地学前沿｜《Geology》2021年第12期论 导读

本期目录

01

沉积后改造对铁、钼氧化还原指标的影响

沉积岩中的活性与非活性铁组分比值，自生钼含量（Moauth）和钼同位素组成（δ98Moauth）是重建古海洋氧化状态的常用地球化学指标。这些指标已在现代海洋的含氧及静海环境中得到验证。然而同沉积和沉积后过程可能会导致这些指标的氧化信号被改造或产生歧义，从而影响古海洋重建的可靠性。该研究 道了从加利福尼亚湾和秘鲁边缘两个最小含氧带的现代富有机质沉积物中采集的新数据。结果表明钼元素在沉积不久后会通过与有机碎屑硫酸盐还原产生的硫化氢（H2S）发生反应而被完全固定下来。因此，任何在更深层沉积物中产生的硫化氢（例如与缺氧甲烷氧化有关的硫酸盐还原）会记录原始沉积时未受改造的钼含量及钼同位素组成。相反，铁元素形态数据表明持续暴露在硫化氢环境中的含铁矿物发生了持续的黄铁矿化。重要的是，与氧化物和碳酸盐结合的铁（高活性铁）以及低活性铁（比如层状硅酸盐中的铁）都在早期成岩过程中经历了黄铁矿化，从而形成的铁元素相关指标会错误地指示含铁或者静海环境。

Geology (2021) 49 (12): 1411–1415

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49291.1

译者：

CUGB/MQU@SH

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02

超级喷发释放大量溴

溴是量化火山挥发分的关键卤族元素，但是由于溴的含量很低导致其难以被测量分析，这妨碍了我们理解溴在火山喷发中的行为以及扮演何种角色。该研究提供了一个熔体包裹体和基质玻璃中溴、氯、氟含量的新数据集，样品来自美国新墨西哥州的两个破火山口Toledo-Valles caldera，均为流纹岩超级喷发形成。该研究发现，在喷发之前溴和氯从气体饱和的岩浆进入独立的流体相，研究团队进一步计算了流体相中卤族元素的含量。该研究表明，超级喷发期间，岩浆喷发造成的脱气是可以忽略不计的，因此流体相就是释放卤族元素最主要的源。流体相一旦爆发，释放的大量溴和氯会对大气化学产生强烈影响。

Geology (2021) 49 (12): 1416–1420

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49114.1

译者：

南京大学@月球上的人

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03

火山玻璃和撞击玻璃的区分—以哥伦比亚Cali玻璃为例

天然玻璃存在于地球上不同的地质环境中，主要表现为火山玻璃，雷击石以及撞击玻璃。所有这些不同类型的玻璃主要由二氧化硅组成，并含有不同比例的杂质（尤其是碱金属），且由于它们的形成方式不同，对应的含水量也不同。区分不同类型的玻璃，在地球、月球，或是其他的行星体上，都是一个挑战。对于撞击成因和火山成因的玻璃尤是如此。因为天然玻璃经常被用来测定地质事件发生的年代，即使脱离地质背景，也可用于得出压力和温度的约束条件，或者用来评估岩浆及其源区的挥发性成分，所以需要可以明确区分不同类型的玻璃的方法。该研究团队以在哥伦比亚西部卡利市附近的一个扩展区发现的卡利玻璃为例（该玻璃之前被认为是撞击或火山成因），证明使用结合宏观观察、化学和同位素数据以及H2O含量多方法手段，有可能区分出这些玻璃的形成模式。该研究使用电子探针、仪器中子活化分析、热电离质谱和傅里叶变换红外光谱分析了一组Cali玻璃样品，从而能够明确排除撞击成因，并将这些玻璃归类为流纹岩火山玻璃（黑曜石）。该研究表明，对于那些声称是撞击成因但又无法拿出令人信服的证据的“异常玻璃事件”，应使用与该研究相同的方法重新验证其具体成因。

Geology (2021) 49 (12): 1421–1425

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G48925.1

译者：

NIT@戴云龙

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04

边缘活化中一个难以捉摸的阶段性快照——以北伊比利亚地壳根的不均一性为例

在全球范围内，地壳根主要在碰撞带中被识别出来。地下的地壳根通常与山脉系统的顶峰互为镜像，巧妙地体现了地壳均衡的概念。伊比利亚北部崎岖的地形是由于在阿尔卑斯造山运动期间与欧洲板块汇合形成比利牛斯-坎塔布里亚山脉的结果。从东到西，该山脉由三个不同的部分组成：比利牛斯山脉、巴斯克坎塔布里亚地区和坎塔布里亚山脉。20世纪80年代对比利牛斯山根部的识别以及20世纪90年代在坎塔布里亚山脉下观察到类似的几何形状，让目前认为“地壳增厚是一种连续特征”的观点成为可能，该地区的地壳结构被解释为伊比利亚地壳向北俯冲的结果。最近裂谷系统的发展为该地区提供了复杂的裂谷模板，并且基于二维重建的不同观点导致了对该地区下地壳演化的争论。莫霍面地形研究可以为这些争议提供重要的地球物理约束。该研究使用两种不同的数据集和技术，呈现了迄今为止最准确的莫霍面，证明了存在整个造山带的突变。汇聚前超扩张边缘的复杂性构成了当前莫霍地形的基础，并最终转化体现为北伊比利亚地区的非均一造山模式。

Geology (2021) 49 (12): 1426-1430

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49341.1

译者：

中国地质科学院@郭东海

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05

印度洋Saya de Malha地区洋流和海平面控制热带浅滩环境中浅海碳酸盐生产

碳酸盐台地主要由热带地区光照充足水域中的浅水珊瑚建造。印度洋Saya de Malha地区是世界上最大的碳酸盐台地之一，南赤道流从这里穿过。这里的珊瑚礁均没有露出海平面，在中等光强或弱光强的环境中生长。最新的地质和海洋资料记录了Saya de Malha海岸的演化历史和环境特征，并阐释了决定该区域独特环境形成的因素。研究区珊瑚的生长不受营养盐限制。新近纪晚期，随着南赤道洋流的移动，珊瑚礁类型逐渐从环型珊瑚礁转换为易被洋流影响的在中等透光层生长的珊瑚。因此，洋流活动和海平面波动可能共同控制着现代碳酸盐台地的建造。

Geology (2021) 49 (12): 1431-1435

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49090.1

译者：

NJU@哈哈宇

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06

弧形造山带、弧后盆地和仰冲带源于不规则的陆缘碰撞

大陆碰撞一般会卷入高度弯曲的被动板块边缘，导致在海沟后撤过程中出现穿时的大陆俯冲（图1c）。这种俯冲系统形成于大陆初始碰撞之后，可能具有弧后伸展和蛇绿岩仰冲带的特征。现代的例子包括阿尔伯兰弧（Alboran arc）和班达弧（Banda arc）。古代的例子包括加拿大的纽芬兰（Newfoundland）和挪威的加里东造山带（Caledonides）。虽然普遍存在外力或先存薄弱区，但该团队认为，蛇绿岩仰冲带同样可以由碰撞过程中集中的内部应力引起。该研究通过建立三维热力学模型（图2），模拟不规则的陆缘碰撞，并利用所产生的应力场变化来解释地质过程的演化结果。研究结果解释了在大陆碰撞发生时张性应力是如何在局部仰冲板块上出现的。这种张性应力使仰冲板块变薄，且可能发育弧后伸展盆地。之后碰撞沿着整个海沟迅速传递，使得弧后伸展盆地中心应力反转为挤压应力，蛇绿岩仰冲并挤压上盘板块（图3）。这些模型揭示出不规则陆缘的俯冲是怎样形成平面上弧形的造山带的。这种机制解释了在大陆碰撞过程中，从一个特定的初始边缘形状陆缘是可以自然地演化出弧后大洋岩石圈的仰冲带的。

Geology (2021) 49 (12): 1436–1440

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G48919.1

译者：

耶拿大学@张艺琼

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07

泥质沉积揭示斜坡的进积过程以及新的古新世-始新世极热事件的沉积记录

美国东部大西洋中部沿海平原保存了古新世-始新世极热事件（PETM）及相应的高分辨率的碳同位素负漂（CIE）的沉积记录，但不同剖面的保存情况差异很大。该团队借助新泽西沿海平原PETM时期形成的斜坡剖面（厚度可达15m）建立了一个跨陆架的PETM时期的沉积模型来解释不同剖面记录的差异。由于PETM事件伴随着快速的环境变化，因此，该研究认为细粒沉积物输送通量的增加导致了PETM时期相对较厚的沉积物的沉积。在生物地层学的基础上，该研究通过δ13Cbulk、CaCO3的含量及＞63μm的颗粒物比例的数据将不同的古斜坡剖面进行对比。在新泽西州梅德福地区，斜坡剖面上部的岩芯记录PETM的开始过程及CIE早期阶段；中部地区（米尔维尔的威尔逊湖）记录了CIE的主体部分；下部的巴斯河地区的岩芯记录了CIE的折返过程。该研究认为这种模式反映了斜坡前积层通过泥流横跨古陆架的进积过程，这同现代有着大量泥沙沉积物补给的河流及其相邻的泥质大陆架的沉积模式一样（如巴西亚马逊河、印度尼西亚马哈坎河及缅甸伊洛瓦底江）。该研究的水下斜坡三角洲发育模型解释了不同剖面CIE记录的空间变化，并为该地区未来的PETM研究提供框架。

Geology (2021) 49 (12): 1441–1445

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49061.1

译者：

中山大学@靳少杰

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08

墨西哥湾Moby-Dick天然气水合物由多种气体成分组成

海相盆地中的天然气水合物系统可以通过似海底反射层（Bottom Simulating Reflection, BSR）来识别，并且这种近似平行于海底展布的反射面可以确定天然气水合物稳定带的底界。该研究团队在墨西哥湾北部的Ship盆地发现了新的天然气水合物系统（命名为“Moby-Dick”）。结合地震资料，该研究团队观察到一个相反转特征一致的通道-堤岸复合体，并且似海底反射层展布面积约14.2平方公里，表明该区域存在天然气水合物系统。与传统观察不同的是，该区域BSR深度沿海床从西向东变浅约150m，这与海床深度从南向北逐渐变浅的变化方向不一致。该研究认为BSR深度变化与盆地中逐渐变化的混合天然气成分组成有关，即盆地西部含有更重的烃类化合物的天然气水合物逐渐转变为东部以甲烷为主的天然气水合物。该团队提出在盆地尺度内，混合天然气成分的变化影响着天然气水合物稳定带的形状，进而导致BSR的异常。

Geology (2021) 49 (12): 1446-1451

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49310.1

译者：

NJU@哈哈宇

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09

来自希克苏鲁伯撞击坑的冲击变形锆石及其对撞击过程的海洋缺氧事件1a（OAE 1a）期间的脉冲式火山活动和快速海洋脱氧指示

广泛的海洋缺氧、生物危机和火山活动都与早阿普特期（约120Ma）发生的海洋缺氧事件1a（OAE1a）有联系。然而，海洋脱氧作用过程及其与同时期广泛的火山活动的具体联系仍未研究清楚。该研究使用δ53Cr比值和稀土元素丰度来明确整个事件中海底火山活动和全球海洋脱氧的时间和节奏。在OAE1a之前沉积的太平洋沉积物记录了与Ontong Java高原熔岩就位相关的多个海洋火山活动阶段。在初始阶段火山作用和生物钙化危机之后，海洋迅速脱氧。从特提斯到太平洋的大片海洋可能在小于3万年内变得缺氧。在此之后，海洋缺氧持续了近一百万年，并且很可能是通过大陆和海底风化加剧而持续的。这些结果刻画了OAE1a 的新图景，其中火山活动、生物危机和海洋脱氧在时间上是分开的，并通过地球系统响应在数万年的时间尺度上关联起来。

Geology (2021) 49 (12): 1452-1456

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49065.1

译者：

CUGB@唐演

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10

结晶熔岩的自发再加热现象

该团队发现在解聚的富Mg熔体不平衡结晶的过程中常常发生再辉现象，即由于潜热的快速释放而使冷却物质自发再加热的现象。这种现象只能发生在快速冷却、熔体在结晶开始前过冷数十到数百度的情况下。该团队利用前视红外相机（FLIR）记录了辉石和科马提熔岩的再辉现象，这些熔岩最初以25-50°C s-1的速度冷却。辉石结晶前的局部再加热超过150°C，科马提岩结晶前的局部再加热超过10°C，并且在结晶前端迁移通过时持续几秒钟。该团队用差示扫描量热法测定出辉石的潜热释放为440J g-1，科马提岩为275J g-1，短暂的输出功率为~100Wg-1或~300MWm-3。在太阳系中，特别是在熔岩喷泉中，再辉现象可能是一个广泛存在的过程，不应先验地假定基性火山碎屑的冷却历史是单调的。

Geology (2021) 49 (12): 1457–1461

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49148.1

译者：

CUGB@张蕾

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11

锆石（U-Th）/He热年代学揭示的美国大峡谷地区大不整合形成前的古地形

大不整合面是一个标志性的地质特征，其与地球历史上一个包括了超大陆罗迪尼亚的聚合与裂解和雪球地球事件在内的神秘时期相吻合。因此，该研究使用锆石（U-Th）/He热年代学来重建美国亚利桑那州大峡谷地区大不整合面之下的侵蚀历史。锆石（U-Th）/He年龄最老为(809±25) Ma，并且在长周期（约100公里）和短周期（几十公里）的空间波长间具有不同数据分布特征。该地区元古宙发育同沉积正断层作用，该作用导致了整个区域的差异剥露和埋藏，是解释这些随空间变化的热历史的最可能地质事件。数据、地质证据和热历史模拟表明，新元古代岩石的剥露和基底古隆起（位于今天的下花岗岩峡谷）的出现与大峡谷超群（位于今天的上花岗岩峡谷）的沉积是同步的。古隆起形成了一个地形屏障，可能限制了海相或陆相沉积的范围。这一古地形演变反映了罗迪尼亚超大陆的聚合和裂解期间长期的多期次构造活动，在数亿年内诱发了多个形成不整合面的事件，所有这些都被称为“大不整合”。

Geology (2021) 49 (12): 1462-1466

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49116.1

译者：

棒棒的61

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12

磷镧铈矿Th-Pb年代学揭示大印度和澳大利亚-南极大陆裂解期间西Pilbara克拉通中太古代构造再活化

西澳大利亚太古宙Pilbara克拉通的低级变沉积岩中磷酸盐矿物的U-Th-Pb年代学揭示了古元古代长期的变形和流体活动。然而这一技术在之前的研究中并未发现与显生宙克拉通边缘裂解和聚合有关的流体活动证据。对此，该研究利用含水的富轻稀土磷酸盐矿物—磷镧铈矿（rhabdophane）开展原位Th-Pb年代学研究，来约束Pilbara克拉通西北缘的流体活动时间，样品来自太古宙生物圈钻探项目6号钻孔（ABDP6）中夹在27.6亿年的Mount Roe玄武岩中的碳质页岩。碳质页岩中磷镧铈矿记录了三组年龄，加权平均208Pb/232Th年龄分别是（152 ± 6）Ma、（132 ± 4）Ma、（119 ± 4）Ma，揭示了页岩沉积26.4亿年之后的磷酸盐矿物生长历史。磷镧铈矿的年龄和东冈瓦纳大陆三个裂解事件同期：西南Borneo和Argoland从澳大利亚的裂离（ca.156-152Ma），大印度从澳大利亚的裂解（ca.140-135Ma），大印度/印度从南极大陆的裂离（ca.123Ma）。钻孔ABDP6靠近中太古宙克拉通边缘的主要断裂和剪切带，平行于断裂生长和盆地发育的方向，表明古代地壳形成后一系列的活化事件持续了超过28亿年之久。该研究的结果凸显了磷镧铈矿作为U-Th-Pb地质年代计用于低温（＜200℃）流体活动和热液蚀变事件定年的潜力。值得强调的是，太古宙页岩中的中生代流体记录提醒我们，在利用古老蚀变岩石的地球化学信号示踪早期环境与生物圈演化时，应慎重探讨和辨别相关地化信息的原始性。

Geology (2021) 49 (12): 1467–1472

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49250.1

译者：

中国地质大学（武汉）@魏月华

中科院地质地球所@刘谭杰

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13

早更新世气候诱发阿拉斯加山脉的侵蚀形成了尼纳纳砾石层

上新世-更新世之交，全球气候显著变冷，冰川广泛发育。然而，在构造活跃区，很难从侵蚀和剥露作用历史中识别出该气候变化的信号。尼纳纳（Nenana）砾石层是阿拉斯加山脉北麓的一套前陆盆地沉积，过去认为该套沉积由阿拉斯加山脉在6Ma开始的去顶作用形成。该研究利用26Al/10Be埋藏测年法对尼纳纳砾石层及其上覆的由首次推进到北麓的冰川形成的冰碛物进行了年代学研究。结果表明尼纳纳砾石层沉积开始于更新世早期，其底界年龄约为2.34Ma，顶界年龄约为1.7Ma。其初始沉积的时间和科迪勒拉冰盖的扩张时间是一致的，这指示尼纳纳砾石层的形成与阿拉斯加山脉冰川侵蚀作用的加剧有关。但是，尼纳纳砾石层的沉积主要发生在冰川推进到阿拉斯加山脉北麓之前。过去认为阿拉斯加山脉北麓的冰川作用开始于约1.5Ma前，但是该研究基于对冰碛物的定年表明其开始于约0.39Ma。该研究得出的尼纳纳砾石层及其上覆冰碛物的沉积年龄有助于理解该地区的沉积作用同气候和构造作用之间的关系，并且该研究还指出阿拉斯加山脉北麓构造活动和河流下蚀作用的速率需要被重新评估。

Geology (2021) 49 (12): 1473–1477

原 链接：

https://doi.org/ 10.1130/G49323.1.

译者：

三口刀

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14

巴西乌鲁库姆地区成冰纪冰期和海平面波动以及大量与马里诺冰期有关的铁和锰沉积

Geology (2021) 49 (12): 1478-1483

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49134.1

译者：

南京大学@张胜

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15

高分辨率海底地貌研究揭示俄罗斯北部巴伦支海地区晚魏克塞尔冰期冰盖的流动方向

该研究利用多波束声呐数据绘制了俄罗斯巴伦支海地区面积达4861km2范围内的1000多个第四纪晚期的冰下和冰缘地貌的位置和走向图，包括线型沉积河床、冰川构造丘-洼组合（glacitectonic hill-hole pair）、冰水通道以及蛇形丘。该研究发现在约75°N的Sentralbanken和Admiralty海岸之间存在冰川南向流动的证据。在法兰士约瑟夫群岛和新地岛之间存在冰川向北东方向流入圣安娜海槽的迹象。也有证据表明冰川在法兰士约瑟夫群岛以南向远离海岸的南东向流动并与北东向流动的冰川在Sedov海槽处汇聚。由于在法兰士约瑟夫群岛和新地岛之间存在北东向流动的冰川，这表明法兰士约瑟夫群岛没有被从巴伦支海向北流动的冰川覆盖，这暗示法兰士约瑟夫群岛可能存在一个次级的冰穹。并且，在俄罗斯巴伦支海约76°N到77°N之间存在一条冰的“分水岭”。

Geology (2021) 49 (12): 1484-1488

原 链接：

https://doi.org/10.1130/G49252.1

译者：

成都理工大学@华天

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16

中国华南二叠纪末植物灭绝事件的生标化合物分子记录

学界围绕二叠纪末生物大灭绝在陆地和海洋同步性的基本问题有着很多争论。为了解决这些争论，该团队研究了中国东南部煤山的海相二叠系-三叠系标准剖面中陆源含奥利烷碳骨架的五环三萜类降解分子化合物，即判别二叠纪植物Gigantopteris属的生标化合物。该团队因此建立了单环芳烃降A-奥利烷的连续定量化记录，而单环芳烃降A-奥利烷记录在二叠系-三叠系界线之下的主要海相灭绝层处戛然而止。因此，该类分类特异性的生标化合物分子以其独特的细节揭示了最独特的二叠纪植物之一的灭绝时间和速度，同时提供了大陆和海洋生物同步灭绝的证据。木质素酚类相对丰度也发生了相似的下降，证实了干旱驱动的灭绝不仅限于Gigantopteris属，很可能影响到整个赤道地带的华南板块湿地植物。