趙 敏,魏君奇*,王建雄
(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710069;2.武漢地質(zhì)調(diào)查中心,武漢430205)
黃陵野馬洞基性巖脈中鋯石的U-Pb年齡和Hf同位素組成
趙 敏1,魏君奇1*,王建雄2
(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710069;2.武漢地質(zhì)調(diào)查中心,武漢430205)
采用激光剝蝕-等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)分析技術(shù)測(cè)定野馬洞基性巖脈中鋯石的U-Pb年齡和Hf同位素組成,以探討黃陵地區(qū)TTG片麻巖原巖的形成及變質(zhì)時(shí)間、是否存在比崆嶺群更古老的地殼等問(wèn)題。野馬洞輝綠巖脈(1850 Ma)侵入TTG片麻巖,并從TTG片麻巖中捕獲了大量捕擄晶鋯石。捕擄晶鋯石巖漿結(jié)晶核部的U-Pb年齡分別為2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma,指示TTG花崗巖體為復(fù)式巖體,其至少經(jīng)歷了2949 Ma、2900 Ma和2842 Ma三期巖漿作用。捕擄晶鋯石變質(zhì)邊部的U-Pb年齡為2557 Ma,指示TTG花崗巖體轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)TG片麻巖,是“水月寺運(yùn)動(dòng)”及其構(gòu)造熱事件共同作用的結(jié)果,其變形變質(zhì)的時(shí)間為2557~2511 Ma。捕擄晶鋯石的εHf(t)為-9.85~0.89、平均值為-4.07,虧損地幔模式年齡TDM為3.6~3.2 Ga,指示黃陵地區(qū)存在比崆嶺群(3.2 Ga)更古老的陸殼。
TTG片麻巖;基性巖脈;鋯石U-Pb年齡;Hf同位素;黃陵地區(qū)
鄂西黃陵地區(qū)的崆嶺雜巖和黃陵花崗巖巖基內(nèi),分布較多基性巖脈和基性巖墻群,記錄了重要的伸展構(gòu)造事件和基性巖漿活動(dòng)。侵入崆嶺雜巖的基性巖脈中原生巖漿鋯石的U-Pb年齡為1.85 Ga,指示約在1.85 Ga揚(yáng)子板塊由碰撞擠壓向伸展作用的構(gòu)造轉(zhuǎn)換[1],可能是揚(yáng)子板塊對(duì)Columbia超大陸從聚合轉(zhuǎn)換為裂解事件的響應(yīng)。黃陵花崗巖巖基內(nèi)的基性巖墻和巖墻群(770 Ma)的發(fā)育,可能與Rodinia超大陸裂解的構(gòu)造背景相關(guān)[2-4]。然而,這些基性巖脈還從圍巖中捕獲了大量的捕擄晶鋯石,它們所記錄的重要信息還未見(jiàn)報(bào)道。此外,崆嶺雜巖中的TTG片麻巖,是其原巖TTG花崗巖[5]遭受角閃巖相變質(zhì)作用改造后形成的[6-7]。雖然已從TTG片麻巖中獲得較多的年齡數(shù)據(jù)(3150~2838 Ma)[8-12],但沒(méi)有明確區(qū)分TTG花崗巖體的形成時(shí)間及其變質(zhì)為T(mén)TG片麻巖的時(shí)間。且導(dǎo)致TTG花崗巖發(fā)生變形、變質(zhì)的角閃巖相熱變質(zhì)事件時(shí)間及性質(zhì)等問(wèn)題,仍然沒(méi)有解決。因此,本文選擇明確侵入TTG片麻巖中的基性巖脈,通過(guò)其捕擄晶鋯石的U-Pb年齡測(cè)定,以揭示TTG花崗巖的形成時(shí)間及其變質(zhì)為T(mén)TG片麻巖的時(shí)間,以及相關(guān)熱變質(zhì)事件的時(shí)間和性質(zhì)等。
黃陵地區(qū)的TTG片麻巖主要分布在黃陵背斜北部的霧渡河至水月寺一帶(圖1),基性巖脈侵入TTG片麻巖中,巖脈的總體走向切割TTG片麻巖的片麻理(圖2a),且?guī)r脈捕擄并包裹有TTG片麻巖的碎塊(圖2b)。TTG片麻巖的變形、變質(zhì)強(qiáng)烈,而侵入其中的基性巖脈較新鮮,未發(fā)生變形、變質(zhì)。這些直觀的地質(zhì)現(xiàn)象說(shuō)明,基性巖脈形成于TTG古侵入體及其發(fā)生片麻巖化之后。興山縣水月寺鎮(zhèn)北東約2 km處野馬洞河床中,基性巖脈的出露情況良好,選作此次調(diào)查的重點(diǎn)區(qū)域,并將此處的巖脈稱為野馬洞基性巖脈。單個(gè)巖脈寬約1.5 m,產(chǎn)狀約為310°∠70°。巖脈巖性為輝綠巖,輝綠結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,輝石約占40%、斜長(zhǎng)石約占50%。本次選擇其中一條輝綠巖脈進(jìn)行采樣,其GPS位置為:N31°14′48″,E111°01′55″,樣品編號(hào)為 YM2,樣品質(zhì)量約30 kg。
鋯石樣由武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所巖礦測(cè)試實(shí)驗(yàn)室用人工重砂的方法分離得到。首先將樣品按礦物解離粒度破碎至0.25 mm,過(guò)0.25 mm和0.10 mm的篩,經(jīng)搖床分離出重礦物部分,經(jīng)精淘后,再用磁選儀選出無(wú)磁性部分鋯石。然后將無(wú)磁性部分鋯石過(guò)篩,分出6個(gè)粒級(jí)。每一粒級(jí)都置于雙目鏡下,按其顏色、大小、晶形、包裹體、表面特征及有無(wú)增生等情況進(jìn)行嚴(yán)格挑選,從中剔除含有雜質(zhì)、包裹體、碎屑狀雙晶連生體的鋯石。經(jīng)過(guò)以上逐步分選,最后選出合格鋯石80多顆。
圖1 黃陵地區(qū)地質(zhì)略圖及采樣位置Fig.1 Simplified geological map ofthe Huanglingarea with sample locations
圖2 基性巖脈與TTG片麻巖的接觸關(guān)系Fig.2 The contact relation between mafic rock dikes and TTGgneiss
本文所有同位素和微量元素分析均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將鋯石顆粒用環(huán)氧樹(shù)脂固定并拋光、清洗,然后在掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行透射光和反射光照相,并在英國(guó)Gatan公司生產(chǎn)的Mono CL3+陰極發(fā)光裝置系統(tǒng)上進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相。將鋯石的反射光、透射光和CL照片反復(fù)對(duì)比選取同位素測(cè)試點(diǎn),避開(kāi)裂隙和包裹體,以獲得高精度年齡。鋯石定年釆用的ICP-MS為Agilient公司最新一代帶有Shield Torch的Ag-ilient 7500a。鋯石原位Lu-Hf同位素測(cè)定釆用Nu Plasma HR(Wrexham,UK)多接收電感耦合等離子體質(zhì)普儀(MC-ICP-MS)。激光剝蝕系統(tǒng)為由德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器(工作物質(zhì)ArF,波長(zhǎng)193 nm)和MicroLas公司的GeoLas 200 M光學(xué)系統(tǒng)組成。
鋯石U-Pb定年、鋯石原位Lu-Hf同位素分析和微量元素分析的ICP-MS使用同一臺(tái)激光剝蝕系統(tǒng),對(duì)樣品進(jìn)行一次性剝蝕后,分別由ICP-MS與MC-ICP-MS兩臺(tái)儀器同時(shí)釆集各自信號(hào)。激光斑束直徑 44 μm,頻率 10 Hz,激光能量 90 mJ,剝蝕樣品深度為20~40 μm。實(shí)驗(yàn)中用氦氣作為剝蝕物的載氣,每個(gè)分析點(diǎn)的氣體背景釆集時(shí)間為30 s,信號(hào)釆集時(shí)間為40 s。
LA-ICP-MS激光剝蝕釆樣方式為單點(diǎn)剝蝕。數(shù)據(jù)分析前,釆用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610進(jìn)行儀器的最佳化,使儀器達(dá)到最大的靈敏度、最小的氧化物產(chǎn)率和最低的背景值。ICP-MS數(shù)據(jù)釆集選用一個(gè)質(zhì)量峰釆集一點(diǎn)的跳峰方式。每測(cè)完5個(gè)樣品點(diǎn),插入測(cè)定一次標(biāo)樣91500;每測(cè)完15~20個(gè)樣品點(diǎn),插入測(cè)定一次標(biāo)樣91500和標(biāo)樣NIST610。年齡計(jì)算以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值分餾校正;元素濃度計(jì)算釆用NIST610作外標(biāo),選擇29Si作為內(nèi)標(biāo)。Hf虧損地幔模式年齡(TDM)的計(jì)算,采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384。數(shù)據(jù)處理釆用GLITTER(ver 4.0)程序,鋯石諧合圖釆用Isoplot程序(ver 4.0)。詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[13,14]。
全部31顆鋯石中15顆代表性鋯石的CL圖像見(jiàn)圖3。鋯石均呈長(zhǎng)柱狀,具明顯的核-邊結(jié)構(gòu),反映出捕虜晶鋯石的特征。從核部來(lái)看,第4、12、33號(hào)鋯石的核部呈灰黑色、無(wú)分帶,可能是蛻晶化作用導(dǎo)致巖漿環(huán)帶消失;第2、7、40號(hào)鋯石的核部呈灰白色,巖漿環(huán)帶較寬;其余鋯石的核部呈灰白色,巖漿環(huán)帶細(xì)密、清晰。其中第22號(hào)鋯石的核部?jī)?nèi)凹約1/4,可能是變質(zhì)熱液的溶蝕所致。從邊部來(lái)看,所有鋯石的邊部呈灰黑色,無(wú)分帶,環(huán)繞著核部,仍保持鋯石的柱狀形態(tài),顯示出角閃巖相變質(zhì)改造鋯石的特征[15]。其中第 2、8、13、16、32、39 號(hào)鋯石的邊部較窄,明顯切割其核部的巖漿環(huán)帶;第33號(hào)鋯石的邊部較寬,包裹其核部。上述結(jié)構(gòu)特征說(shuō)明,鋯石的核部為巖漿結(jié)晶核,鋯石的邊部為變質(zhì)改造邊。
30顆鋯石核部的Th/U=0.13~1.13、平均值0.59(表1)。其平均值在巖漿鋯石Th/U值(>0.4)的范圍內(nèi),說(shuō)明核部為巖漿結(jié)晶核。由于Th比U的離子半徑大,Th比U在鋯石晶格中更不穩(wěn)定,變質(zhì)過(guò)程中Th比U更容易被逐出鋯石晶格,導(dǎo)致變質(zhì)鋯石的Th/U值相對(duì)較低[15-17]。第33號(hào)鋯石邊部的Th/U=0.55,略低于其余鋯石核部的Th/U平均值(0.59)。指示第33號(hào)鋯石為變質(zhì)鋯石,其核部為巖漿鋯石的繼承核,邊部為變質(zhì)改造作用形成的變質(zhì)改造邊。
上述鋯石的結(jié)構(gòu)特征和Th/U比值說(shuō)明,所有鋯石為基性巖脈從TTG片麻巖圍巖中捕獲的捕擄晶鋯石,其巖漿結(jié)晶核的年齡代表TTG古侵入體形成的時(shí)間;其變質(zhì)改造邊的年齡代表角閃巖相變質(zhì)作用發(fā)生的時(shí)間,即TTG花崗巖轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)TG片麻巖的時(shí)間。
圖3 基性巖脈中鋯石的陰極發(fā)光圖像(圓圈和數(shù)字表示分析點(diǎn)和U-Pb年齡)Fig.3 CLimages for zircons frommafic dikes(The circles for datingspots and correspondingU-Pb ages)
由于第33號(hào)鋯石的核部小而邊部寬,分析點(diǎn)選在邊部。其余鋯石的核部大而邊部窄,分析點(diǎn)選在核部。31顆鋯石的測(cè)年數(shù)據(jù)和年齡諧和圖解分別見(jiàn)表1和圖4??梢?jiàn)30顆鋯石核部的數(shù)據(jù)投影點(diǎn)可分為三組,一組位于諧和線上,其余兩組沿兩條不一致線分布(圖4a)。說(shuō)明這些鋯石的年齡有三期,需分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中一組10顆鋯石(3、15、17、20、23、24、29、32、34、39) 沿不一致線分布,上交點(diǎn)年齡為2842±11 Ma,MSWD=0.96(圖4b)。另一組 8 顆鋯石(1、2、6、7、14、16、19、22)沿不一致線分布,上交點(diǎn)年齡為2949±7 Ma,MSWD=1.17(圖 4c)。第三組 12 顆鋯石(4、5、8、10、11、12、13、14、18、27、38、40)位于諧和線上,其諧和年齡為2900±10 Ma,MSWD=0.85(圖 4d)。這三組年齡均代表巖漿鋯石的結(jié)晶年齡,指示TTG古侵入體的形成時(shí)間可劃分為2842 Ma、2900 Ma和2949 Ma三期,說(shuō)明TTG古侵入體為復(fù)式巖體。雖然鋯石邊部的分析點(diǎn)只有第33號(hào)鋯石上的一個(gè)點(diǎn),但其2 0 7 Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U 三個(gè)年齡值均為2557 Ma,完全重合在諧和線上(圖4a),可信度非常高??蓪?557 Ma作為變質(zhì)改造邊的形成年齡,代表角閃巖相變質(zhì)作用發(fā)生的時(shí)間,即TTG花崗巖轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)TG片麻巖的時(shí)間。
表1 基性巖脈中鋯石的LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results for zircons from mafic dikes
圖4 鋯石的U-Pb同位素諧和圖Fig.4 Concordia diagrams ofzircons U-Pb dating
全部鋯石的Hf同位素分析結(jié)果見(jiàn)表2,其176Lu/177Hf比值(<0.004)和其平均值(0.001)均非常低,說(shuō)明鋯石在形成后具有極低量放射成因的Hf積累,其εHf(t)值可以代表鋯石形成時(shí)巖漿源區(qū)的Hf同位素組成。鋯石的εHf(t)為-9.58~0.89,平均值為-4.07。鋯石偏負(fù)的εHf(t)值,說(shuō)明其可能是殼源物質(zhì)熔融巖漿所結(jié)晶出的鋯石。鋯石Hf同位素虧損地幔模式年齡TDM,代表了鋯石寄主巖石源區(qū)物質(zhì)脫離虧損地幔進(jìn)入地殼的時(shí)間[17]。本次獲得鋯石 TDM1為 3463 ~ 3168 Ma,平均 3306 Ma;TDM2為3642~3226 Ma,平均3421 Ma。顯示鋯石的單階段和兩階段平均模式年齡,均遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡(2949~2842 Ma),時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)約500 Ma。說(shuō)明鋯石寄主的TTG片麻巖,源于大量時(shí)代為3600~3200 Ma的早期陸殼物質(zhì)、經(jīng)長(zhǎng)期部分熔融作用所形成的巖漿,指示黃陵地區(qū)存在年齡>3.2 Ma的古老陸殼。
(1)圈椅埫A型花崗巖及其東邊的坦蕩河基性巖脈中,原生鋯石的U-Pb年齡均為1850 Ma,兩者均侵入崆嶺群的TTG片麻巖中,它們均形成于碰撞后板內(nèi)伸展的構(gòu)造背景[1,19]。野馬洞基性巖脈分布于圈椅埫A型花崗巖體西側(cè)約1 km處,侵入TTG片麻巖中,與坦蕩河基性巖脈的地質(zhì)特征完全一致。據(jù)此可以推測(cè),野馬洞基性巖脈同樣形成于1850 Ma左右,它與坦蕩河基性巖脈和圈椅埫A型花崗巖為同一期(1850 Ma)巖漿作用形成的侵入體。揚(yáng)子板塊與Columbia超大陸聚合作用有關(guān)的造山事件發(fā)生在2.0 Ga[20-22],其后于1850 Ma揚(yáng)子板塊由碰撞擠壓向板內(nèi)伸展轉(zhuǎn)換。因此充分說(shuō)明,圈椅埫A型花崗巖、野馬洞基性巖脈和坦蕩河基性巖脈,均是在此時(shí)(1850 Ma)板內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境下侵入的,是揚(yáng)子板塊對(duì)Columbia超大陸裂解前伸展作用的響應(yīng)。
表2 基性巖脈中鋯石的Lu-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)Table 2 Lu-Hf isotope composition for zircons from mafic dikes
(2)野馬洞基性巖脈侵入TTG片麻巖中,巖脈切割TTG片麻巖的片麻理,巖脈本身未發(fā)生變形變質(zhì)。這些直觀的地質(zhì)現(xiàn)象表明,基性巖脈形成于TTG古侵入體形成及其轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)TG片麻巖之后。在已獲得的若干組TTG片麻巖年齡數(shù)據(jù)中,巖漿結(jié)晶鋯石的SHRIMP U-Pb年齡(2947~2903 Ma)為精度最高的一組,代表TTG古侵入體的侵入年齡[12]。本次野馬洞輝綠巖脈從TTG片麻巖圍巖中所捕擄的捕擄晶鋯石,其繼承核的U-Pb年齡分別為2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma,指示TTG 古花崗巖體至少經(jīng)歷了2842 Ma、2900 Ma和 2949 Ma三期巖漿作用,為復(fù)式巖體,其形成年齡(2949~2842 Ma)與前者基本一致。
(3)全球太古代與元古代的分界時(shí)間為2500 Ma[22]。表征黃陵地區(qū)原始古不整合面的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)稱為“水月寺運(yùn)動(dòng)”,同位素年齡為2600~2500 Ma[24]。興山縣水月寺鎮(zhèn)南約5 km處的輝綠巖脈中,變質(zhì)鋯石的U-Pb年齡為2511 Ma[25]。本次水月寺鎮(zhèn)北東約2 km的野馬洞輝綠巖脈中,變質(zhì)鋯石的U-Pb年齡為2557 Ma。這些變質(zhì)鋯石(2557~2511 Ma)的存在,正是與“水月寺運(yùn)動(dòng)”相伴隨的熱變質(zhì)事件的反映。據(jù)此,本文首次提出,黃陵TTG古侵入體(2949~2842 Ma)轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)TG片麻巖,是“水月寺運(yùn)動(dòng)”及其構(gòu)造熱變質(zhì)事件共同作用的結(jié)果,其變形變質(zhì)的時(shí)間為2557~2511 Ma。
(4)黃陵地區(qū)沉積巖、變沉積巖中大量碎屑鋯石的U-Pb年齡為3.8~3.2 Ga,說(shuō)明黃陵地區(qū)存在比崆嶺群(3.2 Ga)更古老的陸殼[12,26-27]。本次獲得野馬洞輝綠巖脈中捕擄晶鋯石的平均εHf(t)為-4.07,TDM為3.6~3.2 Ga,同樣證實(shí)了黃陵地區(qū)存在比崆嶺群更古老(>3.2 Ga)的陸殼。
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Abstract:The Yunshan granite is a calc-alkaline pluton composed of muscovite alkali granite,twomica alkali feldspar granite and biotite adamellite,in the northern of Jiuling uplift.It is rich in Si,alkali,aluminum,comparatively rich in light rare earth elements,and depleted in calcium,belonging to crust-source re-melting high-differentiated granitoids.The high content of Sn and Win Yunshan granite can be provided ore-forming materials,which transported and deposited by favorable magma and structure activity.The orebodies are usually found as akmolith and bosse in inner contact zone of Yunshan granite and secondary structures.On the basis of summing up the regional prospecting criteria,according to the geological,geophysical,geochemical and remote sensing information,eight prospecting potential areas are pointed out:Dengjiashan-Tongmukeng,Yubaitian-Honghuanao,Zhoutian-Wangjialing,Dayang-Liujiaping,Antang-Majing,Banjiatang-Banjiaao,Gengyuan,Fozushan-Jiaochong,etc.
Key words:tin deposits;geochemical characteristics;metallogenic prognosis;Yunshan pluton,Jiangxi province
Zircon U-Pb Age and Hf Isotope Composition from Yemadong Mafic Dikes in the Huangling Area
ZHAO Min1,WEI Jun-Qi1,WANG Jian-Xiong2
(1.Department of Geology,Northwest University,State Key Laboratory of Continental Dynamics,Xi’an 710069,Shanxi,China;2.Wuhan center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)
By LA-ICP-MS methods,the U-Pb dating and Lu-Hf isotopic analysis were carried out for zircons from Yemadong mafic dikes in Huangling area,we can ascertain the forming and metamorphic age of TTG granites,and discuss whether there were some crustal remnants older than Kongling Group in the Huangling area.The Yemadong doleritic dikes intruded in the TTG gneisses,and captured many xenocrystic zircons from the country rocks.The xenocrystic zircons show the core-rim structure,the cores have magmatic oscillatory zoning,and the rims are not zoning,The thirty individual U-Pb spot analyses were done on magmatic cores of 30 xenocrystic zircon grains,and yielded three ages of 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma,these indicate that the TTG granites is a complex intrusive which experiencing at least three stages of magmatism including 2949 Ma,2900 Ma and 2842 Ma.One U-Pb spot analysis was done on metamorphic rim of zircon grain,and yielded a concordant age of 2557 Ma,which is responsible for the timing of metamorphism.This provides the first demonstration for the occurrence of tectono-thermal event at about 2557 Ma,which has been connected to the Shuiyuesi movement.In the same time,the TTG granite has been metamorphism into the TTG gneisses during the tectono-thermal event resulted from the Shuiyuesi movement in the Huangling area.The xenocrystic zircons have the negative εHf(t)values of-9.85 ~ 0.89 with the average values of-4.07,and the Hf model age of 3.6~3.2 Ga,these reveals the existence of old crustal relicts with the age of 3.6~3.2 Ga rocks,which is older than the Kongling Group(3.2 Ga)in Huangling area.
TTG gneiss;mafic dike;zircon U-Pb age;Hf isotope;Huangling area
Geochemical Characteristics and Related to Sn Mineralization of Yunshan Granitic Pluton,Jiangxi Province
Mei Hui-Cheng,HUANG Shao-Chun,LIU Jiu-Jin
(N o.915 Geological brigade,Jiang xi Bureau of Geology and Mineral Resources,Nanchang 330002,China)
P597,P588.12+4
A
1007-3701(2012)02-124-08
2011-12-09;
2012-01-29
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):40972050)資助.
趙敏(1987—),女,碩士研究生,礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè).
*通訊作者:魏君奇(1964—),男,研究員,博士生導(dǎo)師,從事巖石學(xué)研究,E-mail:weijunqi01@163.com.