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第40卷第4期 2010年7月 吉林大学学报地球科学版 J ournal of J ilin University Earth Science Edition Vol.40 No.1 July 2010 新疆大西沟杂岩体地球化学及铁磷矿床特征 夏学惠,袁家忠,都国庆,梁中朋 中化地质矿山总局地质研究院,河北源州072754 摘要大西沟铁磷矿是赋存于塔里木地台北缘库鲁克塔格断隆南侧的基性一起基性杂岩体内低品位 特大型矿床。在详细阐述了该矿a..含矿斜长岩体特征、岩石化学组成、微量元素大西沟铁磷矿;矿床地质特征;地球化学 中图分类号P619.213文献标识码A文章编号1671 - 5888201004 -0879 -07 Geochemistry of Complex Rocks and Characteristics of Daxigou Iron-Phosphorite Deposits, Xinjiang XIA Xue-hui, YUAN Jia-zhong, XI Guo-qing, LIANG Zhong-peng R时earchInstitute ,China Chemicαi GeoiogyαηdMiηe Bureαu, Zhuozhou, H ebei 072754, Chillα Abstract The Daxigou huge iron-phosphorite deposit, with low-grade, is located at basic-ultra basic compls in the southern Kuruktag fault巳duplift of the north margin of Tarim plat. Bas巳don the geological feature, geoch巳micalcompositions, trace elements, rare earth elements REES of ore- bcaring anorthosite mass as well as characters of the Daxigou deposit, the iron-phosphorite mlll巳ralizationhas bee口discussed.It is suggested that ore-bearing lithofacies belong to the alkaline series, major and trace elem巳ntsin complex are not inconsistent with each other. Such incompatible 巳l巳m巳ntsas Ba. Sr. Zr and P are obviously enriched, but the compatible elements Cr, Co and Ni are depleted. Cont巳ntsof REE are relativ巳lyhigher, and LREE highly enrich巳d.There is日oobvious Eu abnormality. The magma of complex rocks was originated from deep crust. In the late period of magmatism, large amou日tsof magnetite and apatite crystallized and ed ore body in some local section. By analysing th巳prese口texploitation situation of low grade endogenetic iron-phosphorite deposit in North China, it can b巳conclud巳dthat the Daxigou iron-phosphorite deposit will have a good comprehensiv巳utilizationperspective. Key words basic compl巳xrocks Daxigou iron-phosphorite d巳positgeological charact巳risticsof deposit geochemistry 收稿日期2010-01-30 基金项目中国地质调查局在|土资源大调杏项目1212010632801 作者简介夏学惠1955一,男,吉林农安人,教授级高级工程师,主要从事矿床地质研究与评价工作.E-mailxxh hgdyy. com. cn。 880 吉林大学学报地球科学版第40卷 。前言 新疆尉犁县大西沟铁磷矿床,是近年来在开展 新疆塔里木地台北缘内生磷矿找矿预测评价工作的 基础上首次发现的大型低品位铁磷矿床[1-2J。 铁磷矿床位于新疆库鲁克塔格地区,该区是我 国重要金属成矿带之一。先后有多位学者对其地 质、构造特征[3町、地质演化及成矿规律[6J、前震旦纪 地质与贵重及有色金属矿床[7J、金矿化区成矿作用 进行了研究[8J但对基性一超基性岩型磷矿研究得较 少。本文是在前人研究的基础上,对库鲁克塔格地 区分布的含磷岩体进行了系统研究①②,在此基础上 对大西沟铁磷矿进行了详查,通过勘查提交铁磷矿 资源量3323337036万t。 1 成矿地质背景 矿区位于塔里木盆地东北缘,大地构造位置属 塔里木地台北缘库鲁克塔格断隆带。库鲁克塔格断 隆是塔里木地台中的次一级构造单元,该区经历了 3个发展阶段[3-4J由前震旦纪变质岩系组成的结晶 基底为前地台发展阶段,其岩相变化大,厚度不稳 定,构造变动强烈,被岩浆岩穿插;古生代及中生代 是地台发展阶段,沉积了碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩 等,组成地台的盖层,经多次构造运动,盖层多为不 对称榴皱,且断裂发育;新生代沉积了巨厚的陆相碎 屑岩,组成了地台的后盖层。 区域内地层主要为太古宇托克拉克布拉克群, 以一套阳起绿帘云母斜长片麻岩、眼球状混合花岗 片麻岩、斜长角闪片岩、黑云斜长变粒岩、石榴石斜 长变粒岩、透闪石变粒岩为主。古元古界主要为兴 地塔格群,以一套海相碎屑岩碳酸盐建造变质而成 的角闪一绿帘岩相的变质岩系为主;主要由薄层状二 云母斜长变粒岩夹少量的大理岩,薄层状二云母片 岩夹大理岩、石英岩,薄层状黑云母斜长片麻岩、二 云母片岩、黑云母斜长片麻岩夹大理岩、石英岩、含 铁石英岩等组成。新元古界帕尔岗塔格群岩性主要 为石英砂岩与泥质粉砂岩互层,白云质灰岩、条带状 含硅质白云岩等。震且系为薄层泥岩、杂砂岩夹安 山岩透镜体。寒武系在区域内分布较少,岩性主要 为白云质灰岩、细砂岩、碳质页岩、泥质条带灰岩。 区内最主要的断裂为兴地深大断裂,它是区内 形成最早、规模最大的断裂,也是地层分区分界断 裂。该断裂延伸巨大,断裂带宽100300m,沿断 裂带茄石化,绿泥石、碳酸盐化,廉棱岩化强烈。沿 兴地断裂见有线状分布的断裂泉。该断裂是一个多 期次活动的复活断裂,沿断裂带及其两侧中基性侵 入岩较发育。早期表现为压性断裂,晚期表现为压 扭性断裂。 区内岩浆岩主要有花岗闪长岩与基性一超基性 杂岩。基性超基性杂岩沿兴地深大断裂两侧分布, 在长约300km的狭长范围内分布有奥尔塘辉长岩 一辉石岩杂岩体、卡乌留克辉石岩角闪石岩-正长岩 杂岩体、大西沟斜长岩岩体、多克斯辉石岩杂岩体、 团结村北山黑云母辉石岩岩体、且干布拉克黑云母 辉石岩碳酸岩杂岩体等10余处[1-2J。兴地深大断 裂对大西沟含矿杂岩体具有明显的控制作用。该基 性岩体侵位于太古宇托克拉克布拉克群中。 2 含矿杂岩体特征 大西沟基性岩体分布在兴地深大断裂的南测, 受该断裂次级断裂控制明显。根据物探推测与钻孔 揭露,该杂岩体呈隐伏半隐伏状产出,北西一南东 向展布,杂岩体长约2.1km,最宽约900m,地表分 成东西两部分图1。 岩体主要由斜长岩构成,是本区分布最普遍的 岩石,占岩体面积的80以上。岩石呈暗深灰色, 块状构造,中粗粒自形半自形等粒结构。主要矿 物成分为斜长石,体积分数为6590,粒度一 般为25mm,细粒的为O.31. 5 mm;次为辉石、 铁铁矿、磁铁矿、磷灰石等。蚀变矿物有幸内黝帘石、 绿泥石、纤闪石等。根据蚀变特征和暗色矿物含量, 可进一步划分为铀黝帘石化斜长岩图2a、绿泥石 化斜长岩图2b、纤闪石化斜长岩。 辉石角闪岩呈零星出露,主要分布在矿区西南 部。岩石呈深灰、黑色,块状构造,自形一半自形晶 结构。矿物成分主要为角闪石,半自形晶,粒度一般 为O.51. 5 mm,体积分数为85;次为辉石,体 积分数为510,其他矿物为黑云母、磁铁矿 等。 辉绿岩呈脉状产出,主要分布在矿区的西部与 东南部,岩脉宽一般数十米,延长数百米。岩石呈深 ① 夏学息,袁家忠,都国庆,等新疆塔里木盆地北缘内生磷 矿调查评价报告.源州.中化地质研究院,2006 ② 夏学惠,袁家忠,希国犬,等.新服库鲁克塔格地区内生磷 矿资源评价报告添州中化地质研究院,2008. 第4期夏学惠,等新疆大西沟杂岩体地球化学及铁磷矿床特征 图1大西沟铁磷矿区磁异常及地质赂图 Fig. 1 Geological and magnetic anomaly map of Daxigou iron -phosphorite 日J1 2 岳J3 [;]4 匾J5 z7 I J\rll 8 画9 驾于O 1r---131n 881 1.第四系;2.太古宇片麻岩;3角闪石岩;4.斜长岩;5辉绿岩;6.地质界线;7.推测岩体界线;8.磁异常6T 等值线;9.磁异常编号;10 钻孔及编号;11.勘探线及编号 图2斜长岩结构特征 Fig. 2 Structure of plagioclastic a创变斜长岩.磷灰石白色呈短柱状不均匀分布;h. t.虫变斜长岩,磁铁矿黑色、磷灰石白色呈粒状 灰色,块状构造,辉绿结构。矿物成分斜长石,半白两部分中粗粒斜长岩类主要分布在矿区南部,细粒 形一他形,粒度一般为O.lO. 3 mm.体积分数为含辉石斜长岩类主要分布在矿区北部。 3040;普通辉石,他形,分布于斜长石颗粒间,南 {本积分数为2535。次要矿物为角闪石、黑云- 甸、磁铁矿、磷灰石等。3.1 根据钻孔揭露,杂岩体在平面七初步可划分为 杂岩体岩石地球化学特征 主量元素组成特征 岩体岩石化学组成见表l。从岩石化学分析可 882 吉林大学学报地球科学版第40卷 看出,斜长岩类Si02质量分数为43.71 Si02质量分数大于55时,构成工业磷矿的机会较 49.80, A1203质量分数为12.6118.84, 少。该类型岩石CaO含量一般较高,尤其在岩浆演 Ti02质量分数为1.635.42,Na20质量分数化到晚期,CaO含量明显增高。因为在岩浆作用的 为2.23 4. 56 ,几0质量分数为o.60 晚期,磷灰石的析出,除了具备有磷酸根的矿化剂 1. 24;磁铁矿化斜长岩Si02质量分数为26.31 外,必须有足够的CaO浓度,作为磷酸盐阴离子的 35. 70 ,A1203质量分数为9.2110.68, 沉淀剂;因此,只有在CaO含量相对较高的基性岩 Ti02质量分数为4.756. 42, Na20质量分数中,才有较多的机会形成磷灰石富集。 为l.29 2. 05, K20质量分数为O.41 含矿岩石的固结指数51均小于40,变化在 0.71。岩体碱质含量较高,Na20最高可达7.7728.50,说明岩浆经过结晶分异作用较明显。 4.56 ,Na20K20。在Si02-K20十Na20关系在岩浆分异早期阶段,磷灰石呈副矿物从岩浆中结 图上图3,岩石投影几乎都落在碱性玄武岩系列晶出来,一般均匀地分散在岩体的各个部位。到岩 区,其中1个斜长岩样品落在碱性玄武岩与拉斑玄浆冷凝过程的晚阶段,在富含挥发分的作用下,含矿 武岩分界线附近,而矿化斜长岩则主要分布在碱性残余熔浆在封闭的环境中缓慢结晶,此时熔体中充 玄武岩系列区。由斜长岩到含矿斜长岩,铀饵比则足的Ca2与挥发分中POJ形成含量较高、矿物结 由高向低演化,杂岩体应属铀质偏碱性岩系列。在晶粗大的团块、囊状及似层状铁磷矿体。 镜铁比值Mg/TFe与基性度TFe十Mg/Si变异3.2 微量元素组成特征 图图4中,斜长岩主要落在铁质区,反映出杂岩主大西沟杂岩体主要微量元素见表2。由表2可 要为铁质岩类。知,亲铁元素V变化范围为l49255X 10-6, Cr 基性超基性岩类为明显的硅酸不饱和岩石,当的变化范围较大,为29.0 67. 9 X 10-6 ,CO的 η,“内〈UA4 ‘ 表1杂岩体岩石化学成分 Table 1 Chemical component of the complex rock wd SiO, Ti02 Al,03 Fe,03 FeO MnO MgO CaO K,O Na,O P,05 CO, SI 47.47 2. 34 12. 61 5. 30 10.89 0.22 7.60 7.29 0.65 2.23 1. 31 1. 18 28.50 48.74 2. 60 18.84 5.94 4.33 0.087 1. 69 7.87 1. 24 4. 56 1. 38 1. 42 9.52 49.80 1. 63 16. 70 4.77 7.18 。.143.68 7.51 1. 00 3. 60 1. 42 0.92 18.19 43.71 5.42 12.77 7.36 11. 69 0.21 6.24 7.78 0.60 2.43 1. 14 0.33 22.03 33.06 5.15 10.68 26.47 1. 09 0.19 4. 58 9.25 O. 71 2.05 2.65 3.50 13.12 35. 70 4. 75 9.57 24.17 1. 20 0.20 5.35 10.38 0.41 1. 76 2.56 5.46 16.27 26.31 6.42 9.21 37.66 1. 81 0.22 3.48 7.56 0.55 1. 29 3. 98 5.06 7.77 样品编号 7 注全分析由中化地质矿山总局中心实验室完成;样品编号1. ZKO - 2 -H -20斜长岩;2. ZKO - 2 -H -60斜长岩;3. ZKO - 2 -H -80 斜长岩;4. ZKO - 2 -H -148辉石斜长岩;5. ZKO - 2 -H -5矿化斜长岩;6.ZKO - 2 -H -51矿化斜长岩;7.ZKO - 2 -H -141矿化斜长岩 14 12 t I \10 2 35 。。句ζUF2 D民H飞 I 2 /“ .JJ44,///,///////J川τE r 40 45 50 5王 wSiQ,/ 432 叩军 0.5 .7 1.0 1.5 MglFe/ Si 2.0 ω 65 图3杂岩体岩石SiO,-K, 0 Na, 0关系图 Fig.3 Relationship figure of Si02 - K2 0 Na2 0 I碱性玄武岩系列;II.拉斑玄武岩系列;样品号同表l 图4杂岩体岩石Mg/TFe一TFeMg/Si变异图 Fig.4 Variation figure of complex rock Mg/TFe一TFe Mg/Si 1.超续质区;II续质区;皿.续铁质区;N.铁续质区;V.铁质 区;样品号同表1 第4期夏学惠,等新疆大西沟杂岩体地球化学及铁磷矿床特征883 表2大西沟杂岩体微量元素含量 Table 2 Microelement content of the complex rock in Daxigou w旷10→6 样号Sr Ba B Cu Pb Zn Cr Ni Co Mo V Ti Sn Ga Ge Zr 684 504 15.80 29.4 6.33 118 67.9 62.62 47.6 0.50 188 11 190 1. 54 16.4 0.82 110.2 2 519 523 16.00 30. 6 7. 18 135 53.9 66. 50 53.3 o. 48 185 11 620 1. 41 16. 5 0.46 110.8 873 1 089 14.20 25.5 5.62 103 31. 1 14.20 26.6 0.47 149 5 954 1. 70 28. 7 0.65 156. 0 4 788 965 9.87 44.2 10.70 149 29.0 19.60 38.9 1. 19 255 13 385 2.39 67.0 0.53 136.0 注.微量元素分析由中化地质矿山总局中心实验室完成;样号1. ZKO - 2 -H -20斜长岩.2.ZKO - 2 -H -60斜长岩.3.ZKO - 2 -H- 80矿化斜长岩.4.ZKO - 2 -H -163矿化斜长岩 质量分数为26.653. 3 X 10-6, Ni的质量分数为 04. 2066. 50 X 10- 6 0总的来看,与维诺格拉夫 元素在基性岩中丰度值比较,大西沟杂岩体岩石V 明显偏高,矿化斜长岩中V含量高出超基性岩中丰 度值的10倍。Cr、Co、Ni的含量则明显偏低。大离 子亲石元素Sr的质量分数为519873X 10-6 ,Ba 的质量分数为5041 089X10- 6 ,远远高于其在 基性和超基性岩中的背景含量,尤其在矿化斜长岩 中高度富集。 不活动组分Zr在基性岩中的背景值为100X 10- 6 ,在超基性岩中质量分数为30X 10- 6 ,本区Zr 质量分数为010.2156.0X10-6;Ga在基性岩 中背景值为18X 10- 6 ,本区Ga的质量分数为16.4 67. 0 X 10- 6 ,多高于背景值。 总的来看,岩石中不相容元素明显富集Ba、Sr、 Zr、凹,尤其是Ba、Sr和LIL,相容元素Cr、Co、Ni 等明显亏损。由含矿岩{本不同类型岩石微量元素 标准化蛛网图对图5可见不同类型岩石曲线形态 基本一致,且呈“W“形变化.反映从斜长岩到矿化斜 长岩岩石具有同源演化的特征。 对比杂岩体中主要元素与微量元素的关系可以 看出,超基性岩中丰度高的元素。、Ni、Co等在杂 岩体含量较低,而中酸性岩中富集的元素含量却高。4 这些特点是含磷偏碱性超基性岩所特有的,是磷、铁 在岩浆中富集的重要因素。 1 000 φ1 2 号10 国 k\ EE 芒。1 m k 0.01 0.00 图5大西沟微量元素标准化蛛网图 Fig. 5 Primiti mantle-normalized trace element patterns 。fdaxigou 样号同表2 性,从而造成斜长岩中大量磷灰石的晶出,并使得游 离REE元素优先进入磷灰石晶格,从而造成稀土元 素在含矿岩石中的高度富集。 在稀土元素模式图图6中,大西沟斜长岩稀 土配分曲线为较平缓向右倾斜的曲线。由斜长岩到 矿化斜长岩岩石稀土配分曲线基本一致,曲线均显 示Ce轻度负异常。 4. 1 铁磷矿床地质特征 矿体特征 3.3稀土元素组成特征铁磷矿体主要赋存在基性杂岩体内,铁磷矿主 杂岩体岩石稀土元素分析结果见表3,斜长岩要赋存在杂岩体的蚀变斜长岩中。矿区以铁磷矿为 稀土元素含量变化不大。稀土元素总量I;REE为主,伴生铁,含矿岩石类型以铀黝帘石化斜长岩为 187. 72225. 88 X 10- 6 ,稀土总量较高;LREE/ 主。自上而下按一定标高可圈出5个较大矿体,矿 HREE值为9.7212.27,显示轻稀土元素高度富体多呈似层状、透镜状。矿区以铁磷矿为主,含矿岩 集;δEu值为O.931. 20,Eu元明显异常,其Eu石类型以斜长岩为主。矿体长228850m不等, 值与碱性玄武岩Eu1.08接近,说明岩体岩浆矿体厚度为16.6849. 60 m,矿体沿走向变化较 来源于地壳深部。由于主量和微量元素的不和谐大,沿倾向变化不大。 884 吉林大学学报地球科学版 表3岩体稀土元素分析结果 Table 3 Analysis result of rare earth element in the complex rock 样号La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb 33.4 68.4 10.9 37.4 8. 48 2.42 5.54 0.62 2 31. 0 62.5 10.6 36.5 8.96 2.12 6.00 1. 04 39.4 82.8 13.4 45.6 10.40 2. 54 6.71 1. 08 4 30.0 70.8 11. 3 37.2 9.12 2.03 6. 10 1. 16 样号Er Tm Yb Lu Y LREE Eu Sm/NdN 1. 68 。.31 0.85 0.12 13. 6 187.72 1. 20 O. 68 2 2. 12 0.36 1. 18 O. 16 15.8 183.09 O. 99 0.74 2. 14 0.37 1. 12 O. 16 15. 2 225. 88 1. 04 O. 68 4 2.25 0.40 1. 29 O. 18 16.8 193. 61 0.93 0.74 注.稀土元素分析由中化地质矿山总局中心实验室完成;样品编号同表2。 I 00。 同 蓝 领 苦苦 .1 2 .l 3 0 4 mk\ EE 社10I 圄 k Il....I....J.....I....l....I....I ..J..........J....L...L..J....I...l La臼PrNd Sm Eu Gd Tb Dv Ho Er TmYb Lu Y 图6岩体岩石稀土配分模式 Fig. 6 REE compositions and patterns of anorthosite mass in Daxigou 第40卷 we10-6 Dy Ho 3.30 O. 70 3.89 0.86 4.08 O. 88 4.06 0.92 LREE/HREE 12.27 9. 72 11. 74 9.81 mm,粗粒可达5mm。内部常见他形细粒磁铁矿和 磷灰石等包裹体,多被绿泥石交代。 4.3 矿石结构构造 结晶粒状结构磁铁矿、磷灰石呈自形、半自形、 他形晶体,呈集合体或分散粒状分布图2。半自 形他形晶粒状结构磁铁矿呈半自形晶粒状或他 形晶粒状集合体,呈细粒浸染状嵌布或包裹于其他 矿物中。矿石构造以浸染状构造为主,团块状构造 次之。 4.4 矿石化学组成 4.4.1 主要有用组分 矿石中主要有用组分为Fe、P、Ti,呈独立矿物 磁铁矿、磷灰石和铁磁铁矿赋存在矿石中。TFe平 样号同表2均质量分数为14.15 20. 92 , P 2 05平均质量 4.2矿石物质组分分数为2.53 6. 83, Ti02平均质量分数为 矿石矿物主要有磁铁矿、磷灰石、铁磁铁矿、微4. 238. 10。矿石中其他主要化学成分平均质 量铁铁矿。脉石矿物主要有斜长石、次为辉石、饷黝量分数为Si02 40. 68、A12310. 59、Ti02 帘石、纤闪石,少量绿泥石等。磁铁矿呈深灰色、黑6.36、Fe20315. 95 、FeO5. 46 、MnO 色,结晶程度不等,以半自形晶为主,自形、他形晶次0.18、MgO4. 66、CaO8. 23、KzOo. 74、 之。粒径一般为O.23 mm,大者达5mm以上;多Na20 2. 56、C022.55。 以集合体形式嵌布。铁磁铁矿以半自形晶为主,粒4.4.2 伴生有益、有害纽分 径一般为O.30. 5 mm;多以集合体形式嵌布。铁矿石中有害组分主要为As、F。铁磷矿石中 铁矿以他形粒状为主,粒径一般为O.20. 3 mm; As的质量分数为O.503. 40 X 10-6, F的质量 多包裹在铁磁铁矿中。磷灰石一般为半自形,呈六分数为O.230. 39;有害组分含量在允许范围 方柱状及粒状产出,少量呈长柱状或针状;粒径一般之内,不影响矿石的加工和利用表的。从组合分 为O.11 mm,磷灰石与周围矿物接触线多较平析结呆可以看出,矿石中微量元素Cu、Ni、Co质量 整;呈分散颗粒状或集合体嵌布。斜长石呈半自形分数一般都低于112X 10- 6 ,均未达到综合利用含 板状,粒径为2.03. 5 mm,是含矿斜长岩的主要量。Cd、Cl的含量相对较低;而I的质量分数仅为 组成矿物。辉石呈短柱状或他形粒状,粒径为120.340.35XIO-6,含量均很低。 第4期夏学惠,等新疆大西沟杂岩体地球化学及铁磷矿床特征885 表4大西沟铁磷矿石分析结果 Table 4 Assembled analysis of ore in Daxigou iron-phosphorite 样品编号F Cd As Cl Cu Ni Co H-2-H-5 o. 30 O. 16 2. 80 303 O. 34 66.4 22.3 67.7 H-7-H-9 O. 39 O. 15 3.40 290 0.35 89.6 42.5 76.9 H-51-H-53 O. 23 O. 18 1. 50 189 0.35 112.0 90.9 74.4 注化学分析由中化地质矿山总局中心实验室完成,除F质量分数单位为10- 2外,其余元素均为 10- 6 0 5 结论 通过对大西沟含矿斜长岩岩体的地质背景,杂 岩体岩石学、微量元素、稀土元素地球化学,矿床地 质等研究表明含矿岩石相属偏碱性铁质岩系列,杂 岩体中主要元素与微量元素具有明显不和谐性,岩 石中不相容元素明显富集Ba、Sr、Zr、P,相容元素 Cr、Co、Ni明显亏损。含矿杂岩体稀土元素含量 较高,轻稀土元素高度富集,Eu无明显异常,稀土配 分为向右倾斜较平直的曲线,其OEu值与碱性玄武 岩接近,反映杂岩体岩浆来源于地壳深部。由于主 量和微量元素的不和谐性,从而造成辉石岩中大量 铁、磷的晶出,在挥发分的作用下,形成磁铁矿与磷 灰石的共生,并在局部地段高度富集形成铁磷矿体。 我国北方低品位磷矿中一般都含有Fe、Ti、V、REE 等有益伴生组分,有的伴生元素和矿物超过了磷矿 [3J 陈哲夫.库鲁克塔格地质发展简史及地质构造的基本 [4J 特征[J].地质论评,1966,243 171-180. 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