自然资源部中国地质调查局地学文献中心近期出版的内部刊物《国外地质调查管理》2020年第11期对《Nature》杂志2020年2月号发表的一篇题为《通过矿物碳化封存二氧化碳》的述评文章进行了报道，以期为支持和促进我国应对气候变化的行动提供参考和借鉴。

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS）是指将大型发电厂所产生的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。文章指出，碳捕集与封存技术对于实现《巴黎协定》减缓气候变暖的目标具有关键作用。目前大多数正在进行的CCS项目都是将CO2注入沉积盆地，但此方法捕集时间可能过长，存在二氧化碳泄露的风险。另一种方式是，将捕集的碳注入活性岩石中来封存，激发CO2的矿化作用，从而永久固碳，这样碳返回大气的风险可忽略不计。

文章对矿物碳化封存二氧化碳的原理、目前完成的实验和现场研究进行了详细的论述，研究分析了矿物碳化的潜力（指出洋中脊的理论封存能力约为100～250万亿吨CO2——这比所有化石燃料燃烧所产生的CO2量还大），重点阐述了使该技术更具成本效益以及探索二氧化碳矿化的限制因素和全球适用性方面的进展。文章就矿物碳化CCS技术的未来指出：（1）在向沉积盆地注入CO2不可行的情况下，原位矿物碳化可以提供一种安全和经济的选择，需要大量努力来通过矿物碳化加速二氧化碳封存的部署。（2）更大规模应用原位碳矿化的最大障碍不是技术，而是对CCS的经济鼓励措施。（3）已经确定了碳矿化的最优选项，但是只有通过加深对这种方法局限性和应用潜力的认识，才能实现其更广泛的适用性。

近日，国际地学期刊《Geomorphology》发表了中国地质调查局青岛海洋地质研究所在海洋沉积学方面的研究成果，基于定量物源分析，估算了淮河—老黄河水系物质对东海北部陆架沉积的贡献，揭示了江苏海岸带外顺岸搬运向离岸搬运转变的现象。

利用碎屑矿物指标，研究人员对东海西北部表层沉积物的物源进行了分析。结果显示，研究区南部为长江物源区，而北部则为混合物源区，可归为长江、老黄河与淮河物质的三端元混合。以长江三角洲和黄河三角洲重矿物组成作为端元，定量分析了研究区北部不同沉积分区的物源混合比例。长江物质是主要物源，其相对贡献在59%至71%之间，老黄河物质的相对贡献介于21%至39%之间。淮河物质的贡献少，通常在7.2%至9.4%之间，而在济州岛西南泥质区，其贡献仅为2.4%。在南部的长江物源区，可观察到两期冰后期海侵沙脊的发育，两者的分界线与80 m等深线吻合良好，对应于~14,600年前末次冰消期的冰融水事件（MWP-1A）后海平面上升过程中的停顿期。研究还揭示了全新世早期长江流路可能的后退轨迹。

研究人员认为，江苏岸外的辐射潮流分散系统和长江三角洲北翼与长江冲淡水所引起的岬角效应，是引起顺岸搬运向离岸搬运转变的主要原因。这种转变机制降低了淮河—老黄河物质与长江物质的顺岸混合作用，而增强了沉积物的离岸搬运。苏北辐射潮流系统是江苏海岸带沉积物的捕获器和转运中心，老黄河及淮河物质在顺岸漂流裹挟之下，搬运至该分散系统的中心海域，然后在辐射潮流作用下向周边海域分散。细颗粒的老黄河物质主要富集在济州岛西南泥质区（~39%）和长江口外陆架峡谷区（~31%）。前者可以认为是该系统的一个终端叶瓣；而后者则归因于长江三角洲北翼和长江冲淡水所引起的岬角效应，该效应使得顺岸搬运向离岸方向偏移，老黄河物质因而在长江口外的陆架峡谷深水区沉积。

该研究提出的潮流分散模式，预测了南黄海广泛存在着长江与老黄河/现代黄河物质的混合。作为一个独立的水动力系统，苏北辐射潮流系统是联结长江分散系统和现代/苏北黄河分散系统的关键枢纽。可以认为，中国东部陆架海域沉积物的搬运、分布和混合过程，主要由这三大分散系统及其相互作用来控制。

苏北辐射潮流驱动下长江物质与淮河—老黄河物质的混合与再分布

大洋磁条带是什么？它是如何产生的？它的存在与发现又有什么意义？那就让我们来共同探索一下吧。

大洋磁条带存在于大洋底部，看不见摸不着，20世纪50年代，人们通过磁测资料发现，在广阔的大洋底部存在着一条条带状磁异常，这些磁异常的走向与大洋底部称为“洋脊”的巨大山脉平行，以洋脊为中心，磁异常条带对称排列，呈周期性正负交替变化，每一条磁条带宽度不超过数十千米，长度可达数千千米，这些带状磁异常就是我们所谓的大洋磁条带。

大洋磁条带又是如何产生的呢？说起大洋磁条带的成因，我们不得不提到另一个有名的假说——海底扩张说。20世纪60年代罗伯特•迪茨（Robert Dietz）和哈雷•赫斯（Harry Hess）提出了海底扩张说，即高热流的地幔岩浆沿洋中脊的裂谷上涌冷却形成新的洋壳，以洋中脊为界，新生洋壳扩张，把两边老的洋壳向两旁推挤，然后在海沟处洋壳潜入地幔消亡。但假说毕竟还是假说，得到广泛的认可，还需要确凿的证据。而大洋磁条带的发现为这一假说提供了最为有力的证据。

1963年1月，加拿大地球物理学家劳伦斯•莫里（Lawrence Morley）提出：洋中脊处不断喷涌出来新岩浆，在冷却形成新洋壳的过程中，当其温度下降到居里点（500—450℃）以下，玄武岩、橄榄岩等洋壳岩石内的磁铁矿被磁化，记录下当时的地磁场。随着洋中脊处不断形成新洋壳把两边老的洋壳向两侧挤，于是地磁场就在洋中脊两侧被岩石对称记录了下来。在过去亿万年的地球发展过程中，地球磁场南北极曾多次发生倒转，新生洋壳岩石会按新的方向被磁化,从而形成了我们现在所看到的磁条带正负交替变化的现象，记载了沧海桑田变化的奥秘(图1)。这一经典理论现在被写入每本地质教材，但当时却遭到Nature及Journal of Geophysical Research的拒绝，直到1967年才被刊登在文学杂志Saturday Review上。同年，英国地质学家弗雷德里克•范恩(Frederick Vine)、德拉蒙德•马修斯(Drummond Matthews)根据海底扩张学说也提出相似的简单解释。三位科学家的研究成果，最终为人们广泛认同。

大洋磁条带的存在与发现又有什么意义？现代磁测研究表明，垂直于洋中脊对称式分布的各磁异常条带的宽度和地磁场倒转事件的持续时间长短成正比关系：将磁异常条带宽度所代表的距离除以该条带的时间跨度就能够计算出海底扩张的速度，大约每年数厘米。因此，大洋磁条带不仅证明了海底扩张的存在，而且根据海底扩张的速度和海底的宽度就可以计算出整个洋底不同部分的年龄，最老的海底为侏罗纪，大约2.2亿年左右，它和实测的年龄数据十分吻合。

大洋磁条带为研究大洋构造演化历史提供了依据。通过对大洋磁条带的探测，可以对大洋构造等进行深入研究。其中，洋底构造对解决地壳起源、演化等地质学根本问题关系极大。

大洋磁条带

近日，自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局组织实施的南海大地电磁科学探测航次胜利返航。航次完成了我国首次横跨南海海盆古扩张脊的深水大地电磁科学探测，这也是目前我国实施的一次规模最大、平均作业水深最深的海底大地电磁探测。

航次历时30天，由“海洋地质四号”船实施。探测测线长260公里，平均作业水深4100米，最大作业水深4443米，共完成46台站电磁探测任务。航次获得了一批高质量、高精度海底大地电磁数据，将为揭示南海深部结构、编制南海岩石圈壳幔结构大剖面提供有力支撑。

南海是西太平洋最大的边缘海，被科学家们誉为研究边缘海形成演化的天然实验室。要揭示南海形成演化奥秘，了解其深部结构是关键。

天然源电磁测量是研究地球内部电性结构的探测方法，具有探测深度大、分辨率高和成本低等优点，可直观研究地球内部热状态和流体分布，国际上利用这一手段开展了大洋莫霍面、洋中脊扩张、俯冲带构造等深部探测，取得一系列重要发现。由于仪器设备等原因，我国之前尚未在这一手段应用方面取得重要突破。

2020年，广州海洋局启动南海岩石圈壳幔结构大剖面综合调查。针对我国自主研发的海底大地电磁设备工作水深不足、设备数量不多、回收作业效率不够高等技术难点，联合中国地质大学（北京）对作业设备及工作流程进行了提升、优化，实现了海底大地电磁调查技术创新。

一是通过仪器改造和耐压试验验证，将海底电磁接收机及配套导航信标工作水深从4000米提升至4500米，提高了设备深海作业能力。

二是优化海上作业流程，将现有的23套作业设备回收及投放流程进行了统筹结合，仅通过3轮投放即完成全部46个台站电磁测量，获取到高质量的有效数据。

三是改进电磁接收机回收流程，通过运用导航信标监控设备上浮等状况况，实现精准打捞，大幅提高设备回收效率。

航次获取高质量南海海盆大地电磁数据，开创了国内大规模应用海底大地电磁方法开展深部探测的成功先河。

经过十余年发展，广州海洋局已拥有20余台套海洋电磁设备和专业技术团队，先后在南海北部海域累计完成近200站位的海洋天然场源和可控源电磁探测，为天然气水合物试采井位优选提供了有价值的地球物理依据。

“海洋地质四号”船在南海实施海洋电磁测量任务

电磁接收机投放

蛇绿岩中的岩墙群

Sobhi Nasir教授讲解构造演化过程

与会人员考察枕状熔岩

Juergen Koepke教授讲解层状辉长岩成因

 蛇绿岩是遗留在现在大陆造山带中的古代大洋岩石圈（壳）残片。蛇绿岩研究，对恢复古代板块构造格局和了解古代大洋岩石圈的演化具有重要研究意义。而且，蛇绿岩中含有现代工业必需的原材料之一的矿产——铬铁矿。由于铬铁矿具有类似于金刚石的八面体结构和耐风化等特殊的化学特性，使得其成为探讨上地幔岩石成因的重要指示矿物。

11月13日～11月22日，国际地球科学计划“金刚石与地幔再循环”项目（IGCP-649）在阿曼苏丹国苏丹卡布斯大学举办了第五届蛇绿岩国际研讨会，并在阿曼北部地区组织了为期8天的野外考察。来自美国、德国、澳大利亚、俄罗斯、埃及、伊朗、摩洛哥以及中国国内众多高校及科研单位的近百名地质学家，交流探讨地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中涌现出的新技术新方法。与会人员还一起“穿越”大洋岩石圈，见到了蛇绿岩的完整层序，触摸到了莫霍面，更见到了闻名于世的Geotime枕状玄武岩。这对理解蛇绿岩的成因和侵位、探讨造山带增生过程以及地球深部动力学过程具有重要意义。

与阿曼蛇绿岩的“亲密接触”

IGCP-649项目主办的一年一度的蛇绿岩国际研讨会，搭建了一个国内外地质学者们的交流平台。

本次研讨会由IGCP-649项目和苏丹卡布斯大学地球科学研究中心联合举办。会上，项目首席负责人、中国科学院院士杨经绥介绍了项目概况和启动5年来举办的活动和进展，阿曼苏丹卡布斯大学的Sobhi Nasir教授系统介绍了阿曼北部地质演化及蛇绿岩概况。各国与会专家围绕会议主题，以口头报告和展板的形式报道了各自团队在地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中取得的新的研究成果和进展，新开发的研究技术和方法，特别是针对岩石和矿体中特殊矿物开展的微观研究及同位素研究方法。这些方法的应用，对探讨深部地幔循环和蛇绿岩成因及就位机制具有重要的指示意义。

在苏丹卡布斯大学Sobhi Nasir教授和德国汉诺威大学Juergen Koepke教授的带领下，与会人员对阿曼塞迈尔蛇绿岩（Semail）、马西拉蛇绿岩（Masirah）和巴台（Batain）混杂岩及其相关地质现象进行了考察。

据介绍，塞迈尔蛇绿岩是特提斯蛇绿岩的典型代表，也是世界上出露规模最大、保存最完好的蛇绿岩，沿北西—南东向（NW-SE）呈带状展布，西起阿联酋东北部，一直延伸到阿曼的东海岸，全长近500千米。塞迈尔蛇绿岩具有典型蛇绿岩层序，自下而上包括变质底板、地幔橄榄岩、层状辉长岩、均质辉长岩、席状岩墙以及枕状玄武岩；其壳幔岩石厚度可达20千米。马西拉蛇绿岩位于阿曼东侧印度洋中的马西拉岛（Masirah）上，同样发育了地幔和地壳层序，但其厚度（2～3千米）比塞迈尔蛇绿岩要小很多。巴台混杂岩内发育多种不同岩性的岩石，包括灰岩、硅质岩、砂岩、纯橄岩铬铁矿以及大片的红色硅质岩，其时代主要是二叠纪—侏罗纪。

百闻不如一见。与会人员纷纷表示，通过这次野外考察，加深了对蛇绿岩的认识，将有力推动今后相关研究工作的开展。来自北京大学的郭召杰教授、陈晶教授和刘平平副教授表示：“阿曼蛇绿岩带我们穿越大洋岩石圈，目睹了冰冷的深海硅质沉积物被炙热的玄武质岩浆烘烤裹挟，看见了宛若正在流淌的枕状玄武岩，见证了单冷凝边的直立岩墙群推动洋中脊的扩张，目击了大洋下地壳层状辉长岩和地幔橄榄岩之间的过渡。传说中的莫霍面，终于在阿曼揭开了她神秘的面纱；遥不可及、深不可测的洋中脊，也在阿曼把它的前世今生娓娓道来。此次阿曼蛇绿岩野外考察，对我们理解壳幔相互作用、莫霍面岩浆作用、洋壳的形成、洋脊的扩张等具有重要意义，也将推动我们对地球深部物质和过程的深刻理解。阿曼蛇绿岩实地观察获得的第一手资料，将为我们今后的课堂教学提供珍贵的素材。”

蛇绿岩研究助力探究地球深部物质再循环

IGCP-649项目是一项全球性科研项目计划，2015年获得联合国教科文组织（UNESCO）和国际地科联（IUGS）批准，项目期限为2015～2020年，为期5年。该项目主要研究全球范围内不同造山带中蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿及其伴生矿物的成因研究，探讨大洋岩石圈地幔的形成和演化过程以及壳幔物质深部再循环的地球前沿热点问题。蛇绿岩型金刚石等深部地幔矿物的发现，无疑为问题的解决提供了最好的证据。

该项目由中国地质调查局地质研究所地幔研究中心承担，中国科学院院士杨经绥任首席科学家。截至目前，IGCP-649项目在中国、塞浦路斯、古巴、澳大利亚和阿曼举办的5届国际蛇绿岩研讨会，均选址在世界上著名的蛇绿岩地区召开，吸引了国内外很多学者参与。与会人员考察了祁连山蛇绿岩、塞浦路斯特罗多斯（Troodos）蛇绿岩、古巴东部马亚里—巴拉科阿（Mayarí-Baracoa）蛇绿岩和铬铁矿、法属新喀里多尼亚岛屿的蛇绿岩，以及阿曼塞迈尔蛇绿岩（Semail）、马西拉蛇绿岩（Masirah）和巴台（Batain）混杂岩，看到了分布在欧亚板块、美洲板块、澳大利亚板块等板块边界发育和出露最典型的蛇绿岩。

该项目启动以来，在土耳其、阿尔巴尼亚和缅甸等地的蛇绿岩地幔岩和铬铁矿中，找到金刚石和碳硅石等一批超高压强还原的矿物组合，并且发现了一些新矿物。最近，经绥矿、志琴矿和巴登珠矿已经获国际新矿物委员会批准。研究成果先后在《Episode》《Gondwana Research》和 《Lithosphere》等国际期刊，以及《地球科学》和《地质学报》等国内期刊刊发了专辑。目前，历年IGCP会议成员均已收到野外采集的样品，大量后续研究工作正在进行之中。

本次野外考察的阿曼蛇绿岩，作为全球出露面积最大、构造重置最少的蛇绿岩，是世界上最能代表古代海洋岩石圈的蛇绿岩之一。研究阿曼蛇绿岩的地幔异常矿物，可以有效验证已有的研究成果，提高学科影响力，推动地幔矿物学研究走向国际。另外，阿曼蛇绿岩作为国际知名蛇绿岩，研究程度很高，这有助于厘定地幔异常矿物储库形成的过程，完善现有的理论模型。

地幔矿物学研究的最终目的是建立可验证的深部动力学模型。因而本次阿曼蛇绿岩研究和未来可探讨的科学问题有许多。例如：长期以来被认为是新特提斯上地幔和洋壳残余的阿曼蛇绿岩是否保存了深部地幔的异常矿物群？地幔深部的异常矿物群如何就位到浅部？运输这些异常矿物的介质是流体、熔体、还是塑性地幔的对流？如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群，它们的源区是单一的深部地幔亦或是记录俯冲板片信息？如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群，那它们是如何被改造的，深部物质存在过的证据是如何被大量擦除的？这些问题的答案，将推动对地球深部物质和过程的深刻理解。

西藏罗布莎发现多种新矿物

新世纪以来，以杨经绥为首的地幔研究中心团队，对西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿进行了长期而持续的研究，在罗布莎铬铁矿的地幔矿物研究中取得了很多新的进展，并陆续在豆荚状铬铁矿以及赋矿围岩地幔橄榄岩中发现了强还原、超高压和壳源地幔矿物等特殊地幔矿物群，为探讨铬铁矿深部成因开辟了一条新的道路，在国内外引起了强烈反响。

2006～2019年期间，国际新矿物委员会批准了在西藏罗布莎铬铁矿中新发现的多种新矿物：罗布莎矿（Luobosaite）、曲松矿（Qusongite）、雅鲁矿（Yarlongite）、藏布矿（Zangboite）、青松矿（Qingsongite）、经绥矿（Jingsuiite）、志琴矿(Zhiqininte)和巴登珠矿(Badengzhuite)。这些新矿物的发现，证明罗布莎铬铁矿具有异常地幔矿物群，是重要的地幔异常矿物储库。尤其近几年，项目组在全球5个古板块边界的14处蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中相继找到金刚石等深地幔矿物，证明蛇绿岩及铬铁矿作为地幔异常矿物储库可能具有全球普遍性。

研究还发现，不同于金伯利岩中来自地幔的金刚石以及俯冲带变质榴辉岩中的金刚石，蛇绿岩型金刚石具有生物碳特征，同时蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中出现的深部矿物形成深度可达地幔过渡带之下。据此，杨经绥等建立了深地幔物质再循环模式，认为岩石圈物质可俯冲至地幔过渡带和下地幔深度（410～660千米），被肢解熔融后进入深部流体，随温压条件改变结晶出金刚石等超高压和超还原矿物，再随地幔柱或地幔对流上涌而回到地表，通过板块构造从大洋中脊运移到俯冲碰撞带，赋存于蛇绿岩带中。这一模式的建立，较好地诠释了俯冲带发生的深俯冲作用和地球深部的再循环系统，同时也将对认识地球的碳循环和碳含量变化作出重要贡献。

IGCP-649项目将研究的重点聚焦于俯冲物质深地幔再循环的全球蛇绿岩记录，试图解决俯冲物质到达地幔的深度以及从深部地幔回到浅部的轨迹这一关键科学问题。项目组在杨经绥院士的带领下，将积极开展全球蛇绿岩大洋地幔橄榄岩—铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环后续再研究。

中国地质科学院地质研究所、江西应用技术职业学院等单位牵头的中外研究小组，在江西赣州地区发现一新的窃蛋龙类化石，命名为杰氏冠盗龙（Corythoraptor jacobsi）。冠盗龙是国内发现的第一件具有和食火鸡一样头冠的窃蛋龙类，它的发现使赣州恐龙动物群中窃蛋龙的数目增加到7个，为赣州地区窃蛋龙的形态学和分类学的多样性提供了独一无二的证据。该研究成果于7月27日发表在《科学报告》（Scientific Reports）上。

冠盗龙化石发现于赣州地区晚白垩世（1亿年至6600万年）时期沉积的红色砂岩中，呈立体保存且基本完整，颈部为卷曲状，整个脊柱系列呈关联状。根据以下特征，冠盗龙归入窃蛋龙类：前部的尾椎椎体具有侧孔；坐骨具有向后凹陷的外形；前颌骨气腔化；上颌骨的眶前部分下面向内嵌入；腭部延伸至脸颊边缘之下；外鼻孔覆盖在眶前窝前背部的大部分；头顶的骨骼气腔化；下颌的联合部紧密缝合；耻骨的主干向前凹陷；眶前部分短以及没有牙齿等。

冠盗龙头上长有类似于食火鸡一样非常大的头冠, 第二至第四颈椎中没有椎体侧孔，脖子长，为背椎系列长度的2倍，而稍微长于前肢（包括手部）,明显区别于该地区其他的种类。系统发育分析发现与赣州地区的华南龙具有密切的亲缘关系。骨年代学分析显示杰氏冠盗龙的正型标本没有达到稳定的成长阶段，而死于生长速率降低的时候。骨组织学研究表明了这一窃蛋龙相当于大约8岁的未成熟个体。根据与现生食火鸡头脊的内部结构相比较，我们假设冠盗龙突出的头盔（头骨脊）是一个多功能的结构，用于向异性炫耀、传达信息或可能在交配季节表示健康状态的一种方式。本研究得到国家自然基金（41672019; 41688103;）及中国地质科学院基本业务费（JB1504）的资助。 

图4 冠盗龙生活情景复原图（由赵闯绘制）