国际地质新动态

https://www.phys.org

徐慧,编译.朱建东,校.

金刚石可揭示大陆板块稳定性之谜

大陆板块的长期稳定性对于地球生物的形成和演化至关重要。然而，面对着地球历史上一系列极具破坏性的构造运动，大陆板块如何保持稳定性，这已成为当前地球科学研究的热点之一。

一支由美国卡内基大学和加拿大阿尔伯塔大学科学家们组成的科研团队认为，大陆板块的稳定性与其深部附着的地幔物质密切相关。该科研团队发现，金刚石可揭示出板块深部的地幔物质在上涌过程中，如何变得稠密，从而保障了其上部大陆板块的稳定性。

科学家们发现，古火山机构中的硫同位素是一种极好的失踪元素。硫同位素从进入地幔后到最终进入金刚石，反映了大陆板块形成演化中整个过程。团队成员卡伦·施密特(Karen Smit)认为，西非大陆板块的形成与大洋板块俯冲到地幔中的板块构造运动有关。

金刚石历来为全球珠宝商所珍爱，但同时也是地质学家最好的朋友，因为金刚石中隐藏着许多地球深部的信息。内部包裹着微小矿物颗粒的金刚石在宝石市场上并不受欢迎，但在地质科学界却广受追捧，因为这些微小的矿物颗粒隐藏着矿物形成时的地球物理条件和地球化学环境等丰富的信息。事实上，金刚石在整个过程中，充当了地球深部信息来源的“使者”。

在地表往下150～200 km(约93～124英里)的深处，地幔物质起到了其上部大陆板块稳固的龙骨作用。组成地幔的一定是一种稠密的、稳固的且温度较低的物质，从而可以为上部的大陆板块形成坚实的基底，以抵抗未曾间断的地球构造运动的破坏作用。然而，关于整个过程是如何形成的，科学界一直争论不休。

解决上述关键问题才能揭示大陆板块形成演化并保存至今的奥秘。因此，深刻理解大陆板块的形成机制是揭示地球宜居之谜的关键一步。

一些科学家认为，稠密的地幔龙骨物质形成于消减作用。他们认为，大洋板块俯冲到大陆板块之下的深部，从而形成稠密的地幔龙骨。另一些则认为，这些稠密的物质来源于地幔更深部位的炽热岩浆的垂直上涌作用。

如果能够确定地幔龙骨物质究竟来源于地表板块的俯冲，还是更深层地幔物质的上涌，或许能平息这场学术争论。幸运的是，地幔龙骨物质形成时的所有信息，都被保存于金刚石中的矿物包裹体忠实地记录了下来。

科研团队在非洲塞拉利昂的一座金刚石矿进行了采样，对其中的硫化物包裹体开展硫同位素分析，结果显示该地区板块在形成过程中至少经历了两次板块俯冲消减作用。

该科研团队对实验结果表示出充分的信心。实验分析显示，这些硫元素进入金刚石晶体发生于25亿年前，而那时地球大气层中的氧分子含量非常低。他们坚信，这些硫元素一定来自于当时的地球表面，后期通过板块俯冲消减作用进入了深部地幔中。

科研团队对从非洲博茨瓦纳获取的金刚石样本进行分析后，也得到了类似的结果，即西非大陆板块之下的地幔龙骨物质的确来自于板块俯冲消减作用。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10286-x

汪洋,编译.朱建东,校.

寒武纪生命大爆发可能由板块运动导致

在距今约5.41亿—4.85亿年前的寒武纪，地球生物多样性和复杂性出现了爆炸式增长，绝大多数动物门类在这一时期出现。寒武纪生命大爆发被认为是由新元古代850—541 Ma之间的氧合事件所引发。虽然大量的地球化学证据表明寒武纪之前数亿年中海洋氧含量多次上升，间接表明当时大气氧含量也上升了，但此前缺乏对当时大气氧含量变化的定量分析。

英国埃克塞特大学全球系统研究所的Joshua J. Williams研究团队提出，5亿多年前剧烈的地壳板块运动导致地球大气氧含量上升，为大型复杂生物的出现打下基础，这可能是寒武纪生命大爆发的主要原因。这项最新研究成果发表于2019年6月19日英国的《自然·通讯》杂志上。研究认为，在新元古代和古生代之间的埃迪卡拉纪，大气氧含量上升是由于地壳板块频繁碰撞，火山活动剧烈，导致大量二氧化碳从地幔进入大气。再加上岩石风化加剧析出了更多磷等营养元素，导致生物光合作用增强，有机碳的生产和埋藏速率都极大地提高，使得大气氧含量持续增加。研究人员利用一个生物地球化学模型分析认为，在6.35亿—5.41亿年前的埃迪卡拉纪，大气氧含量表现出长期上升趋势，总共增加了50%，达到现代大气水平(PAL)的约25%。该数据与寒武纪生命大爆发期间，大型移动食肉动物氧分压>0.1～0.25 PAL的需求大致一致。

https://www.nature.com/articles/s41561-019-0434-3

汪洋,编译.朱建东,校.

新元古代碳同位素负偏事件的动力学机制得以揭示

新元古代见证了一系列的生物创新，埃迪卡拉纪—寒武纪的辐射事件中，动物身体形态和行为方式的分异到达了顶峰。有趣的是，这个时期全球碳循环也发生了剧烈扰动，主要表现在气候和碳同位素的极端波动。长期以来新元古代同位素记录遭到挑战，这是因为海水中持续12C的富集 (低δ13C值)似乎意味着，实际上是有更多的氧气由于有机碳氧化作用而被消耗掉。此前，这些剩余的有机碳氧化作用并未得到认可。针对这一问题，科学家们开展了研究。

来自英国伦敦大学学院地球科学系的Graham A. Shields等研究人员发现，大约5.7亿年前，地球上的主要大陆拼合成一个冈瓦纳超级大陆，超级大陆内部形成中央造山带，剧烈的地质运动将地表的大量蒸发岩通过化学风化作用带入海洋，由蒸发岩带入海水中的硫酸盐与海水中的微生物和有机质反应，蒸发岩溶解和黄铁矿埋藏耦合作用使海洋含氧量增高，海水中的氧气又通过气体交换进入大气，致使当时海洋和大气含氧量都迅速增高，从而解释了δ13C发生负漂移时碳循环和氧循环可以保持动态平衡。

研究人员提出的这一框架特别适用于埃迪卡拉纪晚期的Shuram碳同位素负偏事件，该同位素漂移恰好发生在埃迪卡拉纪—寒武纪过渡时期充满活力的后生动物新陈代谢形成之前。该项科研成果发表于2019年9月《自然》杂志，研究人员证明了非稳态硫酸盐动力学导致新元古代气候变化、海洋幕式氧化事件和喜氧生物的机会辐射。

https://science.sciencemag.org/content/365/6454/692

汪洋,编译.朱建东,校.

地幔过渡带的氦同位素特征揭开
早期地球演化的神秘面纱

在20世纪80年代，地球化学家注意到，在某些特定位置的玄武岩熔岩中，3He/4He高于预期，这与在坠落地球的极古老陨石中发现的同位素比值相符。这表明这些熔岩携带的物质来自地球深处的某种储集层，其成分在过去40亿年里并没有发生显著变化。

长期以来，科学家一直怀疑，在地壳和地核间的地幔中存在着一个巨大的岩石储藏库，其自地球形成以来，相对没有受到干扰。但到目前为止，还没有确凿的证据证明它是否存在或存在于何处。玄武岩的同位素组成提供了有关地球内部化学储层的信息，在确定地球结构模型方面起着关键作用。然而，几百公里深处的地幔氦同位素特征却很难直接测量，这些信息是了解喷发玄武岩中氦同位素的重要基础。

近期，一个国际科学家小组测量了由火山爆发带到地表的超深钻石中所含的氦同位素，以探测这个古老储存库的踪迹。这项成果于2019年8月16日发表在《科学》杂志上，并于8月23日在西班牙巴塞罗那举行的戈德施密特会议上进行了发布。S. Timmerman研究团队从巴西捷那23颗超深钻石的流体包裹体中提取了氦元素，从金刚石形成的地球物理、地球化学性质来看，它们形成于地球表面以下410～660 km的过渡带。由于玄武岩的熔体在上升过程中会发生变化，且在地表附近会脱气，而金刚石中包含氦元素的包裹体在上升过程中被保存下来，不受脱气(失去大部分氦)和地壳污染等因素影响，从而能作为研究深部地质的直接对象。

研究人员通过测量超深金刚石流体包裹体中He-Sr-Pb同位素比值，发现具有高3He/4He比值的极端He-C-Pb-Sr同位素变异，与更高的氦浓度有关。这表明低脱气、高3He/4He的深地幔源渗入过渡区与再循环物质相互作用，产生了洋中岛玄武岩中记录的多种成分。这项研究成果是认识从地球起源之时保存到现在的储集层的重要一步，为进一步研究指明了方向。

https://www.pnas.org/content/116/39/19342

汪洋,编译.朱建东,校.

记录新生代第一天的岩石为恐龙灭绝假说增添新证据

国际海洋发现计划(IODP)—国际大陆科学钻探计划(ICDP)探险队在墨西哥尤卡坦岛希克苏鲁伯峰地区(注：希克苏鲁伯撞击坑因6500万年前小行星撞击地球产生，导致了全球恐龙集体大灭绝)的最新钻孔M0077发现了高精度白垩系-古近系(K-Pg)界限剖面，这为我们提供了一个了解小行星撞击地球直接后果的前所未有的窗口。钻孔钻遇了在新生代的第一天沉积的约130 m厚的撞击熔融岩石和冲击凝灰角砾岩，以及在随后几周—几年中沉积的厚度<1 m的富含微晶的碳酸盐岩上覆地层。

根据美国得克萨斯大学奥斯汀分校研究团对这些岩芯的分析，科学家们揭示了地球进入新生代的第一天所发生的一系列事件。在撞击后的几分钟内，中央隆起的基底岩石向外崩塌，形成了一个被熔融岩石覆盖的环形山峰。在几十分钟内，这个峰环就被40 m厚的角砾化冲击熔融岩石和粗粒冲击凝灰角砾岩覆盖了，其中夹杂可能是在海洋复苏期间融水相互作用产生的碎屑岩层。在1 h内，峰环顶部再次沉积了10 m厚的冲击凝灰角砾岩，这些岩石颗粒分选和磨圆都相对较好。在几个小时内，通过沉积和波浪作用在被洪水淹没的陨石坑口形成了一个80 m厚的向上变细、分选变好的冲击凝灰角砾岩。在一天之内，陨石坑口沉积了海啸回流带来的一套具有交错层理的砂砾岩层，其中富含多环芳烃等生物标志物，其上覆盖着的木炭碎片表明撞击引发了野火。研究人员还发现陨坑周围的岩石都富含硫，但陨坑中的岩石却不含硫，这表明小行星撞击时将含硫物质气化。研究人员估算出，那次巨大的撞击至少将3 250亿t硫释放到了大气中，导致全球平均温度大幅降低，并持续了几十年之久。

这一研究成果发表在2019年9月的美国《国家科学院学报》上，为小行星撞击地球导致恐龙灭绝的假说增添新证据。“行星撞击说”认为，6500万年前，一颗小行星撞击了地球，撞入墨西哥尤卡坦半岛，并在希克苏鲁伯镇附近形成一个宽约160 km、深约20 km陨石坑。撞击导致了地球上约75%的动植物灭绝。行星撞击引发了森林大火和海啸，并将硫喷射到大气中，遮蔽了阳光，植物光合作用停止，从而导致了全球变冷，最终使恐龙灭绝。

https://www.eia.gov

徐慧,编译.朱建东,校.

美国2018年天然气消费90%来自于国内

天然气是美国的主要能源之一。2018年，美国消费的天然气90%以上产自于美国国内。据美国能源信息署(EIA)发布的美国天然气流量图，直观地表达出美国天然气供应(生产、进口和从存量中提取)和处置(消费、出口和添加到存量中)的要素。

自2000年以来，美国天然气产量和消费量总体上都有所增长，而2018年干气(或消费级)天然气产量和消费量均达到约30万亿立方英尺(约合8 495亿m3)的创纪录新高。2017年和2018年，年干气产量自1966年以来首次超过消费量。

在过去的10年中，由于水平钻井和水力压裂技术的广泛应用，生产商能够更经济地从页岩岩层开采天然气，美国天然气产量迅猛增加，实现了“页岩气革命”。目前，页岩气在美国天然气总产量中所占的比例，已超越传统天然气井和作为伴生气的原油井。此外，还有一小部分天然气产自于煤层，称为煤层气。

2018年，美国从井口开采的天然气和其他化合物的总采出量达到37万亿立方英尺(约合10 477亿m3)，其中一半以上来自页岩气井。市场销售的天然气产量(不包括用于油井减压的天然气、排放的和燃烧的天然气，以及任何非碳氢化合物气体)接近33万亿立方英尺(约合9 344亿m3)。美国销售的天然气进一步加工成30万亿立方英尺的干天然气和2万亿立方英尺的液化天然气。

随着美国天然气产量的增加，其出口量也在增长并超越了进口量。2017年，美国成为天然气净出口国。2018年，美国出口天然气达4万亿立方英尺(约合1 132亿m3)，而天然气的进口为3万亿立方英尺(约合850亿m3)。美国天然气出口主要通过油气管道向墨西哥和加拿大输送，同时也有一部分制成液化天然气后，通过海轮向其他国家运输。

https://www.geology.com

徐慧,编译.朱建东,校.

美国的人工合成钻石产业

作为全球天然宝石级金刚石的主要生产国，南非、博茨瓦纳、澳大利亚等国家却并不是这些珍贵宝石的主要消费国。全球宝石级金刚石的主要消费国(地区)依次为：美国、印度、中国、欧盟、日本、香港以及中东地区。其中，美国的消费量超过全球宝石级金刚石消费总量的40%，上述另外几个国家和地区的消费总量占据了另外的40%。这些国家和地区并不是天然宝石级金刚石的主要生产国。

据美国地调局透露，美国目前通过实验室人工合成的宝石级金刚石市值约0.524亿美元。美国以外的其他一些国家也在筹划或正在进行宝石级金刚石的人工合成。其中，大部分的合成钻石已进入全球宝石市场。当然，在同等大小和品质的前提下，这些合成钻石的价值往往较天然钻石便宜约25%左右。

鉴定和区分钻石究竟是天然形成还是人工合成，在技术上的难度较大，在经济上往往也极为昂贵。合成钻石向全球宝石市场的渗入，使得珠宝商和消费者都产生了疑问：我的钻石是天然的还是合成的？

大部分的消费者依然倾向于购买天然钻石，因为合成钻石的尺寸往往较小。然而，相同的化学性质和物理特性，普通人凭肉眼难以区分，再加上较低的价格，往往使得合成钻石在特定人群中仍然有较大的市场。

关于合成钻石的生产，技术人员在2 300 ℃、15万～18万个大气压的高温高压环境下，在仪器中心放一颗很小的天然钻石作为籽晶，在籽晶周围是高温高压金属液体，其上方是石墨，石墨中的碳原子会通过金属原子进入天然钻石，从而形成新的钻石。因此，人造钻石是一种钻石结晶聚合而成的多结晶钻石。同时，人造钻石的碳原子结构并不是天然钻石的完全八面体结构，而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象。因此，人造钻石证书上应清楚注明，该钻石是人造钻石还是天然钻石，以保护消费者利益。

https://www.mining.com

徐慧,编译.朱建东,校.

全球最大钻石矿山即将停产

位于西澳大利亚州首府佩斯市东北方向2 600 km(1600英里)的阿尔盖尔矿山(Argyle)是全球最大的钻石矿，因盛产粉钻和红宝石而闻名于世。国际矿业巨头力拓集团(Rio Tinto Group)近日宣布，在运营近40年后，该公司旗下的这座著名钻石矿将于明年底前关闭。

国际钻石市场价格变化图(2008—2019)

力拓集团铜与钻石部负责人阿诺德·苏雷特(Arnaud Soirat)表示， 2020年底前，力拓将停止运营这座矿山，并将开展生态环境修复工程。

阿尔盖尔矿山钻石产量位于全球之首，每年产出约1 400万克拉钻石，占全球总产量的2/3。其最出名之处在于，全球约90%的粉钻均产自这里，其中包括那枚2017年在苏富比拍卖行拍出0.71亿美元的59.6克拉“粉钻之星”。然而，粉钻仅占该矿山钻石总产量的不到0.01%，其产量的3/4以上由价值较低的褐色钻石组成，平均售价每克拉15～25美元，远远低于国际市场钻石的平均价格——每克拉171美元。

产于阿尔盖尔矿山的大量廉价和小型钻石蜂拥进入国际宝石市场，造成了全球钻石商品过剩，侵蚀了几乎每一家矿商的利润，并使该行业的切割商、抛光商和贸易商越来越难以盈利。2018年12月，力拓的一些客户拒绝购买更便宜的钻石，而著名珠宝商戴比尔斯(De Beers)则被迫降低价格，向买家让步。

正因为如此，阿尔盖尔矿山的关闭被很多竞争对手认为是一件好事，有助于国际钻石市场的价格回升和稳定。

然而，据业内人士透露，阿尔盖尔矿山于2018年完成了最新一轮的储量评估，其钻石储量和资源估值发生了巨大变化，矿石储量由预期的0.29亿t降到了0.16亿t，剩余储量最多支撑开采运营到2020年年底。或许这才是导致矿山关闭的真正原因。

https://www.mining.com

徐慧,编译.朱建东,校.

南方铜业数十亿美元铜矿项目在秘鲁遭遇强烈抵制

总部位于墨西哥城的南方铜业公司(Southern Copper Corp)是全球铜矿第五大生产商，然而，其投资14亿美元的Tia Maria铜矿工程再次受到当地社区的强烈抵制。

据悉，Tia Maria铜矿位于秘鲁南部地区阿雷基帕大区(Arequipa)，已获得了秘鲁政府颁发的20年采矿许可权。该矿山是全球最大的未开发铜矿之一，矿石量为6.41亿t，铜品位0.39%，预计投产后可形成12万t/年铜精矿的产能。

然而，Tia Maria铜矿山的基建却迟迟难以开工。当地时间7月15日，社区的反对者们封锁了沿海主要高速公路，造成了一定程度的交通混乱，影响了正常货运车辆的通行。此前该项目的反对者就曾表示，将进行无限期的抗议活动，直到矿山许可证被吊销为止。当地社区认为，铜矿山项目会干扰当地农业生产，且矿山位于Tambo河谷上方2 km处，如果出现暴雨则有可能发生渗漏或径流污染的风险。虽然南方铜业已经计划要建造一座海水淡化厂，社区仍然持反对态度，他们认为海水处理的高盐尾渣同样也会影响周边农业生产。在2011年和2015年当地爆发了两次大规模抗议活动，至少导致6人丧生。

南方铜业表示，公司已着手投资和兴建当地社区的医院及卫生服务系统，以惠及当地居民。南方铜业同时也坦言，如果不能和当地社区达成一致，就无法开始矿区的基础建设工程。

多年来，社区问题一致困扰着秘鲁矿业开发。2018年12月，秘鲁北部卡哈马卡省的公民选举支持矿业投资的候选人梅西亚斯·格瓦拉(Mesias Guevara)，结束了过去8年来统治该地区的反采矿运动。卡哈马卡地区拥有五大铜矿项目，均因社区问题而搁置。由于该地区曾是秘鲁反矿活动的重要省份，这次改选对于秘鲁矿业社区环境的改善有着风向标的作用。

https://www.mining.com

徐慧,编译.朱建东,校.

法属圭亚那发现高品位金矿，重联黄金公司股价飙升

总部位于加拿大的重联黄金公司(Reunion Gold)近日宣布，该公司旗下位于法属圭亚那北部地区的圣·米歇尔(Saint-Michel)金矿钻探工程发现厚大的高品位金矿体。

圣·米歇尔金矿赋存于圭亚那地盾中，该地盾是南美亚马逊克拉通的重要组成部分。最新的金矿钻孔数据显示，钻孔中260 m岩心进行化学分析，其中有42个岩心样见矿，见矿厚度累计达95 m，金平均品位高达17.3 g/t，最高值为45.9 g/t。

重联黄金公司称，从当前钻孔情况看，这些高品位金矿体的发现是未曾预料到的，也是在圭亚那地盾中头一次见到。下步工作中，该公司将对地盾开展系统勘查工作，对整个地质体金的赋存情况作出整体评估。

全球最大黄金生产商巴瑞克黄金公司(Barrick Gold)宣布，针对圭亚那地盾的金矿勘探与开发，该公司将与重联黄金公司签署战略合作协议，共同投资地盾中勘探区和未勘探区的勘探和开发工作。

据悉，重联黄金公司宣布金矿最新发现的当天，其股票飙升12%，成交量超过平日的三位。当前每股售价为116加元。

圭亚那地盾位于南美洲圭亚那、法属圭亚那和苏里南三国接壤地段，已逐渐成为国际大型矿业公司未来的主要勘探目的地。据初步估算，圭亚那地盾蕴藏有超过1亿盎司(约合2 835 t)黄金资源量，是世界上公认的重要的黄金产区。根据大陆板块漂移学说，圭亚那地盾与大西洋东岸的西非有地质上的连续性，该地盾是金矿成矿远景区，成矿地质条件优越，而勘探程度相对比较低。