《Geology》2020年第9期論文導讀(下)

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構造應力控制碟形基巖的幾何形狀和侵位機制

碟形基巖在世界各地的沉積盆地中很常見。碟形基巖與由蓋層彎曲引起的侵入過程中巖尖應力分布不對稱有關。大多數碟形基巖模型是使用巖漿模擬超源壓力（Po）來驅動宿主巖產生破壞，但沒有構造應力。在這裡，我們給出了一系列構造應力條件下放射性傳播的基巖的軸對稱有限單元模擬，從水平拉張到水平壓縮。根據基巖的幾何形狀和圍巖的破壞模式，對基巖的回應可分為四種狀態。這四種狀態根據構造應力與巖漿源壓力的比值R = σr/Po來區分：（I）在水平伸展過程中，最初形成的巖基過渡到巖脈（R2處，基巖生長為傾斜的片狀。狀態I-III的基巖主要是通過圍巖的拉伸破壞而生長，而狀態IV的基巖主要是通過圍巖的剪切破壞而生長。不同的構造應力造成了一系列基巖幾何形狀，匹配了不同的基巖類型。因此，構造應力是碟形基巖幾何形狀和侵位機制的主要控制因素。

圖1 碟形基巖在自然狀態下和模型下的幾何狀態

（譯者：黃永慧-中國地質大學（北京））

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與河流改道和衝裂過程相關的河流河道砂體堆積和分布的預測模型

儘管河道衝裂作用作為河流在時間和空間上如何移動的代表，在河流地層學的構建中具有重要意義，但目前尚不清楚衝裂過程如何反映在河道化河流的地層堆積模式中。通過包括露頭、巖心和雷射雷達數據在內的綜合地理空間參考三維數據集進行分析，我們首次在露頭研究中確定了河道砂體結構、古河道遷移率和地層堆積模式之間的預測關係。單層砂體往往發育在垂直堆積的、由一個多邊砂體覆蓋的地層中，指示堆積體從穩定河道體系向上變化到動蕩河道體系。垂直砂體堆積在地層中意味著河道在「局部」衝裂後重新佔用廢棄河道。再佔領衝毀河道可能是河道受限的反映，在砂團堆積體發育過程中保持在其衝裂位置的下遊；也可能是退化的滯水河道的下遊，砂體群和額外的多邊砂體相互橫向抵消或隔離，這反映補償疊加在地勢較低的洪泛區。我們研究顯示的衝裂機制、河道遷移率和由此產生的砂體分布和堆積模式之間的預測聯繫對解釋衝積盆地地層的時空分布模式有重要意義。

圖4. 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）。

（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）

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加拿大夏洛特皇后斷層南部地體平移運動與剪切擠壓作用使海達瓜依地區隆升剝露

海達瓜依多山群島坐落於卡斯卡迪亞俯衝帶北部（北美西北部）與太平洋北部的美洲板塊相接。海達瓜依的地形可能是俯衝起始引發的不斷剝露所致，也可能是板塊邊界夏洛特皇后斷裂附近剪切作用促使地殼短縮所致。為了解決板內應變的適應性問題，我們從海達瓜依20個基巖樣品中測定了熱年代學監測數據，包括鋯石（U-Th）/ He，磷灰石（U-Th-Sm）/ He年齡，也測試了磷灰石裂變徑跡年齡。所測年齡結果從5Ma到60Ma，據此我們認為夏洛特皇后斷層附近的剝露速率逐漸增加，20 Ma以來剝露最大達6 km。而剝露明顯早於俯衝起始，所以可以排除俯衝起始與群島地形演變之間的直接關係。此外，剝露與雅庫塔特地體的一部分有關，這表明地體平移運動期間，北美地區發生了變形，而海達瓜依逐漸隆升。中新世的剝露速率較穩定或略有下降，因此海達瓜依的地殼短縮現象絕非是北美和太平洋板塊剪切擠壓作用的唯一響應。據此，我們認為北美和太平洋板塊的盆地反演和內部短縮以及北美之下太平洋板塊的潛在俯衝作用可以控制板塊匯聚作用。

圖 海達瓜依（加拿大西部海岸）的熱年代學監測樣品：磷灰石（U-Th-Sm）/ He（AHe）年齡，磷灰石裂變徑跡（AFT）年齡、鋯石（U-Th）/ He（ZHe）年齡。A，B，C地（分別是海達瓜依北部，中部和南部）為使用樣品進行熱模擬的地點；結果如原文圖3所示。點狀區域為預測剝露速率增加的區域。

（譯者：張瑜CAGS）

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三維大地電磁成像揭示中國東北五大連池火山區尾山火山下方巖漿正在補給

中國東北五大連池火山區最近一次火山爆發是在300年前。最近的環境噪聲層析成像（ANT）成像了一個潛在的巖漿房，位於尾山火山之下，該火山上一次噴發大約在50萬年前。為了對巖漿系統的空間分布進行成像，並估計尾山火山下方的熔融部分，我們利用布設在尾山火山錐周圍密集分布的大地電磁（MT）臺站（平均間距為1公裡），通過大地電磁成像獲得了火山下方深達20公裡的高解析度三維電阻率結構。發現在火山錐下方大約3～4公裡，存在非常明顯的低電阻率異常。從三維電阻率模型可以推斷，在地殼中上部存在巖漿房。根據ANT的低速異常和大地電磁成像的低電阻率異常，我們估算了中上地殼巖漿房中的巖漿部分熔融程度至少為15%。從巖漿房和淺巖漿房的形態來看，尾山火山可以用跨地殼巖漿系統模型來描述。考慮到巖漿房周圍存在地震和火山顫動信號，尾山火山可能處於巖漿補給的活躍階段。因此，需要加強該地區的火山監測，以便更好地預測未來火山噴發的可能性。

圖：中國東北地區五大連池尾山火山下方基於三維電阻率成像給出的巖漿囊分布

註：WS-尾山火山；MLB-莫拉布山；ELM-東龍門山；Depth：深度；Latitude：緯度；Longitude：經度

（譯者：王天奇，中國地質大學（北京）地球科學與資源學院）

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日本海記錄指示7.9-6.6Ma間東亞冬季風的增強

中新世晚期，中高緯地區的海水表面溫度（SST）發生了顯著的降低，被稱為晚中新世變冷事件。同一時期，南海記錄指示東亞冬季風發生了顯著的增強。然而，目前關於晚中新世降溫和東亞冬季風在東北亞地區表現的認識較少。

日本海地處東北亞地區，而且位於西伯利亞高壓和阿留申低壓之間，是東亞冬季風的敏感響應區。

考慮到以上因素，東京大學的Matsuzaki助理教授及其合作者利用日本海沉積物中的放射蟲組合重建了9.1-5.3 Ma之間SST的變化。由於該地區放射蟲主要生活在秋冬季節，因此SST記錄反映的是冬季溫度變化。

結果顯示，在7.9-6.6 Ma之間，日本海冬季SST降低了8°C（從24°C 降低到16°C）。作者認為這主要是與東亞冬季風的增強有關。在6.6-5.8 Ma之間，夏季SST發生了降低（降溫4°C左右）。不同時間不同季節溫度的變化導致了SST季節性差異隨時間的變化。

圖1. 9.1-5.3 Ma之間日本海SST與區域相關指標變化的對比

（譯者：三口刀）

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2016年義大利諾爾恰Mw6.5地震的震波速率前兆

地震的發生是活動斷層長期應變積累和複雜的瞬變觸發機制的結果。儘管實驗表明，在滿足破裂條件之前變形模式就會加速，但要在自然界中獲得類似的預備階段成像仍是困難的，因為這需要事先進行大量的監測。2016年，由史無前例的地震臺網捕捉的Amatrice-Visso-Norcia（義大利中部）級聯地震，為大型事件提供了一個用於預備階段成像的獨特的試驗場。諾爾恰初期斷層的地殼受到來自超過13000場地震的地震射線的密集照射，這些地震形成於主震成核前的三個月內。我們在不同的時間窗口採用了層析地震成像，這揭示了彈性波速的前兆變化，表明了（1）斷層的最終鎖定狀態，（2）地震發生前幾周，震源附近斷層剛度的快速變化。這些結果首次發現了短期的、難以捕捉的地殼特性，揭示了不斷演化的級聯地震。

圖1.（A）2016年10月30日諾爾恰Mw6.5地震前的地震活動圖（B）斷層上Vp的垂直剖面（C）B中方框的地質草圖

（譯者：CDUT—馬門溪法師）

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巨神洋：類似於特提斯洋？

巨神洋（Iapetus Ocean）形成於羅迪尼亞大陸裂解之際，主要位於勞倫大陸、波羅的大陸和亞馬遜大陸之間。這些大陸邊緣保存了750到530百萬年期間從大陸伸展到裂谷長久以來的地質記錄，包括兩個主要裂谷期：750~680百萬年和615~550百萬年。傳統上認為，第二期裂谷被認為導致了巨神洋的打開，而第一期裂谷則代表了一次夭折的裂谷發育。我們在對這些大陸邊緣地質記錄進行新的回顧的基礎上，對這一傳統認識提出了挑戰，並提出了兩個「巨神洋」盆地相繼打開的模型。早先，在大約700百萬年，在勞倫大陸和亞馬遜大陸之間形成了一個「古巨神洋」。隨後，在600百萬年形成了「新巨神洋」，這導致了羅迪尼亞超大陸的最終解體。這個模型更好地解釋了亞馬遜大陸西部不發育第二期裂谷的原因，以及為什麼該大陸邊緣的新生代沉積物中存在新元古代碎屑鋯石年齡的分布。我們進一步認為，新巨神洋的打開導致了小地體從勞倫大陸裂解並向亞馬遜大陸漂移，這是由615百萬年左右的古巨神洋中脊的俯衝和地幔柱的形成而引起的。這可能是古生代晚期新特提斯洋打開的最直接的深時類似物。

圖1：（A）615百萬年的古地理重建，顯示了古巨神海洋中脊的俯衝和中巨神巖漿省的侵位（紅C），導致了新巨神洋的打開。（B）新特提斯洋的打開時間約為270百萬年，在古特提斯洋洋中脊俯衝和Panjal暗色巖侵位之後（紅P）。請注意，地球儀的方向是倒轉的。

（譯者：棒棒的61）

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兩處超級火山噴發發現於黃石公園熱點鏈（USA）:黃石公園熱點在消減嗎？

超級火山噴發是影響地球表面的極端事件之一，然而，很少有實例能夠用來評估它們在地殼過程和環境影響方面所扮演的全球角色。本文中，我們展示了一種可靠的方法，從保存最好的板內大火成巖省之一中識別出它們，最終我們識別出了兩處新的超級火山噴發。每一處都產生了巨大的、異常熱的火山碎屑密度流，流經美國愛達荷（Idaho）和內華達州（Nevada）廣闊的土地。大約8.99 百萬年的McMullen Creek超級噴發量級可達8.6級，比黃石公園（懷俄明州）最近兩次主要噴發的規模還要大。它的體積超過1700Km3，覆蓋面積大於12,000Km2。年齡約在8.72百萬年的Grey's Landing噴發甚至更大，量級可達8.8級，體積大於2800Km3。它覆蓋面積超過23000Km2，是黃石公園熱點中記錄的最大、最熱的火山噴發。這些發現表明了通過將微量元素化學和礦物成分與野外和古地磁的特徵結合的方式來區分和追蹤大規模火山沉積層的實際效果。這一方法應該能帶來更多的發現和火山規模的評估，在黃石公園或者其他大火成巖省。這項研究增加了在黃石公園熱點發現的超級噴發的數量，指明了火成巖省的時間格架需要被更新，並且暗示熱點可能在消減。

翻譯人：中國科學院地質與地球物理研究生博士劉卉

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地質硫化物流體中塊體納米貴金屬的不溶性

地球巖漿系統中貴金屬（NMs）被硫化物流體的強烈分配所控制。這種化學平衡是從貴金屬礦床的形成到行星分化等各種模型的基礎。貴金屬通常以亞微米相——塊體納米的形式出現。雖然納米尺度下的熱力學平衡分配假說早已被提出，但是塊體納米貴金屬是否溶於硫化物流體還不知曉。我們採取一種新的實驗方法與分析技術，發現納米尺度的NM±Bi相附著於硫化物流體的外表面。更大尺度下（≤1μm）則可明顯看到流體不混溶結構，其中Fe，Cu和Ni分開進入硫化物流體，而貴金屬則進入鉍化物流體。硫化物的貴金屬組成及貴金屬相在相鄰的液滴間發生變化，這表明整個系統中的貴金屬處於不平衡狀態。我們發現硫化物中大多數納米尺度的貴金屬也是不溶的，這表明先前報導的硫化物-矽酸鹽分配係數被高估了。因此，硫化物流體可能在某些貴金屬礦床的形成過程中起著次要作用。

圖 電子探針顯微分析儀（EPMA，C5774）圖示

灰度圖像是背向散射電子（BSE）圖像，箭頭指示對應的X射線元素圖。每個圖像由紅色或藍色兩種元素組成並被圖例指向。虛線框和虛線表示在波長色散光譜圖中顯示的區域。比例尺為1μm。

縮寫：bl-鉍化物流體；ccp-黃銅礦；chr-鉻鐵礦；cpx-單斜輝石；nbs-硫化鎳鉍；pn-鎳黃鐵礦；sg-矽酸鹽玻璃；sl-淬火的硫化物流體。補充材料中提供了該圖的高解析度版本（原文腳註1）。

（譯者：張瑜CAGS）

美編：ZYN

校對：覃華清