地学前沿||《Geology》2021年第1期论文导读（上）

150550

01

地壳尺度增生杂岩的解剖：来自伊朗Makran俯冲带西部的陆上深地震测深的启示

马克兰（Markan）俯冲带在历史上曾发生过8级以上地震并经历随后的海啸，这暗示了伊朗南部、巴基斯坦和邻国的沿海地区的高风险。此外，马克兰俯冲带是一个具有极端性质的端元俯冲带，其具有地球上最大的沉积物输入和最宽的增生楔。虽然对近海的增生楔的浅表地质和浅层构造已经有了较为深入的研究，但对于陆上部分的深层结构，仍缺乏基本的信息。该研究展现了三个地壳尺度并与海沟垂直的深地震测深剖面，它们穿过伊朗马克兰俯冲带西部的增生楔体的陆上部分。基于马尔科夫链蒙特卡洛方法的P波走时层析成像以及广角反射的自动线条图偏移，高分辨率地揭示了增生楔的地壳结构和俯冲大洋板块的几何学特征。这些图像揭示了增生过程，特别是底辟增生（basal accretion）形成大陆地壳的过程，为灾害评估和海啸模拟提供了重要的基础信息。

俯冲沉积物的底辟增生和主要形成于陆上增生楔中心的背形堆垛积。通过持续的底侵作用，高纵波速度的变质岩被向上推挤，从而到达较浅的区域。

文章来源：

Geology(2021) 49 (1): 3–7.

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G47700.1

（译者：哈德曼的秘封61）

02

地震各向异性证实了哥斯达黎加南部的上地幔从太平洋流向加勒比

太平洋上地幔被俯冲的板块和大陆架包围，很大程度上阻止了其与周围地区的融合。中美洲地峡的南部可能存在一个出口。该地区地震各向异性、火山喷发物同位素成分的时空变化以及动力地形观测结果都表明上地幔从太平洋流向加勒比海。研究人员通过对远震剪切波的双折射观察中得到哥斯达黎加南部上地幔地震各向异性的新约束。快、慢分量相差约1秒，快波沿40°–50°（东北）方向极化，近似正交于中美洲收敛边缘。结果与太平洋向加勒比地区的上地幔流动相一致，在该区域下方俯冲的岩石圈中存在一个出口。

地幔流模式及剪切波分裂结果

文章来源：

Geology(2021) 49(1): 8-12.

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G47826.1

（译者：中国地质大学（北京）@董宇航）

03 二叠纪湖泊沉积中的产甲烷菌微化石与产甲烷作用

产甲烷菌是生成甲烷的古菌，是地球上最原始的生物之一，在现代生态系统中有着很大的系统发育和生态多样性。然而，产甲烷菌的细胞化石证据在地质记录中仍极其匮乏。该文章报道了在中国西北部二叠纪湖泊沉积中观察到的由白云石组成的球状微结构。微球表现出生物亲和性，完好地保存在自生白云岩中，具有细胞保真度。基于形态和地球化学证据，这些微球被解释为矿化的产甲烷古菌细胞，可分为三种不同大小的类群，它们是球状产甲烷菌的首个化石记录。含微化石的白云岩具有极正的δ13C值（高达+20‰ V-PDB），归因于微生物产甲烷作用。研究结果表明，产甲烷菌是该二叠纪湖泊生物圈的重要组成部分，由于产甲烷菌的代谢，大量的生物成因甲烷在缺氧湖泊沉积物中产生。该研究不仅填补了产甲烷古菌化石记录的空白，也为古湖泊甲烷排放提供了新见解。

图1 自生白云岩中矿化的球状产甲烷古菌

文章来源：

Geology (2021) 49 (1): 13–18.

原文链接：

https://doi.org/10.1130/ G47857.1.

（译者：南京大学@申博恒）

04

地幔过渡带内停滞板块前缘控制了东北亚新生代陆内高镁安山岩的形成

东北亚陆内高镁安山岩（HMAs）的地球化学和区域的地球物理数据，为探索陆内高镁安山岩的形成与太平洋板块俯冲之间的成因关系提供了机会。与原始的弧高镁安山岩相比，陆内高镁安山岩具有较低的Mg#值（53-56）和CaO含量（5.8-6.6 wt%），较高的碱（Na2O+K2O）含量（5.15-6.45 wt%），以及富集的Sr-Nd-Hf同位素组成（87Sr/86Sr =0.7056-0.7059；εNd = -4.9~-3.4；εHf = -4.7~-2.6），以及较低的Pb同位素比（206Pb/204Pb =16.76-19.19；207Pb/204Pb =15. 42-15.45；208Pb/204Pb=36.71-37.11）。这些新生代陆内高镁安山岩在Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成方面与中国东北地区新生代钾质玄武岩相似，但SiO2和Al2O3含量较高，K2O、MgO和轻稀土元素含量较低。这些特征表明，这些新生代陆内高镁安山岩起源于地幔，在地幔中循环的古老沉积物和水促成了橄榄岩的部分熔化。结合来自陆内高镁安山岩附近地幔过渡带的大面积低电阻率异常，以及这些高镁安山岩出现在东北亚地幔过渡带内的停滞板块前缘之上（深度600公里），该研究得出结论，具有高含量的循环古沉积物和水的停滞板块前缘，控制了东北亚新生代陆内高镁安山岩的形成。

图 东北亚新生代陆内高镁安山岩形成的地球动力学模型示意图

文章来源：

Geology (2021) 49 (1): 19–24

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G47917.1

（译者：中国科学院地质与地球物理研究所@刘卉）

05

Nuna湾：中元古代静海沉积事件的天文年代学相关性

位于澳大利亚和华北克拉通约1.4Ga的Velkerri组和下马岭组，皆沉积了一套碳质页岩层。该地层记录了一段明显的静海沉积期，并被约1.3 Ga的辉绿岩侵入。这些相似性指示这两个单元可能存在相关性，且表明当时广泛存在的静海环境、有机碳埋藏和烃源岩沉积。古地磁数据与Nuna超大陆上澳洲和华北克拉通相邻的事实一致，这意味着（静海相）沉积能够在一个大的孤立盆地中发生并形成有假定关联的地层序列。然而，地层年代学数据的缺失使得确切的测试无法进行。此前的研究中，下马岭组已表现出受轨道周期控制的沉积。在该研究中，研究团队利用旋回地层分析了Velkerri组的假定相关性。根据与Re-Os年龄一致的沉积速率，Velkerri组显示的沉积学旋回可解释为代表轨道周期的整个层级。通过对比保存在下马岭组和Velkerri组中滞留沉积的推测持续时间，结果揭示了一个几乎一致的约10m.y.的滞留沉积事件。该研究证明了这两个富烃单元是在同一个盆地（Nuna湾）中沉积并成熟的，沉积环境类似于Pangea大陆解体期的墨西哥湾。

Velkerri组的时间序列分析

文章来源：

Geology (2021) 49 (1): 25–29.

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G47587.1

（译者：CDUT@Aether）

06 断层破坏对藏东地形的影响

构造变形可以通过改变基岩的基准面和力学状态来影响剥蚀的时空格局。尽管基准面变化和剥蚀可以很好地被理解，但构造破坏对基岩剥蚀性的影响很少被量化。西藏东部是一个构造活跃区，具有多种岩性和多个活动断裂带，为了解构造变形如何控制剥蚀和地形提供了合适的场所。该研究利用了千年剥蚀速率与相应的河道陡度之间的关系来量化剥蚀系数。该研究表明，主断裂15 km范围内的盆地之间的侵蚀系数比15 km外的盆地间的侵蚀系数大一倍，这表明地震震动和岩石破坏导致的构造变形对藏东地区的侵蚀和地形影响很大。这项工作揭示了岩石剥蚀性与断层破坏之间基于现场的定量关系，这对改进地形演化模型具有重要意义。

西藏东部的地图显示高程，采样盆地用颜色编码（A）10Be导出的剥蚀速率，（B）剥蚀蚀系数，（C）半径为1公里的圆形移动窗口内的局部地貌，以及（D）岩性（Hartmann, Moosdorf,2012）

文章来源：

Geology (2021) 49 (1): 30-34.

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G48179.1

（译者：南京大学@徐雯峤）

07 晚始新世长江第一湾形成标志着现代长江的诞生

长江第一湾是亚洲最有争议的地貌区之一，现代长江在这里停止向南而转向东流，因此研究长江第一湾是了解长江演化历史以及青藏高原东南缘构造隆升活动的关键。剑川盆地位于长江第一湾西南，盆地内保存着中晚始新世的沉积岩，对这些沉积岩的分析结果显示这里曾经存在一个大型河流系统（可能是古金沙江），大河向南流动贯穿剑川盆地。该团队基于碎屑锆石U-Pb年代学方法对剑川盆地沉积物开展物源分析研究，结果表明发源于青藏高原的古长江曾南流入海；到始新世晚期，随着（云南）高原隆升，剑川盆地发生反转，古金沙江沿走滑断裂改道转向东流。这一事件标志着长江第一湾的诞生，也是现代长江（东流长江）形成的重要一步。

长江第一湾形成过程示意图。

（A）剑川盆地在早始新世为近源、内流盆地；（B）剑川盆地在中晚始新世为由古金沙江贯穿的外流盆地；（C）晚始新世后高原隆升，盆地反转，古金沙江改道向东流，形成长江第一湾。

文章来源：

Geology(2021) 49 (1): 35–39

原文链接：

https://doi.org/10.1130/G48149.1

（译者：NJU@哈哈宇）

08

古新世-始新世极热事件开始时中高温型雨林向南半球高纬度的快速扩张

在古新世-始新世之交（～56Ma），地球上发生了一次快速升温事件（PETM）。目前对于全球生态系统对PETM事件响应的研究多集中于北半球中纬度地区，南半球的研究则相对较少。

为了更全面地重建全球陆地生态系统的变化，最近来自德国海德堡大学的Emiel Huurdeman与其合作者，通过对澳大利亚南部Point Margaret剖面（古纬度：60°S）孢粉以及生标的研究，重建了PETM事件发生时区域植被和温度的变化。

结果显示，PETM发生时，大气年均温度升高约1-4°C，使植被特征产生了快速、显著且持续的变化。该区域植被类型由暖温型主导快速转变为类似于现今昆士兰北部的中高温型雨林主导。同时，植被变化的时间要早于有机碳δ13Corg负漂约数千年。生态系统变化的重建结果比南半球其它地点更为强烈，各区域之间的生态变化幅度存在差异。因此，在研究全球陆相生态系统对PETM事件响应时，应充分考虑区域古海洋、古地理和古生物地理的差异。

图1. Point Margaret剖面古新世-始新世之交植被类型和温度变化的重建结果
文章来源：
Geology(2021) 49 (1): 40–44.
原文链接：
https://doi.org/ 10.1130/G47343.1.
（译者：三口刀）
09 青藏中部加厚下地壳沉降导致的可忽略的地表隆升

研究人员利用羌塘地体始新世埃达克质岩的单斜辉石成分和锆石Hf-O同位素，探究了青藏高原中部的形成机制。关于这些岩石的成因，有两个主要和相反的假设：（1）拆沉下地壳的部分熔融；（2）俯冲的大陆上地壳的部分熔融。得到共识的是，地幔中的部分壳源岩石已达到榴辉岩相，但证据仍然不足。高Mg安山质样品中单斜辉石的反环带，显示出一个低Mg#、Sr和Sr/Y的核部，而边部则具有相反的特征，这表明母岩浆形成于榴辉岩衍生的长英质熔体和地幔橄榄岩之间的相互作用。总的来说，似地幔的锆石δ18O（平均值约为5.9‰）和εHf（t）（高达+6.7）值，支持镁铁质源区，而不是俯冲的上地壳岩石。考虑到始新世埃达克质岩是在地壳缩短结束后的短时间内形成的，原始的长英质熔体很可能来自拆沉的榴辉岩化的下地壳。这一拆沉过程可以解释青藏中部始新世早期的低起伏地形和中性的无榴辉岩的现代地壳组成。然而，包括沉积物源、同位素古高度计和热年代学在内的各种证据显示，岩石圈拆沉导致的地表隆升可能可以忽略不计，这可能是因为西藏中部的地壳较弱。

青藏中部地区古今纪早期的构造-地貌演化的示意图
文章来源：
Geology(2021) 49 (1): 45–50.
原文链接：
https://doi.org/10.1130/G48142.1
（译者：哈德曼的秘封61）
10 埃迪卡拉生物群早期硅质胶结的模拟实验证据

在埃迪卡拉系砂岩中的软体生物铸模化石（埃迪卡拉型化石作用）在重建早期复杂宏体生命的出现和辐射中起到了重要的作用。但是埃迪卡拉化石的保存过程仍旧存在很多争论。经典的研究认为化石作用是通过生物尸体和生物席基底面的快速硫化矿化形成的，而最近的研究观点认为硅质是化石保存过程中的关键矿物。该研究将多种软体生物置于与埃迪卡拉纪海水浓度相同的富硅溶液（2mM）中进行模拟实验。结果显示，在恒定的中性（pH=7.8）海水条件下，这些有机体表面出现了连续的非晶质二氧化硅沉淀。矿物的形成伴随着实验溶液中溶解硅（DSi）的不断减少，直至低于非晶态二氧化硅的溶解度。另外，电位滴定测量表明，硅质沉淀的数量级与每个有机体的官能团有关。这表明有很大范围的软体生物易于在埃迪卡拉的海洋特殊高硅环境中被硅化。这些结果为上述第二种成因模式，即早期硅质胶结有助于埃迪卡拉生物群的异常铸模保存提供了支持。这一保存模式可以为精确研究早期动物生态系统的组成提供帮助。

不同有机体 [Anemone Phymanthus （A-F），cyanobacterium Spirulina （G-L）] 在高硅溶液中的照片及细节扫描电镜图像
文章来源：
Geology(2021) 49 (1): 51–55.
原文链接：
https://doi.org/10.1130/G47919.1
（译者：CUGB/MQU@韩舒筠）
美编&校对：覃华清

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