國際地質(zhì)新動態(tài)

徐慧,編譯.朱建東,校.

頁巖氣中的巨人——尤蒂卡頁巖氣

尤蒂卡頁巖廣泛分布于北美俄亥俄、賓夕法尼亞、西弗吉尼亞、魁北克等地區(qū)，為一套富含有機質(zhì)的黑色巖系沉積建造。在埋深方面，尤蒂卡頁巖比馬塞盧斯頁巖的深部往往要深幾千英尺，而兩者都是頁巖氣的重要賦存層位。

目前，位于美國俄亥俄州東部及賓夕法尼亞州西部的尤蒂卡頁巖區(qū)塊中施工的油氣井，均取得了不俗的油氣產(chǎn)量，尤蒂卡頁巖迅速贏得了全世界的廣泛關(guān)注。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)稱，尤蒂卡頁巖中蘊藏有38萬億立方英尺的頁巖氣資源，約合94 000萬桶原油以及20 800萬桶液化天然氣。

由于尤蒂卡頁巖中的油氣往往會向上遷移至上覆地層中，因此長期以來尤蒂卡頁巖一直被地質(zhì)學(xué)家視為油氣的一種源巖，并未被當(dāng)做可直接生產(chǎn)油氣的母巖。而事實上，仍有大量的油氣資源依然蘊藏在尤蒂卡頁巖中。

尤蒂卡頁巖中的油氣資源一直沒有得到充分的開發(fā)，主要是以下兩個原因：①埋深過大；②滲透率過低。但隨著水平井技術(shù)以及壓裂技術(shù)的日趨成熟，尤蒂卡頁巖中的油氣資源必將得到更大程度的開發(fā)。

尤蒂卡頁巖的埋深普遍大于馬塞盧斯頁巖。圖中所示為尤蒂卡頁巖和馬塞盧斯頁巖埋深對比圖。由圖可見，尤蒂卡頁巖位于美國賓夕法尼亞州境內(nèi)的部分層位埋深低于海平面超過兩英里。然而，尤蒂卡頁巖沿走向向西進入俄亥俄州以及向北西進入五大湖地區(qū)后，層位明顯抬升，埋深變淺，一般低于海平面不到2 000英尺。在油氣資源前景區(qū)之外，尤蒂卡頁巖甚至?xí)雎兜乇?，局部地區(qū)可見其地表露頭。

據(jù)調(diào)查，阿巴拉契亞盆地中的大部分巖石地層均具有“東厚西薄”的特征，尤蒂卡頁巖與馬塞盧斯頁巖之間的巖石地層也遵循這個規(guī)律。在賓夕法尼亞州的中部地區(qū)，尤蒂卡頁巖往往位于馬塞盧斯頁巖以下約7 000英尺的深度，向西延伸兩者的埋深之差顯著變小。在俄亥俄州東部地區(qū)，尤蒂卡頁巖賦存于馬塞盧斯頁巖下方僅不到3 000英尺的深度。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

經(jīng)歷了2019年的低迷，特斯拉與嘉能
可的合作能否有起色？

作為銅鎳生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，全球每年鈷的產(chǎn)量僅為13萬t，其中，超過約2/3來自于剛果民主共和國，由于該國不穩(wěn)定的政治局面，全球鈷的供給難以保持穩(wěn)定。

美國電動車制造商特斯拉(Tesla)與瑞士礦業(yè)巨擘嘉能可公司(Glencore)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，將目光主要放在了中國上海設(shè)立的首座海外組裝工廠。

嘉能可公司已與德國寶馬公司簽署了協(xié)議，嘉能可公司將利用旗下位于澳大利亞礦山的優(yōu)質(zhì)鈷鎳礦資源，為這家全球著名的汽車公司向電動汽車領(lǐng)域拓展提供資源保障。同時，嘉能可公司于2019年先后與3家能源化工集團簽署了長期供貨合同，分別是韓國SK集團的3萬t鈷(足夠生產(chǎn)200萬臺電動車)、比利時化工巨頭優(yōu)美科公司(Umicore)以及中國電池循環(huán)利用業(yè)領(lǐng)頭羊格林美公司(GEMCHINA)。

2019年10月，特斯拉上海工廠開始量產(chǎn)Model 3，年產(chǎn)量為15萬臺。嘉能可公司能否按合同為特斯拉提供長期穩(wěn)定的鈷礦產(chǎn)品，依然不得而知。

據(jù)悉，嘉能可公司為全球最大鈷礦開采商，在剛果民主共和國擁有兩座鈷礦山，并在澳洲和加拿大擁有數(shù)座鎳礦山。

官方數(shù)據(jù)顯示，相對于2018年60%的增量，2019年全球電動汽車的銷量為121萬臺，是電動汽車銷售歷史上出現(xiàn)的首次下跌。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

埃及頒布新礦業(yè)法以吸引國外投資

近日，埃及政府頒發(fā)了一部新的礦業(yè)法。該礦業(yè)法明確要求，礦業(yè)公司向埃及政府支付的稅收最高不超過20%。其目的在于，盡快破解埃及巨量礦產(chǎn)資源的投資困局。

長期以來，埃及苛刻的礦業(yè)投資條件、僵化的稅收制度飽受業(yè)內(nèi)人士的詬病，國外礦業(yè)公司勘探開發(fā)本國礦產(chǎn)資源幾乎到了無利可圖的地步。埃及政府期望通過一部新礦業(yè)法的實施，來吸引更多的國外礦業(yè)公司的投資，而不再是單方面強制國外公司與本國政府成立合資公司。

埃及政府預(yù)期，新礦業(yè)法的實施將會促進本國黃金產(chǎn)量的暴增。而鄰國蘇丹，2018年黃金產(chǎn)量已達93 t，美國地調(diào)局將蘇丹列為了非洲第三大黃金生產(chǎn)國。

根據(jù)新的礦業(yè)法，國外礦業(yè)公司如果與本國政府成立合資公司，合資公司取得的礦業(yè)權(quán)股份中，本國政府占比不低于25%，若是國外私人公司在本國新獲取的礦業(yè)權(quán)，本國政府可不參股。

新的礦業(yè)法要求，政府將成立一個專業(yè)委員會，針對礦業(yè)公司開采的礦種和年產(chǎn)量來決定最終的稅收，稅率介于5%～20%。

一位不愿透露姓名的國外私人礦業(yè)公司總裁表示，如果埃及政府真的按照新礦業(yè)法中所要求的，不再強制國外公司與本國政府成立合資公司的話，埃及將會迎來礦業(yè)投資的巨大商機。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

福斯特鈷礦升級艾恩河鈷礦山資源量

澳大利亞福斯特鈷礦公司(First Cobalt)近期公布了公司旗下位于美國愛達荷州艾恩河鈷礦山的一組最新數(shù)據(jù)，該礦山采礦權(quán)面積為7 km2，探明鈷鎳礦石量為220萬t(平均品位0.32%)，推斷鈷鎳礦石量為270萬t(平均品位0.28%)。探明鈷金屬量為1 230萬磅(約合5 579 t)，推斷鈷金屬量為1 270萬磅(約合5 760 t)。

上述數(shù)據(jù)相對于2018年公布的總體440萬t礦石資源量(平均品位0.3%)，上升了約10%。

據(jù)福斯特鈷礦總裁兼CEO特倫特·梅爾(Trent Mell)透露，最新的鉆探數(shù)據(jù)大大超出了原先的預(yù)期，這表明該礦山仍有潛力可挖。下一步公司將繼續(xù)投入鉆探工作量，沿已知礦體的走向和傾向進行追索，以進一步擴大資源量，同時將布設(shè)一定的物探工作量，以推斷鄰區(qū)的深部礦體賦存可能性。

最新的數(shù)據(jù)表明，礦體在地下深部延伸較長，且連續(xù)性較好，因此相對于露天開采，地下開采或許將是最優(yōu)方案。而在2018年，技術(shù)人員給出的開采方案是露天開采+地下開采。

最新巖芯分析結(jié)果表明，礦體沿走向延伸超過900 m，沿傾向延伸超過650 m，技術(shù)人員表示，今后也可采取沿走向露天開采+沿傾向地下開采的方式。

據(jù)悉，公司今年的主要目標(biāo)是將其在安大略湖邊所建的鈷礦冶煉廠重新投入運營，可行性研究有望在今年第一季度完成。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

世界黃金產(chǎn)量可能持續(xù)下降

巴瑞克黃金公司(Barrick Gold)總裁馬克·布里斯頓(Mark Bristow)近期表示，全球黃金產(chǎn)量今年將繼續(xù)保持下降態(tài)勢。

作為全球第二大黃金生產(chǎn)商，巴瑞克公司預(yù)測，該公司今年的黃金產(chǎn)量約為550萬盎司(約合156 t)，公司年產(chǎn)量預(yù)測為510萬～560萬盎司。

2019年第四季度，全球黃金產(chǎn)量為889.5 t，同比下跌2%。2019年全球黃金總產(chǎn)量為3 463.7 t，比2018年下降約1%，這也是自2008年以來全球黃金年產(chǎn)量的首次下跌。

作為世界產(chǎn)金大國，俄羅斯2019年黃金產(chǎn)量卻逆勢上揚，較上一年度增長了8%，這一切都得益于那塔卡金礦(Natalka)等新建礦山的相繼投產(chǎn)。

澳大利亞2019年黃金產(chǎn)量也保持了約3%的上升，原因是摩根山(Mount Morgans)和卡迪爾河谷(Cadia Valley)等幾家老牌金礦的持續(xù)高產(chǎn)。

土耳其2019年黃金產(chǎn)量猛增66%，而這一切都歸功于該國礦業(yè)環(huán)境的持續(xù)改善和礦業(yè)權(quán)審批程序的簡化。

作為全球最大的黃金生產(chǎn)國，中國2019年黃金產(chǎn)量卻下降了6%，這也是中國黃金產(chǎn)量連續(xù)下跌的第三個年頭。這幾年來，中國在礦業(yè)開發(fā)中實行嚴(yán)格的環(huán)境保護措施和準(zhǔn)入制度，這一趨勢在今后幾年中將會持續(xù)加強。

在墨西哥等中美洲國家中，2019年因社區(qū)問題持續(xù)暴發(fā)的金礦工人罷工潮，直接導(dǎo)致了黃金產(chǎn)量的下降。

因地表高品位礦石開采殆盡，位于印度尼西亞的格拉斯伯格金礦(Grasberg)于2019年全面轉(zhuǎn)入坑道開采，導(dǎo)致該國2019年黃金產(chǎn)量大減，而這對于全球2019年的黃金總產(chǎn)量的影響最為劇烈。據(jù)悉，坐落于印度尼西亞最高峰附近的格拉斯伯格金礦，是目前全球最大的單體金礦床，黃金儲量接近3 500 t。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

人造金剛石合成揭秘

與天然金剛石形成于地下深部不同，人造金剛石是在實驗室條件中，在人為設(shè)定的超高溫超高壓條件下，將碳原子重新排列組合成金剛石所特有的立方體(或正四面體)的晶體結(jié)構(gòu)。

人工合成金剛石需要在極其苛刻的實驗室環(huán)境中完成。研究人員發(fā)現(xiàn)，決定石墨等非金剛石結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)原料能否轉(zhuǎn)變成金剛石的條件是，后者的自由能必須小于前者。在特定的壓力、溫度和物質(zhì)組分濃度條件下，原來的物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)能發(fā)生變化，從而出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移和組成新的鍵合狀態(tài)電子結(jié)構(gòu)，即發(fā)生了相變。所有的電子將會轉(zhuǎn)移到單原子或分子能級上去，從而逐漸形成新的碳原子晶體結(jié)構(gòu)。人造金剛石可以在固態(tài)、也可在熔融態(tài)或氣態(tài)條件下進行。

人造金剛石與天然金剛石在物理、化學(xué)、寶石學(xué)等方面都具有高度相似性，然而，人造金剛石在制造過程中所采用的特殊工藝，使得人造金剛石與天然金剛石之間，依然存在著某些特征差異。通過特定的儀器，專業(yè)人士可以分辨出這些微弱的差異。

準(zhǔn)確地鑒別出天然金剛石和人造金剛石，對于珠寶行業(yè)來說是至關(guān)重要的。由于其天然形成的特性和稀缺性，許多人對于天然金剛石都有著異乎尋常的渴望，因此，天然金剛石的價格往往遠超人造金剛石。同時，也有一部分消費者更傾向于購買人造金剛石，因為他們更看中的是其極高的性價比。此外，除了人造金剛石，還有一類晶體與天然金剛石在外形上保持高度相似性，這便是立方氧化鋯和人造碳硅石。首先，這類晶體與金剛石在化學(xué)組成上完全不同，其次，在物理性質(zhì)等方面也存在很大的差異性。有經(jīng)驗的珠寶鑒定商通過簡易的儀器便可將這類晶體從金剛石中甄別出來，所使用的儀器市價一般不超過200美元。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13720-2

汪洋,編譯.朱建東,校.

俯沖洋殼的波速和密度特征以及
下地幔地震波異常體成因研究新進展

下地幔是地球演化的基石，雖然很難獲得來自下地幔的樣品，但是地震波具有穿透整個地球的能力，從而提供了地球深部結(jié)構(gòu)探測的關(guān)鍵手段。下地幔中檢測到的地震波異常體通常被認為與俯沖洋殼有關(guān)，然而俯沖洋殼在下地幔條件下的波速和密度仍然未知。

近期，發(fā)表在《自然》雜志上的論文報道了科學(xué)家數(shù)年來基于第一性原理的高溫高壓彈性和波速計算方法研究累積的結(jié)果，并確定了俯沖洋殼在不同地幔溫壓條件的速度和密度。研究發(fā)現(xiàn)，在石英相變成CaCl2型石英的深度區(qū)間，洋殼表現(xiàn)為低波速，橫波波速異常高達10%，這與地幔中部的散射體特征高度一致；在更深處，洋殼地震波層析成像則表現(xiàn)為高波速異常體，橫波波速異常約1.5%～2.5%。俯沖洋殼可以很好地解釋除大型低剪切波速(LLSVPs)外不同尺度的下地幔地震波異常體，這項成果為進一步研究下地幔物質(zhì)異常和動力學(xué)過程提供了關(guān)鍵依據(jù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14773-4#auth-1

汪洋,編譯.朱建東,校.

地球早期的硅酸鹽發(fā)電機揭示地磁場起源

地球磁場已經(jīng)存在了至少34億年，但這個古老磁場是如何產(chǎn)生的仍然是個謎。據(jù)科學(xué)家們推測，早期地核被一層熔融硅酸鹽所包圍，這層熔融硅酸鹽可能是一種已經(jīng)存在了超過10億年的基底巖漿海洋，而此前的導(dǎo)電率測量顯示，液態(tài)硅酸鹽無法產(chǎn)生發(fā)電機效應(yīng)。

為解決這一問題，科學(xué)家們使用基于密度泛函理論的分子動力學(xué)模擬來預(yù)測液態(tài)硅酸鹽在基底巖漿海洋條件下(100～140 GPa,4 000～6 000 K)的電導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)，它的導(dǎo)電性超過10 000 s/m，是在低壓低溫條件下液態(tài)硅酸鹽中測量的導(dǎo)電性的100多倍。計算結(jié)果表明，磁雷諾數(shù)超過了發(fā)電機運轉(zhuǎn)的閾值，磁場強度與太古宙古地磁記錄中觀測到的磁場強度相似。由此，科學(xué)家們推斷，太古代地磁場的形成與基底巖漿海洋產(chǎn)生的發(fā)電機效應(yīng)密切相關(guān)。這一研究成果于2020年2月25日發(fā)表在英國《自然》雜志上。

https://www.nature.com/articles/s41558-020-0697-0

汪洋,編譯.朱建東,校.

沙質(zhì)海岸線正遭受嚴(yán)重的侵蝕威脅

據(jù)估算，全球的沙灘占據(jù)了超過1/3的海岸線，在休閑、旅游和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面具有很高的社會經(jīng)濟價值。海灘連接陸地和海洋，為陸地提供天然的海岸防護，以防止海洋風(fēng)暴和颶風(fēng)的襲擊。然而，沙灘的存在不能視作是理所當(dāng)然的，它們在氣候、地質(zhì)和人為因素的驅(qū)動下不斷變化。世界上相當(dāng)一部分的海岸線已受到侵蝕，這種情況可能會因氣候變化而加劇。

2020年3月2日刊發(fā)于英國《自然—氣候變化》雜志的論文預(yù)測了不同氣候背景下海岸線動態(tài)變化趨勢，加之海平面上升導(dǎo)致的海岸消失，可能會導(dǎo)致本世紀(jì)末全球幾乎一半的沙灘消失，但適度減少溫室氣體排放可以防止40%的海岸線退化。文中預(yù)測的海岸線動態(tài)變化主要受海平面上升的影響，但在某些地區(qū)，侵蝕趨勢被周圍海岸線的增生變化所抵消，如亞馬遜、東亞和東南亞以及北熱帶太平洋。大部分受威脅的海灘位于人口稠密地區(qū)，這突出了設(shè)計和實施有效應(yīng)對措施的必要性。

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2075-5

汪洋,編譯.朱建東,校.

下洋殼生物的演化策略：靈活的循環(huán)和代謝

巖化的下洋殼是地球生物生存的極限環(huán)境之一，這里環(huán)境惡劣，營養(yǎng)物質(zhì)匱乏。生活在海底沉積巖或火山基巖中的微生物群落所面臨的重要挑戰(zhàn)是如何獲取足夠的炭源和能量來支持生長或滿足基本的能量需求。目前，人類對洋殼巖石生物圈的研究和認識十分有限，尤其對棲息于下洋殼的微生物及演化研究幾乎是空白。2020年3月11日發(fā)表于《自然》雜志上的一項研究成果填補了這一空白。

生活在印度洋亞特蘭提斯堤岸海底10～750 m以下的微生物群落，為開展這項研究提供了天然窗口。由于早期的構(gòu)造運動將上洋殼剝蝕，這里的下洋殼巖石直接出露于海底。通過提取酶活性、脂質(zhì)生物標(biāo)志物、標(biāo)志基因，以及顯微鏡檢測表明，下洋殼巖石中生物量極少且細胞密度極低，每立方厘米不到2 000個細胞。出乎意料的是，研究中得到較為豐富的涉及異養(yǎng)過程的基因，包括那些在多芳烴降解、利用多羥基烷烴作為碳存儲分子和氨基酸循環(huán)產(chǎn)生可參與氧化還原反應(yīng)和能量生產(chǎn)的化合物中起作用的基因，其生存方式似乎要遠高于自養(yǎng)過程。這項研究為深入了解地殼深部微生物如何將能源與有機碳源和無機碳源(可能通過海底流體或海水的循環(huán)輸送)相結(jié)合而在裂縫或多孔基質(zhì)中生存提供了見解，對全球物質(zhì)循環(huán)研究具有不可忽視的重要意義。