国际地质新动态

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徐慧,编译.朱建东,校.

存放于美国大峡谷国家博物馆内的铀矿石是否威胁游客健康

长期以来，三个装有铀矿石标本的大桶一直存放于美国亚利桑那州大峡谷国家博物馆内。其间有大量游客,包括儿童均与这些矿石标本有过近距离的接触，有的接触时间甚至超过半小时之久。

大峡谷国家公园安全健康经理埃尔斯顿·斯蒂芬森(Elston Stephenson)称，在大峡谷博物馆大楼内，这三桶铀矿石曾被存放了18年之久。该博物馆曾一度向公众隐瞒该公园存在放射性铀矿石的事实，尽管这些铀矿石目前已被移除。

据斯蒂芬森测算，这一辐射量已远远超过美国核管理委员会所规定的安全水平，可能超出规定成人可承受水平的400倍，超出规定儿童可承受水平的4 000倍。斯蒂芬森称，他曾试图说服博物馆管理层向公众发布警告，提醒大家自2000年以后任何曾在此工作或游玩过的人都可能已经受到辐射影响。然而，公园管理高层当时利用了一项“保密条约”掩盖了这一事实，令该公园的雇员和包括儿童在内的游客都曾暴露在危险的辐射水平中。

这起辐射暴露事件对游客和公众的影响究竟有多大？目前各方看法颇有争议。

来自北亚利桑那大学的化学和生物教授加利·因格雷姆(Jani Ingram)认为，铀对人体是否会造成伤害取决于矿石的体量、铀的品位、人体与铀的接触方式以及暴露时间。

据博物馆区域安全部门提交的报告显示，三个铀矿桶储存点辐射为每小时13.9毫雷姆，直接接触铀矿处为每小时800毫雷姆，然而在1.5 m外这一读数已经降为零。

来自乔治亚理工大学核与辐射工程教授安娜·埃里克森(Anna Erickson)认为，从桶1.5 m外的读数来看，不会对游客健康构成危害。也就是说，只要矿石桶的距离超过1.5 m，其辐射剂量是安全的。她进一步解释说，博物馆里存放的铀虽是天然铀，但是这些铀矿石品位很低，铀并未形成富集，因此发出的辐射量相对较低。

然而，根据美国核管制委员会公布的数据，公众辐射安全暴露量的上限为每小时2毫雷姆，每年累计不超过100毫雷姆，这些铀矿显然超过了联邦安全限制。

斯蒂芬森也表示，存放铀矿石的大桶周围时常有儿童和游客停留，相比游客博物馆的工作人员，未成年实习生受到的伤害可能更大。

截至目前，博物馆方面依然坚称，曾经存放于此的铀矿石桶对公众和员工“均未造成风险”，并表示正在同职业安全与卫生管理局(OSHA)、亚利桑那州卫生服务部调查此事，并强调该博物馆并没有持续的风险存在，在没有更多官方信息发布之前，博物馆仍然会正常向公众开放。

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徐慧,编译.朱建东,校.

美国二叠纪油气盆地水资源循环利用

为了解决越来越严重的水资源短缺问题，位于美国德克萨斯州西部和新墨西哥州东南部交界处的一座油气公司开始对压裂中的废水进行循环利用。

该公司称，公司旗下位于新墨西哥州和德克萨斯州的一些油气井田已开始循环利用水资源。通过管道输送系统，钻井作业中的废水被运送到污水循环处理中心，净化后可再次供钻井和水力压裂之用。

据悉，美国的页岩气革命，始于一种被称为“水平钻井”的新技术。该技术可以在原来的垂直压裂井上，以水平方式开钻，而无需重新打井，这样一来，油企就能以较低的成本开采油气资源，这种方法极大刺激了油企的增产热情。另一方面，所谓“水力压裂”技术，就是向油井里注入包括水在内的液体，利用液体压力将页岩压裂，使里面的油气释放出来。开采行动的增长，导致了用水量的大幅攀升。每一口井的用水量都在增加，导致采用水力压裂地区的总用水量快速上升。

在美国页岩油产量增长最快的地区——西德克萨斯州的二叠纪盆地，页岩气井的用水量从2011年的每英尺350加仑，增加到了2016年的每英尺2 335加仑，短短5年间增加770%。而在一些传统页岩区，如宾夕法尼亚和西弗吉尼亚的马塞勒斯盆地，总用水量基本保持不变，因为这些地方的油气资源已基本开采殆尽，鲜有新的项目出现。

然而，对于该公司的废水循环利用，也不乏反对者的声音。他们认为，对于二叠纪盆地来说，未来几年间能获得多少淡水，是页岩油行业能否继续繁荣的决定性因素。水的使用是开采环节的一部分，无论如何都无法减少。水力压裂法会产生大量废水，目前处理这些废水最常用的方法，是将其注入废水深井，并非回收利用。

在反对者看来，废水循环利用这种方法只能在短期内回避问题，在长期内却是贻害无穷的。除了浪费水资源以外，有研究认为，废水深排与美国俄克拉何马州不断增加的地震有关。

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徐慧,编译.朱建东,校.

西非——正成为新的金矿勘查投资热点

西非矿产资源丰富，近年来发现了许多世界级超大矿床。该地区蕴藏了巨量的黄金、铁矿石、铝土矿、钻石、磷酸盐和铀，且大部分处于未开发阶段，其矿产资源勘查开发具有极大潜力。

在过去的几年中，外国矿业公司在全球的金矿勘查中投入了数十亿美元，使得西非成为全球黄金资源增长最快的地区。

数据显示，西非地区黄金勘查开发项目数量持续增加。目前有61个项目处于生产或矿山建设阶段，24个项目处于经济性评估阶段，此外还有367个项目正处于勘查阶段。事实上，在该地区的勘查项目中，有74%都与金矿有关。在有大量勘查项目的情况下，未来该地区将会有大量金矿产品出现。

最近的黄金产量数据显示，虽然2017年南非仍是该地区最大的黄金生产国，但以加纳、马里和布基纳法索为代表的西非黄金开采业的黄金产量，已经是南非的近两倍，在可预见的未来，仅加纳就有机会在黄金产量上超过南非，而后者已苦苦经营数十年之久。

面对着不断上升的地下矿山生产成本、社会政治动荡和政府监管方面的阻力，南非的黄金开采行业举步维艰，而西非正迅速成为非洲大陆主要的黄金开采中心。

据中非贸易研究中心资料，西非绿岩带面积广，金矿潜力巨大，近年来的黄金产量已超过南非，成为全球重要的黄金产地。西非绿岩带共涉及西非9个国家，其中主要勘查开发国有加纳、马里、布基纳法索和科特迪瓦。当前，科特迪瓦政局趋稳，加纳积极治理私挖滥采，布基纳法索与中国恢复外交关系，西非各国矿业政策基本稳定。这表明，目前西非勘查投资条件正日渐改善。

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北极地区的石油和天然气资源

北极圈内的沉积盆地和大陆架蕴藏着丰富的石油和天然气资源。北极圈属极地高寒地区，绝大部分地区未进行过石油和天然气地质勘探。据美国地质调查局估算，北极圈内蕴藏着世界上13%的未被发现的常规石油资源和30%的常规天然气资源。

北极所蕴藏的巨量能源让人难以置信。在地理面积上，这里几乎和非洲大陆差不多——占地球表面积的6%，却拥有世界上22%的石油和天然气资源(含常规和非常规资源)。

北极地区约1/3的地方是大陆架，极少进行过勘探。然而，北极大陆架恰恰是地球上那些仍未被开发的资源的理想的蕴藏区。另有1/3的区域是深海区，深度超过500 m，也从未被勘探开发过。

据美国地质调查局估算，在北极圈内未被发现的、技术上可采的常规石油、天然气和天然气水合物资源的蕴藏量约合4 120亿桶油当量。其中87%(约合3 600亿桶油当量)主要分布在7个北极盆地：美亚盆地(Amerasia Basin)、北极阿拉斯加盆地( Arctic Alaska Basin)、东巴伦支海盆地(East Barents Basin)、东格陵兰盆地(East Greenland Basin)、西格陵兰东加拿大海盆(West Greenland East Canada Basin)、东格陵兰裂谷盆地(East Greenland Rift Basin)以及西西伯利亚盆地(West Siberian Basin)。

北极蕴藏了约830亿桶未开采石油，这相当于约世界现存4%的普通石油，足以支撑近三年的全球石油需求。另外，该地区还可能蕴含约1 550兆立方英尺的常规天然气，足以满足未来全球约14年的需求。其中，大部分资源赋存于近海不到500 m深的水下。

来自美国地质调查局的唐纳德·戈蒂埃和他的同事绘制了一张北极地质图，用于识别北极沉积岩是否存在潜在的石油和天然气。他们根据地质特性进一步将岩石划分为不同的类型，并将它们与世界其它已知含石油和天然气的岩石类型进行对比。

据悉，全球共有加拿大、丹麦(格陵兰岛)、芬兰、冰岛、挪威、俄罗斯、瑞典和美国8个国家的部分领土位于北极圈以内。其中，加拿大、丹麦(格陵兰岛)、冰岛、挪威、俄罗斯和美国6个国家毗邻北冰洋，从而对北极的部分海底拥有司法管理权。《国际海洋法公约》规定每个国家的专属经济区是海岸线以内200英里。在一定条件下，专属经济区可以超过200英里，甚至延伸到350英里的地方。目前，俄罗斯、加拿大和美国正在勘测确定其陆缘范围。这一规定由于面临着如何界定大陆边缘的问题，因此导致了某些重叠区域的领土国际争端。

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徐慧,编译.朱建东,校.

美国未完工的油气井数量逐年攀升

据美国能源信息署(EIA)的消息，美国最近两年来，七大重点油气产区未完工的油气井数量一直呈现上升的态势。2019年2月，这一数字已升至8 504口，3月为8 500口。相比于2018年3月，未完工的油气井数量已上升了26%。

所谓“未完工油气井”，指的是已完成钻探工作任务，但是尚未完井的油气井，因此不具备油气生产能力。完井包括了水泥固井、射孔、水力压裂等工序。

自2016年年底，美国未完工油气井的数量就一直处于上升的状态，而经济因素和资源限制是两个主要的原因。例如，国际原油价格的持续低迷会使得已完成钻探任务的油气井放缓完井工作，等到油价上升时才进行。此外，完井设备的缺失也是造成大量油气井未完成完井工作的原因之一。

同样，水力压裂的人员和设备一直处于供不应求的状态，油气管道设施的不完善，也制约了油气井的完井工作。

大部分未完工油气井都受油气产量的控制，呈现明显矿种和地域相关性。例如，分布于德克萨斯州西部和新墨西哥州东部的二叠系盆地，是美国重要的油气产区，以油为主。受制于油气管道设施的不完备，该产区的未完工油气井数量一直居高不下，2019年3月近一半未完工的油气井都分布于二叠系盆地。2019年以来，二叠系盆地油气管网设施建设明显提速，规划和在建的管网设施已达数十条。

相比于以油为主的地区，以气为主的地区未完工油气井数量，近三年来呈下降态势。例如，阿巴拉契亚以及海恩斯维尔地区的未完工油气井数量，从2016年3月的1 230口，降到了2019年3月的713口。完善的油气运输管网设施能够将生产出的天然气及时地输送到美国东北部地区和中西部地区。

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汪洋,编译.朱建东,校.

构造驱动的埃迪卡拉纪氧化事件为寒武纪生物大爆发奠定基础

《自然—通讯》杂志上最新发表了来自英国埃克塞特大学全球系统研究所、爱丁堡大学地球科学学院和英国利兹大学地球与环境学院的最新研究成果，发生在新元古代(距今约8.5亿—5.41亿年前)的地球板块运动导致地球大气氧含量上升，这一事件决定了寒武纪时期(距今约5.41亿—4.85亿年前)地球生物多样性和复杂性出现爆炸式增长。虽然大量的地球化学证据表明在此期间海洋氧含量多次上升，间接表明当时大气氧含量也在上升，但此前缺乏对当时大气氧含量变化的定量分析，比如变化时间和变化幅度。

近年来的研究表明，在新元古代和古生代之间板块频繁碰撞，火山活动剧烈，引起CO2脱气速率大幅增加，大量二氧化碳从地幔进入大气。研究人员使用生物地球化学模型分析认为，地球循环系统碳和硫总量的增加，提高了有机碳和黄铁矿硫的埋藏率，从而增加了大气中的氧含量。模拟的大气氧含量在埃迪卡拉纪时期(6.35亿～5.41亿年前)增加了约50%，达到现今水平的25%左右，与此前认为的寒武纪生物大爆发时期大型掠食动物的出现大气氧含量达到现今水平的10%～25%左右，两者基本是吻合的。

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马里亚纳海沟发现与俯冲板块弯折相关的火山流体喷发

俯冲板块的构造弯曲可导致洋壳上部的正常断裂。地震勘探和数值模型表明，当这种情况发生时，上层洋壳的渗透率和流体循环会增强。然而，关于这种影响缺乏来自海底的直接地质证据。

来自中科院深海所、美国明尼苏达大学和美国地质调查局的科研人员使用大深度载人深潜器“蛟龙”号来观测位于马里亚纳俯冲带，发现俯冲板块的海底存在多处泥火山和麻坑以及其伴生的生命群落。这些特征非常显著，且在海沟的不同深度中大量出现。同时还发现了与此伴生的半乳蟹，这是一种典型的与渗漏有关的生物，它的存在也表明海底有液体释放。研究人员还发现，俯冲板块的玄武岩洋壳蚀变范围很广，在明显的流体释放带内部和重叠处，有大量的泥质沉积。

该发现具有重要意义，因为它们表明，俯冲板块的构造变形可能以一种新的方式显著影响上层洋壳与海水之间的化学交换。研究人员进一步提出，这些流体释放点可能为海沟深部适应氢气还原环境的化能自养微生物群落(注：是指利用无机化合物氧化过程中释放的能量和以CO2为碳源生长的微生物群落)提供了新的栖息场所，对深渊极端环境与生命过程研究有了新的启示。此项研究成果近期发表在《地球化学通讯》期刊，这里报道的观察结果，无论是在化学机制上还是在物理机制上，均与马里亚纳海沟弧前区域已知的蛇纹石化泥质火山作用有显著不同。

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龙门山断裂带的研究表明地震可以“愈合”地震

各种研究表明，地震发生期间，地壳中的地震波传播的速率随时间的变化而变化。研究人员试图将观测结果与断层周围的应力和物质性质的变化联系起来。虽然关于同震速度降低的观测越来越多，但一般缺乏对愈合阶段的详细观测。2019年4月15日，《自然—地球科学》在线发表了龙门山断裂带研究的最新成果。报告指出，在2008年7.9级汶川地震中，龙门山断层的两个锁定段(asperities)附近的速度显著地同震降低，并在随后加速愈合。在2013年4月20日的6.6级芦山大地震发生后不久，南部汶川地震破裂区的愈合阶段明显加快。通过对汶川地震和庐山地震4个不同时期的旅行时间数据的联合反演，成功获得了断裂带的同震和震后结构演化的全过程。结果发现，芦山地震后，汶川地震破裂区加速恢复，为地震波速对应力变化的高敏感性提供了独特的证据。地震引起的应力重新分布，在重建断层强度方面起到了重要作用。

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地表铁锰氧化物矿物膜转化太阳能光电效应

阳光驱动着光合作用和相关的生物过程，也影响着塑造地球气候和地球化学的无机过程。在这个星球上，细菌可将太阳能转化为化学能，这一过程是一个复杂的细胞内光营养过程。然而，光营养的天然非生物对应物尚未被发现。在这项工作中，北京大学和美国弗吉尼亚理工大学的研究团队揭示了来自沙漠、红壤和喀斯特环境的大量天然岩石/土壤表面固有的“类光营养”行为，所有这些都可以驱动光电子转换。通过扫描电镜、透射电镜、显微拉曼光谱、x射线吸收光谱等手段，在岩漆中发现了富铁锰矿物膜，在红壤表面发现了富铁锰氧化物，在岩溶岩石表面发现了微量锰氧化物。通过直接在岩漆样品薄片上安装光电检测装置，记录了具有高灵敏度和稳定光电系统特性的矿物膜的原位光电流微映射。从喀斯特岩石最外层表面分离出来的红土和粉末的额外测量产生的光电流对辐射也很敏感。光营养类岩石/土壤的突出的太阳响应能力归因于半导体铁和锰氧化物矿物膜。天然的富含铁/锰的半导体膜可能在一定程度上与光合系统发挥类似的作用，从而为地球表面的生物地球化学的氧化还原反应提供独特的驱动力。