地學前沿||《Geology》2020年第11期論文導讀（下）

10

喀斯喀特弧第四紀火山活動地表和地下特徵隨時間的變化

限制地形和地殼結構的數據解析度提高，為人們提供了新的定量方法，用以評估火山區省級規模的地表-地下連通性質。研究人員結合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四紀火山口填圖數據、表面地形數據和各種地球物理數據集，探究了火山作用與下伏地殼結構之間的關係。結合火山口填圖資料庫，從該區的數字高程模型（DEM）中提取已知時代的火山機構，估算得出的體積可能佔第四紀總噴發量的50％左右。火山機構體積和空間上火山口密度與指示上層地殼影響的各種地球物理數據聯繫密切。在整個巖漿弧的第四紀火山口下，地下結構變化與火山作用一致的現象很普遍，但與年輕火山口的聯繫更為強烈。在喀斯喀特山脈中部和南部，地球物理識別的巖漿特徵增加，那裡的火山噴發量最大，火山口間距很小。火山口和相關的地殼結構，以及空間上局部噴發相對於分散噴發的程度隨時間變化，定義了整個弧段橫向延伸約100 km的噴發中心，表明巖漿上升隨時間變化而發生空間上的聚集。

（A）Cascades arc第四紀火山口位置（紅色點）和主要火山中心（白色圓圈和黑色三角形）在地形圖上的投點。NAP-北美板塊；JdFP-胡安德富卡板塊；PP-太平洋板。（B–C）以0.5°緯度寬度（〜56 km）統計的火山口數量直方圖（B）和基於火山機構的噴出率及火山機構體積直方圖（C）不同顏色對應於不同火山機構形態。（D）火山機構的累積體積，以最近噴發其次區分。Pleist-上新世。

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Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.

DOI：

doi.org/10.1130/G47706.1

（譯者：唐演@CUGB）

11

波羅的大陸在蘇格蘭的遺蹟：基底地體在格林威爾造山運動期間的遷移

蘇格蘭加裡東群島北高地地體（NHT）內的太古宙基底被認為與勞亞大陸的前陸的劉易斯片麻雜巖有關。新的鋯石U-Pb年齡表明，NHT基底顯示了2823-2687Ma和1772-1655Ma巖漿作用的證據。第一組年齡與前陸太古宙片麻巖的結晶年齡相近。然而，第二個組年齡以及覆蓋基底上的巖石單元的形成時間都晚於前陸內發育新生巖漿作用和沉積作用的時間，為其最年輕的主階段之後的100–250Ma。此外，在NHT基底內沒有前陸內常見的古元古代鎂鐵質和長英質侵入體存在的跡象。因此研究者認為，NHT與勞亞大陸的前陸缺乏對比的可行性。由於存在1100-1000 Ma的東格雷爾榴輝巖，分離前陸和NHT基底的加裡東莫因逆衝斷層被認為是被改造了的格倫維爾期縫合線。根據新的同位素數據，研究者認為NHT基底是波羅的大陸的碎片，在格林威爾造山運動期間侵位到勞亞大陸，是環北大西洋造山帶基底地體遷移的又一實例。

勞亞大陸-波羅的大陸-亞馬遜大陸的重建圖，顯示了中元古代的主要太古代、古元古代和中元古代構造元素，以及東格陵蘭島、斯堪地那維亞半島和不列顛群島的早古生代加裡東造山帶的範圍，及其向阿巴拉契亞山脈的橫向延伸。紅色箭頭表示波羅的大陸的順時針旋轉，發生在1270 Ma和1000 Ma之間。

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Geology (2020) 48(11): 1094–1098.

DOI：

doi.org/10.1130/G47615.1

（譯者：好名不敵備註的哥斯大黎加的棒棒的61）

12

加彭的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件

加彭古元古代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）的成因中佔據著重要地位。研究人員對一個長139米的Francevillian巖芯進行了詳細的研究，巖芯的碳酸鹽δ¹³C（δ¹³C_carb）值為5‰-9‰，向上減小趨近於0‰，這一趨勢被很多其他研究人員認為是LJE及其結束的標誌。然而，本次研究發現δ¹³C_carb值的變化與沉積相的變化相一致：淺海相以強正值為特徵，而較深的水域（風暴浪基面之下）為0‰左右。對於δ¹³C_carb與沉積相的相關性，最可靠的解釋是，淺海環境記錄了局部物理和生物化學過程的同位素效應，驅動周圍環境的溶解無機碳（DIC）達到較大值，而較深相中較小值（∼0‰）與開闊海洋的DIC相近，其中δ¹³C在很大程度上不受淺水環境中發生的分餾的影響。此外，海侵氧化還原作用為含錳礦物和化學營養微生物群落的形成創造了條件。其中還包括甲烷循環群落，其有機δ¹³C（δ¹³C_org）值為−47‰，Δδ_carb-org值高達46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定條件，並不是全球碳循環擾動或LJE結束的前兆。

加彭Lastoursville次盆LST12巖芯Franceville層序的沉積模式。淺水碳酸鹽巖（單元I-III）的特點是真光層生產力提高，促使環境中的溶解無機碳的¹³C富集並沉積碳酸鹽。隨後發生海侵（單元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸鹽沉澱為標誌，同時在風暴波基面以下的氧化還原層發育錳富集。持續的海侵導致盆地最深處沉積了富含有機質的含甲烷生物群落的泥巖。

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Geology (2020) 48(11):1099–1104.

DOI：

doi.org/10.1130/G47651.1

（譯者：好名不敵備註的哥斯大黎加的棒棒的61）

13

砂粒躍移作用對粉砂的產生的有效性測試—對黃土解釋的啟示

黃土形成所需要的粉砂生成可歸因於冰川系統（冰川研磨）和砂質沙漠（躍移誘發破碎）的地質過程。然而躍移作用對大量粉砂的產生的有效性還存在爭議。了解沙漠中粉砂產生的潛力對於確定黃土的古氣候具有至關重要的意義。為了更好評估風成磨損對粉砂的產生的重要性，該研究在一個設計用於模擬砂粒在25m/s速度的暴風中躍移的裝置中進行實驗性磨損。該研究與之前的工作與眾不同的地方在於（1）長時間保持較高速度的測量強度，（2）清除預先存在的粉砂並設置對照組，（3）根據縮放結果來評估黃土堆積的潛力。根據一定的地質比例縮放實驗獲得的粉砂產生速率顯示，風成磨損產生的粉砂不足以形成具有地質意義上的黃土沉積物。

風成磨損裝置。（A）帶氣流方向（藍色箭頭）的裝置示意圖。空氣以25m/s的速度通過碰撞室，在碰撞室中向上吹起的砂粒下落並與向上吹的砂粒發生碰撞。（B）操作過程中的設備室照片，被吹起的砂粒弧線狀與返回下落的砂粒脈衝相碰撞。HEAP—高效空氣微粒。

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Geology(2020) 48(11): 1105–1109.

DOI：

doi.org/10.1130/G47282.1

（譯者：中國地質大學（北京）地球科學與資源學院巖石學礦物學與礦床學在讀碩士生徐睿）

14 太古宙和古元古代變質火山巖變質脫水作用中的金遷移

太古宙和古元古代綠巖帶中的火山巖十分豐富，被認為是造山型金礦的潛在礦源。然而，金在這些巖石變質過程中的經歷卻鮮為人知。該研究對加拿大太古宙拉格蘭德亞區和芬蘭古元古代中央拉普蘭綠巖帶的一套變質巖石進行了金的超低檢出限分析。這兩個地區都有豐富的金礦資源，具有發現新的造山型金礦的巨大潛力。這些帶中的變質火山巖分為拉斑玄武巖和鈣鹼性巖漿巖系列，其中原巖中金的含量用綠片巖相樣品的金的Zr/Y冪律回歸計算。在拉斑玄武巖中，金是相容元素，並隨分異作用而減少；而在鈣鹼性巖石中，金是不相容元素，並隨分異作用而增加。質量變化計算表明，在拉格朗德和中央拉普蘭進行遞進變質作用至形成上部角閃巖相的條件（> 550℃）期間，初始金含量損失高達77%和59%。本研究強調：第一，變質火山巖在太古宙和古元古代綠巖帶變質作用中析出金，是造山型金礦床的良好潛在源巖；第二，變質火山巖的含金性受地幔源區和巖漿演化的控制；第三，變質脫揮發分模式可應用於太古宙和古元古代造山型金礦床。

圖：加拿大拉格蘭德省和芬蘭中央拉普蘭變質火山巖的金含量（根據它們的變質相）。GS—綠片巖相；Amp—角閃巖相；UA—上部角閃巖相；Thol—拉斑玄武巖；Calc—鈣鹼性。實線連接各組的中值，虛線連接平均值。新鮮的玻璃數據（灰色十字）來自Jenner和O'Neill（2012）以及Tatsumi等人（1999）。

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Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.

DOI：

doi.org/10.1130/G47658.1

（譯者：王天奇，中國地質大學（北京）地球科學與資源學院）

15

鈣質超微化石將北冰洋沉積物的年代追溯到50萬年以前

北冰洋中部更新世沉積物年齡波動較大，給重建古海洋學增加了相當大的不確定性。這個問題的根源在於北極海洋沉積物中記錄的令人費解的磁極模式，以及缺乏能夠提供校準的生物地層層位或連續的氧同位素地層圖的微體化石。研究人員記錄了在北冰洋中部的一個海洋沉積巖芯中發現的兩個關鍵的鈣質超微化石物種，為50萬年以前的沉積物提供了有力的，並且可全球校準的年代界限。起關鍵作用的物種是顆石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它們在42.4-47.8萬年間滅絕，而赫氏圓石藻（Emiliania huxleyi）則在24.3-30萬年間進化。這是第一次在北冰洋中部的沉積物中發現Pseudoemiliania lacunosa的化石。通過巖石地層對比，可以在北冰洋內450多公裡的範圍內找到含有這些年齡物種的沉積層。它們首次為北極這個區域的更新世沉積物年代學提供了明確的支撐，也為開發和測試其他用於測定北極海洋沉積物年代的地質年代學工具奠定了基礎。

北冰洋地圖，說明文中討論的主要沉積物巖心的位置。

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Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.

DOI：

doi.org/10.1130/G47479.1

（譯者：黃永慧-中國地質大學（北京））

16

加拿大北部科迪勒拉山脈Tintina斷層對巖石圈地幔的克拉通鑿移的地震證據

位於加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脈（NCC）被劃分為幾個平行向右滑動的走滑斷層，在晚白堊世和始新世之間累積了數百公裡的位移。這些斷層的深度範圍，尤其是Tintina斷裂（TF）對NCC巖石圈地幔的地殼構造組合和演化具有重要的影響意義，但是地球物理模型和地球化學數據仍然沒有定論。該研究利用最新的三維縱波地震速度模型，解決了位於TF表層軌跡之下的最高地幔深度的一系列銳化的（~10km）縱波速度對比度（~4%）突變。代表了上地幔組構的地震各項異常數據顯示在TF附近各向異性的方向和幅度大小發生了相似的變化。這些數據表明TF是巖石圈尺度的剪切帶且在沿著TF恢復了430公裡處的右側位移後，縱波的速度快速異常與北美克拉通邊緣輪廓一致。該研究認為，目前位於阿拉斯加東部的快速構造異常是Mackenzie克拉通的一塊輪廓清晰的碎片，其在晚白堊世至始新世期間被TF鑿穿並向西北位移。目前位於NCC南部的第二個克拉通碎片，可能與上地幔深度的Cassiar巖層有關。這些觀察首次證明，大型巖石圈尺度的剪切帶穿過難熔地幔，並且在世界範圍內的科迪勒拉山脈內產生克拉通地幔物質的主要側向位移的證據。

（A）p波異常模型平均深度在66 ~ 200 km之間。同時也顯示了每個地震臺的平均SKS分裂參數。彩色條表示通過延遲時間（換色t）縮放的快速軸傳播方向。金色條由Snyder、Bruneton（2007）、Courtier等人（2010）、Rasendra等人（2014）、Audet等人（2016）以及Venereau等人（2019）編寫；橙色條來自這項研究。（B）恢復Tintina斷層（加拿大北部科迪勒拉山脈斷層）430公裡的向右走滑位移。虛線顯示了Nelson和Colpron（2007）晚白堊世前恢復的Teslin斷層英屬哥倫比亞西北部）的大致位置。圖中D、E和F表示文中討論特徵的所在位置。

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Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.

DOI：

doi.org/10.1130/G47688.1

（譯者：袁夢）

17

金紅石中納米級微量元素團塊的地球化學和地質年代學意義

金紅石中的微量元素地球化學分析（例如：鉛Pb，鈾U，鋯Zr）通常被用來獲取地質事件的性質和時間。但是微量元素的遷移會影響溫度和時間的釐定，且其遷移性的主控因素仍存在爭論。鑑於此，研究人員使用電感耦合等離子體質譜法和原子探針層析成像表徵了西澳大利亞Capricorn造山帶中金紅石的微米至納米級微量元素分布。在大於20微米的尺度下，單個礦物顆粒中沒有明顯的微量元素分異，而且鋯石諧和年齡1872 ± 6 Ma（2σ）也沒有同位素擾動的跡象。在納米級尺度下，可以觀察到20納米的富微量元素（鋁Al，鉻Cr，鉛Pb，釩V）團塊。團塊的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值為0.176 ± 0.040 （2σ），說明他們形成於結晶前，可能是區域變質作用的產物。作者認為這些團塊是由於上部角閃巖相變質過程中瞬時形成的放射性破壞點捕獲流體活動性元素形成的。這種捕獲會影響團塊中元素體擴散的活化能。團塊較低的數量及密度指示了其形成時間，說明變質作用峰值溫度持續時間較短，為小於10 百萬年的事件。研究結果說明運用微量元素手段判斷金紅石中的體擴散將比假定其為均一介質時更為複雜。

（A）四個原子探針層析成像重建結果可見鉛團塊（視頻S1【腳註1】）。（B）第四個樣品中一個鉛團塊的放大圖像及²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb分布。（C）箱型圖顯示單個樣品臨近區域的分布及總體分布數值（紅色）。（D）46個鉛團塊距離與元素含量直方圖，展示了Pb，Al，Cr，Nb，V，W和Zr含量變化；誤差棒代表1σ。

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Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.

DOI：

doi.org/10.1130/G48017.1

（譯者：韓舒筠@CUGB/MQ）

18

次年穩定同位素記錄揭示的南極洲西摩島與白堊紀-古近紀界線附近兩個滅絕期有關的氣候變暖和季節性缺氧

碳酸鹽雙殼貝類高解析度穩定同位素（δ¹⁸O和δ¹³C）增生的貝殼年輪年代學可以提供對了解滅絕期有用的次年環境記錄，這種滅絕期通常是快速變化和不穩定的時期。該研究展示了在南極洲西摩島白堊紀-古近紀界線（KPB）對Lahillia larseni雙殼貝類的高解析度連續採樣結果。這些數據突出了δ¹⁸O和δ¹³C值不規則的兩個滅絕期與形成化石的最後時期一致：一個是在KPB，另一個是在明顯滅絕事件的15萬年之前。由於表現為較低的δ¹⁸O值，該研究將這兩個時期都解釋為氣候變暖的時期，並且有季節性缺氧，表現為低異常（−21.6‰至−3.0‰VPDB）的δ¹³C值和高的（2‰至19‰）的季節變化。低氧條件可能是較早滅絕事件的一種引發機制，並可能延長了KPB滅絕後的恢復時間。

簡化自Schoepfer等（2017）和Montes等（2019）繪製的南極洲西摩島地質圖，黑線表示地層剖面。本次研究中採集的貝殼，是沿著Tobin等人（2012年）標註為「Tobin」的地層剖面採集的（美國阿拉巴馬大學分析的），或是從以紫色點代表的地方採集的（美國密西根大學分析的）。Hall等人（2018）採集的貝殼來自於標註為「Hall A」和「Hall A」的地層剖面；Sst.-砂巖。

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Geology (2020) 48(11):1131–1136.

DOI：

doi.org/10.1130/G47758.1

（譯者：掉幀青年蕭暮春@YU）

美編&校對：覃華清