喜讯！我校在《Geology》2021年第4期同时发表4项新成果

近日出版的地球科学领域高级别学术期刊《Geology》2021年第4期，我校4项高水平研究成果同时发表，成果的第一作者或通讯作者分别为地球科学与资源学院的邓军教授、赵汉卿博士后/张世红教授、舒启海副教授和科学研究院陈曦副教授。这是我校首次在《Geology》上同期发表多篇新成果。

青藏高原东缘地壳差异旋转

和大型矿集区形成—就位机制

—  邓 军  —

https://doi.org/10.1130/G47855.1

由于大尺度岩石圈构造变形和成矿作用研究长期处于彼此独立的状态，导致大型矿集区形成—就位机制一直是矿床学研究的难点，制约了大型矿集区的资源评价和勘查。青藏高原东缘是全球最典型的大陆碰撞带和复合造山带、中国最重要的有色-贵金属成矿带之一，形成了多类型的巨型矿集区，包括金沙江—哀牢山缝合带玉龙和北衙斑岩—矽卡岩型铜-金以及兰坪—思茅盆地MVT型锌-铅矿集区；前人对于这些大型矿集区的物质来源和具体成矿过程做了深入分析，然而这些矿集区形成的触发机制，尤其是它们就位的控制要素，还远未揭示。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院邓军教授团队和张世红教授、首都师范大学杨振宇教授和中国地震局地球物理研究所常利军研究员合作，开展了区域构造格架、古地磁—地震—重磁地球物理、岩石地球化学以及矿床模型等多学科综合分析，取得了以下重要发现：

地壳差异旋转控制了矿集区就位。玉龙与北衙两个矿集区之间的金沙江—哀牢山缝合带地壳发生了统一的~20°的顺时针旋转，而矿集区北部与南部岩石圈相对稳定，区域的顺时针旋转引发缝合带南、北两侧发生了逆时针旋转，分别控制了北衙和玉龙矿集区的形成；缝合带地壳旋转与成矿时间一致（～40-32 Ma），也与青藏高原东构造结的变质时间一致。兰坪—思茅盆地内沿着中轴断裂带两侧也发生了明显的差异旋转，断裂东部相对稳定而断裂西部发生了大规模顺时针旋转；差异旋转角度最大处形成了金顶矿集区与景谷矿集区，地壳差异旋转和MVT矿集区形成时间一致（~27 Ma）。

地壳差异旋转引发了壳幔变形多层解耦和成矿作用。岩石地球化学和SKS/SKKS 波分裂参数等分析支持在大型斑岩—矽卡岩矿集区存在地壳加厚背背景下的壳幔非耦合变形，这与青藏高原东缘整体呈现的岩石圈统一的垂直连贯变形是不一致的。青藏高原东缘在东构造结东向挤压下产生了地壳加厚和差异性构造旋转，这导致地壳差异变形衔接部位发生断块和旋转，进一步引发下地壳和上地幔的解耦以及剪切熔融，加厚地壳背景促使埃达克质含矿岩浆的产生，形成了巨型斑岩—矽卡岩型铜、金矿集区。差异旋转也引发兰坪—思茅盆地中轴断裂带两侧上地壳差异变形并形成张性空间，引发膏盐底劈以及相关的MVT型铅锌成矿作用。

复合造山是大型矿集区形成的核心要素。北衙和玉龙矿集区成矿物质来源于早期造山作用形成的新生地壳，而金顶矿集区成矿元素来源于早期沉积地层预存金属和流体；这些大型矿集区均经历了早期成矿物质预富集、晚期构造转换—地壳差异旋转背景下成矿物质再活化。研究指出构造转换带复合于先成的陆缘岛弧带和盆地之上是形成巨型复合成矿系统的重要机制；复合造山作用导致成矿元素多幕式富集、成矿空间广、成矿强度大、成矿概率增加。

青藏高原东缘地壳差异旋转控矿模式图

（A）和（B）为青藏高原东缘始新世与渐新世-中新世古构造重建；（C）和（D）为玉龙铜矿集区与北衙金-铜矿集区以及金顶锌-铅和景谷锌-铅矿集区地壳差异变形、壳幔解耦和成矿岩浆活动的对应关系

青藏高原东缘新生代斑岩-矽卡岩（A）和MVT（B）矿集区地壳差异旋转控矿模式

研究发现了青藏高原东缘岩石圈变形和大型多金属矿集区的时空对应关系，查明了控制大型矿集区形成的构造转换—复合成矿机制，开拓了大型矿集区成因研究的思路和方法，为实现系统性找矿突破提供理论依据。

该研究受到国家自然科学基金“特提斯地球动力系统”重大研究计划（918552171）、国家重点研究开发项目（016YFC0600307）、国家重点基础研究发展计划（973计划）（2015CB452600）和高等学校学科创新引智计划（BP0719021）资助。

华北在寒武纪东、西方两大生物地理区

生物交流中担纲的角色

—  赵 汉 卿 / 张 世 红  —

https://doi.org/10.1130/G47932.1

根据特征三叶虫化石的古地理分布, 寒武纪早期全球可以划分为东、西方两大生物地理区。其中, 东区以东冈瓦纳大陆为主, 特征三叶虫化石为莱德利基虫类（redlichiids）, 而西区主要包含劳伦、波罗的等大陆, 以分布小油栉虫类（olenellids）三叶虫为特征。上述生物地理分区的产生, 有部分原因被解释为是寒武纪早期（~520 Ma）冈瓦纳和劳伦大陆分离形成古大西洋（Iapetus Ocean）的结果。然而, 随着古大西洋盆地的扩张, 在寒武纪中、晚期, 生物地理分区的界线却逐渐模糊。对于两大生物地理区的生物是在什么时间、通过怎样的方式进行交流的, 仍然是早期生物演化和生物古地理学研究中的未解谜题。

以往的生物古地理研究基于莱德利基虫类和小壳化石等证据, 认为华北板块与东冈瓦纳大陆在寒武纪早期具有较强的亲缘关系。而最近的古生物学研究在华北寒武系地层中发现了Sidneyia和Cambroraster等典型的布尔吉斯页岩型化石, 是这两种节肢动物化石在劳伦以外大陆的首次发现。这表明在寒武纪中期, 华北板块可能与劳伦大陆也存在生物古地理方面的关联性。

针对上述生物古地理问题, 我校地球科学与资源学院博士研究生赵汉卿在“深时生命与环境协同演化”求真研究群体张世红教授的指导下，通过对华北寒武系徐庄组地层开展系统的古地磁研究, 使该问题的解决取得了新的突破性进展。研究得到以下创新性认识：

在苏北和鲁西两地区寒武系乌溜阶（~505 Ma）徐庄组地层中获得了新的古地磁数据, 通过与前人在华北其它多个地区报道的徐庄组结果进行综合, 计算出华北~505 Ma时期的可靠古地磁极（31.8 °S, 140.4 °E, A95 = 5.3°）。该古地磁结果表明, 在寒武纪中期华北板块应该位于北纬20°附近。

综合分析古生物学和大地构造学等方面的证据表明, 在寒武纪中期华北板块可能处于古太平洋内, 并位于劳伦和东冈瓦纳大陆之间。最晚自~520 Ma开始, 在古太平洋边缘出现了大量的岩浆弧, 并形成一系列的构造古地理群岛。在低纬度西向洋流的作用下, 华北连同这些环太平洋群岛, 可能大大促进了寒武纪中、晚期东、西方两大生物地理区的生物交流。

寒武纪中期（~505 Ma）全球古地理重建图  突出显示华北在寒武纪中–晚期东、西方两大生物地理区的生物交流中, 担当了重要的桥梁纽带作用

流体包裹体原位成分研究揭示

矽卡岩型矿床成矿机制和成矿潜力

—  舒 启 海  —

https://doi.org/10.1130/G48348.1

矽卡岩矿床是地球上最常见的成矿类型之一，是众多大宗金属和关键金属的重要来源。这类矿床通常被认为是岩浆热液主导的流体在碳酸盐地层中经历复杂地质作用的产物。然而截至目前，学者们对这类矿床矿质来源和成矿机制的认识仍然存在争议。传统的矽卡岩型矿床成矿流体研究方法包括矽卡岩矿物学、矿物地球化学、同位素地球化学以及流体包裹体显微测温等；这些研究多是通过间接手段来示踪成矿过程中物质和流体的迁移变化。由于热液矿物普遍易遭受后期流体交代蚀变，其记录的原始物理化学信息常常被改变；而流体包裹体测温则只能提供流体温度、盐度等简单参数，不能示踪复杂的物理化学过程。这些制约因素为矽卡岩型矿床的成矿物质和流体的研究带来了较大挑战。

近年来，单个流体包裹体原位成分分析技术（LA-ICP-MS）被广泛应用，成为研究热液矿床成矿物质和流体的最直接手段。中国地质大学（北京）“岩浆热液演化与成矿”求真研究群体舒启海副教授和合作者以这一研究方法为依托，以内蒙古浩布高矽卡岩型铅锌矿床为研究对象，对记录该矿床成矿前、成矿过程及成矿后流体的包裹体开展了详细的原位成分分析，据此精细刻画了成矿流体的源-运-储过程，并创新性地将流体成分应用于资源评价，获得如下主要认识：

流体中元素含量及比值的变化揭示了成矿前（进变矽卡岩阶段）高温流体为岩浆热液、而硫化物沉淀阶段有显著的大气降水混入，证实了成矿物质和流体主要来源于岩浆、而盆地卤水未参与成矿（图1）。

矿化阶段流体中主要成矿元素Zn-Pb及非成矿元素（如Na、K、Rb和Cs等）的含量均显著下降（图2A），暗示大气降水的稀释作用。此过程中Zn（Pb）对Na+K的比值也同步下降（图2B），反映了大气降水稀释过程中也同时发生了Zn-Pb矿化。这一结果表明大气降水的混合作用是矿质沉淀的重要驱动力。

成矿流体较高的Ca/K比值（图3）是流体-碳酸盐岩之间发生水岩交换的结果，而非盆地卤水的贡献（图1）。远离岩体的流体通常Ca/K比值更高，体现了流体向外运移过程中水岩反应程度增强（图3）。碳酸盐地层与成矿流体的反应能有效中和流体的pH，也是控制硫化物沉淀的一个关键因素。

近年来，浩布高矿区局部发现有弱Mo和Sn矿化，有学者和矿山地质工程师据此认为浩布高可能具有成Mo和Sn矿潜力。本研究通过流体中元素质量平衡计算显示，即便初始流体中所有Mo（Sn）都发生了有效矿化，其形成的Mo（Sn）矿石也只能达到小型矿床规模，不具有大的经济价值。实际上，整个热液演化过程中Mo（Sn）对Na+K比值基本稳定（图2B），表明其在热液中始终处于不饱和状态，极少进入结晶相形成矿石。

图1 浩布高铅锌矿床流体成分特征及其与典型的岩浆热液和盆地卤水的对比

图2 浩布高铅锌矿床不同阶段流体中元素的含量（A）及比值（B）随温度变化特征

图3 矽卡岩型（含浩布高）矿床Ca/K比值特征及其与斑岩型矿床的对比

本研究基于矽卡岩型矿床单个流体包裹体原位成分研究，准确限定了此类矿床成矿流体和物质的来源，重建了成矿流体的演化过程，并揭示了控制金属富集沉淀的关键机制。此外，本研究在国际上首次尝试利用单个流体包裹体原位成分分析结果对伴生金属成矿潜力进行预测，这一思路在未来有望应用于资源评价。

白垩纪大洋缺氧事件OAE2期间

古环境演化的Zn同位素证据

—  陈 曦  —

https://doi.org/10.1130/G48198.1

在整体呈温室气候条件的白垩纪期间，由于大火成岩省岩浆作用，导致大气中CO₂含量激增和全球快速升温，促使地球进入极热气候状态，并引起海洋缺氧和大规模有机质埋藏，称为大洋缺氧事件（Oceanic Anoxic Events, OAEs）。Cenomanian晚期（约94Ma）发生的OAE2是其中典型代表，期间的环境演化一直是古气候、古海洋领域的研究热点。该事件持续时间不足一百万年，此后地球系统恢复至背景温室气候状态。精确刻画OAE2期间海洋条件和气候系统的恢复过程，对于揭示温室条件下地球系统运行机制有重要意义。

针对上述科学问题，我校科学研究院陈曦与合作者以西藏南部OAE2层段碳酸盐岩为研究对象，通过分析东特提斯地区海水Zn同位素值（δ⁶⁶Zn）的演化过程，为OAE2期间古环境演化过程提供了新的证据。获得如下主要认识：

OAE2初期（约200kyr）δ⁶⁶Zn值持续负漂，这一过程与陆源物质输入的峰值对应。表明事件初期在高CO₂浓度和高温条件下，大陆风化增强导致大量轻的Zn输入海水中，成为海水δ⁶⁶Zn值降低的主要原因，同时也导致了全球短暂降温。

OAE2后期δ⁶⁶Zn值逐步恢复，指示了风化强度减弱和海洋表层生产力提升。生物光合作用优先吸收轻的Zn，促使海水δ⁶⁶Zn值升高。与此同时，生物固碳作用消耗大气中的CO₂，最终打破“生产力提升—海洋缺氧—生产力提升”的正反馈过程，进而导致OAE2结束。

全球对比研究发现东特提斯与原北大西洋区域的δ⁶⁶Zn演化过程有显著差异。其原因是，原北大西洋地区有机质埋藏速率高，有机质埋藏和分解等区域过程对OAE2期间海水δ⁶⁶Zn演化起着控制作用。而东特提斯的δ⁶⁶Zn记录代表了开阔大洋的信号，更可能记录了全球信号。

西藏南部贡扎剖面OAE2期间δ⁶⁶Zn演化与其他环境指标对比

贡扎剖面δ⁶⁶Zn曲线与Eastbourne剖面（英国）δ⁶⁶Zn、δ⁷Li和Δ¹³C记录的对比

该研究通过地层学、沉积学与地球化学相结合，以生物营养元素Zn在陆地、海水和有机物等储库中的循环过程为主要手段，揭示了大洋缺氧事件OAE2的早、晚期分别由大陆风化增强和海洋表层生产力提升对CO₂消耗起主导作用，促使地球气候恢复到背景状态，为极端温室条件下地球系统的负反馈机制提供了新认识。

这些地质学新进展，反映了我校近年来师生勤奋钻研的浓厚学术氛围，形成了鼓励高水平创新成果产出、激励青年科研人才快速成长的科研环境，学校科研产出数量和质量快速增长，从2016年的835篇增加到2020年的1241篇，同期标志性成果从24篇增长到2020年的106篇。这些高质量成果大幅推动了学校地质学、地质资源与地质工程两个一流学科的建设与发展，全面提升了学校科研水平和国际学术声誉。

截至目前，我校在《Geology》已发表20篇成果，分别是2021年5篇（邓军、赵汉卿/张世红、舒启海、陈曦、曾云川/许继峰）、2020年1篇（杜静国）、2019年2篇（吴怀春、郑远川）、2018年3篇（王泽洲/刘盛遨、刘栋、张来明）、2017年2篇（刘盛遨、许博）、2015年2篇（高远、尹安）、2014年1篇（刘栋/赵志丹）、2011年2篇（刘少峰、朱弟成）、2009年1篇（朱弟成）、2004年1篇（刘少峰）。

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主办 / 党委宣传部（新闻中心）

图文来源 / 科技处

美编 / 吕松卓

责编 / 吕松卓 李楠