國際地質新動態

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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的鈾礦石是否威脅游客健康

長期以來，三個裝有鈾礦石標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。其間有大量游客,包括兒童均與這些礦石標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理埃爾斯頓·斯蒂芬森(Elston Stephenson)稱，在大峽谷博物館大樓內，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定的安全水平，可能超出規定成人可承受水平的400倍，超出規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受到輻射影響。然而，公園管理高層當時利用了一項“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的化學和生物教授加利·因格雷姆(Jani Ingram)認為，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。

據博物館區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外這一讀數已經降為零。

來自喬治亞理工大學核與輻射工程教授安娜·埃里克森(Anna Erickson)認為，從桶1.5 m外的讀數來看，不會對游客健康構成危害。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，因此發出的輻射量相對較低。

然而，根據美國核管制委員會公布的數據，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，曾經存放于此的鈾礦石桶對公眾和員工“均未造成風險”，并表示正在同職業安全與衛生管理局(OSHA)、亞利桑那州衛生服務部調查此事，并強調該博物館并沒有持續的風險存在，在沒有更多官方信息發布之前，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.

美國二疊紀油氣盆地水資源循環利用

為了解決越來越嚴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利用水資源。通過管道輸送系統，鉆井作業中的廢水被運送到污水循環處理中心，凈化后可再次供鉆井和水力壓裂之用。

據悉，美國的頁巖氣革命，始于一種被稱為“水平鉆井”的新技術。該技術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熱情。另一方面，所謂“水力壓裂”技術，就是向油井里注入包括水在內的液體，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，導致了用水量的大幅攀升。每一口井的用水量都在增加，導致采用水力壓裂地區的總用水量快速上升。

在美國頁巖油產量增長最快的地區——西德克薩斯州的二疊紀盆地，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%。而在一些傳統頁巖區，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。

然而，對于該公司的廢水循環利用，也不乏反對者的聲音。他們認為，對于二疊紀盆地來說，未來幾年間能獲得多少淡水，是頁巖油行業能否繼續繁榮的決定性因素。水的使用是開采環節的一部分，無論如何都無法減少。水力壓裂法會產生大量廢水，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，廢水循環利用這種方法只能在短期內回避問題，在長期內卻是貽害無窮的。除了浪費水資源以外，有研究認為，廢水深排與美國俄克拉何馬州不斷增加的地震有關。

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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

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

在過去的幾年中，外國礦業公司在全球的金礦勘查中投入了數十億美元，使得西非成為全球黃金資源增長最快的地區。

數據顯示，西非地區黃金勘查開發項目數量持續增加。目前有61個項目處于生產或礦山建設階段，24個項目處于經濟性評估階段，此外還有367個項目正處于勘查階段。事實上，在該地區的勘查項目中，有74%都與金礦有關。在有大量勘查項目的情況下，未來該地區將會有大量金礦產品出現。

最近的黃金產量數據顯示，雖然2017年南非仍是該地區最大的黃金生產國，但以加納、馬里和布基納法索為代表的西非黃金開采業的黃金產量，已經是南非的近兩倍，在可預見的未來，僅加納就有機會在黃金產量上超過南非，而后者已苦苦經營數十年之久。

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

據中非貿易研究中心資料，西非綠巖帶面積廣，金礦潛力巨大，近年來的黃金產量已超過南非，成為全球重要的黃金產地。西非綠巖帶共涉及西非9個國家，其中主要勘查開發國有加納、馬里、布基納法索和科特迪瓦。當前，科特迪瓦政局趨穩，加納積極治理私挖濫采，布基納法索與中國恢復外交關系，西非各國礦業政策基本穩定。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.

北極地區的石油和天然氣資源

北極圈內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，絕大部分地區未進行過石油和天然氣地質勘探。據美國地質調查局估算，北極圈內蘊藏著世界上13%的未被發現的常規石油資源和30%的常規天然氣資源。

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(含常規和非常規資源)。

北極地區約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的資源的理想的蘊藏區。另有1/3的區域是深海區，深度超過500 m，也從未被勘探開發過。

據美國地質調查局估算，在北極圈內未被發現的、技術上可采的常規石油、天然氣和天然氣水合物資源的蘊藏量約合4 120億桶油當量。其中87%(約合3 600億桶油當量)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，這相當于約世界現存4%的普通石油，足以支撐近三年的全球石油需求。另外，該地區還可能蘊含約1 550兆立方英尺的常規天然氣，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。

來自美國地質調查局的唐納德·戈蒂埃和他的同事繪制了一張北極地質圖，用于識別北極沉積巖是否存在潛在的石油和天然氣。他們根據地質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個國家的部分領土位于北極圈以內。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。《國際海洋法公約》規定每個國家的專屬經濟區是海岸線以內200英里。在一定條件下，專屬經濟區可以超過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。這一規定由于面臨著如何界定大陸邊緣的問題，因此導致了某些重疊區域的領土國際爭端。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國未完工的油氣井數量逐年攀升

據美國能源信息署(EIA)的消息，美國最近兩年來，七大重點油氣產區未完工的油氣井數量一直呈現上升的態勢。2019年2月，這一數字已升至8 504口，3月為8 500口。相比于2018年3月，未完工的油氣井數量已上升了26%。

所謂“未完工油氣井”，指的是已完成鉆探工作任務，但是尚未完井的油氣井，因此不具備油氣生產能力。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量就一直處于上升的狀態，而經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低迷會使得已完成鉆探任務的油氣井放緩完井工作，等到油價上升時才進行。此外，完井設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備一直處于供不應求的狀態，油氣管道設施的不完善，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量的控制，呈現明顯礦種和地域相關性。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區，以油為主。受制于油氣管道設施的不完備，該產區的未完工油氣井數量一直居高不下，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設施建設明顯提速，規劃和在建的管網設施已達數十條。

相比于以油為主的地區，以氣為主的地區未完工油氣井數量，近三年來呈下降態勢。例如，阿巴拉契亞以及海恩斯維爾地區的未完工油氣井數量，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設施能夠將生產出的天然氣及時地輸送到美國東北部地區和中西部地區。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

構造驅動的埃迪卡拉紀氧化事件為寒武紀生物大爆發奠定基礎

《自然—通訊》雜志上最新發表了來自英國埃克塞特大學全球系統研究所、愛丁堡大學地球科學學院和英國利茲大學地球與環境學院的最新研究成果，發生在新元古代(距今約8.5億—5.41億年前)的地球板塊運動導致地球大氣氧含量上升，這一事件決定了寒武紀時期(距今約5.41億—4.85億年前)地球生物多樣性和復雜性出現爆炸式增長。雖然大量的地球化學證據表明在此期間海洋氧含量多次上升，間接表明當時大氣氧含量也在上升，但此前缺乏對當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模型分析認為，地球循環系統碳和硫總量的增加，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時期(6.35億～5.41億年前)增加了約50%，達到現今水平的25%左右，與此前認為的寒武紀生物大爆發時期大型掠食動物的出現大氣氧含量達到現今水平的10%～25%左右，兩者基本是吻合的。

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汪洋,編譯.朱建東,校.

馬里亞納海溝發現與俯沖板塊彎折相關的火山流體噴發

俯沖板塊的構造彎曲可導致洋殼上部的正常斷裂。地震勘探和數值模型表明，當這種情況發生時，上層洋殼的滲透率和流體循環會增強。然而，關于這種影響缺乏來自海底的直接地質證據。

來自中科院深海所、美國明尼蘇達大學和美國地質調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，發現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。同時還發現了與此伴生的半乳蟹，這是一種典型的與滲漏有關的生物，它的存在也表明海底有液體釋放。研究人員還發現，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部和重疊處，有大量的泥質沉積。

該發現具有重要意義，因為它們表明，俯沖板塊的構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氫氣還原環境的化能自養微生物群落(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，對深淵極端環境與生命過程研究有了新的啟示。此項研究成果近期發表在《地球化學通訊》期刊，這里報道的觀察結果，無論是在化學機制上還是在物理機制上，均與馬里亞納海溝弧前區域已知的蛇紋石化泥質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果與斷層周圍的應力和物質性質的變化聯系起來。雖然關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》在線發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級蘆山大地震發生后不久，南部汶川地震破裂區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據的聯合反演，成功獲得了斷裂帶的同震和震后結構演化的全過程。結果發現，蘆山地震后，汶川地震破裂區加速恢復，為地震波速對應力變化的高敏感性提供了獨特的證據。地震引起的應力重新分布，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化太陽能光電效應

陽光驅動著光合作用和相關的生物過程，也影響著塑造地球氣候和地球化學的無機過程。在這個星球上，細菌可將太陽能轉化為化學能，這一過程是一個復雜的細胞內光營養過程。然而，光營養的天然非生物對應物尚未被發現。在這項工作中，北京大學和美國弗吉尼亞理工大學的研究團隊揭示了來自沙漠、紅壤和喀斯特環境的大量天然巖石/土壤表面固有的“類光營養”行為，所有這些都可以驅動光電子轉換。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，在巖漆中發現了富鐵錳礦物膜，在紅壤表面發現了富鐵錳氧化物，在巖溶巖石表面發現了微量錳氧化物。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定光電系統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生的光電流對輻射也很敏感。光營養類巖石/土壤的突出的太陽響應能力歸因于半導體鐵和錳氧化物礦物膜。天然的富含鐵/錳的半導體膜可能在一定程度上與光合系統發揮類似的作用，從而為地球表面的生物地球化學的氧化還原反應提供獨特的驅動力。