地學前沿||《Geology》2021年第2期論文導讀（下）

2021-10-27由中科院地質地球所發表于歷史

一個更大的斷層：蘇格蘭西北部一個12億年前的陸地巨型碎屑岩的災難性地質事件

在古代的地質記錄中，巖崩的描述相對較少，這可能是因為它們的儲存潛力很低。在蘇格蘭西北部的Clachtoll，有一塊與中元古代Stoer群的基底角礫岩相伴生的新太古代劉易斯片麻岩的巨型碎屑岩（100m× 60m×15m），估計質量為243kt。與下伏基底片麻岩相比，巨型塊體中的片理在次垂直軸上偏離了約90°，並且被充滿Stoer組紅色砂岩的裂隙網路切割。巨塊體頂部的層狀碎屑裂隙填充物符合埋藏期間的被動沉積標準。側面和底部的沉積物填充裂縫顯示出與強力注入相一致的特徵。該團隊透過數值計算認為與裂谷相關的地震震動導致大塊岩石落在未固結溼沉積物上的距離不超過15米。在衝擊作用下，基底塊體下含水砂層的超壓和液化足以導致水壓釋放並向上注入泥漿。此外，不對稱分佈的結構記錄了塊體減速和停止時的內部變形。巨塊與年輕的Stac Fada撞擊事件無關，它代表了地球上已知的最古老的陸地巖崩特徵之一。

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Geology （2021） 49 （2），180–184。

https：//doi。org/10。1130/G48079。1

譯者

中國地質大學（北京）@王天奇

14 北美中大陸裂谷內大型德盧斯雜巖的快速侵位

德盧斯雜巖（美國明尼蘇達州）是地球上最大的基性侵入雜巖之一。前人認為，約在1109 ~ 1084 Ma期間，勞倫大陸內部中大陸裂谷的岩漿作用和伸展活動使德盧斯雜巖侵位。相比於典型的由上湧的地幔柱減壓熔融形成的大火成岩省的持續時間，德盧斯雜巖巖漿活動的持續時間更長，岩漿作用間隔也更長。但德盧斯雜巖的斜長巖和層狀巖單元的高精度

206

Pb/

238

U鋯石年齡限制了這些單元在1096 Ma 左右，約1 m。y。（持續時間500±260 k。y。）的時間內快速侵位。岩石單元的古地磁資料與勞倫大陸的視極移路徑對比結果也支援了這種觀點。年代學確定大火成岩省的活動時間很短，代表快速的侵位過程，支援了岩石圈伸展與異常熱上湧的地幔共存的假說。快速的岩漿脈動作用發生在板塊緯向運動20°後，晚於最初的岩漿作用至少10萬年。該研究提出了這樣的可能，即上湧的地幔柱與移動的勞倫大陸岩石圈底部相遇，並透過“upside-down drainage”作用流向中大陸裂谷區域性變薄的岩石圈。

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Geology ，（2021） 49 （2），185–189。

https：//doi。org/10。1130/G47873。1

譯者

南京大學@陳博洋

15 大陸根的形成

來自地震層析成像的新證據發現了一種獨特的礦物結構，其僅限於古老大陸克拉通下的厚地幔岩石圈內，為形成地球地質歷史中這些突出而有影響的特徵提供了重要線索。橄欖石是地球上地幔的主要礦物，其彈性特性沿其三個晶體軸各不相同，並且塑性變形過程中單個橄欖石顆粒的優先排列會影響地震波傳播的整體性質。面波層析成像顯示，在地球的大部分割槽域，地幔岩石圈的變形使橄欖石晶體定向，其快軸位於水平面，但在克拉通大陸岩石圈根部約150 km處的深度居中，快速晶體學軸優先垂直對齊。由於克拉通根部的粘度很高，這種結構很可能是克拉通形成時的痕跡。上地幔石榴石-橄欖岩的地球化學和岩石學研究表明，克拉通地幔根因密度降低而趨於穩定，密度的降低是因為熔體的抽離發生在比抓取地幔橄欖岩捕虜體更淺的深度。從面波層析成像推斷的礦物結構表明，融化-虧損事件後的水平縮短使虧損帶向下形成較厚的大陸根，透過純剪下在垂直方向拉伸了虧損物質，並使橄欖石快速結晶學軸成為垂向排列。地震學手段發現的這種在約150 km深度處的礦物結構是形成克拉通根的縮短事件的證據。

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Geology ，（2021） 49 （2），190-194。

https：//doi。org/10。1130/G47696。1

譯者

CUGB@唐演

16 論克拉通的破壞趨勢

該研究表明，由於沿克拉通邊緣的地幔流的作用，俯衝板塊可能導致岩石圈移動。這個過程會雕刻和重塑克拉通，影響岩石圈整體穩定性。該研究利用三維地球動力學模擬探究了俯衝驅動的定向流與不同形狀的克拉通岩石圈之間的相互作用，認為邊緣形狀不僅控制著克拉通周圍流動通道的形成，而且控制著克拉通的破壞潛力。模擬結果表明，所有克拉通形態都有助於形成流動通道，但平直邊緣的克拉通抗變形能力最強，邊緣逐漸加厚的克拉通抗變形能力較弱。邊緣形狀的控制下，克拉通岩石圈沿著其邊緣逐步消解，直到形成更穩定的平直邊緣。

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Geology，（2021） 49 （2），195–200。

https：//doi。org/10。1130/G48111。1

譯者

南京大學@陳博洋

ODP1073鑽孔中切薩皮克灣撞擊事件層位的樹枝狀萊氏石：遠端濺射席的示蹤劑

高壓礦物記錄了通常難以儲存在地殼的地質過程。萊氏石是鋯石的一種可淬火的多型礦物，其形成在衝擊壓力大於20GPa的條件下。然而，不管是經驗的、實驗的還是理論上對其形成形成的具體機制均存在爭議。該文作者研究了35Ma前的切薩皮克灣撞擊事件的遠端濺射毯中一顆鋯石中鋯石—萊氏石的相變過程，發現萊氏石經歷了多階段的生長並且大約89%的鋯石相變為萊氏石。該顆粒中存在兩類萊氏石：（1）呈面狀平行排列，且在陰極發光影象中呈暗黑色，及（2）在陰極發光影象中呈樹枝狀生長的萊氏石。前人文獻中對前者已有過報道，而還未見有報道過樹枝狀萊氏石。作者進一步地提出了在大於40GPa的條件下萊氏石的兩階段生長模型：首先，在衝擊壓縮階段，剪下應力導致層狀萊氏石的形成，之後在高壓下透過重結晶作用形成樹枝狀萊氏石。在淬火之前，樹枝狀的萊氏石從片理面開始生長，並替換臨近的被破壞的而呈非晶態或中間態的鋯石。該文研究結果為隕石撞擊過程中微秒尺度下的高壓多型轉變所伴隨的微結構演化對萊氏石穩定性的影響提供了新的見解。此外，作者基於萊氏石的形成條件提出樹枝狀的萊氏或許可以作為遠端濺射毯的標誌。

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Geology，（2021）49（2），201-205。

https：//doi。org/10。1130/G47860。1。

譯者

小爪爪

地幔柱和洋脊相互作用形成岩漿持續噴發時間最長的大火成岩省

大火成岩省（Large igneous provinces， LIPs）通常由一次或多次持續1-5 Ma的短時岩漿脈衝（火山活動）形成。該團隊對Kerguelen（凱爾蓋朗）大火成岩省主要建造期的火山岩（白堊紀Kerguelen的南部和中部，Elan Bank和Broken Ridge）開展Ar-Ar定年分析，獲得25組

Ar/

Ar坪年齡。定年結果顯示Kerguelen大火成岩省的火山活動大約從ca。122 Ma持續至90 Ma，活動時間超過32 Ma，表明Kerguelen大火成岩省記錄了持續時間最長的高岩漿通量的侵位事件，並且Kerguelen大火成岩省是火山活動持續最長的大火成岩省。該研究認為Kerguelen大火成岩省與其他火山活動持續時間短或經歷多次噴發事件的大火成岩省不同，Kerguelen大火成岩省是透過地幔柱和洋中脊長期相互作用而形成，透過洋中脊的跳躍，慢速擴張及遷移，將岩漿產物從噴發中心轉移出去，並導致長期持續的岩漿活動。

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Geology，（2021）49（2），206-210。

https：// doi。org/10。1130/G47850。

譯者

NJU@哈哈宇

加利福尼亞州死亡谷Ubehebe火山口乾火成碎屑沉積物的軟沉積變形

軟沉積變形構造在細粒火成碎屑沉積物中較為常見，並且經常伴隨其他特徵一起指示沉積物處在潮溼和具有粘性的狀態下。Ubehebe爆發火山錐的火山口（美國加利福尼亞州的死亡谷）的沉積物是透過多次火山爆發形成的。這些爆發有的直接來自火山碎屑湧動，也有作為區域性顆粒流從陡坡上再活化的新鮮、富含細灰的沉積物。除了軟沉積變形構造本身外，沒有其他溼沉積的現象。該團對的結論是，變形是孔隙-氣體壓力和幹內聚力的升高情況下新鮮的細粒沉積物失穩的結果。僅軟沉積變形不足以確定是否母源火山碎屑岩流含有液態水並導致地層溼沉積。

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Geology，（2020）49（2）， 211-215。

https：//doi。org/10。1130/G48147。1

譯者

中國地質大學@徐睿

20 東加利福尼亞剪下帶的焦糖奶油流變結構

自從美國加利福尼亞莫哈維沙漠（Mojave Desert）1992年裡氏震級7。3級Landers地震和1999年裡氏震級7。1級Hector礦地震發生至今，兩次地震的震後變形得到廣泛研究，硬地殼上覆在低速的地幔軟流圈的模型受到了公認。然而，該團隊新近發現，這兩次地震後的近場地震後瞬變比之前認為的持續時間更長，這需要對震後模型進行修正。該團隊基於修正後的震後瞬變的新模擬結果表明：（1）莫哈維地區下地殼的有效黏度在年際尺度上約為2 ×10

Pa·s，（瞬態粘度約為2×10

Pa·s），也就是說僅僅只是下覆地幔軟流圈的5倍；（2）上地幔的瞬態黏度隨時間而增加，這為頻率相關的流變學（如Andrade或拓展的Burgers流變學）提供了新的大地測量學證據。第一年的瞬態流變學推斷與2019年7月兩次莫哈維地震事件以北180公里的Ridgecrest里氏震級6。4級和7。1級地震的瞬態流變學非常一致。該建模結果支援東加利福尼亞剪下帶（太平洋-北美板塊邊界的一部分）的焦糖奶油流變結構模型，其中下地殼和上地幔在年際尺度均表現出延展性。

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Geology，（2021）49（2），216-221。

https：//doi。org/10。1130/G47729。1

譯者

南京大學@吉姆·雷諾

21 微生物硫酸鹽還原在海底硫化物礦化初期的重要作用

當熱液流體與周緣海水混合時便會形成海底熱液礦床，通常我們認為其中的硫化物礦物沉澱是非生物成因的。基於在沖繩海槽中部（中國東海）的Izena Hole和Iheya North Knoll的大洋鑽探，Tatsuo Nozaki等使用二次離子質譜法（SIMS）測定黃鐵礦顆粒中的δ

S，結果表明海底硫化物礦化初期與微生物硫酸鹽還原作用關係密切。在硫化物形成過程中，黃鐵礦結構依次從草莓狀變化到膠狀最後發展為自形結構。草莓狀黃鐵礦中δ

S具有很高的負值（低至–38。9‰），而在膠狀和自形結構黃鐵礦中δ

S卻向正值有規律的遞增。硫同位素在海水硫酸鹽（+ 21。2‰）和草莓狀黃鐵礦（–38。9‰）之間的分餾程度高達–60‰，這在開放系統中只能透過微生物硫酸鹽還原來實現。由於草莓狀黃鐵礦通常被黃銅礦，方鉛礦和閃鋅礦所代替，因此草莓狀黃鐵礦可能是形成其他硫化物礦物的原始物質（核）。該研究得出結論，含有微生物還原硫的草莓狀黃鐵礦在海底硫化物礦化初期起著重要作用。

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Geology，（2021）49（2）， 222–227。

https：//doi。org/10。1130/G47943。1

譯者

CAGS@張瑜

22 羅迪尼亞-岡瓦納轉變中華南地塊從印度地塊破碎分離

印度西北部和華南的拉伸紀晚期至寒武紀沉積地層為其古地理關聯建模提供了重要證據，包括它們在羅迪尼亞超大陸轉化為岡瓦那超大陸過程中的斜接及隨後的分離。這兩個地區拉伸紀晚期的沉積單元岩石地層和碎屑鋯石U-Pb-Hf-O同位素特徵的相似性都指出了（有著）共同的物源。800-700 Ma華南和印度西北部的鋯石δ

O同位素值在從上地幔成分轉變為亞地幔成分時的大幅下降以及鋯石ε

Hf（t）

值同時期的增加，表明了共同經歷了新元古代拉伸岩漿事件，與羅迪尼亞超大陸解體的時間一致。沉積物源在成冰紀發生了顯著變化。印度西北部邊緣新元古代剩餘的沉積物包括大量以古老鋯石年齡為主、來自印度克拉通內部的碎屑。反而，華南揚子地區同時期的沉積單元以新元古代鋯石為主。碎屑鋯石年齡資料強調了羅迪尼亞超大陸構型中印度西北部和華南（揚子和華夏地區）之間密切的古地理關聯，並驗證了它們在成冰紀透過大陸裂谷而分離。印度西北部發育被動大陸邊緣，而華南地塊則沿岡瓦那邊緣部分裂解、旋轉並向印度東北部和西澳大利亞右行遷移，以至於華夏地塊仍然在接受來自岡瓦納大陸的碎屑。

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Geology，（2021）49（2），228–232。

https：//doi。org/10。1130/G48308。1

譯者

袁夢

23 勞亞大陸東緣阿巴拉契亞山脈的碎屑鋯石組成

沿勞亞大陸東部邊緣，從紐芬蘭（加拿大）到阿拉巴馬（美國）八個地區的最新碎屑鋯石U-Pb資料彙編顯示，其沿走向具有非常相似的特徵，僅存在微小的區域性變化。這些樣品來自親勞亞大陸的沉積岩和變沉積岩，時代跨度從新元古代-二疊紀。前寒武紀的碎屑鋯石以約2。7 Ga的次要種群和約1。9-0。9 Ga的主要種群（峰值約為1。2-1。0 Ga）為特徵。其碎屑鋯石來自勞亞大陸太古宙地殼（約2。7 Ga）、古元古代造山帶（約1。9-1。6 Ga）、Granite-Rhyolite省（約1。5-1。4 Ga），以及Elzevir地體和Grenville省（約1。3-0。9 Ga）。中元古代鋯石種群的多寡取決於與不同物源區的距離，包括約1。5-1。4 Ga的Granite-Rhyolite省、約1245-1225 Ma的Elzevir地體和約1。2-0。9 Ga的Grenville省。中奧陶世鋯石的數量沿走向而變化，其取決於Taconic造山帶的輸入，但在阿巴拉契亞山脈北部最多。由於碎屑鋯石年齡沿走向的一致性， 7534個協和的碎屑鋯石U-Pb資料的彙編可用於未來的U-Pb碎屑鋯石研究，作為勞亞大陸東緣的物源指示。