连续玄武岩研究论文李卓

编译 | 李言

Science , 12 NOV 2021, VOL 374, ISSUE 6569

《科学》 2021年11月12日，第374卷，6569期

地球科学 Geoscience

Discovery of davemaoite, CaSiO3-perovskite, as a mineral from the lower mantle

下地幔中发现CaSiO3-钙钛矿

作者：OLIVER TSCHAUNER, SHICHUN HUANG, SHUYING YANG, MUNIR HUMAYUN et al.

链接：

摘要

下地幔中的硅酸盐钙钛矿CaSiO3具有重要的地球化学意义，因为它富集了上地幔中不相容的元素，包括产生热量的钍和铀，它们的半衰期比地球的地质 历史 还要长。

我们报告的CaSiO3-钙钛矿是一种已验证认可的矿物（IMA2020-012a），名称为毛钙硅石（davemaoite）。毛钙硅石天然标本证实了下地幔内部存在成分不均一性。

我们的观察表明，毛钙硅石在其结构中除了含有铀和钍外，还含有钾。因此，区域和全球毛钙硅石的丰度影响深部地幔的热收支，该矿物是热力学稳定的。

Abstract

Calcium silicate perovskite, CaSiO3, is arguably the most geochemically important phase in the lower mantle, because it concentrates elements that are incompatible in the upper mantle, including the heat-generating elements thorium and uranium, which have half-lives longer than the geologic history of Earth. We report CaSiO3-perovskite as an approved mineral (IMA2020-012a) with the name davemaoite. The natural specimen of davemaoite proves the existence of compositional heterogeneity within the lower mantle. Our observations indicate that davemaoite also hosts potassium in addition to uranium and thorium in its structure. Hence, the regional and global abundances of davemaoite influence the heat budget of the deep mantle, where the mineral is thermodynamically stable.

Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5

由嫦娥五号返回的样品测量月球上玄武岩的年龄和组成

作者：XIAOCHAO CHE, ALEXANDER NEMCHIN, DUNYI LIU, TAO LONGCHEN WANG et al.

链接：

摘要

轨道数据显示，月球上最年轻的火山是位于大洋州普罗塞拉姆的玄武岩熔岩，该地区具有高水平的产热元素钾、钍和铀。嫦娥五号任务收集了这些月球玄武岩样本，并将它们带回地球进行实验室分析。

我们认为这些熔岩的年龄为1963 5700万年，并确定了它们的化学和矿物组成。这个时间范围限制了太阳系内部的月球撞击年代学和月球的热演化。没有证据表明，在月球的地幔深处有高浓度的产热元素产生了这些熔岩，因此，对于月球岩浆活动的持久，还需要其他的解释。

Abstract

Orbital data indicate that the youngest volcanic units on the Moon are basalt lavas in Oceanus Procellarum, a region with high levels of the heat-producing elements potassium, thorium, and uranium. The Chang’e-5 mission collected samples of these young lunar basalts and returned them to Earth for laboratory analysis. We measure an age of 1963 57 million years for these lavas and determine their chemical and mineralogical compositions. This age constrains the lunar impact chronology of the inner Solar System and the thermal evolution of the Moon. There is no evidence for high concentrations of heat-producing elements in the deep mantle of the Moon that generated these lavas, so alternate explanations are required for the longevity of lunar magmatism.

化学 Chemistry

Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane

甲氧基稳定同位素对煤层气成因和限制的制约

作者：M. K. LLOYD, E. TREMBATH-REICHERT, K. S. DAWSON, S. J. FEAKINS et al.

链接：

摘要

微生物煤层气是一种重要的经济资源，也是一种强效温室气体的来源，但人们对其形成的控制机制知之甚少。为了测试煤的微生物降解性是否限制微生物甲烷的生成，我们监测了从木材到烟煤成熟度范围内的全球样品组中的甲氧基去甲基反应——一种促进甲烷生成的反应。

残留甲氧基的碳同位素组成与热反应不一致。这表明，在地质时间尺度上，深层生物圈群落参与了植物到煤的转化，甲氧基丰度影响煤层气产量。微生物甲基化导致的碳同位素富集也解释了来自煤和常规烃矿床的微生物甲烷中碳-13含量的神秘抵消。

Abstract

Microbial coal-bed methane is an important economic resource and source of a potent greenhouse gas, but controls on its formation are poorly understood. To test whether the microbial degradability of coal limits microbial methane, we monitored methoxyl group demethylation—a reaction that feeds methanogenesis—in a global sample suite ranging in maturity from wood to bituminous coal. Carbon isotopic compositions of residual methoxyl groups were inconsistent with a thermal reaction, instead implying a substrate-limited biologic process. This suggests that deep biosphere communities participated in transforming plant matter to coal on geologic time scales and that methoxyl abundance influences coal-bed methane yield. Carbon isotopic enrichments resulting from microbial methylotrophy also explain an enigmatic offset in the carbon-13 content of microbial methane from coals and conventional hydrocarbon deposits.

Real-space imaging of anisotropic charge of σ-hole by means of Kelvin probe force microscopy

利用开尔文显微镜对σ-空穴各向异性电荷进行实空间成像

作者：B. MALLADA, A. GALLARDO, M. LAMANEC, B. DE LA TORRE, V. ŠPIRKO et al.

链接：

摘要

各向异性电荷在单个原子上的分布，如σ-空穴，可能会强烈地影响系统的材料和结构特性。然而，原子上这种各向异性电荷分布的空间分辨率是一个长期存在的实验挑战。特别是卤素原子上σ-空穴的存在，只能通过含卤素有机分子的晶体结构测定或理论计算间接证明，因而需要直接的实验可视化。

我们证明了开尔文显微镜与适当的功能化探针可以成像的各向异性电荷的σ-空穴和一氧化碳分子的四极电荷。这为表征各向异性原子电荷起决定性作用的生物和化学系统提供了一种新的方法。

Abstract

An anisotropic charge distribution on inpidual atoms, such as σ-holes, may strongly affect the material and structural properties of systems. However, the spatial resolution of such anisotropic charge distributions on an atom represents a long-standing experimental challenge. In particular, the existence of the σ-hole on halogen atoms has been demonstrated only indirectly through the determination of the crystal structures of organic molecules containing halogens or with theoretical calculations, consequently calling for its direct experimental visualization. We show that Kelvin probe force microscopy with a properly functionalized probe can image the anisotropic charge of the σ-hole and the quadrupolar charge of a carbon monoxide molecule. This opens a new way to characterize biological and chemical systems in which anisotropic atomic charges play a decisive role.

动物学 Zoology

Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes

太平洋岩鱼长寿的起源和进化

作者：SREE ROHIT RAJ KOLORA, XGREGORY L. OWENS, JUAN MANUEL VAZQUEZ , ALEXANDER STUBBS et al.

链接：

摘要

太平洋岩鱼（石鲈属）在寿命上表现出极大的差异，其中一些种类是现存最长寿的脊椎动物。我们重组了88种岩鱼的基因组，并从这些已确认的长寿类群DNA修复通路和137个长寿相关基因中收集了这些基因。

这些基因通过胰岛素信号直接影响寿命，并通过体型和环境适应产生多效效应。对结构变异的全基因组筛选揭示了长寿物种免疫调节butyrophilin基因家族的拷贝数明显增加。

不同岩鱼生活史的进化与遗传多样性耦合，并重塑突变谱，在长寿物种中分离CpG TpG变异。这些分析强调了生命 历史 特征适应的基础上的遗传创新，以及它们如何塑造基因组多样性。

Abstract

Pacific Ocean rockfishes (genus Sebastes ) exhibit extreme variation in life span, with some species being among the most long-lived extant vertebrates. We de novo assembled the genomes of 88 rockfish species and from these identified repeated signatures of positive selection in DNA repair pathways in long-lived taxa and 137 longevity-associated genes with direct effects on life span through insulin signaling and with pleiotropic effects through size and environmental adaptations. A genome-wide screen of structural variation reveals copy number expansions in the immune modulatory butyrophilin gene family in long-lived species. The evolution of different rockfish life histories is coupled to genetic persity and reshapes the mutational spectrum driving segregating CpG TpG variants in long-lived species. These analyses highlight the genetic innovations that underlie life history trait adaptations and, in turn, how they shape genomic persity.

公共卫生 Public Health

Monetary incentives increase COVID-19 vaccinations

货币激励增加了COVID-19疫苗接种率

作者：POL CAMPOS-MERCADE, ARMANDO N. MEIER, FLORIAN H. SCHNEIDER , STEPHAN MEIER et al.

链接：

摘要

低COVID-19疫苗接种率正在威胁公共卫生。为了提高疫苗接种率，世界各国政府都在考虑使用货币激励政策。在此，我们证实有保障的奖金对COVID-19疫苗接种的影响。我们在瑞典进行了一项大规模的预先注册随机对照试验（有8286名参与者），并将数据与全人群的行政接种记录联系起来。

我们发现，只需支付24美元（200瑞典克朗），疫苗接种率就从的基线接种率提高了个百分点（P = ）。相比之下，行为推动增加了接种疫苗的意愿，但对接种率的影响很小，在统计学上不显著。研究结果突出表明，适度的货币激励有可能提高疫苗接种率。

Abstract

The stalling of COVID-19 vaccination rates threatens public health. To increase vaccination rates, governments across the world are considering the use of monetary incentives. Here we present evidence about the effect of guaranteed payments on COVID-19 vaccination uptake. We ran a large preregistered randomized controlled trial (with 8286 participants) in Sweden and linked the data to population-wide administrative vaccination records. We found that modest monetary payments of 24 US dollars (200 Swedish kronor) increased vaccination rates by percentage points (P = ), from a baseline rate of . By contrast, behavioral nudges increased stated intentions to become vaccinated but had only small and not statistically significant impacts on vaccination rates. The results highlight the potential of modest monetary incentives to raise vaccination rates.

研究工作遵循的总的指导思想是以系统的、联系的和综合的观点把握研究工作重点，从点到面、再面到体并以循环的技术路线突出工作方向。注重文献的研究，继承前人成果，更重视通过文献对比发现问题提出新的观点，用野外实践证实或进一步修正认识。并保持宏观思维的扩张与测试野外数据的充分扣合。学术思想可概括为：

（1）将矿床纳入岩石，将含矿地质体纳入构造单元的演化，以系统的观点进行研究工作。研究思维上，具体从全球重要岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的地质分布入手，概括其成矿时空分布特征，对中国岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的类型和地质分布与全球对比，归纳中国两类重要矿床的成矿特点，在此基础上研究祁连山岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的成矿特征，探索其成矿规律。

矿床作为一种具有重要使用价值的特殊岩石，它是地质作用过程中一定条件下形成的产物，一定地质构造单元在一定的构造活动过程中必然产生各种相互关联的分支作用，并在不同的地质部位形成与特定地质作用关系最为密切的矿床成矿组合。祁连山新元古代晚期—早古生代大陆裂解发生、洋盆出现、俯冲消减和构造汇聚的完整过程形成了不同的成矿响应，例如形成与大陆裂谷、岛弧裂谷和弧后扩张脊有关的块状硫化物矿床（分别以白银厂、浪里克和雪泉为代表的有色金属矿床）、与活动大陆边缘有关的矽卡岩型钨（铜、钼）矿床（以小柳沟为代表）和低温浅成热液贵金属矿床（以寒山为代表），以及与构造汇聚后前陆盆地有关的砂岩型铜矿床（以天鹿为代表），这是以一个构造演化为主线表现出来的成矿系统。按类似的完整成矿系统，在活动大陆边缘和成熟岛弧环境中，预测还应有形成斑岩型铜（钼）矿床的可能，但迄今未发现可能是无形成这种矿床的重要条件，也可能是勘查工作程度还不够而造成的，不论哪种情形成矿系统仅是一种系统观点的认识，由于不同地区和不同时代地质条件的差异，在成矿组合和成矿强度上是不同的。但从研究角度讲，可提供一种探索的思路。本书着重于特定矿床类型的研究，重点是同类矿床在不同微相中的可能成生形式的研究。

（2）将相邻构造单元的同类矿床纳入一个体系，以联系的观点进行研究工作。世界勘查成功的实例中，运用联系的观点进行成矿背景和成矿条件的研究，选取靶区找矿成功的例子是很多的，这是当今找矿勘查中运用较多的地质对比方法，是一种联系的成矿观点。例如西澳大利亚的Olympic Dam超大型铀铜矿床，就是通过与赞比亚超大型铜矿地质背景对比进行勘查成功的；还有美国地调局对美国东北部威斯康星州的苏必利湖1Ga的大陆裂谷玄武岩与俄罗斯Noril’sk和加拿大Voisey’s Bay大陆溢流玄武岩进行对比，认为同属超地幔柱作用大火成岩省的结果。龙首山地区的金川超镁铁岩可能与南祁连的拉脊山拉水峡全岩矿化的超镁铁岩属同一大规模岩浆作用认识，是本研究用联系的观点进行研究的实践。联系的观点还表现在矿床形成与基础地质研究成果的紧密结合上，运用地质历史上超大陆形成和裂解块体重塑的成果，可为开展区域找矿提供新的思路，同时矿床的发现又可作为大陆聚散的重要证据。

（3）将矿床研究与岩石学、构造地质学和地球化学等学科紧密结合，以综合的观点进行研究工作。对于与岩浆作用密切相关的金属硫化物矿床，对矿床形成的全面认识，单一的矿床学研究方法不可能取得深入的成果，这也是当代矿床学研究的发展趋势，充分汲取其他学科研究方法和成果认识，以矿床学研究为基础向综合学科方向发展。本书研究中强调对区域成矿作用的探索，特别重视综合火成岩成因岩石学、微量元素地球化学、同位素地质学和前寒武纪大陆重建、区域构造地质的最新认识成果应用，旨在试图对祁连山与岩浆作用有关的金属硫化物矿床提供一种新的研究框架，力图对前人的研究成果有所发展、补充和创新。

本书研究选取两种重要的金属矿床类型，以一个成矿带范围进行研究，主要锁定在两类矿床的区域成矿作用研究和区域找矿潜力分析上。具体采取的技术路线为：

（1）文献收集分析，提出研究重点。在前人工作的基础上，充分收集已有的文献和成果资料，在综合分析研究提出问题的基础上，进一步收集国内外最新有关文献，对比研读后选取研究的主要内容，并突出重点，作为主要研究内容。

（2）依托执行项目，针对性开展野外工作。以正在开展的项目工作为基础，精心设计野外调研内容，通过路线地质剖面、大比例尺构造-岩相填图和专门样品采集等工作方式收集野外资料，并对重要矿体的硐探和采场进行现场观察研究，进行资料综合，提出新的问题。

（3）修正认识，明晰研究思路。在野外资料综合成果与前人成果复查对比研究基础上，借鉴国内外新认识新发现，与国内外重要矿床和所在成矿区带进行对比研究，形成新的研究思路，并在进一步的野外工作中证实和完善。

（4）深化成果，完善论文研究提纲。对初步研究成果和新的认识成果撰写专门论文，以进一步深化认识，明晰总体论文框架，在修改专门论文的同时，逐步形成总体论文的目标和研究内容结构，完善论文提纲。

（5）突出重点，争取创新成果。科学研究的灵魂是创新，而创新的源泉是反复实践。在研究提纲明确后，针对研究存在的薄弱环节进一步收集资料和开展野外工作予以弥补，日臻完善研究成果。

在研究工作中特别思考了该两类大型、特大型矿床的找矿问题。进入21世纪以后，随着全球经济的快速发展，对大宗金属矿产资源的需求飞速发展，据国际铜业协会的统计，2000年全球铜消费量达到1520万吨，其中：中国达到250万吨，占到全球铜消费量的17%，目前中国已取代美国成为世界第一大铜消费国，中国铜需求年增长速度高达10%～15%，估计2004年中国铜市场可能将会出现约30万吨的供给缺口。可见中国铜矿找矿任务的艰巨。镍矿全球性价格回升，国际矿业市场镍价已达12250美元/t，镍已成为世界性的战略资源，全球寻找镍矿的热情大大高涨，目前中国大部分与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆Cu-Ni-PGE矿床成矿带均已有外国勘探公司介入，也反映了世界矿业界对镍矿找矿的迫切需求。

世界最大的岩浆硫化镍矿床加拿大Sudbury镍矿深部找矿，Falconbridge公司从2001年起重新拟定了矿区的勘查战略，试图寻找埋深1500m左右，在矿区附近可以立即开采的新矿体。勘查中使用三维模式，利用过去井中电磁异常资料。重测了1996年施工的MAC-100号钻孔，使用UTEM Ⅳ井中EM系统。通过钻探验证在Sudbury火成杂岩体东沿的南侧，发现了新的Sudbury接触带矿化，即浸染状-稠密浸染状和块状磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。下盘的矿化宽～20m。目前已控制推测资源量矿石460万吨，含镍、铜、金、铂、银。这是一个老矿区深部找矿的重要实例。研究区内金川矿床作为世界级的巨型岩浆硫化镍矿床同样存在进一步找矿问题，而且这一问题开始变得日益重要。按英国力拓矿业开发有限公司与甘肃省秦祁矿业公司近期签订的合作合同，双方将共同对甘肃龙首山铜镍矿进行风险勘探。英国力拓公司将运用高精度航空磁法测量，对甘肃龙首山大约2000km2的地区进行风险地质勘探，以寻找新的具有世界级别的铜、镍矿床。上述成功的勘查实例和勘查实际的需求，启发我们应积极对该地区找矿新区的开辟加大研究力度。

据报道中国铜城白银由于矿产资源枯竭，铜城风采已不再。当年折腰山、火焰山两个露天矿年出矿量达400万吨以上，可谓“日出斗金”，从1956年矿山开采到20世纪80年代中期相继闭坑，两采场共贡献铜金属量万吨，但目前白银公司累计亏损已达47亿元，资产负债率160%。寻找新的矿山，开辟新的矿区应是白银的出路之一，对北祁连山塞浦路斯型富铜矿床的研究勘查，极具理论价值和现实意义。

本书的研究工作是在以前工作的基础上，主要依托笔者参加国土资源大调查项目“中国超大型铜镍（铂族）岩浆硫化物矿床预测研究（编号200110200058）”（2001～2003）和主持国土资源部矿产资源补偿费项目“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿普查（编号2002001）”（2002～2003）及中澳合作项目“中国青海东部拉脊山地区金川型Cu-Ni-PGE矿床找矿潜力评价研究”（2003～2004）等项目工作开展的。

“中国超大型铜镍（铂族）岩浆硫化物矿床预测研究（编号200110200058）”项目是汤中立院士集多年研究之大成，主持开展的一项全国性的铜镍矿床成矿规律及找矿预测项目，目标旨在对中国大陆背景、镁铁-超镁铁岩特征与世界上重要世界级铜镍岩浆硫化物矿床成矿环境和含矿岩石特征对比研究，预测中国形成超大型铜镍岩浆硫化物矿床的可能及其类型和地区。笔者有幸参加了这一项目。该项目研究重点是对中国大陆岩浆硫化物矿床成矿特征进行总结性研究，并重点对扬子古陆西缘峨眉玄武岩、华北古陆西南缘中小侵入体和塔里木古陆西南缘新发现镁铁-超镁铁岩侵入体的成矿潜力进行评估，同时对新疆北部准噶尔陆块（哈萨克斯坦古陆东缘）北缘（喀拉通克铜镍矿床为代表）、东南缘（黄山铜镍矿床为代表）、华北古陆东北缘（赤柏松、红旗岭等矿床）和扬子东南缘（宝坛科马提岩型岩浆镍硫化物矿床）大规模岩浆铜镍硫化物矿床的可能性进行探索。华北古陆西南缘的金川矿床是中国惟一的世界级超大型岩浆铜镍（含铂）硫化物矿床，也是世界上铜镍矿产勘查和研究者关注的地区，自该矿床发现以来基本未曾间断过地质工作，近年又有英国矿业公司在外围进行音频可控源大地电磁测深（CSAMT）探索深部隐伏侵入体，要使该矿床类型的找矿有进一步突破，首先需要认识上的进一步突破，本书就该问题进行了积极探索。扬子古陆西缘峨眉玄武岩是目前在中国境内惟一被学术界认可的由地幔柱作用形成的大火成岩省（Chung et al.，1995；Xu et al.，2001），它可为中国大火成岩省成岩浆铜镍硫化物矿床提供一个研究的场所，但目前在该地区尚未发现有大规模Cu-Ni成矿的表现。塔里木古陆西南缘新发现镁铁-超镁铁岩侵入体，在近年西昆仑矿产资源综合调查中发现了铜镍矿化的镁铁-超镁铁岩侵入体，它应是塔里木古陆边缘裂谷的产物。

“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿普查”项目是导师夏林圻研究员指导下，笔者主持申请的勘查研究项目，旨在对该地区形成于洋壳环境的塞浦路斯型块状硫化物矿床的找矿潜力和前景做出评价，该项目本身目标的明确性，促使笔者深入对该类矿床的成矿环境、成因模式进行研究，并纳入区域地质背景中审核区域成矿强度和可能的保存方式。北祁连山块状硫化物矿床类型，勘查单位在实际工作中以往比较概略的划分为与长英质火山岩有关和与基性火山岩有关块状硫化物矿床两种类型，已有工业矿床的发现基本上都是与长英质火山岩有关的类型，例如白银厂、清水沟-白柳沟的尕大坂和郭米寺等矿床。与基性火山岩有关块状硫化物矿床，仅在东段发现有老虎山小型矿床，在西段有九个泉、错沟等小型矿床。夏林圻研究员在“八五”、“九五”连续十余年的北连山海相火山岩成因和相关矿产找矿潜力研究中，依据弧后扩张洋壳环境拉斑玄武岩残存的判别确认，预测指出与弧后扩张洋壳环境拉斑玄武岩系有关的块状硫化物矿床具有重要的找矿潜力（夏林圻等，1996）。甘肃肃南雪泉（石居里沟）铜矿的发现初步印证了这种认识，但找矿前景如何目前仍无法定论，勘查工作还在进行。深入对矿床成矿机制和最终保存样式的研究是重要的，已有的工作已展现出至少有两种成矿样式：一种是弧后扩张初期主要是中心式火山爆发-喷溢形成的火山碎屑岩和块状玄武岩中，环古火山口的原生环状和放射状裂隙交汇处形成成矿热液循环体系的喷口，形成的金属硫化物矿体延深大于延长呈板柱状，矿石矿物以黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿为主，少量闪锌矿，有时闪锌矿含量可高于黄铜矿，与成矿部位有关，以雪泉石居里沟Ⅵ号沟为代表，矿石矿物中见有斑铜矿，说明后期的进一步富集改造，因此Cu含量可达30%以上，为典型的富铜矿；另一种是弧后扩张成熟期裂隙式的火山喷溢作用形成典型的海底枕状玄武岩中，平行扩张脊或垂直扩张脊形成的裂隙构成热液循环体系的喷流系统，形成有一定延长的铜硫化物矿体呈不规则状。因此主要为弧后扩张初期和成熟期两种成矿样式。需指出的是当成矿液作用于火山岩凹地时可形成成层状矿体。

“中国青海东部拉脊山地区金川型铜-镍-铂族矿床找矿潜力评价研究”项目是西安地质矿产研究所与国际著名矿业公司西澳矿业公司（WMC）签订的一项旨在进行勘查评价可行性评估的科研工作项目，是笔者提出来的一种找矿设想，对金川铜镍矿床当时成矿条件的模拟和后期构造改造样式重塑。岩浆硫化物矿床的主要矿石类型有两类：一类是浸染状（disseminations）矿石，一般认为是就位岩浆房发生熔离形成的矿石，矿石金属含量较低，国外称为Ⅱ类矿石，不大可能形成大规模矿床；另一种是海绵陨铁状（net）矿石，是深部岩浆房或岩管（column）发生硫化物熔离（不混溶）在进入高位岩浆房位于底部成矿，国外称为Ⅰ类矿石，是大规模成矿的必要条件。金川矿床90%以上的矿石由Ⅰ类矿石组成，表明深部岩浆房有强烈熔离作用发生，并有岩浆不断补给。拉水峡矿床尽管矿体规模小，但也主要是Ⅰ类矿石，是深部岩浆房熔离作用形成的高硫化物液相贯入高位岩浆房（矿浆房）的结果，也应有大规模的岩浆作用发生才可以提供这种可能。这种大规模的岩浆作用推测与金川所指示的大规模岩浆作用可能是同一事件的表现。

10

喀斯喀特弧第四纪火山活动地表和地下特征随时间的变化

限制地形和地壳结构的数据分辨率提高，为人们提供了新的定量方法，用以评估火山区省级规模的地表-地下连通性质。研究人员结合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四纪火山口填图数据、表面地形数据和各种地球物理数据集，探究了火山作用与下伏地壳结构之间的关系。结合火山口填图数据库，从该区的数字高程模型（DEM）中提取已知时代的火山机构，估算得出的体积可能占第四纪总喷发量的50％左右。火山机构体积和空间上火山口密度与指示上层地壳影响的各种地球物理数据联系密切。在整个岩浆弧的第四纪火山口下，地下结构变化与火山作用一致的现象很普遍，但与年轻火山口的联系更为强烈。在喀斯喀特山脉中部和南部，地球物理识别的岩浆特征增加，那里的火山喷发量最大，火山口间距很小。火山口和相关的地壳结构，以及空间上局部喷发相对于分散喷发的程度随时间变化，定义了整个弧段横向延伸约100 km的喷发中心，表明岩浆上升随时间变化而发生空间上的聚集。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.

DOI：

（译者：唐演@CUGB）

11

波罗的大陆在苏格兰的遗迹：基底地体在格林威尔造山运动期间的迁移

苏格兰加里东群岛北高地地体（NHT）内的太古宙基底被认为与劳亚大陆的前陆的刘易斯片麻杂岩有关。新的锆石U-Pb年龄表明，NHT基底显示了2823-2687Ma和1772-1655Ma岩浆作用的证据。第一组年龄与前陆太古宙片麻岩的结晶年龄相近。然而，第二个组年龄以及覆盖基底上的岩石单元的形成时间都晚于前陆内发育新生岩浆作用和沉积作用的时间，为其最年轻的主阶段之后的100–250Ma。此外，在NHT基底内没有前陆内常见的古元古代镁铁质和长英质侵入体存在的迹象。因此研究者认为，NHT与劳亚大陆的前陆缺乏对比的可行性。由于存在1100-1000 Ma的东格雷尔榴辉岩，分离前陆和NHT基底的加里东莫因逆冲断层被认为是被改造了的格伦维尔期缝合线。根据新的同位素数据，研究者认为NHT基底是波罗的大陆的碎片，在格林威尔造山运动期间侵位到劳亚大陆，是环北大西洋造山带基底地体迁移的又一实例。

原文链接：

Geology (2020) 48(11): 1094–1098.

DOI：

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

12

加蓬的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件

加蓬古元古代Francevillian序列在全球早期氧化的概念，以及碳同位素值大幅度正向漂移（即Lomagundi-Jatuli事件，LJE）的成因中占据着重要地位。研究人员对一个长139米的Francevillian岩芯进行了详细的研究，岩芯的碳酸盐δ 13 C（δ 13 C carb ）值为5‰-9‰，向上减小趋近于0‰，这一趋势被很多其他研究人员认为是LJE及其结束的标志。然而，本次研究发现δ 13 C carb 值的变化与沉积相的变化相一致：浅海相以强正值为特征，而较深的水域（风暴浪基面之下）为0‰左右。对于δ 13 C carb 与沉积相的相关性，最可靠的解释是，浅海环境记录了局部物理和生物化学过程的同位素效应，驱动周围环境的溶解无机碳（DIC）达到较大值，而较深相中较小值（ 0‰）与开阔海洋的DIC相近，其中δ 13 C在很大程度上不受浅水环境中发生的分馏的影响。此外，海侵氧化还原作用为含锰矿物和化学营养微生物群落的形成创造了条件。其中还包括甲烷循环群落，其有机δ 13 C（δ 13 C org ）值为 47‰，Δδ carb-org 值高达46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定条件，并不是全球碳循环扰动或LJE结束的前兆。

加蓬Lastoursville次盆LST12岩芯Franceville层序的沉积模式。浅水碳酸盐岩（单元I-III）的特点是真光层生产力提高，促使环境中的溶解无机碳的 13 C富集并沉积碳酸盐。随后发生海侵（单元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸盐沉淀为标志，同时在风暴波基面以下的氧化还原层发育锰富集。持续的海侵导致盆地最深处沉积了富含有机质的含甲烷生物群落的泥岩。

原文链接：

Geology (2020) 48(11):1099–1104.

DOI：

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

13

砂粒跃移作用对粉砂的产生的有效性测试—对黄土解释的启示

黄土形成所需要的粉砂生成可归因于冰川系统（冰川研磨）和砂质沙漠（跃移诱发破碎）的地质过程。然而跃移作用对大量粉砂的产生的有效性还存在争议。了解沙漠中粉砂产生的潜力对于确定黄土的古气候具有至关重要的意义。为了更好评估风成磨损对粉砂的产生的重要性，该研究在一个设计用于模拟砂粒在25m/s速度的暴风中跃移的装置中进行实验性磨损。该研究与之前的工作与众不同的地方在于（1）长时间保持较高速度的测量强度，（2）清除预先存在的粉砂并设置对照组，（3）根据缩放结果来评估黄土堆积的潜力。根据一定的地质比例缩放实验获得的粉砂产生速率显示，风成磨损产生的粉砂不足以形成具有地质意义上的黄土沉积物。

原文链接：

Geology(2020) 48(11): 1105–1109.

DOI：

（译者：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院岩石学矿物学与矿床学在读硕士生徐睿）

14 太古宙和古元古代变质火山岩变质脱水作用中的金迁移

太古宙和古元古代绿岩带中的火山岩十分丰富，被认为是造山型金矿的潜在矿源。然而，金在这些岩石变质过程中的经历却鲜为人知。该研究对加拿大太古宙拉格兰德亚区和芬兰古元古代中央拉普兰绿岩带的一套变质岩石进行了金的超低检出限分析。这两个地区都有丰富的金矿资源，具有发现新的造山型金矿的巨大潜力。这些带中的变质火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性岩浆岩系列，其中原岩中金的含量用绿片岩相样品的金的Zr/Y幂律回归计算。在拉斑玄武岩中，金是相容元素，并随分异作用而减少；而在钙碱性岩石中，金是不相容元素，并随分异作用而增加。质量变化计算表明，在拉格朗德和中央拉普兰进行递进变质作用至形成上部角闪岩相的条件（> 550 ）期间，初始金含量损失高达77%和59%。本研究强调：第一，变质火山岩在太古宙和古元古代绿岩带变质作用中析出金，是造山型金矿床的良好潜在源岩；第二，变质火山岩的含金性受地幔源区和岩浆演化的控制；第三，变质脱挥发分模式可应用于太古宙和古元古代造山型金矿床。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.

DOI：

（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）

15

钙质超微化石将北冰洋沉积物的年代追溯到50万年以前

北冰洋中部更新世沉积物年龄波动较大，给重建古海洋学增加了相当大的不确定性。这个问题的根源在于北极海洋沉积物中记录的令人费解的磁极模式，以及缺乏能够提供校准的生物地层层位或连续的氧同位素地层图的微体化石。研究人员记录了在北冰洋中部的一个海洋沉积岩芯中发现的两个关键的钙质超微化石物种，为50万年以前的沉积物提供了有力的，并且可全球校准的年代界限。起关键作用的物种是颗石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它们在万年间灭绝，而赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi）则在万年间进化。这是第一次在北冰洋中部的沉积物中发现Pseudoemiliania lacunosa的化石。通过岩石地层对比，可以在北冰洋内450多公里的范围内找到含有这些年龄物种的沉积层。它们首次为北极这个区域的更新世沉积物年代学提供了明确的支撑，也为开发和测试其他用于测定北极海洋沉积物年代的地质年代学工具奠定了基础。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.

DOI：

（译者：黄永慧-中国地质大学（北京））

16

加拿大北部科迪勒拉山脉Tintina断层对岩石圈地幔的克拉通凿移的地震证据

位于加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脉（NCC）被划分为几个平行向右滑动的走滑断层，在晚白垩世和始新世之间累积了数百公里的位移。这些断层的深度范围，尤其是Tintina断裂（TF）对NCC岩石圈地幔的地壳构造组合和演化具有重要的影响意义，但是地球物理模型和地球化学数据仍然没有定论。该研究利用最新的三维纵波地震速度模型，解决了位于TF表层轨迹之下的最高地幔深度的一系列锐化的（~10km）纵波速度对比度（~4%）突变。代表了上地幔组构的地震各项异常数据显示在TF附近各向异性的方向和幅度大小发生了相似的变化。这些数据表明TF是岩石圈尺度的剪切带且在沿着TF恢复了430公里处的右侧位移后，纵波的速度快速异常与北美克拉通边缘轮廓一致。该研究认为，目前位于阿拉斯加东部的快速构造异常是Mackenzie克拉通的一块轮廓清晰的碎片，其在晚白垩世至始新世期间被TF凿穿并向西北位移。目前位于NCC南部的第二个克拉通碎片，可能与上地幔深度的Cassiar岩层有关。这些观察首次证明，大型岩石圈尺度的剪切带穿过难熔地幔，并且在世界范围内的科迪勒拉山脉内产生克拉通地幔物质的主要侧向位移的证据。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.

DOI：

（译者：袁梦）

17

金红石中纳米级微量元素团块的地球化学和地质年代学意义

金红石中的微量元素地球化学分析（例如：铅Pb，铀U，锆Zr）通常被用来获取地质事件的性质和时间。但是微量元素的迁移会影响温度和时间的厘定，且其迁移性的主控因素仍存在争论。鉴于此，研究人员使用电感耦合等离子体质谱法和原子探针层析成像表征了西澳大利亚Capricorn造山带中金红石的微米至纳米级微量元素分布。在大于20微米的尺度下，单个矿物颗粒中没有明显的微量元素分异，而且锆石谐和年龄1872 6 Ma（2σ）也没有同位素扰动的迹象。在纳米级尺度下，可以观察到20纳米的富微量元素（铝Al，铬Cr，铅Pb，钒V）团块。团块的 207 Pb/ 206 Pb比值为 （2σ），说明他们形成于结晶前，可能是区域变质作用的产物。作者认为这些团块是由于上部角闪岩相变质过程中瞬时形成的放射性破坏点捕获流体活动性元素形成的。这种捕获会影响团块中元素体扩散的活化能。团块较低的数量及密度指示了其形成时间，说明变质作用峰值温度持续时间较短，为小于10 百万年的事件。研究结果说明运用微量元素手段判断金红石中的体扩散将比假定其为均一介质时更为复杂。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.

DOI：

（译者：韩舒筠@CUGB/MQ）

18

次年稳定同位素记录揭示的南极洲西摩岛与白垩纪-古近纪界线附近两个灭绝期有关的气候变暖和季节性缺氧

碳酸盐双壳贝类高分辨率稳定同位素（δ 18 O和δ 13 C）增生的贝壳年轮年代学可以提供对了解灭绝期有用的次年环境记录，这种灭绝期通常是快速变化和不稳定的时期。该研究展示了在南极洲西摩岛白垩纪-古近纪界线（KPB）对Lahillia larseni双壳贝类的高分辨率连续采样结果。这些数据突出了δ 18 O和δ 13 C值不规则的两个灭绝期与形成化石的最后时期一致：一个是在KPB，另一个是在明显灭绝事件的15万年之前。由于表现为较低的δ 18 O值，该研究将这两个时期都解释为气候变暖的时期，并且有季节性缺氧，表现为低异常（ ‰至 ‰VPDB）的δ 13 C值和高的（2‰至19‰）的季节变化。低氧条件可能是较早灭绝事件的一种引发机制，并可能延长了KPB灭绝后的恢复时间。

原文链接：

Geology (2020) 48(11):1131–1136.

DOI：

（译者：掉帧青年萧暮春@YU）

美编&校对：覃华清