關注中科院地質地球所，探索地球的奧秘
10
超壓釋放：重質油形成新機制的流體包裹體證據
沉積盆地中的重質油通常與生物降解、水洗作用以及富硫乾酪根在早期生烴階段的熱降解有關。然而，超壓釋放形成重質油的可能性很少被考慮，也很少被證明。根據成巖作用、排烴事件、壓力-溫度-成分（P-T-x）演化史重建和單代石油包裹體的分子地球化學數據表明，中國渤海灣盆地東濮凹陷PS18-1井的重質頁巖油既不是生物降解的產物，也不是乾酪根成熟過程中早期成油的結果。相反，在盆地抬升過程中，由於壓力的強烈降低，來自深層烴源巖的高成熟度原油中極性化合物的沉澱和滯留，是形成重質油的最可能機制。由於強烈的壓力釋放，在初次和二次遷移過程中極性化合物的沉澱可能是解釋烴源巖中排出的石油流體、非常規頁巖系統中的瀝青和重質油的分布以及深層非生物降解重質油的成分分餾效應的重要機制。這一機制對於理解超壓盆地中的油氣分布具有更廣泛的意義。
中國東部渤海灣盆地東濮凹陷PS18-1井重頁巖油形成的關鍵地質事件示意圖（未按比例）圖A：快速埋藏過程中的早期成熟油（油1）。圖B：盆地抬升和侵蝕引起的極性化合物（油3）的沉澱和滯留。圖C：剩餘重質油與原位生成的低成熟度新鮮油的混合。Es1, Es2, Es3和Es4分別為始新統沙河街組一段、二段、三段、四段；Ed—東營組；N+Q—新近系、第四系；L—下；M—中。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 803-807.
https://doi.org/10.1130/G47227.1
（譯者：王天奇，中國地質大學（北京）地球科學與資源學院）
11
1000年前發生在印度洋的一場海嘯表明東非面臨更大風險
2004年12月發生的蘇門答臘-安達曼海嘯受到了前所未有的研究關注，研究者紛紛嘗試尋找與之相關的古老先兆，並據此來量化這種致命自然災害的復發時間。但是過去這些研究主要集中在印度洋北部和東部海岸受海嘯災害最嚴重的近端地區。而針對西印度洋沿岸海嘯的復發尚未進行定量化研究，這可能低估了東非的海嘯風險。在本文研究人員希望通過一個有1000年歷史的砂層來作為海嘯復發的證明：該砂層中有坦尚尼亞古代斯瓦希裡人定居點的考古遺蹟。此處的沉積相、粒徑分布和動物組合等特徵表明海嘯是最可能造成該砂層沉積的原因，而影響坦尚尼亞的這場海嘯與在印度洋東部沿海站點發現的類似沉積物屬於同一時期。海嘯波傳播的數值模擬表明，由蘇門答臘-安達曼俯衝帶的大斷裂引起的強地震可能是海嘯源。本文研究者的發現表明海嘯對印度洋西部的沿海國家社會構成了嚴重威脅，這對未來東非的海嘯災害及風險預警具有重要的意義。
2004年蘇門答臘-安達曼俯衝帶（SSZ）地震，1833年CE地震以及假定的Makran俯衝帶（MSZ）完全破裂的海嘯最大波高。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 808–813.
https://doi.org/10.1130/G47257.1
（譯者：天津師範大學地理與環境科學學院地理科學專業本科生廖辭霏）
12
希克蘇魯伯撞擊坑衝擊波的傳播過程對峰環形成過程的啟示
近日德國弗萊堡大學的Matthias Ebert等人通過對希克蘇魯伯鑽探回收的巖芯的研究揭示了撞擊坑中央峰環可能的形成過程，發表於《Geology》上。
位於墨西哥猶卡坦半島的希克蘇魯伯撞擊坑由於其特殊性在科學上至關重要，例如，它是目前地球上已知的撞擊構造中唯一保存完整的峰環結構的撞擊坑。近期對該撞擊坑的鑽探揭示了峰環的結構及複雜的形成過程。我們通過費氏臺對花崗巖巖芯中受到衝擊作用的石英顆粒進行研究，基於對其中羽狀裂隙（FFs）取向的測量我們恢復了衝擊波所形成的局部應力主軸的方位。高度定向的羽狀裂隙相對於隕石坑中心呈徑向向外趨勢（WNW），這說明了羽狀裂隙的形成與衝擊波的傳播之間存在聯繫。因此，羽狀裂隙可以很好指示衝擊波產生的應力的方向。我們的顯微構造數據顯示峰環的花崗巖基底在海底以下750和1200 m之間的部分在成坑過程中表現為疊瓦狀衝斷帶之上的半相干（semi-coherent）塊體，並經歷了旋轉和局部揉皺。這驗證了在大多數類似規模的撞擊模擬中所採用的聲流化塊體的尺寸是合理的。花崗巖基底上部的褶皺可以通過瞬時坑形成時對坑壁的壓縮，或者在改造階段向坑中間充填的物質流的拖曳形成。
（A）受到衝擊作用但並未變形的花崗巖；（B）高度變形的花崗巖；（C）石英顆粒中衝擊特徵；（D）石英顆粒中變形頁理的示意圖；（E）基於羽狀裂隙恢復局部應力主軸方向的示意圖。
羽狀裂隙形成過程示意圖。模型一（左側）為在瞬時坑階段羽狀裂隙形成，模型二（右側）為在改造階段羽狀裂隙形成。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 814–818. https://doi.org/10.1130/G47129.1
（譯者：小爪爪）
13
一種近百年尺度的光釋光年代地層學和溫帶河流匯流的全新世晚期洪水史
河流混雜可以是亞穩態的，並包含集水區對十年到千年規模的環境變化響應的有效信息。然而，在衝積河段，洪水地層難以使用14C測年。在本文中，我們使用一種新的組合光釋光和多項沉積學指標分析塞文河、特梅河（英國）過去兩千年的洪水記錄，並將其與獨立的歐洲氣候記錄進行比較。結果表明，距今約2000年前塞文-泰姆匯流已穩定，並已開始漫灘衝積。最初，中、高型強度的洪水發生在距今2000年和1800年間（約公元前50年至公元前150年），但在距今1800年至1600年（約公元前150年至350年）之後，衝積物沉積降低了洪水強度。距今1600年到1400年（約350-550年），累積率增加，有證據表明，大洪水事件與氣候惡化的黑暗時代冷期相關。距今1400年（約550年）這一段時間洪水活動減少，較大的洪水事件和積累率再次增加從距今850年前（約1100年）變得更加普遍，這與中世紀氣候異常的開始時間相一致，這一時期與溫暖、潮溼的氣候條件和土地利用率強度的增加有關。這種狀態一直持續到距今450年（約1500年），在此之後，洪水強度的增加可能與小冰期的氣候變化有關。我們從高解析度測年技術和多個參數綜合分析中證明了，相對洪水規模與洪水持續時間的不同階段可以確定為一個詳細的時間精度，超過了14C測年的精度。這使得我們能夠確定洪泛平原沉積背後的區域因素，這與過去兩千年土地使用和氣候驅動因素的加劇有關。
波維克塞文河-特梅河（英國）匯流沉積物沉積模型，（A）來自布羅德瓦上遊站點（特梅河）（B）和布吉瓦斯（塞文河）（C）的比較模型。分為三個階段：（a）公元20-400年；（b）公元400-1100年；（c）公元1100年-至今。此外，還比較了英國（D）和愛爾蘭（E）的高位泥炭地水位深度和溼潤條件；英格蘭南部和中部（F）和中歐和南歐（G）的年降水量；北歐夏季溫度（H）；太陽活動變化（I）。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 819–825.
https://doi.org/10.1130/G47079.1
（譯者：中國地質大學（北京）地球科學與資源學院沉積學在讀碩士生董宇航）
14
末次冰盛期大西洋水體組成仍是北方來源為主
次表層海水常被認為可以封存大氣中的CO2，進而使得大氣CO2濃度降低。這一機制常被認為是冰期大氣CO2濃度降低的主要原因之一。然而，目前關於海洋水體如何調整來儲存這些吸收的CO2還存在較大的爭議。
最近，海德堡大學「過去海洋動力學」研究組的Pppelmeier博士及相關合作者，通過對西南大西洋沉積物中自生Nd同位素組成的研究，結合區域已發表的相關數據，重建了末次冰盛期和全新世大西洋的水體結構，同時討論了利用有孔蟲δ13C重建水體來源的不足。
研究結果顯示，末次冰盛期大西洋的水體結構與全新世和現在相比是相似的，以北方水源為主，南大洋深層水的貢獻仍限於南半球的部分地區。作者認為，利用有孔蟲δ13C重建的南大洋深層水在末次冰盛期可以向北輸送到北大西洋地區是不成立的。關於兩個指標重建結果的差異，作者認為雖然利用有孔蟲重建得到的海水碳同位素組成變負，但這不能認為是南大洋水體貢獻增加的信號，可能是有機碳在礦化過程中的呼吸釋放所致。相比之下，自生Nd同位素組成不受這些作用影響，因此重建結果更為可信。
全新世和末次冰盛期大西洋水體結構組成（NSW: northern-sourced water; SSW- southern-sourced water; AAIW: Antarctic Intermediate Water）
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 826-829.
https://doi.org/10.1130/G47628.1
（譯者：三口刀）
15
晚二疊世陸地和海洋環境中的毒性汞脈衝注入
水銀（汞）含量的高峰值在全球二疊紀末滅絕（latest Permian extinction,LPE）所在的層位中都可以觀測到，而該事件被認為與受西伯利亞大火成巖省（LIP）影響而劇增的火山噴發有關。儘管火山噴發形成了有效的化學地層標記，但尚不清楚如此劇增的火山汞噴發是否會形成毒性條件並參與滅絕過程。針對該問題，我們調查了西伯利亞大火成巖省劇增的汞噴發的性質以及對LPE期間全球生態系統的可能影響。LIP噴發預測模型的結果顯示火山汞排向大氣的噴發量要比正常背景條件下大好幾個數量級。在沉積到全球環境下後，這種汞噴發可導致一系列各自持續10萬年的毒性激波。這種連番的汞承載事件對海洋營養層級，同時還有陸地植物和動物的生存都產生影響。如此之高的汞承載率或許可以解釋海洋和陸地滅絕為什麼會同現。
研究模型的示意圖。汞在大氣、快速的陸地環境（植被）、緩慢的裝甲土壤庫（表示汞通過有機碳再礦化而變化的移動速度）和海洋（表面、地下、深處）之間循環，最終通過海洋沉積物中的地質固存去除。
原文連結：Geology (2020) 48 (8):830–833.
https://doi .org/10.1130/ G47295.1
（譯者：南京大學地球科學與工程學院古生物學與地層學在讀博士生申博恆）
16
南非Bushveld雜巖體中的Rustengburg層狀侵入體的快速冷卻：來自黑雲母40Ar/39Ar年代學的見解
儘管層狀鎂鐵質侵入巖對了解巖漿房演化過程和貴金屬礦床的形成具有重要意義，但由於地質年代學技術手段的限制，它們的冷卻歷史仍然是一個謎。作者系統地研究了Bushveld巖體中Rustenburg層狀侵入體（RLS）中黑雲母的40Ar/39Ar的年代學數據，對5.5 km的RLS地層內10個樣品的單個黑雲母粒進行分析，得出的加權平均年齡均在2σ（α-95％置信水平）重疊，範圍為2056.3±3.2 Ma至2052.0±7.6 Ma（2σ）。所有黑雲母峰期年齡的加權平均值得出的年齡為2054.47±0.84 Ma（2σ，n = 30，MSWD= 0.23，P = 1.00；最大誤差±21 Ma）。作者的40Ar / 39Ar黑雲母定年數據和前人已發表的U-Pb鋯石年齡表明RLS迅速冷卻至黑雲母的封閉溫度，冷卻速率為1000℃/百萬年。由於與RLS就位存在著相關的熱液流體作用，熱力學模型需要更多更快的熱損失速率，以產生由黑雲母年齡數據推斷的快速冷卻歷史。先前報導的來自UG-2和MG-1鉻鐵礦接觸帶和Merensky Reef的更年輕的黑雲母40Ar / 39Ar年齡則可能是熱液流體後期循環的產物並不代表巖體的形成年齡。RLS其餘層位中則缺乏類似的年輕40Ar / 39Ar黑雲母年齡，表明後期熱液事件可能局限於鉻鐵礦接觸帶和Merensky Reef地區。
南非Bushveld雜巖體中Rustenburg層狀巖體（RLS）東段的廣義地層柱上可用的高精度年代學數據（不確定性為2σ）， 藍色方塊代表本文新報導黑雲母Ar-Ar數據。由圖可見黑雲母年齡與鋯石U-Pb年齡相仿，但略有偏年輕的點，說明可能存在著後期的熱液事件。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 834–838. https://doi.org/10.1130/G46865.1
（譯者：Chun Yang @ CUGB）
17
微量金屬元素作為古環境指標：
為什麼我們要考慮沉積速率的變化？
痕量金屬元素（TME）通常用於重建富有機物的沉積物在沉積過程中的環境條件。例如，在古環境研究中廣泛使用受初級生產力和氧化還原條件變化控制的TME濃度作為指標。這些指標引起了研究人員的興趣，並被普遍用於大尺度（10-1000 km）研究中。但是，在盆地尺度應用這些地球化學指標，而忽略沉積速率（SR）的變化可能會導致對古環境條件的誤讀。這篇文章展示了沉積速率如何影響地球化學記錄，並可能導致對TME演化的錯誤解釋。考慮到沉積速率，研究人員計算了加拿大西部三疊系上Montney組和Doig磷酸鹽中關鍵TME的自生組分累積速率，並校正了阿根廷侏羅系-白堊系Vaca-Muerta組中這些元素的濃度。與常規TME結果相比，該研究的SR校正TME指標需要對古環境條件（例如初級生產力，盆地限制）有不同的解釋，並強調通常被解釋為指示缺氧沉積環境的元素富集可能反映了低沉積速率和沉積間隔的形成。這項工作還介紹了一個新的工作流程，在盆地尺度和較長時間的古環境研究中的將沉積速率考慮其中。
不同沉降速率對自生元素濃度的影響.（A）盆地概念模型，每個邊緣的沉積物供應速率不同.（B）在兩個位置的自生元素稀釋率的變化，分別與不同的沉積物供應速率有關. OM-有機物, SR-沉積速率
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 839–843. https://doi.org/10.1130/G47150.1
（譯者：唐演@CUGB）
18
地殼控制地震斷層分段的實驗證據
走滑斷層通常被描述為連續結構，但實際上它們是由幾何複雜性分隔的連續段組成的。儘管已知這種沿向的分段會影響地震的整體動力學，但控制這一分段規模的物理過程仍不清楚。文章使用類似物模型來研究走滑斷層的結構發展和控制分段的物理參數。結果表明，斷層的長度沿走向呈規律性，與脆性材料的厚度成線性關係。流變特性的變化對結構關係的影響很小。在共震破裂和沙箱實驗中，段長與脆性材料厚度的比值相似。這項研究支持地殼的孕震厚度控制斷層的幾何形狀。研究證明在走滑斷層形成過程中造成的幾何複雜性能夠承受累積位移。因此，繼承的複雜性阻礙了連續直斷層的形成，並可能控制地震斷裂的長度。
（A）1992年美國加州CE蘭德斯地震的地表破裂圖。（B）從地表看走滑斷層形成的演化方案，以及裡德爾剪切螺旋形的三維草圖。（C）實驗沙箱俯視圖。
原文連結：Geology (2020) 48 (8): 844–848. https://doi.org/10.1130/G47115.1
（譯者：黃永慧-中國地質大學（北京））
美編：車玥逸
校對：覃華清