天津北部山區(qū)遙感找礦信息提取及找礦遠(yuǎn)景分析

王永立

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083；2.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191）

天津北部山區(qū)遙感找礦信息提取及找礦遠(yuǎn)景分析

王永立1,2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083；2.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191）

利用遙感技術(shù)提取了工作區(qū)的線形構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造和礦化蝕變等找礦信息，基于概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)線形構(gòu)造等密度、中心對(duì)稱度、優(yōu)益度以及羥基異常和鐵染異常等信息進(jìn)行了半定量分析與研究，圈定了7個(gè)找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)，對(duì)本區(qū)今后的找礦工作具有一定指導(dǎo)意義。

遙感異常；構(gòu)造信息；找礦遠(yuǎn)景；天津北部山區(qū)

遙感技術(shù)作為一種高科技手段，具有視域?qū)拸V、信息豐富、周期性和客觀性等特點(diǎn)，遙感圖像最能從宏觀上反映各級(jí)斷裂構(gòu)造，識(shí)別巖性地層，同時(shí)對(duì)礦化蝕變也有不同程度的光譜異常顯示，能夠?yàn)榈V產(chǎn)資源調(diào)查和成礦預(yù)測提供有效的信息。巖石蝕變信息的提取是遙感地質(zhì)信息提取中一個(gè)重要的部分，近礦圍巖蝕變形成的蝕變巖石與其周圍的正常巖石在礦物種類、結(jié)構(gòu)、顏色等方面都有差異，這些差異導(dǎo)致了巖石反射光譜特征的差異，并且在某些特定的光譜波段形成了特定蝕變巖石的光譜異常。根據(jù)遙感圖像數(shù)據(jù)的異常識(shí)別，可以獲取近礦圍巖蝕變信息已經(jīng)成為遙感找礦的一個(gè)重要方法。

天津處在濱太平洋成礦域華北地臺(tái)北緣成礦省，華北地臺(tái)北緣中段太古宙、元古宙、中生代金銀鉛鋅成礦區(qū)中。區(qū)內(nèi)地殼演化經(jīng)歷了陸核孕育、陸塊發(fā)展和濱太平洋邊緣活動(dòng)帶等多個(gè)重要發(fā)展階段，具備形成多種礦產(chǎn)的有利地質(zhì)條件[1]。在已發(fā)現(xiàn)的固體礦產(chǎn)資源中除煤炭分布在山前洪沖積平原之下外，其余均分布在薊縣山區(qū)。因此借助遙感地質(zhì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步研究區(qū)內(nèi)成礦環(huán)境，提取與礦化有關(guān)的蝕變信息并尋找其它可能的靶區(qū)，將極大地提高區(qū)域礦產(chǎn)資源勘查評(píng)價(jià)的速度，有效促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展[2-6]。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于天津市薊縣，面積約640 km2。構(gòu)造區(qū)劃上位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶馬蘭峪復(fù)式背斜的南翼，四級(jí)構(gòu)造單元屬薊縣凹褶束。區(qū)內(nèi)構(gòu)造非常發(fā)育，主要斷裂構(gòu)造走向有NE、NW和近SN，地層主要由長城系、薊縣系和青白口系組成，為一套局部層位夾有火山巖層的沉積巖系，不整合于太古宇之上。太古宇出露于薊縣東北部邊緣，為一套角閃巖相－麻粒巖相的變質(zhì)巖系，古生界僅在府君山和別山地區(qū)零星出露?；鹕綆r發(fā)育在長城系大紅峪組中，巖漿巖多以規(guī)模不大的巖體、巖株和巖脈產(chǎn)出，多為印支和燕山期巖漿侵入活動(dòng)的產(chǎn)物。盤山巖體為區(qū)內(nèi)最大的侵入巖體，分布于薊縣盤山、官莊鎮(zhèn)和平谷縣東羅莊一帶，出露面積50 km2，大致呈南北略長的橢圓形，與圍巖共同構(gòu)成盤山穹隆構(gòu)造[7]。

2 研究方法

本次工作采用美國陸地資源衛(wèi)星Landsat7 ETM+為數(shù)據(jù)源，行列號(hào)122032，成像時(shí)間2002年12月9日。首先對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾何校正、圖像增強(qiáng)和圖像掩膜等預(yù)處理。采用目視解譯方法對(duì)增強(qiáng)處理后的影像進(jìn)行礦產(chǎn)地質(zhì)特征解譯，主要判讀與礦有關(guān)的線、環(huán)構(gòu)造信息[8]，對(duì)解譯的線形構(gòu)造采用MORPAS系統(tǒng)做等密度、優(yōu)益度及對(duì)稱度分析[9-10]。再采用主成分分析方法，提取“羥基異?！焙汀拌F染異?！盵11]，最后根據(jù)與礦化有關(guān)的線環(huán)構(gòu)造信息和蝕變異常信息圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

2.1 線環(huán)構(gòu)造解譯

對(duì)研究區(qū)進(jìn)行線形構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造的目視解譯，判讀線形構(gòu)造111條，環(huán)形構(gòu)造26個(gè)(圖1)。線形構(gòu)造主要為NE、NNE、NW和近SN向，其中NE-NNE占主導(dǎo)地位，是良好的導(dǎo)礦構(gòu)造，如薊縣山前斷裂、黃崖關(guān)斷裂，NW和NWW斷裂影響著礦化點(diǎn)的分布，是有利的容礦構(gòu)造。許多內(nèi)生礦床分布在斷裂帶內(nèi)部或者旁側(cè)的構(gòu)造中，如劉吉素和小辛莊重晶石礦就分布在薊縣斷裂旁。環(huán)形構(gòu)造規(guī)模不大，且較為分散，形態(tài)為圓形、橢圓形。這些環(huán)形構(gòu)造主要由巖漿活動(dòng)引起，與花崗巖侵入體、隱伏巖體和一些火山機(jī)構(gòu)或通道有關(guān)。與單一環(huán)有關(guān)的礦床或礦點(diǎn)常位于環(huán)中心、環(huán)緣，也可能位于兩環(huán)的交匯或交切部位。當(dāng)環(huán)代表酸性侵入體的分布范圍時(shí)，矽卡巖型礦床與部分熱液礦床多分布在環(huán)的邊緣，如盤山巖體周圍的鉬礦、銅礦等金屬礦點(diǎn)。環(huán)形構(gòu)造與巖漿巖侵入或噴發(fā)區(qū)有關(guān)，進(jìn)而與成礦信息關(guān)系密切，因此線性構(gòu)造與環(huán)形構(gòu)造交匯處是重要的遙感找礦標(biāo)志。例如：黃花山一帶的金礦位于朱耳峪環(huán)形構(gòu)造內(nèi)NNE構(gòu)造同NW構(gòu)造交匯處，馬伸橋磷礦位于馬伸橋環(huán)形構(gòu)造內(nèi)NEE向構(gòu)造與NW向構(gòu)造形成的銳角區(qū)。

圖1 天津北部山區(qū)遙感構(gòu)造解譯圖Fig.1 Sketch m ap o of the m ountains in the northern Tian jin interp reted ofrom ETM+RS im age

2.1.1 線形構(gòu)造等密度

其中，L為等密度，Si為單元格中第i條線形體的長度，n為單元格中的總線形體數(shù)，等密度深刻揭示了線形構(gòu)造空間分布的結(jié)構(gòu)特征，顯示出深部構(gòu)造信息和找礦線索。經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，線形體等密度范圍為：0.19≤L≤44.81，根據(jù)全區(qū)密度的平均值17.10上推三個(gè)值即31.20為中值界限，17.10為低值界限。從等密度圖（圖2）看出區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為北東向，中部、東北部線形構(gòu)造最為密集，其中大于31.20的高值區(qū)分布在盤山、趙家峪、孫各莊、東水廠等地，而礦點(diǎn)位于等密度17.10≤L≤31.20的中值區(qū)域，這是由于等密度最高的地區(qū)成礦后構(gòu)造發(fā)育強(qiáng)烈，對(duì)成礦具有破壞作用，而等密度中值區(qū)為礦質(zhì)的沉淀提供了相對(duì)穩(wěn)定的有利的容礦空間。

2.1.2 線形構(gòu)造中心對(duì)稱度

其中，σ為對(duì)稱度，Si為第i條線形體的長度，θˉ為單元中總線形體的平均方位角，θi為第i條線形體的方位角。線形構(gòu)造中心對(duì)稱度描述了構(gòu)造對(duì)稱的特征。在巖漿侵入和噴出作用發(fā)育地區(qū)，利用中心對(duì)稱度可以識(shí)別出火山機(jī)構(gòu)和等軸狀侵入體所特有的放射狀、環(huán)狀等局部構(gòu)造格局，為找礦和區(qū)域地質(zhì)研究提供重要信息。

圖2 天津北部山區(qū)線形構(gòu)造等密度圖Fig.2 Iso linesmap o of linear structura l iso-density o of themountains in the northern Tian jin

圖3 天津北部山區(qū)斷裂中心對(duì)稱度等值線圖Fig.3 Iso lines m ap o of the center symm etry o of linear structure o ofm ountains in the northern Tian jin

根據(jù)σ值域分布方位區(qū)間變化的規(guī)律和變化曲線的拐點(diǎn)或突變點(diǎn)來確定中心對(duì)稱度的界限，因此將0.36≤σ≤0.50作為中值區(qū)，小于0.36作為低值區(qū)，大于0.50作為高值區(qū)。從線形構(gòu)造中心對(duì)稱度圖（圖3）上看出，其高值區(qū)與地質(zhì)圖中盤山、石臼、朱耳峪等侵入巖體有很好的相關(guān)性。從印支期開始本區(qū)開始步入一個(gè)新的構(gòu)造階段，地臺(tái)顯著活化，發(fā)生強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)和巖漿侵入活動(dòng)，是本區(qū)重要的成礦時(shí)期[12]。印支期的巖漿侵入活動(dòng)，以中淺成的鈣堿系列殼?；旌显闯梢蛳盗锌刂屏吮緟^(qū)最重要的熱液型、接觸交代型鎢、鉬、鉛鋅、金、銀、硫鐵礦的形成。在巖體內(nèi)部形成了高－中溫?zé)嵋菏⒚}型鎢多金屬礦床（沿河鎢礦），成礦主要受巖漿期后熱液控制；而接觸交代型礦床多分布在巖體外接觸帶，形成了鉬多金屬和硫鐵多金屬礦床，其成礦主要受矽卡巖化控制。因此多數(shù)礦點(diǎn)分布在0.36≤σ≤0.50中值區(qū)間。

2.1.3 線形構(gòu)造優(yōu)益度

其公式為：

其中，ε為優(yōu)益度，ωi為單元內(nèi)第i條線形體的控礦權(quán)重，Si為第i條線形體的長度，αi和αi-1分別為相鄰2條線形體的方位角，θˉ為單元中總線形體的平均方位角。優(yōu)益度是以線形構(gòu)造兩兩之間的夾角和線形構(gòu)造方位控礦程度加權(quán)的構(gòu)造密度的度量，是研究以構(gòu)造為主要控礦因素的內(nèi)生礦產(chǎn)的有效方法，幾組斷裂交匯或密集的部位往往是有利的容礦部位。從研究區(qū)構(gòu)造優(yōu)益度圖（圖4）來看，在北東東和北西向有著極其明顯地顯示。

圖4 天津北部山區(qū)線形構(gòu)造優(yōu)益度等值線圖Fig.4 Iso lines m ap o of advantageous o of linear structure o of the m ountains in northern Tian jin

2.2 遙感礦化蝕變信息提取

一般來說，礦化總會(huì)伴隨著一定面積的、有指示性的礦化蝕變。對(duì)應(yīng)礦化蝕變形成的礦物離子和基團(tuán)，不同類型的礦化蝕變異常具有不同的波譜特征。含羥基蝕變礦物如高嶺石、綠泥石、綠簾石、蒙脫石、云母類、方解石等在ETM+5波段1.55～1.75μm有較高的反射率，而在ETM+7波段2.08～2.35μm則呈現(xiàn)特征吸收帶。含鐵蝕變的礦物以針鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和黃鉀鐵礬等為代表，該類蝕變礦物在ETM+3波段0.63～0.69μm具有強(qiáng)反射，而在ETM+1波段0.45～0.52μm具有強(qiáng)吸收特征。本文采用ETM+1、4、5、7和ETM+1、3、4、5兩組主成分分析提取含羥基的熱液蝕變信息和鐵染信息。

表1是ETM+1、4、5、7波段進(jìn)行主成分分析的結(jié)果，其中PC4特征向量載荷因子絕對(duì)值較大的是ETM+5和ETM+7，分別為0.70515和-0.65058，兩者符號(hào)相反，而ETM+1和ETM+4載荷因子小，說明PC4的信息基本來自ETM+5和ETM+7，而且ETM+5為正值，ETM+7為負(fù)值，與羥基礦物在ETM+5高反射和ETM+7強(qiáng)吸收一致。因此，取PC4為“羥基異常主分量”。

表2是ETM+1、3、4、5波段進(jìn)行主成分分析的結(jié)果，其中PC4特征向量中ETM+3載荷因子較大且為正值，ETM+1和ETM+4載荷因子小且為負(fù)值，與含鐵蝕變礦物在ETM+3高反射和ETM+1強(qiáng)吸收一致。因此，取PC4為“鐵染異常主分量”。

根據(jù)遙感數(shù)據(jù)的正態(tài)分布特征對(duì)羥基、鐵染異常主分量進(jìn)行異常等級(jí)劃分，以(x+1.5σ)為閾值分割背景區(qū)域與異常區(qū)域，然后對(duì)異常區(qū)域的輻射值域選擇(x+2.0σ)和(x+2.5σ)為分割點(diǎn)進(jìn)行異常等級(jí)劃分，并以亮度值最大的像元分布區(qū)域?yàn)橐患?jí)高異常的分布區(qū)域，以亮度值中等的像元分布區(qū)域?yàn)槎?jí)中等異常的分布區(qū)域，以亮度值最小的像元分布區(qū)域?yàn)槿?jí)低異常的分布區(qū)域。對(duì)異常區(qū)域按輻射亮度進(jìn)行等級(jí)劃分后得到遙感羥基、鐵染異常信息的分布圖。

表1 天津北部山區(qū)ETM+1、4、5、7波段特征向量及特征值Table 1 The eigenvector and eigenva lue o of ETM+1、4、5、7 bands o of the m ountains in northern Tian jin

表2 天津北部山區(qū)ETM+1、3、4、5波段特征向量及特征值Table 2 The eigenvector and eigenva lue o of ETM+1、3、4、5 bands o of the m ountains in northern Tian jin

3 預(yù)測分析

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的地層巖性信息、解譯的線形構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造、羥基蝕變信息和鐵染蝕變信息進(jìn)行多層疊置分析，結(jié)合已知礦點(diǎn)情況，在成礦理論下圈定遙感成礦遠(yuǎn)景區(qū)（圖5）。

（1）官莊成礦遠(yuǎn)景區(qū)

以盤山巖體為中心，包括沿河、溝河北、田家峪、劉吉素等地。區(qū)內(nèi)地層主要為中元古界碳酸鹽巖，大理巖化、矽卡巖化發(fā)育，巖脈廣布。區(qū)內(nèi)線環(huán)構(gòu)造發(fā)育，從遙感影像上依稀可辨盤山花崗巖體三個(gè)侵入期次形成的同心橢圓環(huán)，巖體周緣發(fā)育一系列的褶皺構(gòu)造，而且區(qū)內(nèi)多條斷裂切穿巖體，表明區(qū)域巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈。從航磁（ΔT）圖顯示，該區(qū)顯示為負(fù)異常背景的局部正異常，而重力則反映為低值異常，推測為同一場源巖體引起的。巖體周圍金屬礦化現(xiàn)象較普遍，在許家臺(tái)、溝河北等地發(fā)現(xiàn)鎢、鉬、磁鐵礦等小型礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)，而且在外圍接觸帶和巖體的中心部位遙感羥基、鐵染異常分布聚集性好，強(qiáng)度高，為今后重要的找礦區(qū)域。

（2）車道峪－下營成礦遠(yuǎn)景區(qū)

該區(qū)分布在車道峪－下營一帶，出露地層主要為中上元古界長城系串嶺溝組一段、二段粉砂質(zhì)頁巖夾少量薄層粉砂巖條帶，常州溝組二段石英巖、石英狀砂巖。串嶺溝組地層大致呈NWW向展布，其間被第四系穿插，斷裂主要為NNE、NWW及近EW向。區(qū)內(nèi)線環(huán)構(gòu)造發(fā)育，遠(yuǎn)景區(qū)位于東山環(huán)形構(gòu)造的西北緣；羥基異常強(qiáng)度為二、三級(jí)，鐵染異常強(qiáng)烈，強(qiáng)度為一、二級(jí)，分布集中。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)車道峪金礦化點(diǎn)、東山金礦。秦正永、王會(huì)文和霍玉山等[13-16]認(rèn)為，以變質(zhì)核雜巖－拆離滑脫構(gòu)造和隱爆角礫巖成礦為該區(qū)主要成礦特點(diǎn)，NWW向的火山爆破巖筒是尋找金礦的重要線索。

（3）石臼成礦遠(yuǎn)景區(qū)

分布在石臼村附近，區(qū)內(nèi)發(fā)育石臼花崗巖體，侵入高于莊組、楊莊組中，巖體北部巖性為淺色花崗巖，南部為石英閃長斑巖、斑狀花崗閃長巖、石英二長斑巖、花崗斑巖等。圍巖主要為中元古界碳酸鹽巖，大理巖化、矽卡巖化、硅化普遍。斷裂和破碎帶常見，環(huán)形構(gòu)造清晰，大環(huán)套小環(huán)，大環(huán)西側(cè)還與一個(gè)小環(huán)相拼疊，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)硫鐵多金屬礦床，應(yīng)注意尋找其它的接觸交代型礦產(chǎn)。

（4）壕門－小辛莊遠(yuǎn)景區(qū)

位于薊縣山前與第四紀(jì)的接觸地帶，出露地層主要為霧迷山組灰白色薄-厚層泥晶砂屑白云巖與淺灰色厚層硅鎂質(zhì)條帶細(xì)晶白云巖，薊縣山前大斷裂貫穿本區(qū)，斷裂附近有角礫巖帶及破碎帶產(chǎn)生。遙感鐵染異常分布集中，強(qiáng)度較高，成礦地質(zhì)條件較好。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)小辛莊低溫?zé)嵋盒椭鼐V，有待開展進(jìn)一步工作。

（5）古強(qiáng)峪－道谷峪成礦遠(yuǎn)景區(qū)

圖5 遙感找礦遠(yuǎn)景圖Fig.5 The p rospecting oform rem ote sensing data

分布在古強(qiáng)峪－道谷峪一帶，出露地層為中元古界長城系常州溝組二段、串嶺溝組一、二段和團(tuán)山子組。常州溝組二段以石英巖狀砂巖為主，夾細(xì)礫巖、砂巖和砂頁巖，串嶺溝組一段、二段粉砂質(zhì)頁巖夾少量薄層粉砂巖條帶或透鏡體，團(tuán)山子組分布在遠(yuǎn)景區(qū)南部。從遙感解譯看，該區(qū)位于東山環(huán)形構(gòu)造的東緣和黃花山環(huán)形構(gòu)造的西緣，楊莊斷裂和馬蘭峪逆沖推覆構(gòu)造帶分別從南北兩側(cè)從區(qū)內(nèi)穿過。遙感鐵染異常強(qiáng)度高，多為一、二級(jí)，且分布集中。推測區(qū)內(nèi)仍有一定的找礦潛力。

（6）壩尺峪成礦遠(yuǎn)景區(qū)

出露地層主要為長城系高于莊組二段含錳粉砂白云巖夾頁巖，區(qū)內(nèi)線環(huán)構(gòu)造發(fā)育，在北西向與北東向斷裂的交匯中心處發(fā)育壩尺峪同心環(huán)，有利于礦產(chǎn)富集。據(jù)1/5萬水系物測量資料，Mn異常范圍大，B異常強(qiáng)度中等，最高值大于150×10-6，區(qū)內(nèi)存留民間開采錳礦的遺跡，具備成礦有利條件。

（7）黃花山－孫各莊成礦遠(yuǎn)景區(qū)

分布在薊縣東北部孫各莊附近，馬蘭峪變質(zhì)核雜巖隆起區(qū)的邊緣，區(qū)內(nèi)出露地層主要有太古宇、長城系串嶺溝組、常州溝組，以及朱耳峪堿性正長巖體、閃長巖脈、正長巖脈。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)黃花山、大峪Au、Ag、Cu等組合異常，現(xiàn)有小型金礦一處，金礦化多處，呈北西向分布，與影像中解譯出來的北西向線性構(gòu)造相一致。在這條斷裂帶中發(fā)育一系列的中酸性和中基性的脈巖。區(qū)內(nèi)NE向與NW向線型構(gòu)造交匯，并多伴生有近EW向和近SN向線型構(gòu)造；環(huán)形構(gòu)造呈串珠分布，與NW向區(qū)域構(gòu)造線一致。遙感羥基、異常強(qiáng)度為一、二級(jí)，分布面積廣，是尋找金礦的有利地區(qū)。

4 結(jié)語

（1）在分析研究區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)資料和遙感地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行遙感礦產(chǎn)資源潛力預(yù)測，圈定了7處找礦靶區(qū)，為下一步找礦工作指明了方向。

（2）在進(jìn)行遙感蝕變分級(jí)時(shí)，存在一定的主觀因素，導(dǎo)致圈定的遠(yuǎn)景區(qū)范圍可能不十分準(zhǔn)確，相關(guān)處理有待進(jìn)一步研究。

建議進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域物化探資料，提高地質(zhì)解譯和蝕變信息提取的可靠性，從而更準(zhǔn)確地圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

致謝：項(xiàng)目研究和論文撰寫過程中，始終得到天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所李建國博士的熱心幫助，在此表示衷心感謝。

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Abstract:RS technology isused to extractore-ofinding inoformation like linear structure,ring structure andmineralized alteration.Quantitative analysis ismade on linear structure iso-density,centralsymmetry,advantageous degree,hydroxyl and iron staining inoformation based on probability and mathematical statistics.Together w ith the existing geologicalmaterial,syntheticalanalysis andmetallogenic prediction aremade and 7 ore-ofinding oforecast zonesare conofirmed,whichw illgive instruction to seek deposit in the ofuture.

Keywords:remote sensing abnormal;structural inoformation;ore-ofinding oforecast;mountains in northern Tianjin

Remote Sensing Prospecting Inoformation Extraction oofM ountains in Northern Tianjin and Prospecting Perspectives Analysis

WANGYong-li1,2
（1.China University oof Geosciences,Beijing 100086,China;2.Tianjin Institute oofGeological Survey,Tianjin 3001912,China）

P627

A

1672－4135（2012）03－0229-07

2012-03-31

國家地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目：天津市礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)（1212010881604）

王永立（1979-），男，工程師，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在讀研究生，現(xiàn)從事遙感地質(zhì)和GIS相關(guān)工作，Email:wonyl@tom.com。