国际地质新动态

徐慧,编译.朱建东,校.

页岩气中的巨人——尤蒂卡页岩气

尤蒂卡页岩广泛分布于北美俄亥俄、宾夕法尼亚、西弗吉尼亚、魁北克等地区，为一套富含有机质的黑色岩系沉积建造。在埋深方面，尤蒂卡页岩比马塞卢斯页岩的深部往往要深几千英尺，而两者都是页岩气的重要赋存层位。

目前，位于美国俄亥俄州东部及宾夕法尼亚州西部的尤蒂卡页岩区块中施工的油气井，均取得了不俗的油气产量，尤蒂卡页岩迅速赢得了全世界的广泛关注。美国地质调查局(USGS)称，尤蒂卡页岩中蕴藏有38万亿立方英尺的页岩气资源，约合94 000万桶原油以及20 800万桶液化天然气。

由于尤蒂卡页岩中的油气往往会向上迁移至上覆地层中，因此长期以来尤蒂卡页岩一直被地质学家视为油气的一种源岩，并未被当做可直接生产油气的母岩。而事实上，仍有大量的油气资源依然蕴藏在尤蒂卡页岩中。

尤蒂卡页岩中的油气资源一直没有得到充分的开发，主要是以下两个原因：①埋深过大；②渗透率过低。但随着水平井技术以及压裂技术的日趋成熟，尤蒂卡页岩中的油气资源必将得到更大程度的开发。

尤蒂卡页岩的埋深普遍大于马塞卢斯页岩。图中所示为尤蒂卡页岩和马塞卢斯页岩埋深对比图。由图可见，尤蒂卡页岩位于美国宾夕法尼亚州境内的部分层位埋深低于海平面超过两英里。然而，尤蒂卡页岩沿走向向西进入俄亥俄州以及向北西进入五大湖地区后，层位明显抬升，埋深变浅，一般低于海平面不到2 000英尺。在油气资源前景区之外，尤蒂卡页岩甚至会出露地表，局部地区可见其地表露头。

据调查，阿巴拉契亚盆地中的大部分岩石地层均具有“东厚西薄”的特征，尤蒂卡页岩与马塞卢斯页岩之间的岩石地层也遵循这个规律。在宾夕法尼亚州的中部地区，尤蒂卡页岩往往位于马塞卢斯页岩以下约7 000英尺的深度，向西延伸两者的埋深之差显著变小。在俄亥俄州东部地区，尤蒂卡页岩赋存于马塞卢斯页岩下方仅不到3 000英尺的深度。

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徐慧,编译.朱建东,校.

经历了2019年的低迷，特斯拉与嘉能
可的合作能否有起色？

作为铜镍生产过程中的副产品，全球每年钴的产量仅为13万t，其中，超过约2/3来自于刚果民主共和国，由于该国不稳定的政治局面，全球钴的供给难以保持稳定。

美国电动车制造商特斯拉(Tesla)与瑞士矿业巨擘嘉能可公司(Glencore)签署了战略合作协议，将目光主要放在了中国上海设立的首座海外组装工厂。

嘉能可公司已与德国宝马公司签署了协议，嘉能可公司将利用旗下位于澳大利亚矿山的优质钴镍矿资源，为这家全球著名的汽车公司向电动汽车领域拓展提供资源保障。同时，嘉能可公司于2019年先后与3家能源化工集团签署了长期供货合同，分别是韩国SK集团的3万t钴(足够生产200万台电动车)、比利时化工巨头优美科公司(Umicore)以及中国电池循环利用业领头羊格林美公司(GEMCHINA)。

2019年10月，特斯拉上海工厂开始量产Model 3，年产量为15万台。嘉能可公司能否按合同为特斯拉提供长期稳定的钴矿产品，依然不得而知。

据悉，嘉能可公司为全球最大钴矿开采商，在刚果民主共和国拥有两座钴矿山，并在澳洲和加拿大拥有数座镍矿山。

官方数据显示，相对于2018年60%的增量，2019年全球电动汽车的销量为121万台，是电动汽车销售历史上出现的首次下跌。

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埃及颁布新矿业法以吸引国外投资

近日，埃及政府颁发了一部新的矿业法。该矿业法明确要求，矿业公司向埃及政府支付的税收最高不超过20%。其目的在于，尽快破解埃及巨量矿产资源的投资困局。

长期以来，埃及苛刻的矿业投资条件、僵化的税收制度饱受业内人士的诟病，国外矿业公司勘探开发本国矿产资源几乎到了无利可图的地步。埃及政府期望通过一部新矿业法的实施，来吸引更多的国外矿业公司的投资，而不再是单方面强制国外公司与本国政府成立合资公司。

埃及政府预期，新矿业法的实施将会促进本国黄金产量的暴增。而邻国苏丹，2018年黄金产量已达93 t，美国地调局将苏丹列为了非洲第三大黄金生产国。

根据新的矿业法，国外矿业公司如果与本国政府成立合资公司，合资公司取得的矿业权股份中，本国政府占比不低于25%，若是国外私人公司在本国新获取的矿业权，本国政府可不参股。

新的矿业法要求，政府将成立一个专业委员会，针对矿业公司开采的矿种和年产量来决定最终的税收，税率介于5%～20%。

一位不愿透露姓名的国外私人矿业公司总裁表示，如果埃及政府真的按照新矿业法中所要求的，不再强制国外公司与本国政府成立合资公司的话，埃及将会迎来矿业投资的巨大商机。

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福斯特钴矿升级艾恩河钴矿山资源量

澳大利亚福斯特钴矿公司(First Cobalt)近期公布了公司旗下位于美国爱达荷州艾恩河钴矿山的一组最新数据，该矿山采矿权面积为7 km2，探明钴镍矿石量为220万t(平均品位0.32%)，推断钴镍矿石量为270万t(平均品位0.28%)。探明钴金属量为1 230万磅(约合5 579 t)，推断钴金属量为1 270万磅(约合5 760 t)。

上述数据相对于2018年公布的总体440万t矿石资源量(平均品位0.3%)，上升了约10%。

据福斯特钴矿总裁兼CEO特伦特·梅尔(Trent Mell)透露，最新的钻探数据大大超出了原先的预期，这表明该矿山仍有潜力可挖。下一步公司将继续投入钻探工作量，沿已知矿体的走向和倾向进行追索，以进一步扩大资源量，同时将布设一定的物探工作量，以推断邻区的深部矿体赋存可能性。

最新的数据表明，矿体在地下深部延伸较长，且连续性较好，因此相对于露天开采，地下开采或许将是最优方案。而在2018年，技术人员给出的开采方案是露天开采+地下开采。

最新岩芯分析结果表明，矿体沿走向延伸超过900 m，沿倾向延伸超过650 m，技术人员表示，今后也可采取沿走向露天开采+沿倾向地下开采的方式。

据悉，公司今年的主要目标是将其在安大略湖边所建的钴矿冶炼厂重新投入运营，可行性研究有望在今年第一季度完成。

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徐慧,编译.朱建东,校.

世界黄金产量可能持续下降

巴瑞克黄金公司(Barrick Gold)总裁马克·布里斯顿(Mark Bristow)近期表示，全球黄金产量今年将继续保持下降态势。

作为全球第二大黄金生产商，巴瑞克公司预测，该公司今年的黄金产量约为550万盎司(约合156 t)，公司年产量预测为510万～560万盎司。

2019年第四季度，全球黄金产量为889.5 t，同比下跌2%。2019年全球黄金总产量为3 463.7 t，比2018年下降约1%，这也是自2008年以来全球黄金年产量的首次下跌。

作为世界产金大国，俄罗斯2019年黄金产量却逆势上扬，较上一年度增长了8%，这一切都得益于那塔卡金矿(Natalka)等新建矿山的相继投产。

澳大利亚2019年黄金产量也保持了约3%的上升，原因是摩根山(Mount Morgans)和卡迪尔河谷(Cadia Valley)等几家老牌金矿的持续高产。

土耳其2019年黄金产量猛增66%，而这一切都归功于该国矿业环境的持续改善和矿业权审批程序的简化。

作为全球最大的黄金生产国，中国2019年黄金产量却下降了6%，这也是中国黄金产量连续下跌的第三个年头。这几年来，中国在矿业开发中实行严格的环境保护措施和准入制度，这一趋势在今后几年中将会持续加强。

在墨西哥等中美洲国家中，2019年因社区问题持续暴发的金矿工人罢工潮，直接导致了黄金产量的下降。

因地表高品位矿石开采殆尽，位于印度尼西亚的格拉斯伯格金矿(Grasberg)于2019年全面转入坑道开采，导致该国2019年黄金产量大减，而这对于全球2019年的黄金总产量的影响最为剧烈。据悉，坐落于印度尼西亚最高峰附近的格拉斯伯格金矿，是目前全球最大的单体金矿床，黄金储量接近3 500 t。

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徐慧,编译.朱建东,校.

人造金刚石合成揭秘

与天然金刚石形成于地下深部不同，人造金刚石是在实验室条件中，在人为设定的超高温超高压条件下，将碳原子重新排列组合成金刚石所特有的立方体(或正四面体)的晶体结构。

人工合成金刚石需要在极其苛刻的实验室环境中完成。研究人员发现，决定石墨等非金刚石结构的炭质原料能否转变成金刚石的条件是，后者的自由能必须小于前者。在特定的压力、温度和物质组分浓度条件下，原来的物质系统内能发生变化，从而出现电子转移和组成新的键合状态电子结构，即发生了相变。所有的电子将会转移到单原子或分子能级上去，从而逐渐形成新的碳原子晶体结构。人造金刚石可以在固态、也可在熔融态或气态条件下进行。

人造金刚石与天然金刚石在物理、化学、宝石学等方面都具有高度相似性，然而，人造金刚石在制造过程中所采用的特殊工艺，使得人造金刚石与天然金刚石之间，依然存在着某些特征差异。通过特定的仪器，专业人士可以分辨出这些微弱的差异。

准确地鉴别出天然金刚石和人造金刚石，对于珠宝行业来说是至关重要的。由于其天然形成的特性和稀缺性，许多人对于天然金刚石都有着异乎寻常的渴望，因此，天然金刚石的价格往往远超人造金刚石。同时，也有一部分消费者更倾向于购买人造金刚石，因为他们更看中的是其极高的性价比。此外，除了人造金刚石，还有一类晶体与天然金刚石在外形上保持高度相似性，这便是立方氧化锆和人造碳硅石。首先，这类晶体与金刚石在化学组成上完全不同，其次，在物理性质等方面也存在很大的差异性。有经验的珠宝鉴定商通过简易的仪器便可将这类晶体从金刚石中甄别出来，所使用的仪器市价一般不超过200美元。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13720-2

汪洋,编译.朱建东,校.

俯冲洋壳的波速和密度特征以及
下地幔地震波异常体成因研究新进展

下地幔是地球演化的基石，虽然很难获得来自下地幔的样品，但是地震波具有穿透整个地球的能力，从而提供了地球深部结构探测的关键手段。下地幔中检测到的地震波异常体通常被认为与俯冲洋壳有关，然而俯冲洋壳在下地幔条件下的波速和密度仍然未知。

近期，发表在《自然》杂志上的论文报道了科学家数年来基于第一性原理的高温高压弹性和波速计算方法研究累积的结果，并确定了俯冲洋壳在不同地幔温压条件的速度和密度。研究发现，在石英相变成CaCl2型石英的深度区间，洋壳表现为低波速，横波波速异常高达10%，这与地幔中部的散射体特征高度一致；在更深处，洋壳地震波层析成像则表现为高波速异常体，横波波速异常约1.5%～2.5%。俯冲洋壳可以很好地解释除大型低剪切波速(LLSVPs)外不同尺度的下地幔地震波异常体，这项成果为进一步研究下地幔物质异常和动力学过程提供了关键依据。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14773-4#auth-1

汪洋,编译.朱建东,校.

地球早期的硅酸盐发电机揭示地磁场起源

地球磁场已经存在了至少34亿年，但这个古老磁场是如何产生的仍然是个谜。据科学家们推测，早期地核被一层熔融硅酸盐所包围，这层熔融硅酸盐可能是一种已经存在了超过10亿年的基底岩浆海洋，而此前的导电率测量显示，液态硅酸盐无法产生发电机效应。

为解决这一问题，科学家们使用基于密度泛函理论的分子动力学模拟来预测液态硅酸盐在基底岩浆海洋条件下(100～140 GPa,4 000～6 000 K)的电导率。研究发现，它的导电性超过10 000 s/m，是在低压低温条件下液态硅酸盐中测量的导电性的100多倍。计算结果表明，磁雷诺数超过了发电机运转的阈值，磁场强度与太古宙古地磁记录中观测到的磁场强度相似。由此，科学家们推断，太古代地磁场的形成与基底岩浆海洋产生的发电机效应密切相关。这一研究成果于2020年2月25日发表在英国《自然》杂志上。

https://www.nature.com/articles/s41558-020-0697-0

汪洋,编译.朱建东,校.

沙质海岸线正遭受严重的侵蚀威胁

据估算，全球的沙滩占据了超过1/3的海岸线，在休闲、旅游和生态系统服务方面具有很高的社会经济价值。海滩连接陆地和海洋，为陆地提供天然的海岸防护，以防止海洋风暴和飓风的袭击。然而，沙滩的存在不能视作是理所当然的，它们在气候、地质和人为因素的驱动下不断变化。世界上相当一部分的海岸线已受到侵蚀，这种情况可能会因气候变化而加剧。

2020年3月2日刊发于英国《自然—气候变化》杂志的论文预测了不同气候背景下海岸线动态变化趋势，加之海平面上升导致的海岸消失，可能会导致本世纪末全球几乎一半的沙滩消失，但适度减少温室气体排放可以防止40%的海岸线退化。文中预测的海岸线动态变化主要受海平面上升的影响，但在某些地区，侵蚀趋势被周围海岸线的增生变化所抵消，如亚马逊、东亚和东南亚以及北热带太平洋。大部分受威胁的海滩位于人口稠密地区，这突出了设计和实施有效应对措施的必要性。

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2075-5

汪洋,编译.朱建东,校.

下洋壳生物的演化策略：灵活的循环和代谢

岩化的下洋壳是地球生物生存的极限环境之一，这里环境恶劣，营养物质匮乏。生活在海底沉积岩或火山基岩中的微生物群落所面临的重要挑战是如何获取足够的炭源和能量来支持生长或满足基本的能量需求。目前，人类对洋壳岩石生物圈的研究和认识十分有限，尤其对栖息于下洋壳的微生物及演化研究几乎是空白。2020年3月11日发表于《自然》杂志上的一项研究成果填补了这一空白。

生活在印度洋亚特兰提斯堤岸海底10～750 m以下的微生物群落，为开展这项研究提供了天然窗口。由于早期的构造运动将上洋壳剥蚀，这里的下洋壳岩石直接出露于海底。通过提取酶活性、脂质生物标志物、标志基因，以及显微镜检测表明，下洋壳岩石中生物量极少且细胞密度极低，每立方厘米不到2 000个细胞。出乎意料的是，研究中得到较为丰富的涉及异养过程的基因，包括那些在多芳烃降解、利用多羟基烷烃作为碳存储分子和氨基酸循环产生可参与氧化还原反应和能量生产的化合物中起作用的基因，其生存方式似乎要远高于自养过程。这项研究为深入了解地壳深部微生物如何将能源与有机碳源和无机碳源(可能通过海底流体或海水的循环输送)相结合而在裂缝或多孔基质中生存提供了见解，对全球物质循环研究具有不可忽视的重要意义。