國際地質(zhì)新動態(tài)

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徐慧,編譯.朱建東,校.

存放于美國大峽谷國家博物館內(nèi)的鈾礦石是否威脅游客健康

長期以來，三個裝有鈾礦石標(biāo)本的大桶一直存放于美國亞利桑那州大峽谷國家博物館內(nèi)。其間有大量游客,包括兒童均與這些礦石標(biāo)本有過近距離的接觸，有的接觸時間甚至超過半小時之久。

大峽谷國家公園安全健康經(jīng)理埃爾斯頓·斯蒂芬森(Elston Stephenson)稱，在大峽谷博物館大樓內(nèi)，這三桶鈾礦石曾被存放了18年之久。該博物館曾一度向公眾隱瞞該公園存在放射性鈾礦石的事實，盡管這些鈾礦石目前已被移除。

據(jù)斯蒂芬森測算，這一輻射量已遠遠超過美國核管理委員會所規(guī)定的安全水平，可能超出規(guī)定成人可承受水平的400倍，超出規(guī)定兒童可承受水平的4 000倍。斯蒂芬森稱，他曾試圖說服博物館管理層向公眾發(fā)布警告，提醒大家自2000年以后任何曾在此工作或游玩過的人都可能已經(jīng)受到輻射影響。然而，公園管理高層當(dāng)時利用了一項“保密條約”掩蓋了這一事實，令該公園的雇員和包括兒童在內(nèi)的游客都曾暴露在危險的輻射水平中。

這起輻射暴露事件對游客和公眾的影響究竟有多大？目前各方看法頗有爭議。

來自北亞利桑那大學(xué)的化學(xué)和生物教授加利·因格雷姆(Jani Ingram)認(rèn)為，鈾對人體是否會造成傷害取決于礦石的體量、鈾的品位、人體與鈾的接觸方式以及暴露時間。

據(jù)博物館區(qū)域安全部門提交的報告顯示，三個鈾礦桶儲存點輻射為每小時13.9毫雷姆，直接接觸鈾礦處為每小時800毫雷姆，然而在1.5 m外這一讀數(shù)已經(jīng)降為零。

來自喬治亞理工大學(xué)核與輻射工程教授安娜·埃里克森(Anna Erickson)認(rèn)為，從桶1.5 m外的讀數(shù)來看，不會對游客健康構(gòu)成危害。也就是說，只要礦石桶的距離超過1.5 m，其輻射劑量是安全的。她進一步解釋說，博物館里存放的鈾雖是天然鈾，但是這些鈾礦石品位很低，鈾并未形成富集，因此發(fā)出的輻射量相對較低。

然而，根據(jù)美國核管制委員會公布的數(shù)據(jù)，公眾輻射安全暴露量的上限為每小時2毫雷姆，每年累計不超過100毫雷姆，這些鈾礦顯然超過了聯(lián)邦安全限制。

斯蒂芬森也表示，存放鈾礦石的大桶周圍時常有兒童和游客停留，相比游客博物館的工作人員，未成年實習(xí)生受到的傷害可能更大。

截至目前，博物館方面依然堅稱，曾經(jīng)存放于此的鈾礦石桶對公眾和員工“均未造成風(fēng)險”，并表示正在同職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局(OSHA)、亞利桑那州衛(wèi)生服務(wù)部調(diào)查此事，并強調(diào)該博物館并沒有持續(xù)的風(fēng)險存在，在沒有更多官方信息發(fā)布之前，博物館仍然會正常向公眾開放。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國二疊紀(jì)油氣盆地水資源循環(huán)利用

為了解決越來越嚴(yán)重的水資源短缺問題，位于美國德克薩斯州西部和新墨西哥州東南部交界處的一座油氣公司開始對壓裂中的廢水進行循環(huán)利用。

該公司稱，公司旗下位于新墨西哥州和德克薩斯州的一些油氣井田已開始循環(huán)利用水資源。通過管道輸送系統(tǒng)，鉆井作業(yè)中的廢水被運送到污水循環(huán)處理中心，凈化后可再次供鉆井和水力壓裂之用。

據(jù)悉，美國的頁巖氣革命，始于一種被稱為“水平鉆井”的新技術(shù)。該技術(shù)可以在原來的垂直壓裂井上，以水平方式開鉆，而無需重新打井，這樣一來，油企就能以較低的成本開采油氣資源，這種方法極大刺激了油企的增產(chǎn)熱情。另一方面，所謂“水力壓裂”技術(shù)，就是向油井里注入包括水在內(nèi)的液體，利用液體壓力將頁巖壓裂，使里面的油氣釋放出來。開采行動的增長，導(dǎo)致了用水量的大幅攀升。每一口井的用水量都在增加，導(dǎo)致采用水力壓裂地區(qū)的總用水量快速上升。

在美國頁巖油產(chǎn)量增長最快的地區(qū)——西德克薩斯州的二疊紀(jì)盆地，頁巖氣井的用水量從2011年的每英尺350加侖，增加到了2016年的每英尺2 335加侖，短短5年間增加770%。而在一些傳統(tǒng)頁巖區(qū)，如賓夕法尼亞和西弗吉尼亞的馬塞勒斯盆地，總用水量基本保持不變，因為這些地方的油氣資源已基本開采殆盡，鮮有新的項目出現(xiàn)。

然而，對于該公司的廢水循環(huán)利用，也不乏反對者的聲音。他們認(rèn)為，對于二疊紀(jì)盆地來說，未來幾年間能獲得多少淡水，是頁巖油行業(yè)能否繼續(xù)繁榮的決定性因素。水的使用是開采環(huán)節(jié)的一部分，無論如何都無法減少。水力壓裂法會產(chǎn)生大量廢水，目前處理這些廢水最常用的方法，是將其注入廢水深井，并非回收利用。

在反對者看來，廢水循環(huán)利用這種方法只能在短期內(nèi)回避問題，在長期內(nèi)卻是貽害無窮的。除了浪費水資源以外，有研究認(rèn)為，廢水深排與美國俄克拉何馬州不斷增加的地震有關(guān)。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

西非——正成為新的金礦勘查投資熱點

西非礦產(chǎn)資源豐富，近年來發(fā)現(xiàn)了許多世界級超大礦床。該地區(qū)蘊藏了巨量的黃金、鐵礦石、鋁土礦、鉆石、磷酸鹽和鈾，且大部分處于未開發(fā)階段，其礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)具有極大潛力。

在過去的幾年中，外國礦業(yè)公司在全球的金礦勘查中投入了數(shù)十億美元，使得西非成為全球黃金資源增長最快的地區(qū)。

數(shù)據(jù)顯示，西非地區(qū)黃金勘查開發(fā)項目數(shù)量持續(xù)增加。目前有61個項目處于生產(chǎn)或礦山建設(shè)階段，24個項目處于經(jīng)濟性評估階段，此外還有367個項目正處于勘查階段。事實上，在該地區(qū)的勘查項目中，有74%都與金礦有關(guān)。在有大量勘查項目的情況下，未來該地區(qū)將會有大量金礦產(chǎn)品出現(xiàn)。

最近的黃金產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，雖然2017年南非仍是該地區(qū)最大的黃金生產(chǎn)國，但以加納、馬里和布基納法索為代表的西非黃金開采業(yè)的黃金產(chǎn)量，已經(jīng)是南非的近兩倍，在可預(yù)見的未來，僅加納就有機會在黃金產(chǎn)量上超過南非，而后者已苦苦經(jīng)營數(shù)十年之久。

面對著不斷上升的地下礦山生產(chǎn)成本、社會政治動蕩和政府監(jiān)管方面的阻力，南非的黃金開采行業(yè)舉步維艱，而西非正迅速成為非洲大陸主要的黃金開采中心。

據(jù)中非貿(mào)易研究中心資料，西非綠巖帶面積廣，金礦潛力巨大，近年來的黃金產(chǎn)量已超過南非，成為全球重要的黃金產(chǎn)地。西非綠巖帶共涉及西非9個國家，其中主要勘查開發(fā)國有加納、馬里、布基納法索和科特迪瓦。當(dāng)前，科特迪瓦政局趨穩(wěn)，加納積極治理私挖濫采，布基納法索與中國恢復(fù)外交關(guān)系，西非各國礦業(yè)政策基本穩(wěn)定。這表明，目前西非勘查投資條件正日漸改善。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

北極地區(qū)的石油和天然氣資源

北極圈內(nèi)的沉積盆地和大陸架蘊藏著豐富的石油和天然氣資源。北極圈屬極地高寒地區(qū)，絕大部分地區(qū)未進行過石油和天然氣地質(zhì)勘探。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局估算，北極圈內(nèi)蘊藏著世界上13%的未被發(fā)現(xiàn)的常規(guī)石油資源和30%的常規(guī)天然氣資源。

北極所蘊藏的巨量能源讓人難以置信。在地理面積上，這里幾乎和非洲大陸差不多——占地球表面積的6%，卻擁有世界上22%的石油和天然氣資源(含常規(guī)和非常規(guī)資源)。

北極地區(qū)約1/3的地方是大陸架，極少進行過勘探。然而，北極大陸架恰恰是地球上那些仍未被開發(fā)的資源的理想的蘊藏區(qū)。另有1/3的區(qū)域是深海區(qū)，深度超過500 m，也從未被勘探開發(fā)過。

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局估算，在北極圈內(nèi)未被發(fā)現(xiàn)的、技術(shù)上可采的常規(guī)石油、天然氣和天然氣水合物資源的蘊藏量約合4 120億桶油當(dāng)量。其中87%(約合3 600億桶油當(dāng)量)主要分布在7個北極盆地：美亞盆地(Amerasia Basin)、北極阿拉斯加盆地( Arctic Alaska Basin)、東巴倫支海盆地(East Barents Basin)、東格陵蘭盆地(East Greenland Basin)、西格陵蘭東加拿大海盆(West Greenland East Canada Basin)、東格陵蘭裂谷盆地(East Greenland Rift Basin)以及西西伯利亞盆地(West Siberian Basin)。

北極蘊藏了約830億桶未開采石油，這相當(dāng)于約世界現(xiàn)存4%的普通石油，足以支撐近三年的全球石油需求。另外，該地區(qū)還可能蘊含約1 550兆立方英尺的常規(guī)天然氣，足以滿足未來全球約14年的需求。其中，大部分資源賦存于近海不到500 m深的水下。

來自美國地質(zhì)調(diào)查局的唐納德·戈蒂埃和他的同事繪制了一張北極地質(zhì)圖，用于識別北極沉積巖是否存在潛在的石油和天然氣。他們根據(jù)地質(zhì)特性進一步將巖石劃分為不同的類型，并將它們與世界其它已知含石油和天然氣的巖石類型進行對比。

據(jù)悉，全球共有加拿大、丹麥(格陵蘭島)、芬蘭、冰島、挪威、俄羅斯、瑞典和美國8個國家的部分領(lǐng)土位于北極圈以內(nèi)。其中，加拿大、丹麥(格陵蘭島)、冰島、挪威、俄羅斯和美國6個國家毗鄰北冰洋，從而對北極的部分海底擁有司法管理權(quán)。《國際海洋法公約》規(guī)定每個國家的專屬經(jīng)濟區(qū)是海岸線以內(nèi)200英里。在一定條件下，專屬經(jīng)濟區(qū)可以超過200英里，甚至延伸到350英里的地方。目前，俄羅斯、加拿大和美國正在勘測確定其陸緣范圍。這一規(guī)定由于面臨著如何界定大陸邊緣的問題，因此導(dǎo)致了某些重疊區(qū)域的領(lǐng)土國際爭端。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國未完工的油氣井?dāng)?shù)量逐年攀升

據(jù)美國能源信息署(EIA)的消息，美國最近兩年來，七大重點油氣產(chǎn)區(qū)未完工的油氣井?dāng)?shù)量一直呈現(xiàn)上升的態(tài)勢。2019年2月，這一數(shù)字已升至8 504口，3月為8 500口。相比于2018年3月，未完工的油氣井?dāng)?shù)量已上升了26%。

所謂“未完工油氣井”，指的是已完成鉆探工作任務(wù)，但是尚未完井的油氣井，因此不具備油氣生產(chǎn)能力。完井包括了水泥固井、射孔、水力壓裂等工序。

自2016年年底，美國未完工油氣井的數(shù)量就一直處于上升的狀態(tài)，而經(jīng)濟因素和資源限制是兩個主要的原因。例如，國際原油價格的持續(xù)低迷會使得已完成鉆探任務(wù)的油氣井放緩?fù)昃ぷ?，等到油價上升時才進行。此外，完井設(shè)備的缺失也是造成大量油氣井未完成完井工作的原因之一。

同樣，水力壓裂的人員和設(shè)備一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，油氣管道設(shè)施的不完善，也制約了油氣井的完井工作。

大部分未完工油氣井都受油氣產(chǎn)量的控制，呈現(xiàn)明顯礦種和地域相關(guān)性。例如，分布于德克薩斯州西部和新墨西哥州東部的二疊系盆地，是美國重要的油氣產(chǎn)區(qū)，以油為主。受制于油氣管道設(shè)施的不完備，該產(chǎn)區(qū)的未完工油氣井?dāng)?shù)量一直居高不下，2019年3月近一半未完工的油氣井都分布于二疊系盆地。2019年以來，二疊系盆地油氣管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)明顯提速，規(guī)劃和在建的管網(wǎng)設(shè)施已達數(shù)十條。

相比于以油為主的地區(qū)，以氣為主的地區(qū)未完工油氣井?dāng)?shù)量，近三年來呈下降態(tài)勢。例如，阿巴拉契亞以及海恩斯維爾地區(qū)的未完工油氣井?dāng)?shù)量，從2016年3月的1 230口，降到了2019年3月的713口。完善的油氣運輸管網(wǎng)設(shè)施能夠?qū)⑸a(chǎn)出的天然氣及時地輸送到美國東北部地區(qū)和中西部地區(qū)。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

構(gòu)造驅(qū)動的埃迪卡拉紀(jì)氧化事件為寒武紀(jì)生物大爆發(fā)奠定基礎(chǔ)

《自然—通訊》雜志上最新發(fā)表了來自英國埃克塞特大學(xué)全球系統(tǒng)研究所、愛丁堡大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院和英國利茲大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院的最新研究成果，發(fā)生在新元古代(距今約8.5億—5.41億年前)的地球板塊運動導(dǎo)致地球大氣氧含量上升，這一事件決定了寒武紀(jì)時期(距今約5.41億—4.85億年前)地球生物多樣性和復(fù)雜性出現(xiàn)爆炸式增長。雖然大量的地球化學(xué)證據(jù)表明在此期間海洋氧含量多次上升，間接表明當(dāng)時大氣氧含量也在上升，但此前缺乏對當(dāng)時大氣氧含量變化的定量分析，比如變化時間和變化幅度。

近年來的研究表明，在新元古代和古生代之間板塊頻繁碰撞，火山活動劇烈，引起CO2脫氣速率大幅增加，大量二氧化碳從地幔進入大氣。研究人員使用生物地球化學(xué)模型分析認(rèn)為，地球循環(huán)系統(tǒng)碳和硫總量的增加，提高了有機碳和黃鐵礦硫的埋藏率，從而增加了大氣中的氧含量。模擬的大氣氧含量在埃迪卡拉紀(jì)時期(6.35億～5.41億年前)增加了約50%，達到現(xiàn)今水平的25%左右，與此前認(rèn)為的寒武紀(jì)生物大爆發(fā)時期大型掠食動物的出現(xiàn)大氣氧含量達到現(xiàn)今水平的10%～25%左右，兩者基本是吻合的。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)與俯沖板塊彎折相關(guān)的火山流體噴發(fā)

俯沖板塊的構(gòu)造彎曲可導(dǎo)致洋殼上部的正常斷裂。地震勘探和數(shù)值模型表明，當(dāng)這種情況發(fā)生時，上層洋殼的滲透率和流體循環(huán)會增強。然而，關(guān)于這種影響缺乏來自海底的直接地質(zhì)證據(jù)。

來自中科院深海所、美國明尼蘇達大學(xué)和美國地質(zhì)調(diào)查局的科研人員使用大深度載人深潛器“蛟龍”號來觀測位于馬里亞納俯沖帶，發(fā)現(xiàn)俯沖板塊的海底存在多處泥火山和麻坑以及其伴生的生命群落。這些特征非常顯著，且在海溝的不同深度中大量出現(xiàn)。同時還發(fā)現(xiàn)了與此伴生的半乳蟹，這是一種典型的與滲漏有關(guān)的生物，它的存在也表明海底有液體釋放。研究人員還發(fā)現(xiàn)，俯沖板塊的玄武巖洋殼蝕變范圍很廣，在明顯的流體釋放帶內(nèi)部和重疊處，有大量的泥質(zhì)沉積。

該發(fā)現(xiàn)具有重要意義，因為它們表明，俯沖板塊的構(gòu)造變形可能以一種新的方式顯著影響上層洋殼與海水之間的化學(xué)交換。研究人員進一步提出，這些流體釋放點可能為海溝深部適應(yīng)氫氣還原環(huán)境的化能自養(yǎng)微生物群落(注：是指利用無機化合物氧化過程中釋放的能量和以CO2為碳源生長的微生物群落)提供了新的棲息場所，對深淵極端環(huán)境與生命過程研究有了新的啟示。此項研究成果近期發(fā)表在《地球化學(xué)通訊》期刊，這里報道的觀察結(jié)果，無論是在化學(xué)機制上還是在物理機制上，均與馬里亞納海溝弧前區(qū)域已知的蛇紋石化泥質(zhì)火山作用有顯著不同。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

龍門山斷裂帶的研究表明地震可以“愈合”地震

各種研究表明，地震發(fā)生期間，地殼中的地震波傳播的速率隨時間的變化而變化。研究人員試圖將觀測結(jié)果與斷層周圍的應(yīng)力和物質(zhì)性質(zhì)的變化聯(lián)系起來。雖然關(guān)于同震速度降低的觀測越來越多，但一般缺乏對愈合階段的詳細觀測。2019年4月15日，《自然—地球科學(xué)》在線發(fā)表了龍門山斷裂帶研究的最新成果。報告指出，在2008年7.9級汶川地震中，龍門山斷層的兩個鎖定段(asperities)附近的速度顯著地同震降低，并在隨后加速愈合。在2013年4月20日的6.6級蘆山大地震發(fā)生后不久，南部汶川地震破裂區(qū)的愈合階段明顯加快。通過對汶川地震和廬山地震4個不同時期的旅行時間數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演，成功獲得了斷裂帶的同震和震后結(jié)構(gòu)演化的全過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蘆山地震后，汶川地震破裂區(qū)加速恢復(fù)，為地震波速對應(yīng)力變化的高敏感性提供了獨特的證據(jù)。地震引起的應(yīng)力重新分布，在重建斷層強度方面起到了重要作用。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

地表鐵錳氧化物礦物膜轉(zhuǎn)化太陽能光電效應(yīng)

陽光驅(qū)動著光合作用和相關(guān)的生物過程，也影響著塑造地球氣候和地球化學(xué)的無機過程。在這個星球上，細菌可將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，這一過程是一個復(fù)雜的細胞內(nèi)光營養(yǎng)過程。然而，光營養(yǎng)的天然非生物對應(yīng)物尚未被發(fā)現(xiàn)。在這項工作中，北京大學(xué)和美國弗吉尼亞理工大學(xué)的研究團隊揭示了來自沙漠、紅壤和喀斯特環(huán)境的大量天然巖石/土壤表面固有的“類光營養(yǎng)”行為，所有這些都可以驅(qū)動光電子轉(zhuǎn)換。通過掃描電鏡、透射電鏡、顯微拉曼光譜、x射線吸收光譜等手段，在巖漆中發(fā)現(xiàn)了富鐵錳礦物膜，在紅壤表面發(fā)現(xiàn)了富鐵錳氧化物，在巖溶巖石表面發(fā)現(xiàn)了微量錳氧化物。通過直接在巖漆樣品薄片上安裝光電檢測裝置，記錄了具有高靈敏度和穩(wěn)定光電系統(tǒng)特性的礦物膜的原位光電流微映射。從喀斯特巖石最外層表面分離出來的紅土和粉末的額外測量產(chǎn)生的光電流對輻射也很敏感。光營養(yǎng)類巖石/土壤的突出的太陽響應(yīng)能力歸因于半導(dǎo)體鐵和錳氧化物礦物膜。天然的富含鐵/錳的半導(dǎo)體膜可能在一定程度上與光合系統(tǒng)發(fā)揮類似的作用，從而為地球表面的生物地球化學(xué)的氧化還原反應(yīng)提供獨特的驅(qū)動力。