国际地质新动态

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徐慧,编译.朱建东,校.

美国俄亥俄州的油气水平井钻探

在过去的三年中，美国俄亥俄州东部地区的尤蒂卡页岩(Utica Shale)已逐渐成为北美地区最具经济价值的油气页岩层。在很短时间内，该地区聚集了超过1 000口水平井在同时钻探作业，其中相当一部分井已开采出具经济价值的油气资源。

虽然俄亥俄州东部地区的钻井总数并不算多，但是能在如此短的时间内聚集大量的钻井施工，足以证明其地下的油气资源勘探潜力。每一个钻井平台上都有多个垂直井，每个垂直井在钻到一定深度后通过“造斜”进入水平井的施工，水平井的水平位移通常为1～2英里，水平井是水力压裂的主要部位，也是油气的主要产出部位。压裂后的井段可最大程度地释放出隐藏在页岩层中的油气资源。

上图显示了俄亥俄州东部地区主要钻井的分布位置，同时也标明了每个钻井的代码，用户登录俄亥俄州自然资源部的官方网站后，通过这些代码便可查询相应钻井的详细信息。同时，这张图也详细标明了每个水平井的钻进方位、钻进水平长度等信息。

http://www.usgs.gov

徐慧,编译.朱建东,校.

地磁监测技术提升油气钻探效率

据有关方面称，油气钻探公司通过地球磁场监测和现代科技的结合，使得油气产能得到大幅提升。同时，开采成本和对环境的影响也随之降低。

在钻探平台上利用垂直井和水平井进行钻探任务时，钻探者期望获取最大的油气资源量，同时最大程度地避免与其他钻井相交的可能性。科研人员通过在钻头设备附近安装一个随钻“磁力仪”，动态监测钻孔内地磁场监测数据的细小变化，以达到上述的目的。

美国地质调查局通过搜集遍布全美天文台的地磁场数据，并对这些数据进行每秒一次的实时监控。油气专家通过对钻井地表和深部的地磁场进行测量，从而可以精确地定位钻头的当前位置和钻进方位。

正如地球潮汐和太阳电磁风暴一样，分布于地球上的地磁场强度瞬息万变。尤其在高纬度地区，如北美阿拉斯加和北冰洋等地区，地磁场会变得异常活跃。油气钻探过程中，专家们需要通过对地磁场的动态监测，获取精确的数据来对钻头进行定位。美国地质调查局地磁研究团队首席工程师卡罗尔·A·费恩(Carol A. Finn)博士称，美国地调局开展的地磁场实时监测项目所获取的数据将提供给科研机构、国防部以及油气钻探公司等部门。

http://www.guardian.co.uk/environment/2013/mar/20/budget-2013-george-osborne-shale-gas-boom

潘潇,编译.朱建东,校.

英国政府承诺开发本国页岩气

英国政府日前承诺对水力压裂公司实行税收减免政策，并对当地开发公司团体提供财力扶持，激励地方团体通过获取矿业权来开发本国页岩气资源。英国财政大臣乔治·奥斯本表示：“我希望英国开发出像页岩气这样低成本的新能源。页岩气将成为未来能源的一部分，我们将努力做到这一点。”

根据新的政策，勘探公司将获得免税开发油气田的机会，这几乎相当于十年间勘探支出的税费。备受争议的钻探技术涉及到用高压将水、石英砂及化学试剂泵入深井，压裂页岩产生大量的裂隙，从而提取页岩气。这种勘探方法会引起水污染及小范围地震。英国财政部门承诺将在7月前提供一份页岩气勘探开发的规划指南，并适时推出可行的系统计划。

财政部门同时也承诺,2013年夏季起草的发展提案中将确保地方投资商及当地社区从页岩气勘探开发项目中受益。这份提案包括用税收来补偿当地社区，从而不影响压裂公司的正常利润。

英国库瓦德拉压裂公司(Cuadrilla)总裁费朗西斯·伊根认为：“页岩气的税制改革将极大地促使企业在页岩气勘探工作上履行起责任及投资义务。”该公司主席布朗勋爵近日也表示，将不惜一切代价勘探英国页岩气资源。

http://www.cnbc.com/id/100541510

潘潇,编译.朱建东,校.

美国式页岩气开发模式中国遇阻

在最近一次的竞标会上，16家公司取得页岩气勘探权后，中国决定开发这个世界上最大的页岩气聚集地。据业内专家称，北京希望页岩气能够复制美国页岩气的开发方式，从而改变传统的能源模式，然而迄今为止中国只进行了小规模的页岩气生产。因此，2015年想要实现65亿m3的页岩气产量，这一目标似乎难以实现。

据悉，很多中国公司争先恐后地涌入页岩气开采行业，由于缺乏开采页岩气的经验，中国页岩气开发项目将遇到更大的挑战。如果页岩气开发短期内不能取得成功，那么中国将只能依赖进口昂贵的石油、液态天然气及煤炭资源。

竞标成功的公司将不得不高价购买他们所缺乏的专业技术，与外国专业公司，如斯伦贝谢、哈里伯顿等签订购买有关水力压裂技术的合同，以供采页岩气之用。

两年前，中国第一个页岩气开采竞标主要被中国大型国有能源企业拍下，如中海油，中石油。第二次竞标由于受到天然气补贴的优惠以及资金资助等因素，吸引了100多家民企的兴趣，这其中还包括房地产投资开发商、粮食贸易商、烟草经销商等。众多投资领域的投标公司参与页岩气的开发反映出页岩气的热度及开发潜能。政府也在试图复制美国页岩气革命的条件：在多个民企钻井公司之间形成良性的开发竞争。

显而易见，中国具有强大的页岩气资源开发潜力。中国政府通过技术评估，预计全国页岩气储量在25万亿m3左右，而美国能源信息署则称有36.1万亿m3的储量，这两种估计都大于美国24.4万亿m3的页岩气资源储量。然而中国页岩气的埋藏深度往往比美国更深，并且储量更分散。因此，美国所广泛使用的开采技术在中国可能会频频遇阻。

在页岩气的勘探开发进程中，包括中石油，中石化在内的大型石油化工企业进展也十分缓慢。截至2012年5月，共钻探60多口页岩气井，大部分在四川盆地西南部。而截止2012年11月，在最具出气潜力的地区，中石油仅仅开采了1 100万m3的页岩气。

http://www.scientific-alliance.org/scientific-alliance-newsletter/shale-gas-good-news-or-bad

潘潇,编译.朱建东,校.

页岩气开发的利与弊

利用水平井钻探和水力压裂相结合的方法开采页岩气是目前的一个发展趋势。页岩气属于典型的非传统型油气资源，潜力巨大，在未来几十年里，其开发利用将会对能源安全产生积极影响。

不仅如此，页岩气取代煤炭用于发电，将会使页岩气开发成本更低，效益更高，也减少了二氧化碳的排放量，减少对气候变化的影响。页岩气开采过程中水力压裂易污染地下水，但这属于可控制范围之内。

不过，最近的一份报告却披露了一个意想不到的环境问题：据英国广播公司(BBC)称，相对于煤炭，页岩气开采对气候的影响其实更糟。康奈尔大学的研究人员经研究后得出上述结论。他们认为，页岩气的提取过程十分复杂，有害物质的泄漏渗透比常规的油气资源开采要严重得多。在一口页岩气勘探井的生产过程中，甲烷气体会以不同的形式逃逸到大气中。经估算，逃逸率为3.6%～7.9%，这是常规天然气井的两倍还多。

根据研究小组的评估，他们认为在页岩气开采的头20年里，页岩气比煤炭更易使全球变暖。BBC引用罗伯特·豪沃思(Robert Howarth)的观点：“未来几十年里，与其将页岩气作为其他化石燃料的替代品，还不如尽快致力于真正意义上的绿色可再生燃料的研究利用，如风能、太阳能。”

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徐慧,编译.朱建东,校.

加拿大纽芬兰Leprechaun矿区金矿勘查

据报道，总部位于加拿大纽芬兰省多伦多市的Marathon PGM矿业公司已完成在Leprechaun矿区金矿勘查的钻探工作。该矿区位于巴肯斯市(Buchans)以南55 km，目前钻探工作进展顺利，岩心中发现了大量肉眼可见金，从而证实了在断裂带的上盘存在着一个次级平行矿化透镜体。

岩心化验分析显示，矿体品位最高达到8.37 g/t，其真厚度超过3.5 m。Marathon PGM矿业公司董事长Phill Walford说，这个新的发现表明，这条2 km长的北西—南东走向的构造带中可能赋存着更多类似的高品位金矿的透镜体。

钻探项目的副总指挥戴维·古德(David Good)透露，在钻探工程的早期阶段，地质人员已意识到主矿化带可能会在断裂构造带的上盘继续延伸，因此在该地段布置了密集的钻孔来验证，钻探结果证实了地质人员的这一推测，在构造带的上盘的确存在一个次级平行的高品位金矿透镜体，这也为将来的露天开采提供了良好的条件。

Karine Lalonde,Alfonso Mucci,Alexandre Ouellet and Yves Ge’linas. Preservation of organic matter in sediments promoted by iron. Nature,2012,438:198-200

徐祖新,编译.朱建东,校.

铁在沉积物有机质保存和循环中的作用

早在40多年前有报道曾指出，在海洋沉积物有机质与铁的相互作用中，铁与有机碳浓度变化的一致性。但由于铁和有机碳通常都吸附于黏土矿物表面，这种相互作用被简单地描述为：表面面积大、吸附能力强的细粒物质表面，铁和有机质含量会相应增加。但尚不明确的是，这种关联是源于他们对固体表面强大的亲和力，还是反映了铁对有机碳的保存的促进作用？铁有利于有机质的保存，在实验研究中得到了验证。同时，研究还表明，铁对土壤中有机碳的保存也有利，但这种保存机制尚未在土壤沉积物中得到证实。

Karine Lalonde等利用柠檬酸—连二亚硫酸铁还原方法，对不同沉积环境(淡水、黑海、大陆架、深海、三角洲等)中的沉积物样品进行了测试。该方法利用碳酸氢钠以保证实验环境的pH值为中性，这可以有效地防止有机质水解及再次吸附在沉积物颗粒上，这种现象在酸性条件下经常出现。在这种控制条件下释放出的有机碳与铁无关，因此与铁伴生的有机碳量应该由连二亚硫酸提取出的有机碳量减去该实验下得到的有机碳含量所求得。

结果表明，铁与有机碳强的关联度抑制了有机碳的微生物降解，从而利于有机碳的保存。测试结果同时证实了有机OC—Fe大分子结构的存在，其在铁还原过程中溶解并从沉积物中排出。铁或铁的氧化物对于有机大分子结构的形成起到了关键作用，通过强的共价键将他们固结在黏土颗粒上。

计算结果表明，有机质吸附于活性铁氧化物的表面，造成了高的MOC∶MFe(有机碳与铁的摩尔比)。有机复合物与铁的共沉淀或螯合作用，产生低密度的富有机结构，MOC∶MFe在 6～10之间。有机金属结构在缺氧条件下特别稳定，如在黑海及还原性的海底，MOC∶MFe高达7～32。而在氧化环境中，有机结构进一步降解，MOC∶MFe减小，如典型的陆架边缘沉积物中。随着氧化条件的加强及暴露于氧化环境时间的加长，MOC∶MFe不断降低。

此外，他们还分析了大块有机质及与铁伴生的有机碳碎片同位素及元素组成。多数情况下，与铁伴生的有机碳富含13C，13C增长(1.7‰±2.8‰)。不稳定的有机复合物与铁的优先结合可以解释为什么活性有机复合物可以在沉积物中保存，而那些活性差的则被降解。

该发现对于理解沉积物中有机质循环有着深远的意义。首先，前面描述的有机碳保存机制，优先抑制富含13C和N的有机复合物微生物降解，可以帮助解释困扰了有机地球化学家几十年的难题：与沉积物中陆源有机质相比，有机复合物有着更强的海相同位素和元素特征。数据同时表明，传统的吸附加固机制，即黏土颗粒利于有机质直接吸附在黏土表面，但无法准确地解释沉积物中所有有机复合物加固模式。有机大分子OC—Fe结构的直接螯合作用或共沉淀作用对于有机碳与铁结合起到了重要作用，进一步的解释还需要更多的工作。最终研究结果表明，埋藏于表层海洋沉积物有机碳的(21.5%±8.6%)，或者全球约(19～45)×1015g有机碳由于与活性铁伴生而保存下来。活性铁是有机碳长期保存的关键因素，因此对于碳、氧和硫的全球循环有着重要作用。

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徐慧,编译.朱建东,校.

斑岩铜矿成矿模式探析

斑岩铜矿是一种大型的成矿系统，通常由小型中酸性岩体的侵入作用所形成，矿(化)体往往呈椭球状，直径可达数千英尺。关于斑岩型铜矿的成矿模式，目前众说纷纭，但大部分学者均认同以下的观点：斑岩铜矿的矿质、成矿热液及其伴生的中酸性岩体都是来自上地幔(或下地壳)。矿质和成矿热液由于中酸性岩浆在上侵过程及侵位后的结晶过程中，温压条件的变化而析出，并在有利的构造位置富集成矿。矿化体与(斑)岩体紧密共生,矿化呈细脉浸染状产于岩体及其围岩中,有的甚至整个岩体矿化,且分布较均匀。矿化体及周围岩石具一定的热液蚀变,并具有一定的横向和垂向分带特征。矿床常产于深大断裂附近,在空间上常呈带状分布,并与一定的构造、岩浆带相一致。同时，矿化岩体的产状往往与围岩不一致，但也有部分斑岩型铜矿的矿(化)体与围岩基本一致，具“层控型”特征。

然而，这种观点却难以解释以下基本地质事实：众所周知,中酸性岩浆岩在全球范围内各个时期和不同地区都有广泛的分布。然而却有99%以上的中酸性岩浆岩在其形成的过程中并没有使铜等金属元素发生富集。这表明,在中酸性岩浆岩的形成过程中(至少是绝大部分),铜等金属元素并没有得到富集。为何在某些小型中酸性(斑)岩体中产出如此巨量的铜元素？这用岩浆分异热液成矿说很难解释。

“活动转移说”则认为：高侵位的中酸性斑岩体含水量很少,在温度下降、岩浆结晶过程中不会析出流体,矿质与成矿热液主要来自围岩,岩浆岩主要起热动力源的作用。由于岩浆的活动,使原赋存于地层中的地下水或层间隙裂隙水(或卤水)活化，并携取围岩中的有用组分成为含矿热液,在岩浆热动力源的带动下,沿着一定的构造系统循环,并在有利部位富集成矿。这种观点很好地解释了如下地质现象：某些斑岩铜矿具层控特点,矿床的产出受一定层位的控制，矿体呈似层状产于围岩中,产状与地层基本一致。但仍有些地质事实难于解释,如难以解释岩体内部出现的矿体,特别是那些呈细脉浸染状均匀分布的全岩矿化斑岩体,因为我们知道，围岩中的水(成矿流体)无法进入已经处于饱和状态的岩浆熔融体。

在时空分布规律上，斑岩铜矿在时间上集中分布于新生代，大约占59.5%，其次为中生代，约占35%，中生代之前的超大型斑岩铜矿仅限于中亚—蒙古的古生代造山带和某些前寒武纪的克拉通造山带。世界上90%的超大型斑岩铜矿集中在环太平洋带，特别是在东太平洋带的被动大陆边缘及太平洋西岸的岛弧链。

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徐慧,编译.朱建东,校.

全球稀土资源供需形势

近年来，许多以稀土金属及其氧化物为主要产品的生产商逐步开始寻找稀土元素的替代品，以减少对其依赖程度。虽然某些替代品与稀土元素具有相似的物性特征，但是总体上的表现仍不尽如人意。

中国是全球稀土元素的最大生产国，同时也是最大的消费国。中国主要将稀土元素用于国际和国内市场的电子元器件生产等领域。日本和美国是全球第二和第三大稀土元素消费国。

稀土元素在地壳中相对富集，但全球可供开采的稀土矿床相对于其他矿种来说却异常稀少。稀土元素主要集中在氟碳铈和独居石等矿物中，全球绝大部分稀土元素工业储量均集中于中国和美国的氟碳铈矿床中，其余的稀土元素则分布在澳大利亚、巴西、中国、印度、马来西亚、南非、斯里兰卡、泰国、美国等国的独居石矿床中。

磷灰石、磷钙钍、异性石、铈铌钙钛、含稀土黏土、磷钇矿是稀土元素最主要的赋存矿物。据美国地质调查局的统计结果，地壳中大部分稀土元素目前仍未探明，未来的稀土产量仍将大于预期的需求量。

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徐慧,编译.朱建东,校.

伟晶岩中的稀有矿产

伟晶岩形成于岩浆结晶分异的后期阶段，通常为富含挥发分的硅酸盐残浆侵入到岩浆岩或围岩裂隙中缓慢结晶而成。伟晶岩中的矿物颗粒较为粗大，常发育有其他岩石中所没有的稀有矿产。

通常认为，较大的深度更有利于伟晶岩的生成。主要原因为:一是较大的深度可使热量散失缓慢，从而利于岩浆体系长时间结晶作用的进行;二是较大深度造就的高压条件使钾、钠等碱金属及锂、铍等稀有金属能够大量溶解在熔体—流体体系中，同时也使体系的挥发分得以长时间保留，从而有利于伟晶岩体的形成。

岩浆结晶分异早期阶段，形成高温矿物的离子逐渐消耗殆尽。那些不参与普通造岩矿物形成的稀有金属离子在岩浆和期后热液中逐步富集，最终形成伟晶岩内部的稀有矿物。例如，锂离子和铍离子最终形成了锂辉石和绿柱石;钽离子和铌离子最终形成钽铁矿、钶铁矿和铌铁矿。大型晶体中稀有元素的大量富集，使得伟晶岩的经济价值倍增。

伟晶岩不适合用作工业石材，但是伟晶岩矿床中常可见大量宝石矿物、工业矿物及稀有矿物。据悉，世界上一些最好的宝石矿床往往产于伟晶岩中。例如，天河石、磷灰石、海蓝宝石、绿柱石、祖母绿、石榴石、紫锂辉石、黄玉、电气石和锆石等。

伟晶岩同时也是很多稀有元素的赋存母岩。例如，铍、铋、硼、铯、锂、铌、钼、钽、锡、钛等。大多数情况下，伟晶岩矿床的开采规模往往较小，矿山人员不过十来人左右。一旦在岩体内发现大型结晶完好的晶体，极有可能发现有价值的宝石矿物。

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徐慧,编译.朱建东,校.

澳大利亚发现44亿年前锆石晶体

日前，地质学家在西澳大利亚杰克·希尔(Jack Hills)地区的砂岩层中发现了一种极为古老的锆石晶体。通过铀—铅同位素测年发现，这些锆石晶体形成于44亿年之前。这表明，在地球形成的2亿年之后便逐渐拥有了固体地壳。而这一时间比原先预计的要早了很多。此前，人们一直认为，地球形成后不久即与一个火星大小的天体发生了剧烈碰撞，月球的胚胎由此产生。而在此之前，地球则更像是一个熔融的岩浆球。

该科研团队的首席科学家，美国威斯康星州麦迪逊大学的约翰·瓦利(John Valley)教授认为，此次重大发现阐明了地球冷凝固结的真实过程，对于研究生物的起源和演化有着重要意义。

据研究，这些新发现的锆石晶体明显来源于更加古老的岩石中，并在后期构造运动中参与了岩石的重熔作用，形成了新的岩石。虽然这些锆石晶体颗粒极小，肉眼无法观测，但是这些晶体的内部仍然记录了当时形成该晶体时地球的原始状态。此前，在对这些锆石晶体进行铀-铅同位素测年时，科学家已意识到部分铅原子在经历了几十亿年的时光后，会发生“迁移”而造成局部流失，因此，这些晶体的真实年龄可能会更加古老。

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徐慧,编译.朱建东,校.

北极气候对于全球气候变暖的敏感度超出预期

最新的研究表明，北极地区对于温室气体所导致的全球变暖的敏感度，超出先前的预期水平。地球大气中二氧化碳目前的含量之高，足以使得北极地区的生态系统发生严重的、不可逆转的后果。

美国科罗拉多大学的研究团队证实，位于加拿大北极高纬度地区的埃尔斯米尔岛(Ellesmere)在2 600万-5 300万年前的上新世时期，年平均温度为34 ℉(约19 ℃)，比目前略高，大气中二氧化碳的含量也略高于现在的水平。绝大多数气候学家都认为，人类活动产生的温室气体排放仍是导致全球变暖的主因。

科研团队采用了三种彼此独立的方法来测量埃尔斯米尔岛在上新世时期的古气温。科学家利用从石化的树木和苔藓中提取出来的纤维素，进行氧同位素测温，并计算了当时的古降水量，同时分析了土壤细菌中脂类物质的分布特征与古气温之间的关系。

来自剑桥大学地球科学系的阿什利·巴兰特(Ashley Ballantyne)认为，当大气中二氧化碳的含量为400×10-6时，可以使得北极高纬度地区的年平均气温维持在0 ℃左右。当气温逼近0 ℃时，冰川一般难以一直保持固态，因此，目前北极地区390×10-6的二氧化碳含量已逼近这一固—液转变点，一旦二氧化碳含量继续升高突破这一转变点，北极地区的冰川将很难继续维持目前的固体状态。

在过去的20年中，北极地区的平均气温已上升了约1 ℃，若人类活动产生的温室气体排放仍然得不到有效的遏制，全球将在接下来的几十年、数百年中持续升温。科学家们坦言，从前工业化时代至今，大气中温室气体的含量从当时的280×10-6达到了目前的390×10-6。

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徐慧,编译.朱建东,校.

什么是斑彩石？

严格意义上来说，斑彩石是一种来自远古的化石。据推测，斑彩石形成于约7 000万-7 500万年前的温暖浅海环境中，海水中生活着相当数量的鹦鹉螺。由于美国落基山脉频繁的造山运动使得火山时常喷发，数米厚的火山灰常常覆盖在海面使得浅海中的生物大量迅速死亡并被掩埋。年深日久，该地区的火山灰足足有4 km厚。随着之后的地壳运动，浅海区的地层才逐渐回到接近地面的位置。而当年深埋其下的鹦鹉螺则因富含铁、镁元素以及火山灰的屏蔽作用，演变为今天全球独一无二的螺类化石——斑彩石。斑彩石拥有人类所能想到的自然界的一切色彩，在每平方厘米上会有无数种颜色组合，高品质的斑彩石或呈现出强烈而明亮的单色。

斑彩石是一种极为稀有的物质。据悉，位于加拿大艾伯特省的圣玛丽河谷是全球唯一实现斑彩石商业化开采的地区。据勘查，斑彩石主要赋存于Bearpaw层中，该层可见大量的生物类化石。目前，奥罗拉(Aurora)和考瑞特(Korite)两个矿业公司正在对该层的斑彩石进行开采，其中，考瑞特矿业公司占据全球约90%的产量，开采出的斑彩石经切割打磨达到宝石级后进入珠宝市场。