2025年 03期
从冈瓦纳聚合阶段早期生命辐射的构造环境因子到地球系统科学
姚金龙;崔鹏远;韩以贵;张东海;刘潜;赵国春;在地球生物演化历史上，寒武纪生命大爆发最为引人注目。这一时期前后，即新元古代中晚期至寒武纪时期，又发了冈瓦纳大陆聚合(～680～430 Ma)、大气增氧(NOE)、三期雪球地球与冰期事件、地球磁场特殊演化、内核形成等全球性重大事件。而且，现代板块构造可能在这一时期建立。可见地球表生圈层与固体圈层之间存在紧密的相互作用。但是，这一时期推动表生圈层巨变的构造因子及其作用机制争议巨大，目前大多局限于概念模型。地球多圈层定量化数据规律显示，这一时期可能以罗迪尼亚(Rodinia)超大陆裂解诱发雪球地球和启动增氧为开端。其后，冈瓦纳大陆聚合期间，现代板块构造体制下持续超过2亿年的造山作用形成了总规模超过9 000 km的巨型造山带，为地球表生圈层巨变、质变提供了持续驱动力。这一时期的大规模造山带、高压超高压变质和温压比(T/P)急剧下降，表明造山规模均接近现代地球；其根本原因在于大规模大陆深俯冲。另一方面，地幔降温，洋壳减薄，地球上的海陆二分性在这一时期更为显著，地形起伏可能在这一时期达到前所未有的水平，能够为动物活动提供生态空间位置。在海陆二分性的加持下，这些低纬度山脉引发了超强的风化剥蚀作用，为海洋提供了巨量陆缘沉积物，海水Sr同位素在这一时期达到了地球历史最高值。此外，雪球地球也对大陆风化有所贡献。巨量陆缘沉积物和营养元素深刻改变了海洋成分并提升了生产力，持续驱动了增氧事件。另外，新元古代晚期至寒武纪，地球磁场强度极弱，超强宇宙辐射有利于基因突变和生物多样性形成，这可能与地球内核的形成有关；此外还可能发生了真极移和高频倒转。多方面偶然和必然条件的共同作用，为早期生命辐射提供了基因和环境诱因以及生态位置(即外因),最终形成了多圈层相互作用的地球系统。
中亚造山带中元古代微陆块构造归属及其对中元古代地球系统演化的启示
刘潜;赵国春;韩以贵;姚金龙;张东海;何艳红;与古元古代和新元古代时期重大的地球表生环境生命系统变革明显不同，中元古代时期(1.6～1.0 Ga)的表生环境相对稳定、生命演化也相对有限，但见证了从Nuna(Columbia)超大陆聚合形成后的外围俯冲增生、伸展裂解并再次拼合形成Rodinia超大陆等一系列深部地质过程变动。中亚造山带南缘广泛分布中元古代微陆块，发育1.56～1.36 Ga的结晶基底和绿片岩相至角闪岩相变质火山沉积岩，其构造归属仍存在很大争议。最新的研究通过基底组成、岩浆活动性质及碎屑锆石U-Pb年龄谱和Hf同位素组成的综合对比，揭示中亚造山带南缘中元古代微陆块与亚马逊克拉通西部具有亲缘性，构成了Nuna超大陆边缘俯冲增生带的一部分。该文进一步综合中元古代时期地球表生环境生命与深部系统各指标，揭示中元古代时期并非地球演化进程中的停滞期，Nuna超大陆边缘持续的俯冲增生很可能是促使中元古代大气呈波动式短期增氧以及真核生命向多细胞演化的关键控制因素。中元古代时期地球深部过程与表生环境生命演化之间的时空耦合关系及其主要机制仍是有待进一步深入研究的重要科学问题。
青藏高原羌塘古生界研究进展与存在问题
解超明;史哲;段梦龙;陈红灿;徐铭蔚;白希泰;张家俊;羌塘处于青藏高原腹地，在大地构造上以龙木错—双湖缝合带(羌塘中央隆起带)为界划分为羌南和羌北两个地块。羌塘中部的蛇绿混杂岩、高压变质岩以及弧岩浆岩等方面的大量前期研究表明，龙木错—双湖古特提斯洋至少从寒武纪打开、持续或阶段性演化到三叠纪，使得羌南和羌北在古生代期间分属于冈瓦纳与劳亚大陆体系。在综述前人研究基础上，系统总结了羌塘中央隆起带古生界的物质组成、时空分布特征以及地层的划分与对比情况。通过梳理研究发现，羌南和羌北的古生界沉积记录相对完整和连续，但研究程度仍明显偏低，南、北羌塘古生代盆地充填与演化研究明显不足，有关龙木错—双湖古特提斯洋及两侧大陆边缘的演化历史并不清楚，羌塘盆地结构与构造属性与羌塘油气远景评价等基础地质工作亟须开展。开展羌塘古生界研究，不仅能有效揭示古特提斯洋的演化历史，对重塑古特提斯洋-陆构造格局具有重要约束意义，同时，对认识羌塘盆地基底性质与结构、进行羌塘油气资源调查等具有重要的实践指导意义。
黑色页岩与宜居地球的形成与演化
黄康俊;夏文鹏;杨奕曜;常超;鞠鹏程;张兴亮;黑色页岩沉积记录了宜居地球形成与演化的关键阶段，涵盖超大陆聚散、大规模气候波动、古海洋氧化还原条件变化以及生物辐射与灭绝等重大地质事件。黑色页岩的形成通常与海洋环境密切相关，不仅反映了地质历史时期海洋氧化还原状态与生命演化的相互作用，还记录了氮、磷、铁等关键生命元素在生物圈与非生物圈之间的循环与转化信息。该研究系统探究了黑色页岩的沉积特征及沉积模式，黑色页岩对关键生命元素、生物地球化学循环以及古海洋氧化还原状态的指示；同时，探讨了黑色页岩的风化作用对全球碳循环及环境污染等方面的影响；最后，梳理了当前黑色页岩在地球宜居性研究中存在的主要问题，并展望其未来的发展方向。
锆石多元同位素及微量元素示踪岩石成因研究的进展及应用
朱韧之;王榕漳;张宇;锆石广泛存在于固体地球的岩浆岩、变质岩和沉积岩中，因其具有耐高温及风化等稳定特性，从而可以记录岩石的结晶年龄、温度、氧逸度以及地球化学特征等信息，对岩石成因及深部过程研究具有重要意义。该研究对锆石在岩石成因研究中的进展做了分析发现，锆石含有大量放射性同位素及其稳定的衰变产物，其中238U衰变为206Pb,235U衰变为207Pb,232Th衰变为208Pb,因此U-Pb同位素衰变体系是示踪锆石寄主岩石结晶年龄的最优途径。锆石中，176Lu可衰变为176Hf,可以利用Lu-Hf放射性同位素体系很好地示踪锆石寄主岩石的岩浆源区。同时，锆石的O稳定同位素很好地记录了其源区O同位素特征，可用来示踪寄主岩石源区物质的壳幔属性特征。新开发的锆石Zr稳定同位素为揭示锆石寄主岩石的岩浆过程提供了新的视角(比如示踪酸性岩浆分异及岩浆演化的动力学过程)。利用锆石晶格中的微量元素建立的温度计和氧逸度计等可定量约束锆石记录的结晶温度和氧逸度等物理化学参数。依托于锆石的同位素体系、温度计和氧逸度计等各种方法，在岩石成因研究中发挥了重要科学价值，锆石是地学研究者广泛使用的科学研究载体，为解决地学及相关行星学问题将持续发挥作用。
鄂尔多斯盆地北部晚侏罗世—早白垩世岩浆活动对氦气富集成藏的控制机制
秦江锋;王东旭;弓虎军;基于含气地层氦气体积分数测试数据，结合周缘岩浆岩的地球化学特征与年代学分析，系统研究岩浆活动与氦气空间分布的耦合关系，并针对氦气供给、运移通道、储集条件及成藏期次等关键因素，构建岩浆活动影响氦气富集的动力学模型，探讨晚侏罗世—早白垩世岩浆活动对氦气富集、运移及保存的控制作用，为鄂尔多斯盆地氦气资源勘探提供理论依据与创新思路。研究发现，盆地北部氦气富集显著，庆阳、宜川、鄂尔多斯及石西地区平均体积分数大于0.09%,呈现“沉积坳陷低值区→盆地边缘高值带”的环状分异规律。周缘岩浆活动集中于160～100 Ma(晚侏罗世—早白垩世),其时空分布与氦气高丰度区、成藏关键期高度匹配，指示幔源岩浆上涌可能通过热-流-力多场耦合作用促进氦气富集。研究认为，鄂尔多斯盆地氦气富集受控于晚中生代幔源岩浆活动的多尺度效应，表现为岩浆热事件对氦源活化、运移通道构建及圈闭形成的系统性调控。由此提出富氦气藏勘探应聚焦晚侏罗世—早白垩世岩体侵位中心，采用“由岩体核部向外围扩散”的靶区优选策略。
腾冲地块昔马地区早始新世富角闪石镁铁质岩石成因及锆石记录的岩浆演化过程
赵少伟;杨子豪;方肖雨;文泰;陈璟元;赖绍聪;李佐臣;陆缘弧地壳中富角闪石镁铁质岩石是探索岛弧岩浆深部分异和演化的重要载体。选取腾冲地块昔马地区富角闪石镁铁质岩石系列，利用岩相学、全岩主微量和Sr-Nd同位素、锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素和微量元素特征，探讨其成因和演化过程。分析结果表明，昔马镁铁质岩石是早始新世(51.2～52.7 Ma)同源岩浆堆晶和分异的产物，辉长岩和角闪辉长岩是以堆晶矿物及少量粒间熔体固结的产物，其中，辉长岩以单斜辉石、斜长石和磁铁矿为主要堆晶矿物，角闪辉长岩以斜长石、单斜辉石、磷灰石和榍石为主要堆晶矿物，而闪长岩则是以演化熔体为主的固结产物，并且在堆晶分异过程中，批次岩浆补给导致堆晶矿物(如斜长石)的溶解-再沉淀。锆石形态学、矿物包裹体组合和微量元素特征表明，镁铁质岩浆中早期结晶的斜长石±斜方辉石有助于锆石在镁铁质岩浆中的结晶，且较大的锆石结晶温度范围指示了锆石长时间的结晶，其微量元素有规律的变化表明镁铁质岩浆中结晶的锆石能够有效记录岩浆的结晶和分异演化过程。
电子探针Fe价态原位分析的原理和方法
张超;李晓彦;氧化还原状态不仅是评估星球宜居性的关键因素，也是地球内部圈层和表层环境之间物质循环和耦合演化的重要驱动力。铁(Fe)是类地行星中含量最高的变价元素，因此Fe价态(通常用Fe3+/ΣFe或Fe3+/Fe2+表示)是反映体系氧逸度的关键参数。该文详细探讨了电子探针在测定地质样品Fe价态的理论基础及其应用方法，分析了与之相关的X射线的激发与吸收原理、自吸收效应以及配位场理论，阐释了Fe价态测定依赖的L线系谱线特征。在此基础上，对比了峰肩法与峰位漂移法的优缺点，展示了不同样品在电子轰击下的损伤情况。研究表明，电子探针直接测定Fe价态方法具有广泛的应用前景和明显的技术优势，但仍需根据不同样品的特点优化测试条件和流程，以提高测试的准确性和可靠性。该研究为进一步开发和推广Fe价态测定方法提供了理论支持和实践指导，具有重要的地球科学研究意义。
烃类分子相态分异过程的化学分馏机理与油气示踪意义
王晓锋;刘鹏;王杰;王志勇;李孝甫;郑嘉树;作为地壳中重要的地质流体之一，烃类的生成演化与运聚过程与规模油气藏的形成具有密切关系。干酪根裂解生烃是油气形成的主要化学反应途径。不同碳数的烃类分子自形成后将经历差异运聚而进入不同相态，从而分别形成油气藏。然而，目前对烃类从形成后至进入气液两相中的化学分馏表征缺乏有效手段，从而影响对干酪根裂解生烃后的初次运移中相分离和气液相平衡过程的深入理解。该文以建立的烃源岩热脱附烃在线获取装置为基础，以近源成藏的吐哈盆地深层致密油气藏为研究对象，系统开展了短距离运移的致密油气系统中烃类形成后在气液两相间的化学分异。结果表明，相同碳数的不同类型烷烃分子在不同相态之间也存在化学分馏。与异构烷烃相比，正构烷烃倾向于在液相(原油与地层水)中富集，而芳香烃则更倾向于富集于地层水中。而对于烃源岩而言，热脱附烃的相关参数介于富集相态与亏损相态之间。基于质量守恒定律建立的数学模型进一步证实了相对封闭的油气系统中烃源岩形成原始烃类、原油、天然气与地层水相应正构/异构和芳香烃/烷烃比值之间应具有线性关系。该理论和相应的实验测试技术将为烃类初次运移中相分离和气液相平衡机理研究提供理论基础，同时为直接气源对比技术提供新的思路与方法。
海上油田注水井岩石扩容增注机理与应用
高彦芳;李登科;陈欢;曹砚锋;于继飞;吴绍伟;陈霄;袁辉;陈祖鹏;通过三轴岩石力学渗流耦合实验，探究了扩容力学参数及渗透率演化规律，建立了扩容诱导微裂缝形态判断准则，定义了有效扩容半径评价扩容增渗效果，并以南海西部油田注水井为例开展扩容数值模拟研究，揭示了岩石扩容弹塑性变形特性及微裂缝发育规律并评价其扩容增渗效果。研究表明，Athabasca油砂和渤海疏松砂岩的剪胀潜力最高，南海西部低渗砂岩的剪胀潜力最低，饱和样品的剪胀潜力高于非饱和样品，温度对剪胀潜力的影响不大。根据抗拉强度、黏聚力和内摩擦角三者的关系及地应力状态，可快速判断海上砂岩扩容微裂缝类型。张性扩容体积应变较小，但其增渗效果优于剪切扩容。提出了剪胀诱导水的有效渗透率模型、损伤渗透率模型，定义了基于超孔隙压力、孔隙度(或体应变)、渗透率增幅和微裂缝发育区的(有效)扩容半径，针对海上低渗油田注水井开展微裂缝形态快速预测和全尺寸井眼数值模拟精细化评价，发现扩容后产生张剪复合微裂缝，有效扩容半径达到12.83 m。研究结果可为海上油田注水扩容技术提供基础理论支撑和施工设计指导。