geology|《Geology》2020年第8期论文导读（上）地质|泥炭地|前陆盆地|岩溶

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01
晚新生代岩溶地体隆升速率的洞穴沉积物约束
近年来随着地质年代学技术的发展，洞穴沉积物作为环境和地质记录，其应用也大大拓展。在本文我们重新评价了洞穴沉积物约束晚古生代岩溶地体隆升的性能。通过对澳大利亚东南部巴肯岩溶区的洞穴沉积物进行U-Th 和U-Pb相结合的年代学研究，我们计算得到了最大隆升速率76±7 m m.y. 1 ，该速率在过去的3500年一直稳定。这一过程的时间和范围与澳大利亚新近系隆起的独立约束条件一致，可能是对与新西兰的板块边界应变增加的响应。洞穴沉积物年代学除了可以对单一事件提供高精度的年龄约束，在地质时间内长期近似连续的地质记录上的应用也很有潜力。这可以补充和扩大现有的隆升指标。

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【geology|《Geology》2020年第8期论文导读（上）】澳大利亚东南部巴肯岩溶区的地形图和地质图。
02
晚中新世沉积物从东卡巴阡前陆盆地的轴向水系系统输送到黑海
我们描述了东卡巴阡前陆中新世晚期至上新世早期的轴向水系系统，它是黑海和达西亚盆地的主要沉积物物源。该系统的存在解释了在上新世晚期至更新世大陆尺度多瑙河沉积物供应开始之前，黑海西北部陆架的显著退化。这种轴向水系系统是随喀尔巴阡山脉及其前陆的历时演变而演变的：大陆碰撞、过度填充、板块断裂，而随后在西卡尔巴阡山脉的剥露要比在东卡尔巴阡山脉的更早。在西部前陆过度充填后，剩余泥沙沿盆地轴线转移，产生了一个宽300千米，长800千米的东南向改良河架斜坡系统，沉积物通量约为12×103km3/m.y 。这种晚期轴向沉积系统往往在前陆盆地发育，特别是走向沿造山运动是穿时的。因此，需要考虑到大量的横向泥沙输送，尽管这些轴向系统的证据往往在板块断裂和前陆盆地反转后被侵蚀。

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西南东北横断面经喀尔巴阡东前陆盆地（ECFB）和弯曲剖面的断板，有效弹性厚度（EET）为50公里。
03
热液成因的闪锌矿中卤族元素记录了成矿流体来源

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近日弗莱堡资源技术研究所的Max Frenzel及其合作者通过显微技术对热液成因闪锌矿中卤族元素分布特征进行研究提出其有可能成为示踪成矿流体来源的替代指标，并发表于《Geology》。
Cl和Br对成矿流体的来源很敏感。将微量化学和显微方法相结合，发现在热液闪锌矿中，这些元素在原子尺度下的置换是可测量的。此外，富卤闪锌矿的Cl/Br比值同与之相对应的成矿流体一致。因此，闪锌矿中卤素记录了成矿流体的组成，而成矿流体组成反过来记录了流体来源。由于闪锌矿在热液沉积中丰度很高并且进行原位微观化学分析的技术业已成熟，闪锌矿中的卤素分布特征有潜力成为区分不同成矿环境的替代指标。

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不同尺度下闪锌矿中Cl和Cd的分布特征（A）毫米级分布；（B）中尺度分布；（C）微米级分布。 FIB-聚焦离子束；TEM-透射电镜。
04
冰川地质作用在美国缅因州泥炭地的水文学证据
淡水池塘常呈偏心新月状形成于泥炭地（大气甲烷的重要来源），且在冰川消退地区与蛇形丘存在明显的空间关联。然而，泥炭地中如蛇形丘等潜在渗透性冰川沉积物在水文甚至碳循环中的调节作用表现得并不明显。通过探地雷达成像以及直接钻取岩芯，本研究证明了在美国Maine的Caribou Bog和Kanokolus Bog ，成丛的水塘分布同被掩埋的蛇形丘顶部具有一致性，且蛇形丘与泥炭土相接触。结合雷达的水头和地球化学数据表明地下水会从浅层泥炭地垂直流向渗透性蛇形丘顶部，显示了不稳定有机碳向下运移加强，这可能加速深层泥炭中甲烷生成的速率。因此，在深层泥炭中，蛇形丘可能在甲烷生成增强的过程中是个重要指标，而溶解甲烷剖面上的差异取决于到水塘的距离。从多方来源收集的地理数据显示，在Maine和Fennoscandia ，许多带有偏心水塘的泥炭地都出现在蛇形丘系统的近端。这些地质因素可能对泥炭地的水和碳循环起着重要的，以及曾未被认识到的控制作用。

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蛇形丘通过偏心沼泽局部向下排水对水文影响的概念模型
05
由火山作用、变暖和缺氧而非变冷和冰川作用造成的晚奥陶世大灭绝
奥陶纪的海洋生物多样化被晚奥陶世的物种大灭绝（LOME）突然终止。间隔1Ma的两次灭绝消除了大约85％的物种。第一次灭绝，从赫南特期（Hirnantian）开始，研究认为与气候变冷和冈瓦纳冰川形成有关。第二次灭绝，发生在晚赫南特期，是由于气候变暖和缺氧。先前报道的内华达州、华南和波兰地区的汞（Hg）峰值暗示了灭绝危机中存在一个未知的大火成岩省（LIP），但是汞峰值的时间差异导致人们对LIP灭绝模式的不同解释，这种模式中火山活动会导致气候变冷、变暖或同时导致这两种情况。这篇文章报告了汞、钼和铀异常与生产力指标富集因子下降，以及与奥陶系-志留系边界层型中两次LOME事件之间的密切对应关系。这些都支持一种灭绝情形，即凯迪期与赫南特期界线处火山成因温室气体导致了气候变暖，导致先前存在的深水最低氧气带扩大、生产力崩溃，并导致第一次灭绝。赫南特期新的火山活动使得气候进一步变暖，导致缺氧和并造成了灭绝。因此， LOME并非像之前认为的那样是“五次大灭绝”中的异类（起源于气候变冷），更可能是和其他几次大灭绝一样，是由火山作用、气候变暖和缺氧引起。

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晚奥陶世大灭绝（LOME）的全球特征. （A）动物多样性：灭绝前的生物群（浅灰色）， LOME 1后出现的（白色）， LOME 2出现的（深灰色），宽度给定了各组内多样性变化的质感. （B）δ18O曲线， LOME 1出现在变暖阶段的末尾. （C）Laurentia碳酸盐δ13O记录. （D）内华达州（N）、华南地区（W-王家湾; D-丁家坡）和波兰（P）的汞异常（> 100 ppb）
06
塔克拉玛干“永久”沙漠环境的形成及其与中更新世气候转型的关系

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沙漠地貌早在更新世之前便已存在，特别是在冰期时，气候条件恶劣，沙漠化程度显著增强。然而关于沙漠在时间上连续性，特别是冰期-间冰期不同的气候环境下是否始终存在“永久性”沙漠环境，目前研究较少。
塔克拉玛干沙漠位于塔里木盆地，是我国面积最大的沙漠。当前关于塔克拉玛干沙漠环境的形成时代仍存在很大的争议。最近中科院地环所刘卫国、安芷生研究员和香港大学柳中晖副教授及中科院地质所孙继敏研究员等相关合作者，通过对罗布泊钻孔沉积物中碳酸盐δ13C、粒度组成的研究，同时结合盆地内麻扎塔格山的地质记录，最后与其它相关气候记录进行对比，探讨了塔克拉玛干沙漠的形成演化及其背后可能的驱动机制。
研究结果显示，从490万年开始，盆地内间歇性湖泊沉积消失，开始转变为风成砂和河流、盐湖的交互沉积。直到70-50万年前，沉积物的碳酸盐δ13C开始持续处于0‰（±1‰）左右，粒度也明显偏粗，指示着“永久性”沙漠环境的形成。
作者认为，塔克拉玛干“永久性”沙漠环境的形成可能与两方面原因有关。第一，中更新世气候转型期（MPT）后，冰期气候变冷加剧，青藏高原及其邻区的冰川活动明显增强，冰川作用的增强为塔克拉玛干沙漠提供了大量的风砂物质。第二， “永久性”沙漠环境的维持还需要持续的干旱环境。虽然高原冰川活动可以使得邻区干旱化加剧，但在这里是解释不通的。因为黄土高原记录显示相对之前的间冰期，在MPT之后的间冰期中，东亚夏季风是显著增强的，塔里木盆地则是干旱化加剧。两地区间冰期的气候是反相演化的。根据作者的观点，间冰期时夏季风增强和沙漠干旱化增强是处于同一气候系统的控制，即夏季风增强时其对应的下沉气流也会增强，而塔里木盆地则是下沉气流的对应区，因此干旱化加剧， “永久性”沙漠环境形成。

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7.1 Ma以来塔里木盆地记录（粒度、碳酸盐δ13C、δ18O）及其与东太SST的对比
07
厚层蒸发岩密封层的剧烈破坏导致巨大的泥质盖层形成
通过三维地震图像和测井标定发现了一个大型的外来泥质体，该泥质体由数个泥质物挤出而成，在尼罗河三角洲的外陆架斜坡上覆盖面积超过740km2 。该泥质体来自地中海东部约1公里厚的墨西拿阶蒸发岩的下方，并在墨西拿盐度危机结束时发生的活化转移事件中，直接将8个大型泥火山挤出到了墨西拿阶蒸发岩的顶部。这些巨大的挤压流体汇聚在一起，形成了一个具有292km3的巨大单一体，并与八个间隔较大的通道相连。我们认为，这种大的泥质体代表了泥浆喷出的一种新的形态类型和规模。我们建议，类比盐类盖层（salt canopies）这个概念，可将在表面富集形成多运移通道的泥质体称为泥质盖层（mud canopies），这对盆地重建、古超压释放和流体运移都会产生一定影响。
尼罗河三角洲外陆架的位置和地层图。（A）用于标定的地震研究区和测井（Kg45 ， La52）的位置。突出显示的是盐的边缘（浅蓝色线）和三维（3-D）地震勘测区域（绿色区域）。测深来自Geo Map App（www.geomapapp.org）。（B）穿过尼罗河三角洲和地震研究区的示意性剖面图（改编自Vandré et al.[2007]和Kirkham et al. [2018b]），其中墨西拿的蒸发岩被异地运移而来的通古尔阶页岩覆盖。 Sf-海底；ABT-异地运移体上部；TS-上部盐层；BS-碱盐。
08
沉积再循环解释了劳伦系碎屑锆石年龄系统中格伦威尔期持久的主导作用
格伦威尔时代主导了横跨东部劳伦古大陆新元古代至古生代碎屑锆石（DZ）种群，并一直持续到现在。这种主导作用的持续存在可能与碎屑锆石颗粒的再循环有关，最终来源于富含锆元素和锆石矿物的格伦威尔花岗岩。阿巴拉契亚盆地（美国东部）宾夕法尼亚砂岩的锆石铀铅（U-Pb）同位素定年分布与新元古代-寒武纪地层几乎相同，并含有源区沉积岩变质作用或成岩作用形成的碎屑成岩独居石颗粒。碎屑锆石（U-Th）/He定年大多是475 - 300 百万年，格伦威尔斯和古元古代到太古代碎屑锆石的产生滞后时间（Δt =U-Pb age-（U-Th）/He age）分别是500-1000百万年和1200-2400百万年。碎屑独居石的Th-Pb定年可与（U-Th）/He定年相比较，反映了新元古代至寒武纪地层的古生代区域变质作用中独居石的形成，在这些变质作用中重置了格伦威尔斯碎屑锆石颗粒的（U-Th）/He系统。这些结果要么与再旋回有关，要么证明了再旋回。考虑到其他地质限制因素，可以确定至少3个（可能是5个）再旋回事件，以及它们在最初的后格伦威尔期挖掘和侵蚀（“大格伦威尔沉积期”）之后的时间。再旋回事件包括新元古代到寒武纪沉积形成的格伦威尔期沉积物（“大不整合”的形成:旋回1），随后新元古代沉积物变质，寒武纪地层被侵蚀，在这里取样的宾西法尼亚砂体产生碎屑（旋回2），以及现代侵蚀的砂质岩（旋回3）。在每个旋回期间或之后，大陆上的河流系统促进了最终格伦威尔期沉积物的扩散。

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阿巴拉契亚造山带南部（美国东部）的地质构造示意图，以及样本的位置（红圈）、地质省份和文本中提到的特征。
09
晶体-熔体动力学对岩浆体系中锆石溶解度的调节
锆石定年法通常被用来量化岩浆过程的时间尺度，但我们对岩浆体内部动力学的认识滞后于日益增长的化学分析水平。尤其是已经有研究表明，矿物堆晶过程和由岩浆补给过程产生的堆晶矿物再熔融可能会影响熔体的化学组成。文章研究了以上这些过程对锆石在各种高度演化的硅酸盐熔体中的溶解度的影响。作者的模型表明，在大多数情况下，堆晶矿物的再熔融会使侵位于浅部岩浆房初始熔体中的锆石持续饱和。一旦发生了堆晶矿物的熔融，锆石饱和的难易程度就由堆晶的矿物组成来控制，尤其是锆石堆晶的量及其可熔蚀性。因此，锆石作为岩浆系统热历史记录者的真实程度，取决于该岩浆系统的化学亲和性和堆晶矿物学，以及岩浆体本身的历史。

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碱性（A）和亚碱性（B）岩浆，它们的堆晶矿物和堆晶熔体之间的关系， M代表[（Na + K + 2Ca）/（Al × Si）] ，指示碱性岩浆的演化程度。由图可见，在岩浆体系中没有锆石结晶时，堆晶熔体向Zr含量更低方向演化（A）；然而在有锆石晶出的体系中，有锆石参与的堆晶熔体的Zr含量则不断升高（B）。 fsp-长石；fsptd-长石类；qtz-石英；bt-黑云母；hbl-角闪石；cpx-单斜辉石；opx-斜方辉石；ox-铁钛氧化物。
美编：车玥逸
校对：覃华清

geology|《Geology》2020年第8期论文导读（上）

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