。冲绳海槽开始出现于中—晚中新世[28]。海槽地壳属减薄的陆壳,其厚度从北部九州附近的27~30km,往南至台湾附近较薄至15km以下,没发现真正的洋壳[29], 也有人认为冲绳海槽是大陆裂谷阶段,至今还没达到弧后盆底阶段。冲绳海槽第一次拉张在晚中新世—早更新世[30]。琉球弧火山地震活动频繁,弧后盆地扩张活动至今仍在进行。

    • 台湾岛是一个特殊的岛弧,外侧无海沟,内侧无海盆。中央山脉纵贯南北,主峰玉山海拔3997m,是我国东部最高峰,东侧还有海岸山脉。两条平行的山脉之间是一条谷地——台湾纵谷,是欧亚与太平洋两大板块的缝合线。早中新世末菲律宾吕宋岛弧向北移动,并反时针旋转70°,最后北部与台湾岛发生碰撞,形成台湾中央山脉、海岸山脉和台湾纵谷[31]

    • 菲律宾弧上岛屿众多,有火山200多座,其中活火山21座。在吕宋岛西侧岛坡上发育西吕宋海槽,是构造上的弧前盆地。在吕宋岛与台湾岛之间有两条平行的海脊,成为南海与太平洋之间的“海槛”。

      菲律宾岛弧东西两侧出现双海沟对冲的局面。东面的菲律宾海沟呈NNW向伸延,平均宽度60km,长1400km,深度大于-8000m,最深点-10497m,是世界上最深的海沟之一。菲律宾弧北段吕宋岛西侧有马尼拉海沟,它位于南海边缘海之内,长约350km,宽40km,最深点仅-5245m。

      南海海盆可分2个部分,西南次海盆朝NE向呈喇叭状,中间有一个断续的凹槽,两侧有海山丘分布,是海底扩张轴残留地貌。中央次海盆位于南海中部偏东,深海平原发育,在15°~16°N有个海山带,也是扩张轴残留地貌,其中黄岩岛海山露出海面。上述两条扩张轴两侧都发现了磁条带。海盆周围的大陆坡除简单斜坡外,还包括东沙、西沙、中沙、南沙4个海台,它们都由陆块组成。南沙海台最大,长约500km,宽400km,顶面水深-1400~-2000m,呈NE向展布。海盆扩张过程中,4个块体逐渐分离,在中新世广泛海侵后逐渐沉入海底变成“陆坡海台”。随后海台逐渐沉降,其上珊瑚礁逐渐堆积,成为高出海台面1000~2000m的截锥状礁体。礁体顶面位于海面附近,发育现代环礁、堡礁230多座,其中岛屿25座,成为南海诸岛,它们属于外力生物地貌[32]

      南海海盆并非弧后盆地。渐新世—中新世由于印度板块与欧亚大陆碰撞,华南大陆边缘在引张力作用下,使南海海盆拉开。晚白垩世到早古新世,南海开始陆缘第一次扩张,形成西南次海盆,出现了玄武岩洋壳。晚渐新世到早中新世,南海发生第二次扩张,形成中央次海盆[33]。早中新世末菲律宾岛弧向北移动,并反时针旋转70°,最后北部与台湾发生碰撞。吕宋弧北延的海脊把南海与大洋隔开,使之成为独立的边缘海盆。南海洋壳从中新世开始向吕宋弧俯冲,开始走向关闭消亡的道路,形成了马尼拉海沟。在南海海盆构造演化中形成了4种构造边缘,即北部离散、南部聚敛、东部俯冲、西部走滑[34]。它们在地貌上对应3种不同的海槽,即张裂型的西沙海槽、消亡型的南沙海槽及弧前盆地型西吕宋海槽。

    • 该单元包括整个菲律宾海,是全球最大的边缘海。有时被看成太平洋板块的一部分,有时也被当作独立的菲律宾海小板块。它大部分由洋壳构成,这里发育洋壳对洋壳俯冲的沟弧盆地貌[35]。为了与“陆缘沟弧盆地貌”区别,这里称之为“洋缘沟弧盆地貌”。本图内只包括西菲律宾海盆、九州-帕劳海岭,及四国-帕里西维拉海盆地的一部分。在图幅以外向东还有硫磺-小笠原岛弧、马里亚纳海槽、马里亚纳弧和马里亚纳海沟。

      西菲律宾海盆,呈水深-5000~-6000m,北部有大东海岭、冲大东海岭,它们呈NW—SE走向,地壳性质尚不明确。在15°~18°N有一条NW—SE向狭窄的长条形沟槽,长240km,宽约20km,相对深度数百米,两侧耸立着海岭。根据海底磁条带资料,被认为是小型洋脊,扩张时间是45~30Ma。在海盆西部还有3个海台,其中最大的是贝纳姆海台,台面水深-2000~-3000m,相对洋底高2000~3000m,它们的地壳性质、成因亦不明确。九州-帕劳海岭大体NS走向,并呈弧形向东突出,海岭由许多海山组成。西菲律宾海在琉球海沟、菲律宾海沟向西对欧亚大陆俯冲。

      原来的菲律宾海是太平洋的一部分,渐新世(45~35Ma)沿着南北向转换断层发生第一次俯冲,才出现西菲律宾海盆和九州-帕劳弧(海岭)。中新世(30~13Ma)太平洋板块第二次俯冲,将九州-帕劳弧从中拉开,即“岛弧分裂”,随着出现四国-帕里西维亚海盆和伊豆-小笠原海岭及马里亚纳海沟,九州-帕劳海岭则成为两个海盆之间的残留弧。

    • 该图1992年由地质出版社出版时,缩为1:500万,图名用“地貌图”;1993,由科学出版社出版时,比例尺缩为1:850万,改称“地势图”。2006年海洋出版社作为一部专著的插图出版时,又易名“地貌景观图”。目前,这类图还被称为“3D地形图”、“立体地形图”等。可见,图种名称至今尚未统一。本文使用“立体地貌图”,似乎容易与“地貌类型图”混淆。“地貌类型图”也简称“地貌图”,是地貌学科的传统专业图种,主要表示地貌类型及分布规律,已经具有完整的制图理论、方法和规范。“地势图”是地形图的一种,主要是分层设色表示地势高低。显然,这里讨论的图件与传统的地势图、地貌图也都存在一定差异。可以设想,语言或者术语都是随事物发展而发生变化的,只要给予“立体地貌图”明确定义和规范,科学界也会逐步将图种和名称统一起来。

    • 地形图、地貌类型图、立体地貌图都是表现地表形态的图件,三者形式不同、用途不同。地形图具有严格数学基础和技术方法,是工程勘查的重要依据,是工程建设、地质勘查等行业使用的基础性图件。地貌类型图,简称地貌图,是按地貌体级别,标明其成因类型及形态,是研究地貌形成规律的成果性图件。立体地貌图也是地景画,给人直观视觉效果,既可以作为两者的辅助图件,也可以做为一种科普性的工具,帮助人们理解一些宏大的(如全国的、大区域的)、复杂的(如喀斯特洞穴的)、难以观察的(如海底的)地貌特征。

    • 深海部分的立体造型法,与普通绘画的“焦点透视”、“散点透视”的造型皆不相同,不存在“近大远小”及“平行线聚焦”现象。显然,该图受地图投影与3D构图两个坐标体系控制,其变形更为复杂,但却是几何学上正常而不可避免的现象。这里不作定量分析,仅仅作一些定性判断。该法产生的形变与垂直比例尺扩大倍数有关,与地貌体的延伸方向与y轴夹角有关。由于垂直比例尺放大,与实际相比海山变得更加高耸,大陆坡更加陡峭,海沟、海盆更加深邃。正向地貌体(如海山、海台)的北坡在图面上的宽度变窄,甚至被遮挡,南坡在图面上的宽度放大;负向地貌(如海盆、海沟)则北坡宽度放大,南坡缩短甚至被掩盖,这在中国南海的南、北两个大陆坡对比中看得非常明显(图 5)。大陆坡在E—W走向时,在图面上的宽度变为最大,N—S走向宽度不变,NE—SW走向变化居中。

      图  5  《中国海区及邻域地貌图》之局部——南海

      Figure 5.  South China Sea——part of the Geomorphologic Map of China Seas and Adjacent Regions

    • 该图用色的原则也是地图学与绘画艺术两者兼顾。虽然该图是彩色地景画,但并非人们观察到的实景,其颜色仅是人们脑子里的“观念色”。本图用色采用了地图的海陆分明的传统画法。海底部分一律使用蓝色,掺和白色、灰色色调,以此表现海底地貌造型和体现立体感。陆地使用棕、黄、绿色,使海洋与陆地两大地貌单元的颜色构成截然对比,给人以壮观、震撼的美感。近年来,一些海底立体地貌图也开始使用和陆地一样的斑杂颜色,使人感到海陆混杂,光怪陆离,其效果是值得推敲的。遗憾的是,本次绘制的立体地貌图,由于时间久远,多次复制,一些颜色已经失真,如平原的绿色几乎消失,难以还原最初的面貌。

    • 该图既是一张地图-地景画,所负载的信息量必然受到一定程度的限制。如何扩大图面地貌科学信息,仍然具有可以发掘的空间。在原图制作上,突出了一些重要构造线,如郯庐断裂的地貌特征就比较清晰;为了表现某些重要岩性地貌,在华南喀斯特地貌区加蓝灰色调,在中生代红层盆地(现称丹霞地貌)增加红色调,在珊瑚礁体上画出红色珊瑚符号,使其明显区别于老的基岩海台。这些做法都收到很好的效果,但因为正式出版时缩小太多,无法显现这些细节内容了。

    • 1986—1990年,原地矿部启动《中国海区及邻域地质地球物理系列图》工程,刘光鼎院士任主编,地貌图被列为9个图种之一。刘锡清、孙家淞任图集编委会委员、地貌组组长。编制地貌图的首要问题是地貌分类问题。当时,国内、外地貌分类方案多达几十种,大体归为以外力为主和以内力为主的两大类。我国地貌图传统上采用以外力为主的地貌分类[36],国际上当时刚出版不久的欧洲国际地貌图,是以槽台说为依据的构造地貌分类[37-39]。系列图确定了“以板块理论为指导思想”,恰好为编制“板块构造地貌分类方案”及“板块构造地貌图”提供了一个创新平台。经过几年多方努力顺利完成了这项任务,图件和文字成果都已出版发表,并在学术界产生了重要影响。

      然而,“中国海区及邻域地貌图”(立体)的编制却发端偶然,历经更多困难。开始的总设计书并无此项任务,在工程进行过半时,系列图副主编何亷生先生以“立体图才是当今国际地貌图的主流”(假命题)为缘由,提出以“立体地貌图”取代“地貌类型图”的动议,并展示了一幅已经编好的中国海区的立体地貌图样稿。地貌组在这种情况下,为保证继续完成地貌类型图,同意增加立体地貌图。

      此后,地貌组大部分同志以不擅绘画为由未参与这项工作。课题组尝试联系北京两家专业制图单位,但因制图方法和经费预算差距甚大而无果。最后,只有笔者自己承担了立体地貌图的设计和绘制任务。通过参考美国、日本和苏联的一些海底立体地貌图,大约用2年多时间手绘完成立体地貌图铅笔草稿。最后阶段的彩绘工作,承包给孔祥瑞先生,其精湛的彩绘技艺,为立体地貌图最后成功提供了保障。

      “立体地貌图”出版后,被《中国国家地理》杂志[40](1998)、国家海洋局《中国海洋政策图集》[41](2001)以及其他许多专著、科普作品引用;央视关于国家海洋权益的节目也选用了该图;此图还经常出现在图书封面、会议资料袋及展览图板上,由此得到广泛传播。2009年,为庆祝中国地理学会建会百年,该会与《国家地理杂志》共同策划,“评选我国地理科学百年重大事件”活动,该项地貌编图成果也出现在“入围榜单”之中[42]

      立体地貌图问世后,作者觉得毕竟是仓促之作,不知学术界反映如何,没有及时撰写论文,后来也就时过境迁了。近几年戴勤奋研究员曾多次询问该图设计与制作过程,并建议撰写论文。之后她在微博上发表了“从《中国海区及邻域立体地貌图》说起”[43]一文,介绍了该图与美国两代海底立体地貌图的一般情况。目前,我国海域立体地貌图编制项目仍然方兴未艾,通过梳理该立体地貌图的设计与编制实践,对于提供学术讨论,启迪立体地貌图的制作思路,仍然具有理论意义和应用价值。我们深信在计算机与大数据时代,在数据噪声处理、地貌成因显示、艺术加工等方面的进步,可能会绘出更加令人满意的海底立体地貌图。

参考文献 (43)

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