地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 621-630  
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于涛, 徐佳丽, 高强, 樊炳良, 徐长昊. 藏东卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 621-630.
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Yu T, Xu J L, Gao Q, Fan B L, Xu C H. LA-ICP-MS zircon U-Pb age and geological characteristics of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area, eastern Tibet[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 621-630.
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基金项目

中国地质调查局项目《西藏卡贡地区1:5万四幅区域地质调查》(编号:DD20160016-21)

作者简介

于涛(1987-), 男, 硕士, 讲师, 从事地理教学和固体勘查勘查工作。E-mail:1034125709@qq.com

通讯作者

徐佳丽(1983-), 女, 博士, 讲师, 从事环境地质分析测试工作。E-mail:52094108@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-05-06
修订日期: 2019-07-08
藏东卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征
于涛1, 徐佳丽2, 高强3, 樊炳良4, 徐长昊5    
1. 西藏大学理学院, 西藏 拉萨 850000;
2. 中国地质大学(武汉)环境学院, 湖北 武汉 430074;
3. 河北省地矿局第四地质大队, 河北 承德 067000;
4. 西藏自治区地质矿产勘查开发局地热地质大队, 西藏 拉萨 850000;
5. 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
摘要: 用LA-ICP-MS技术测得卡贡地区似斑状钾长花岗岩锆石的206Pb/238U年龄为178±2 Ma(MSWD=3.7,n=20),属于早侏罗世的产物。岩石地球化学特征表明,岩石具富碱富钾(K2O+Na2O=8.02%~8.76%,K2O/Na2O=1.71~2.11)、低铝(Al2O3=14.08%~14.73%,A/CNK=1.01~1.04),不含透辉石和刚玉分子较低的特征;岩石普遍富集Rb、Th、K、U等大离子亲石元素,明显亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素,高场强元素Zr、Nb、Ta含量极低,(Ga/Al)×104值为4.48~5.06,Rb/Sr值为1.84~2.29,均显示出岩浆分异程度较高的特征;岩石的形成与俯冲消减作用有关,其构造环境由挤压环境逐渐向相对伸展环境转变,伴随着地壳深部压力减小,幔源岩浆上涌,并与上覆地壳发生部分熔融作用而形成。
关键词: 似斑状钾长花岗岩    地球化学特征    锆石U-Pb    LA-ICP-MS    岩石成因    
LA-ICP-MS zircon U-Pb age and geological characteristics of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area, eastern Tibet
YU Tao1, XU Jiali2, GAO Qiang3, FAN Bingliang4, XU Changhao5    
1. College of Science, Tibet University, Lhasa 850000, Tibet, China;
2. School of environmental studies, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China;
3. The Fourth Geological Brigade of Hebei Geological and Mining Bureau, Chengde 067000, Hebei, China;
4. Geothermal Geological Survey Party, Tibet Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Lhasa 850000, Tibet, China;
5. Department of Geology College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China
Abstract: In this paper, LA-ICP-MS zircon U-Pb age test was carried out on the potassium porphyritic granites in the Kargang area, which shows that the 206Pb/238U age weighted average value of the rock mass is 178±2 Ma(MSWD=3.7, n=20), suggesting a product of Early Jurassic.The geochemical characteristics of the rocks show that the rocks have alkali-rich potassium(K2O+Na2O=8.02%~8.76%, K2O/Na2O=1.71~2.11), but low aluminum(Al2O3=14.08%~14.73%, A/CNK=1.01~1.04), without pyroxene and with lower corundum molecules.The rocks are generally characterized by rich Rb, Th, K, U and other large ionic pro-stone elements, obvious loss of Ba, Nb, Sr, P, Ti and other elements, and very low values of high field strength elements Zr, Nb, with(Ga/Al)×104 values of 4.48~5.06 and Rb/Sr ratios of 1.84~2.29, which shows the characteristics of high magma differentiation; in addition, the formation of rocks was related to subduction reduction, and its tectonic environment changed gradually from extrusion environment to relative stretching environment, accompanied by the decrease of deep crustal pressure, which led to the upwelling of mantle source magma and the partial melting of the overlying crust.
Key words: potassium porphyritic granites    geochemical characteristics    zircon U-Pb    LA-ICP-MS    rock genesis    

研究区位于藏东察雅县益庆乡附近,大地构造位置属于特提斯构造域东段,区内构造演化历史复杂,是研究特提斯洋演化历程的重要窗口[1]。研究区在卡贡地区1:5万四幅区域地质调查范围内出露面积较小,岩性较复杂,是研究藏东地区构造演化的重要地质体。班公湖-怒江结合带两侧分布有大量的花岗岩类,多沿构造迹线展布,为该区域的构造演化提供了重要的地质信息。区域上,关于早侏罗世岩浆岩的地球化学特征及精细年代学研究十分欠缺,仅1:25万八宿幅区域地质调查报告中涉及了该区域侏罗纪花岗岩地球化学特征的少量研究工作,对成岩年代学、产出大地构造环境等尚未涉及;樊炳良等[2]用LA-ICP-MS法测得研究区东侧石英闪长岩中的锆石206Pb/238U年龄为495.9±3.2 Ma(MSWD=1.8,n=24),认为与原特提斯洋演化有关。虽然侏罗纪花岗岩在本次1:5万区域地质调查中涉及面积较小,但在区域上沿邦达断裂带广泛分布,为反演区域构造演化提供了间接证据。基于此,本文研究了藏东卡贡地区似斑状钾长花岗岩的岩相学、岩石地球化学特征,用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术测得岩石中锆石U-Pb年龄,分析了该岩体的产出环境,为进一步揭示特提斯洋的演化提供新的地质信息。

1 岩相学特征

研究区处于羌北-昌都地块、双湖-澜沧江结合带和羌塘左贡地块的交汇部位(图 1-a),区内岩浆-构造活动频繁。研究区位于怒江结合带内,北东侧以邦达断裂为界与类乌齐-左贡陆缘山盆相接(图 1-b)。怒江结合带出露地层依次为:①古—中元古界卡穷岩群(Pt1-2K.),岩性为混合岩化黑云母斜长片麻岩、混合岩化黑云斜长变粒岩、含矽线石黑云斜长变粒岩、黑云二长花岗片麻岩等;②下石炭统邦达岩组+错绒沟口岩组(C1b+c),由千枚岩、石英岩、石英片岩、变质砂岩等组成。

图 1 研究区大地构造位置图(a)和区域地质简图(b)(据参考文献[3]修改) Fig.1 Tectonic Location(a)and geological sketch map(b) of the study area 1—上三叠统-侏罗系碎屑岩;2—上三叠统碎屑岩;3—中三叠统竹卡组安山岩、岩屑凝灰岩;4—下石炭统卡贡组变质砂岩、千枚岩;5—下石炭统卡贡岩组变质砂岩、千枚岩夹大理岩、玄武岩岩块;6—下石炭统邦达岩组+错绒沟口岩组变质砂岩、千枚岩;7—下古生界酉西群;8—新元古界吉塘群;9—古-中元古界卡穷岩群;10—晚白垩世二长花岗岩、似斑状二长花岗岩;11—早侏罗世二长花岗岩、似斑状钾长花岗岩;12—晚三叠世花岗闪长岩;13—晚三叠世二长花岗岩;14—中三叠世二长花岗岩;15—中奥陶世二长花岗岩;16—晚寒武世石英闪长岩;17—区域次级断裂;18—区域分区断裂

研究区位于藏东地区邦达镇卡穷沟附近,岩体在本次工作区内出露面积较小,侵位于古—中元古界卡穷岩群中(图 1),为一复式岩体,岩性为似斑状钾长花岗岩和二长花岗岩。本文主要研究似斑状钾长花岗岩的成岩年龄及地球化学特征。

似斑状钾长花岗岩岩石具似斑状结构,不等粒结晶结构,块状构造(图 2-a)。岩石由斑晶和基质两部分组成,斑晶以钾长石为主,长8~25 mm,宽6.5~18 mm,分布较均匀,约占总矿物含量的10%,基质由石英、长石、黑云母组成。基质中石英含量约为25%,单偏光下石英干净无色,多为半自形,少量为他形;正交偏光下,大的石英颗粒有明显的破碎,破碎呈相对细小的颗粒,即有一定的亚颗粒化,部分石英有明显的波状,即石英的晶格发生了变化,石英的粒度大小多为2.5 mm左右,部分他形石英呈不规则状,贯穿于长石的空隙中,粒度大小难以确定。基质中长石含量约为60%,其中碱性长石(条纹长石、微斜长石)含量约为30%,斜长石含量约为30%;斜长石多为自形,少量为半自形,粒度大小约为1 mm×2 mm,与其他矿物接触边界较平直;条纹长石和微斜长石主要为他形和半自形,粒度大小为1~2.5 mm,与其他矿物接触边界多为凹凸式接触;长石普遍发生轻微的粘土化和绢云母化(图 2-b),有一定的破碎和变形,部分长石可见晶面破碎和波状消光,部分长石的双晶缝有一定扭曲,破碎相对严重的区域蚀变较强。基质中黑云母含量约为5%,在解理缝中可见铁质析出,单偏光下多为无色,在薄片的局部区域可见未发生退变的黑云母;正交偏光下,干涉色可达三级蓝绿,黑云母主要发生退变,未见蚀变和变形,部分可见石英的穿孔交代,黑云母多为半自形,粒径大小约为5 mm。岩石中副矿物仅见锆石,多呈自形-半自形晶结构。

图 2 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩地质简图(a)和显微镜下照片(b、c) Fig.2 Geological map of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area(a)and photographs under microscopes(b, c) Qtz—石英;Pl—斜长石;Afs—碱性长石
2 分析方法

本文研究所用样品的主量、微量元素测试工作由武汉上谱分析科技有限责任公司完成,实验仪器采用波长色散X射线荧光光谱仪(ZSXPrimusⅡ),分析误差优于5%。锆石单矿物分选、阴极发光(CL)图像拍摄及锆石U-Pb同位素测定均在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。测试仪器为Agilent 7700e,GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,激光束直径和频率分别为32 μm和5 Hz[4]。采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal完成[5-6]。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均值计算采用Isoplot/Ex_ver3完成[7]

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年龄

本文所测锆石多为自形短柱状和长柱状,长轴一般为8~15 mm,长宽比为1~2,生长环带较明显,锆石中Th/U值为0.33~1.40,普遍大于0.8,说明为岩浆成因锆石[8]。本次测得25颗锆石的25个测点的U-Pb同位素数据,锆石CL图像和测点位置见图 3,同位素数据见表 1。实验结果表明,除08、09、14、15、16五个测点因谐和度较低剔除外,其余20个测点在U-Pb谐和图(图 4)中分布较集中,206Pb/238U年龄介于184~173 Ma之间,206Pb/238U年龄加权平均值为178±2 Ma(MSWD=3.7,n=20),可代表该似斑状钾长花岗岩的形成年龄,即岩体形成时代属于早侏罗世。

图 3 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩锆石阴极发光图像及U-Pb年龄 Fig.3 Cathodoluminescence images and U-Pb ages of the Early Jurassic potassium porphyritic granites
表 1 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analytical data of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
图 4 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩锆石206Pb/238U年龄图解 Fig.4 Zircon206Pb/238U age diagram of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
3.2 主量元素化学特征

本次共采集钾长花岗岩样品5件,通过岩石地球化学数据得出(表 2):①SiO2含量为68.89%~70.80%,平均69.82%,D.I.为81.95~86.12,平均84.39;②全碱(K2O+Na2O)含量为8.02%~8.76%,平均为8.42%;K2O含量为5.06%~5.95%,平均为5.61%,K2O/Na2O值为1.71~2.11,平均为2.00,显示出岩石富碱富钾的特征,在SiO2-K2O图解(图 5-a)中,样品点均落入钾玄岩系列区域内;③Al2O3含量为14.08%~14.73%,平均14.41%,A/CNK值介于1.01~1.04之间,为弱过铝质,在A/CNK-A/NK图解(图 5-b)中,样品点均落入弱过铝质范围;④CIPW标准矿物中刚玉分子含量较低,介于0.38~0.92之间,平均为0.60,无透辉石;⑤Ti、P含量较低。上述特征暗示,岩石经历了较高强度的岩浆分异演化作用。

表 2 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Whole-rock major, trace elements and REE data of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
图 5 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK图解(b) Fig.5 SiO2-K2O(a)and A/CNK-A/NK(b)plots of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
3.3 微量和稀土元素化学特征

卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩的稀土元素总量(不含Y)较高,介于209×10-6~300×10-6之间,平均为236×10-6。在稀土元素球粒陨石标准化配分图(图 6-a)中,配分曲线呈轻稀土元素相对富集的右倾型,岩石具有负Eu异常,δEu值介于0.43~0.61之间(平均为0.55);LREE/HREE值为14.9~14.8,平均为16.1,显示出重稀土元素相对亏损。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6-b)中,岩石普遍富集Rb、Th、K、U等大离子亲石元素,明显亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素。高场强元素Zr(185×10-6~267×10-6)、Nb(20.5×10-6~31.1×10-6)、Ta(1.89×10-6~3.10×10-6)含量极低,(Ga/Al)×104值为4.48~5.06,Rb/Sr值为1.84~2.29,均显示出岩浆分异程度较高的特征。

图 6 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据参考文献[9]) Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element patterns(b) of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
4 讨论 4.1 岩体形成时代

阴极发光图像(图 3)显示,似斑状钾长花岗岩锆石形态以自形晶为主,具有明显的生长环带,Th/U值大于0.4,显示出所测锆石均为岩浆锆石,可以代表似斑状钾长花岗岩的结晶时代。因此,笔者认为,岩体的岩浆侵位时限主要集中于184~173 Ma之间,206Pb/238U年龄加权平均值为178±2 Ma(MSWD=3.7),可代表似斑状钾长花岗岩的形成年龄,即岩体形成时代属于早侏罗世。

4.2 岩石成因

花岗岩按成因类型可分为I型、S型、M型和A型,其中M型花岗岩为地幔岩浆演化的产物,在自然界中出露较少。卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩的A/CNK值接近于1,CIPW标准矿物中刚玉分子含量较低,介于0.38~0.92之间(平均0.60);Chappell等[10]通过实验研究提出,磷灰石在弱过铝质和准铝质溶体(I型)中含量极低,且岩石中P2O5含量与SiO2含量呈负相关关系,在SiO2-P2O5图解(图 7-a)中,样品点与I型花岗岩的变化趋势一致;岩石中矿物成分以钾长石、斜长石、石英、黑云母等为主,未发现堇青石、白云母、钛铁矿等富铝矿物。综合上述岩石地球化学特征,该岩体不属于S型花岗岩。岩体的碱性指数A.I.((K2O+Na2O)/Al2O3)介于0.71~0.76之间,小于1.0,与A型花岗岩的碱性指数通常大于1.0不吻合;高场强元素Zr、Nb、Ce、Yb等含量较低,介于302×10-6~437×10-6之间,多数低于A型花岗岩的下限值350×10-6[11];在SiO2-Ce图解(图 7-b)中,样品点均落入I型花岗岩区域。此外,在准铝质I型花岗岩演化早期阶段富Th、Y矿物不会结晶出来,导致I型花岗岩中Th、Y含量较高,且随着Rb含量的变化呈明显的正相关,区别于S型花岗岩随Rb含量的变化而呈负相关[12],研究区似斑状钾长花岗岩样品在Rb-Y图解(图 7-c)和Rb-Th图解(图 7-d)中均显示出Y、Th与Rb呈负相关,与I型花岗岩的变化趋势一致。因此,笔者认为卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩为高分异I型花岗岩。

图 7 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩成因判别图 Fig.7 The genetic discriminant map of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
4.3 构造意义

卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩属于弱过铝质I型花岗岩,岩石普遍富集Rb、Th、K、U等大离子亲石元素,明显亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素,显示出岛弧花岗岩的地球化学特征[13]。在Mulle等[14]提出的Zr-Y构造环境判别图解(图 8-a)中,样品点均落入与弧相关的环境中;在TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3构造环境判别图(图 8-b)中,样品点均落入大陆边缘与后碰撞弧的环境中。在Gorton等[15]提出的Ta/Yb-Th/Yb构造环境判别图(图 8-c)中,样品点均落入活动大陆边缘环境中。由上述特征可知,卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩的形成与俯冲碰撞作用下的活动大陆边缘环境有关。结合区域资料可知,研究区在早侏罗世属于怒江特提斯洋的衰退期,但仍然具俯冲消减作用,向东消减形成侏罗纪弱过铝质I花岗岩,其构造环境由挤压环境逐渐向相对伸展环境转变,伴随着地壳深部压力的减小,导致幔源岩浆上涌,并与上覆地壳发生部分熔融作用而形成。

图 8 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩构造环境判别图 Fig.8 The illustration of tectonic environment discrimination of the Early Jurassic potassium porphyritic granites in Kargang area
5 结论

(1) 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩属于高钾弱过铝质I型花岗岩,岩石普遍富集Rb、Th、K、U等大离子亲石元素,明显亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素,显示出岛弧花岗岩的地球化学特征。

(2) 似斑状钾长花岗岩的206Pb/238U年龄加权平均值为178±2 Ma(MSWD=3.7),代表似斑状钾长花岗岩的形成年龄,即岩体形成时代属于早侏罗世。

(3) 卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩的形成与俯冲消减作用相关,其构造环境由挤压环境逐渐向相对伸展环境转变,伴随地壳深部压力减小,导致幔源岩浆上涌,并与上覆地壳发生部分熔融作用而形成。

致谢: 实验测试过程中得到武汉上谱分析科技有限责任公司的协助,提供了良好的实验条件,使文稿获得了精确的实验数据;审稿专家在文稿修改过程中提出的宝贵意见对文章质量的提升和谬误的及时修改帮助极大,在此一并表示感谢。

参考文献
[1]
刘本培, 冯庆来, 方念乔. 滇西南昌宁-孟连带和澜沧江带古特提斯多岛洋构造演化[J]. 地球科学, 1993, 18(5): 529-538.
[2]
樊炳良, 王新然, 白涛, 等. 藏东卡贡地区晚寒武世错多勤石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义[J]. 地质通报, 2019, 39(4): 471-479.
[3]
樊炳良, 张鑫利, 于涛, 等. 藏东吉塘复式花岗岩成因——来自锆石U-Pb年龄和地球化学的证据[J]. 地质通报, 2019, 38(8): 1274-1286.
[4]
樊炳良, 白涛, 冯德新, 等. 藏东纽多黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄及成因[J]. 地质通报, 2018, 37(7): 1226-1235.
[5]
Liu Y S, Hu Z C, Gao S, et al. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard[J]. Chemical Geology, 2008, 257: 34-43. DOI:10.1016/j.chemgeo.2008.08.004
[6]
Liu Y S, Gao S, Hu Z C, et al. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen:U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons of mantle xenoliths[J]. Journal of Petrology, 2010, 51: 537-571. DOI:10.1093/petrology/egp082
[7]
Ludwig K R.User's Manual for isoplot 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel[M].Berkeley: Berkeley Geochronology Center, Special Publication No.4a.2003.
[8]
吴元保, 郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J]. 科学通报, 2007, 8(16): 1589-1604.
[9]
Sun S S, McDonough W F.Chemical and isotopic systematics in ocean basalt: Implication for mantle composition and processes[C]//Saunders A D, Norry M J.Magmatism in the Ocean Basins.Geological Society of London Special Publications, 1989, 42: 313-345.
[10]
Chappell B, White A J R. I- and S-type granites in the Lachlan Fold Belt.Transactions of the Royal Society of Edinburgh[J]. Earth Sciences, 1992, 83: 1-26.
[11]
王永文, 颜丹平, 刘红旭, 等. 西天山伊犁地块北缘桦木沟高分异I型花岗岩年代学、地球化学及其构造意义[J]. 现代地质, 2015, 29(3): 529-541. DOI:10.3969/j.issn.1000-8527.2015.03.005
[12]
高栋, 吴才来, 郜源红, 等. 南阿尔金玉苏普阿勒克塔格花岗岩体锆石U-Pb年代学、地球化学特征及地质意义[J]. 地球科学, 2019, 44(11): 3812-3828.
[13]
Condie K C. High field strength element rations in Archean basalts:a window to evolving sources of mantle plumes[J]. Lithos, 2005, 79: 491-504. DOI:10.1016/j.lithos.2004.09.014
[14]
Muller D, Groves D I.Potasic igneus rocks and associated gold-copper mineralization[M].Lect Notes Earth Sci., 1994.
[15]
Gorton M P, Schandl E S. From continents to island arcs:a geochemical index of tectonic setting for arc-related and within-plate felsic to intermediate volcanic rocks[J]. Canadian Mineralogist, 2000, 38(5): 1065-1073. DOI:10.2113/gscanmin.38.5.1065
西藏自治区地质矿产勘查开发局地热地质大队.1: 5万吉塘镇幅、益庆乡幅、亚雪村幅、察雅县幅区域地质调查报告.2019.
西藏自治区地质调查院.1: 25万八宿幅区域地质调查报告.2007.