藏南康馬拆離斷層的構(gòu)造特征及其活動時代

王曉先, 張進(jìn)江, 閆淑玉,, 劉 江,

(1.中國地震局 地殼應(yīng)力研究所, 地殼動力學(xué)重點實驗室, 北京 100085; 2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院,造山帶與地殼演化教育部重點實驗室, 北京 100871; 3.中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 4.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室, 北京 100037)

藏南康馬拆離斷層的構(gòu)造特征及其活動時代

王曉先1,2, 張進(jìn)江2, 閆淑玉2,3, 劉 江2,4

(1.中國地震局 地殼應(yīng)力研究所, 地殼動力學(xué)重點實驗室, 北京 100085; 2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院,造山帶與地殼演化教育部重點實驗室, 北京 100871; 3.中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 4.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室, 北京 100037)

藏南康馬穹窿是北喜馬拉雅片麻巖穹窿的經(jīng)典代表, 穹窿內(nèi)發(fā)育上、下兩條拆離斷層并將穹窿分為三個構(gòu)造層,其中上拆離斷層分隔了上構(gòu)造層未變質(zhì)/輕微變質(zhì)的特提斯喜馬拉雅沉積巖系和中構(gòu)造層的石榴石二云母片巖, 而下拆離斷層, 即康馬拆離斷層, 分隔了中構(gòu)造層的石榴石二云母片巖和下構(gòu)造層的片麻狀二云母花崗巖。受康馬拆離斷層的影響, 其上下兩盤靠近拆離斷層面處的巖石遭受強(qiáng)烈的韌性變形改造, 形成了糜棱巖化石榴石二云母片巖和花崗質(zhì)糜棱巖, 宏觀構(gòu)造解析以及構(gòu)造巖的顯微構(gòu)造分析表明, 康馬拆離斷層經(jīng)歷了上盤向北的伸展拆離。本次研究采用40Ar/39Ar定年方法, 選擇拆離斷層帶內(nèi)糜棱巖化石榴石二云母片巖中同變形新生白云母進(jìn)行年代學(xué)測定, 結(jié)果顯示白云母40Ar/39Ar坪年齡為13.23±0.15 Ma, 結(jié)合宏微觀巖石礦物學(xué)分析, 認(rèn)為其代表了向北伸展拆離的變形時間, 即康馬拆離斷層的活動時代, 該時代與康馬穹窿南部的藏南拆離系的活動時代一致, 從年代學(xué)上暗示二者可能為同一條拆離斷層, 是在不同區(qū)域的出露, 但該結(jié)論仍然需要更多地質(zhì)、地球物理等方面的證據(jù)來證實。

藏南; 康馬穹窿; 康馬拆離斷層; 構(gòu)造特征;40Ar/39Ar定年

0 引 言

始于65～55 Ma (Beck et al., 1995; Rage et al., 1995; Rowley, 1996)的印度–歐亞大陸碰撞–匯聚作用, 形成了世界上最年輕、最典型的碰撞型造山帶——喜馬拉雅造山帶。自新生代以來, 喜馬拉雅造山帶不僅發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿活動, 且在其南北兩側(cè)分別經(jīng)歷了以逆沖和伸展為主的變形作用, 二者跨越時間彼此疊置, 構(gòu)成了復(fù)雜的演化過程(王曉先等, 2012; 張進(jìn)江等, 2013; Zhang et al., 2012), 在此期間形成了南喜馬拉雅逆沖推覆體系, 包括主中央逆沖斷裂(MCT)、主邊界逆沖斷裂(MBT)和主前鋒逆沖斷裂(MFT); 而在北喜馬拉雅卻發(fā)育了多種形式的伸展構(gòu)造, 如南北向裂谷(NSTR)、藏南拆離系(STDS)和北喜馬拉雅片麻巖穹窿(NHGD)等。

強(qiáng)烈碰撞擠壓環(huán)境中的伸展構(gòu)造一直是喜馬拉雅造山帶研究的焦點, 而NHGD是這一伸展構(gòu)造的典型代表(張進(jìn)江等, 2007a), 由分布于78°E至92°E之間的一系列片麻巖穹窿組成, 也稱北喜馬拉雅穹窿帶(Yin and Harrison, 2000)或拉軌崗日變質(zhì)核雜巖帶(李德威等, 2003, 2004)。前人對其中交通條件便利的穹窿, 如康馬穹窿(Chen et al., 1990; Lee et al., 2000; Wagner et al., 2010)和雅拉香波穹窿(張波等, 2005a, 2005b; 張進(jìn)江等, 2007)等進(jìn)行了細(xì)致研究,發(fā)現(xiàn)穹窿核部花崗巖與外部特提斯喜馬拉雅沉積巖系(THS)之間為拆離斷層接觸關(guān)系, 其內(nèi)構(gòu)造巖指示向北的伸展拆離, 并認(rèn)為該拆離斷層與STDS有關(guān), 是STDS在THS的出露(張進(jìn)江等, 2007; Lee et al., 2000, 2004, 2006; Aoya et al., 2006; Lee and Whitehouse, 2007)。雖然前人對穹窿構(gòu)造進(jìn)行過深入細(xì)致的分析,但是, 對于該拆離斷層的特征以及其活動時代仍缺少構(gòu)造地質(zhì)和年代學(xué)的約束。本文選取拆離斷層出露最好的康馬穹窿為研究區(qū), 對其北部的康馬拆離斷層進(jìn)行詳細(xì)的構(gòu)造解析, 結(jié)合40Ar/39Ar定年方法, 對拆離斷層內(nèi)糜棱巖化石榴石二云母片巖中同變形新生白云母進(jìn)行定年, 以期限定拆離斷層的伸展變形時間。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

狹義的喜馬拉雅造山帶指雅魯藏布江縫合帶與主前鋒逆沖斷層(MFT)之間、由新生代印度–歐亞大陸碰撞形成的強(qiáng)烈變形、變質(zhì)帶。該造山帶自北向南發(fā)育的巖石構(gòu)造單元依次為THS、STDS、大喜馬拉雅結(jié)晶雜巖(GHC)、MCT、小喜馬拉雅沉積巖系(LHS)、MBT、西瓦里克前陸盆地沉積(SS)和MFT(圖1)。其中, 最北部的THS主要由早古生代到始新世經(jīng)歷極低級變質(zhì)的碎屑巖和碳酸巖組成(Brookfield, 1993; Liu and Einsele, 1999), 在其中部自西向東分布一系列片麻巖穹窿, 為北喜馬拉雅伸展構(gòu)造的重要組成部分(張進(jìn)江, 2007); GHC位于STDS和MCT之間, 為中高級變質(zhì)結(jié)晶巖系(Aikman et al., 2008),其上部靠近STDS處發(fā)育大量的淡色花崗巖, 即STDS花崗巖帶(Searle et al., 1997; Harrison et al., 1999; Searle and Godin, 2003; Cottle et al., 2007; Yang et al., 2009; Kellett et al., 2010; Leloup et al., 2010; Liu et al., 2012); LHS位于MCT和MBT之間,由碎屑沉積巖和低級變質(zhì)巖組成(Brookfield, 1993);最南部為SS, 為一套古近紀(jì)–中新世的海相和陸相沉積。 本文的研究區(qū)位于喜馬拉雅造山帶東部的康馬穹窿(圖1)。

2 康馬穹窿的巖石–構(gòu)造組成

康馬穹窿位于康馬縣城以北, 形態(tài)呈橢圓形,穹窿被兩條呈環(huán)狀圍繞穹窿出露的拆離斷層分成3個巖石單元(圖2)。本文將外側(cè)斷層稱為上拆離斷層,內(nèi)側(cè)斷層稱為下拆離斷層, 也稱康馬拆離斷層(圖3a, b), 被它們分隔的3個巖石單元自內(nèi)向外依次為下構(gòu)造層片麻狀二云母花崗巖, 中構(gòu)造層中級變質(zhì)的石榴石二云母片巖和黑云斜長片麻巖, 以及上構(gòu)造層低級變質(zhì)和未變質(zhì)的THS。

圖1 喜馬拉雅造山帶中東段地質(zhì)簡圖(據(jù)Zhang et al., 2012修改)Fig.1 Sketch geological map of the middle and east section of Himalayan Orogen

圖2 康馬穹窿地質(zhì)簡圖和剖面圖(據(jù)1：25萬江孜縣幅地質(zhì)圖修改)Fig.2 Geological map of the Kangmar Dome

2.1 下構(gòu)造層: 片麻狀二云母花崗巖

片麻狀二云母花崗巖體位于康馬拆離斷層下盤的穹窿核部, 巖體南北長11 km, 東西寬3～4 km, 面積達(dá)36 km2(劉文燦等, 2004), 片麻狀二云母花崗巖發(fā)育片麻狀構(gòu)造(圖3c), 主要由石英(35%)、鉀長石(30%)、斜長石(20%)、黑云母(10%)和白云母(5%)組成(圖3d), 其年齡為484～514 Ma (Wang et al., 2012), 暗示早古生代巖漿事件。巖體從中心到邊緣,結(jié)構(gòu)有明顯變化, 中心相為粗粒結(jié)構(gòu), 過渡相為中粒結(jié)構(gòu), 邊緣相為細(xì)粒結(jié)構(gòu)(夏斌等, 2008), 邊緣相遭受拆離斷層變形改造, 形成花崗質(zhì)初糜棱巖(圖3e)。花崗質(zhì)初糜棱巖發(fā)育眼球構(gòu)造, 眼球體主要成分為鉀長石, 粒徑為0.2～0.5 cm, 線理和面理組構(gòu)發(fā)育, 長石和石英顆粒形成礦物拉伸線理, 定向排列的云母形成透入性面理, 顯微鏡下可以觀察到呈竹節(jié)狀的石英條帶, 條帶寬度0.3～0.8 mm不等, 相互平行排列, 定向分布且多與C面理平行(圖3f)。在靠近康馬拆離斷層位置, 部分長英質(zhì)偉晶巖脈侵入花崗質(zhì)初糜棱巖, 并切割其糜棱面理(圖3g)。 2.2 中構(gòu)造層: 石榴石二云母片巖和黑云斜長片麻巖

該構(gòu)造層位于上、下拆離斷層之間(圖2), 由石榴石二云母片巖和黑云斜長片麻巖組成。石榴石二云母片巖主要礦物組成為白云母、黑云母、石英和大量的石榴石, 石榴石粒徑可達(dá)0.3～0.5 cm, 巖石遭受變形改造, 發(fā)育糜棱組構(gòu), 如顯微鏡下可見S-C組構(gòu)、石榴石的旋轉(zhuǎn)殘斑和壓力影構(gòu)造等(圖3h)。石榴石二云母片巖之上為黑云斜長片麻巖, 巖石發(fā)生強(qiáng)烈褶皺, 內(nèi)部出露大量細(xì)小的石英脈, 并被強(qiáng)烈變形改造成透鏡體(圖3i), 顯微鏡下可見主要礦物包括斜長石、石英和黑云母, 其中黑云母不連續(xù)定向排列形成片麻理(圖3j)。

2.3 上構(gòu)造層: 低級變質(zhì)的THS

該構(gòu)造層與中構(gòu)造層界線為上拆離斷層, 主要發(fā)育奧陶系–三疊系的大理巖、千枚巖、板巖和碎屑沉積巖等, 地層發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺(王根厚等, 1997)。

3 康馬拆離斷層的構(gòu)造特征

圖3 康馬拆離斷層帶內(nèi)巖石野外和顯微照片F(xiàn)ig.3 Field outcrops and photomicrographs of the rocks from the Kangmar detachment

本次研究的康馬拆離斷層是指一寬數(shù)十米的變形帶, 主要包括下構(gòu)造層頂部花崗質(zhì)初糜棱巖、拆離斷層面、中構(gòu)造層底部糜棱巖化石榴石二云母片巖和黑云斜長片麻巖。

3.1 面理和線理

康馬拆離斷層帶內(nèi)的巖石發(fā)育透入性的面理和線理, 但在穹窿的不同部位, 面理和線理產(chǎn)狀差異較大。本次的研究區(qū)位于康馬穹窿的西北部(圖2),該區(qū)糜棱巖化石榴石二云母片巖的面理產(chǎn)狀為330°～340°∠24°～30°, 線理產(chǎn)狀為351°∠36°, 呈近南北向展布, 暗示近南北向的運(yùn)動。

3.2 運(yùn)動學(xué)特征

康馬拆離斷層在研究區(qū)出露平整的拆離斷層面(圖4a), 斷層面上發(fā)育密集的擦痕和階步, 擦痕沿斷層面傾向傾伏, 階步形態(tài)指示上盤向北的伸展拆離(圖4b)。

康馬拆離斷層下盤頂部出露花崗質(zhì)糜棱巖, 其發(fā)育透入性的面理和線理, 并可見長石斑晶形成的透鏡體(圖4c), 但剪切方向不明。

康馬拆離斷層上盤底部出露中構(gòu)造層石榴石二云母片巖, 并被糜棱巖化變形所改造, 面理和線理極其發(fā)育, 顯微鏡下可見大量的石榴石旋轉(zhuǎn)殘斑,殘斑兩側(cè)發(fā)育壓力影構(gòu)造, 壓力影區(qū)域主要被石英和黑云母填充(圖4d), 殘斑形態(tài)指示向北的伸展拆離; 部分同構(gòu)造生長的石榴石變斑晶內(nèi)發(fā)育細(xì)小的石英包裹體, 包裹體呈S形螺旋排列, 形成雪球構(gòu)造(圖4e)。糜棱巖化石榴石二云母片巖之上為黑云斜長片麻巖, 其中發(fā)育大量軸面向南倒伏的不對稱褶皺, 褶皺形態(tài)指示上盤向北的伸展(圖4f, g); 部分長英質(zhì)細(xì)脈平行于面理分布并被變形改造, 呈現(xiàn)布丁化或透鏡體狀, 其形態(tài)指示了上盤向北的伸展(圖4h)。

4 康馬拆離斷層帶構(gòu)造巖的40Ar/39Ar定年

為了確定康馬拆離斷層的活動時代, 我們選定拆離斷層帶內(nèi)的同變形的糜棱巖化石榴石二云母片巖, 對其內(nèi)同變形新生白云母進(jìn)行40Ar/39Ar定年。定年樣品采自下拆離斷層上盤的最底部(具體采樣位置見圖2), 樣品中白云母定向排列, 形成透入性面理, 其中基質(zhì)中的白云母顆粒較小, 而石榴石殘斑周圍的白云母顆粒較大。本研究選擇顆粒較大的白云母進(jìn)行40Ar/39Ar年代學(xué)測試。

4.1 測試方法和流程

對樣品進(jìn)行去離子水和丙酮超聲波清洗之后,根據(jù)樣品地質(zhì)背景估計的年齡和鉀含量, 稱取20～60 mg, 用純鋁鉑紙將0.18～0.28 mm粒徑的樣品包裝成直徑約6 mm的球形, 封閉于石英玻璃瓶中,置于中國原子能科學(xué)研究院49-2反應(yīng)堆B4孔道進(jìn)行中子照射, 照射時間為24 h, 快中子通量為2.2359× 1018ncm–2s–1。用于快中子通量監(jiān)測的標(biāo)樣是ZBH-25 (132.7 Ma)、Bern 4M (18.6 Ma)、FCs (28.2 Ma)。同時對純物質(zhì)CaF2和K2SO4進(jìn)行同步照射, 得出的校正因子為: (36Ar/37Ar)Ca=0.000271, (39Ar/37Ar)Ca= 0.000652, (40Ar/39Ar)K=0.00703。照射后的樣品冷置后, 裝入圣誕樹狀的樣品架中, 密封去氣72 h以上。樣品測試由北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點實驗室常規(guī)40Ar/39Ar定年系統(tǒng)完成。測定采用鉭(Ta)熔樣爐對樣品進(jìn)行階步升溫熔樣, 每個樣品分為10～16步加熱釋氣, 溫階范圍為600～1500 ℃, 每個加熱點在恒溫狀態(tài)下保持20 min。系統(tǒng)分別用活性炭冷井及鋯釩鐵吸氣劑爐對氣體進(jìn)行純化, 活性炭冷井的純化時間為10 min, 鋯釩鐵吸氣劑爐的純化時間為15 min。使用RGA10型質(zhì)譜儀記錄五組Ar同位素信號, 信號強(qiáng)度以毫伏(mV)為單位記錄, 質(zhì)譜峰循環(huán)測定9次。數(shù)據(jù)處理時, 采用該實驗室編寫的40Ar/39Ar Dating 1.2數(shù)據(jù)處理程序?qū)Ω鹘MAr同位素測試數(shù)據(jù)進(jìn)行校正計算, 再采用Isoplot 3.0(Ludwig, 2003)計算坪年齡及等時線年齡。

4.2 測試結(jié)果

本次研究對糜棱巖化石榴石二云母片巖(TYC-29)中白云母進(jìn)行測試, 測試結(jié)果列于表1。從圖5b中可以看出, 白云母在850～1400 ℃之間的4個加熱階段析出的39Ark累計為66.9%, 給出一個穩(wěn)定的坪年齡為13.23±0.15 Ma (MSWD=0.95) (圖5b), 等時線和反等時線年齡分別為13.36±0.15 Ma (MSWD= 0.39) (圖5c)和13.36±0.17 Ma (MSWD=0.32) (圖5d),與坪年齡基本一致。白云母的初始40Ar/36Ar為291.6,略低于尼爾值295.5, 表明存在Ar丟失, 但程度極低, 因此認(rèn)為該年齡數(shù)據(jù)是可靠的。

5 康馬拆離斷層帶白云母40Ar/39Ar年齡的地質(zhì)意義

圖4 康馬拆離斷層帶內(nèi)構(gòu)造巖運(yùn)動學(xué)特征Fig.4 Kinematic characteristics of the tectonites from the Kangmar detachment zone

表1 糜棱巖化石榴石二云母片巖同變形新生白云母40Ar/39Ar年齡分析數(shù)據(jù)Table 140Ar/39Ar dating data for analyzed new-born syn-deformation muscovite from mylonitic garnet two-mica schist

圖5 康馬拆離斷層40Ar/39Ar定年樣品顯微照片(a)及坪年齡(b)、等時線年齡(c)和反等時線年齡(d)Fig.5 Photomicrograph (a),40Ar/39Ar plateau age (b), isochron age (c) and inverse isochron age (d) for the sample from the Kangmar detachment

定年樣品(TYC-29)的宏微觀構(gòu)造觀察發(fā)現(xiàn), 其原巖被強(qiáng)烈的韌性變形改造為糜棱巖化石榴石二云母片巖, 發(fā)育大量同變形的石榴石旋轉(zhuǎn)殘斑, 用于40Ar/39Ar測年的大顆粒白云母主要分布在同變形石榴石殘斑周圍(圖5a), 并向外延伸平行于基質(zhì)面理,且其與石榴石旋轉(zhuǎn)殘斑組成的不對稱構(gòu)造指示向北的伸展拆離, 表明這些大顆粒的白云母應(yīng)該是同伸展變形的產(chǎn)物。石榴石壓力影區(qū)域由石英和少量黑云母組成, 石英主要以波狀消光和膨凸重結(jié)晶為主(圖3h和圖4d, e), 暗示伸展變形溫度在280～350 ℃之間(Stipp et al., 2002), 這個溫度等于或低于白云母的40Ar/39Ar封閉溫度(350 ℃), 在這樣的溫度下白云母的40Ar/39Ar冷卻年齡可能與變形年齡一致(Reddy and Potts, 1999)。因此, 康馬拆離斷層向北伸展拆離的時間約為13.23±0.15 Ma。

NHGD拆離斷層(或剪切帶)與STDS具有相似的巖石組成和構(gòu)造特征(張進(jìn)江等, 2007), 暗示NHGD拆離斷層可能是STDS向北向下延伸的部分,后期由于巖漿底辟和剝蝕作用而出露于THS, 這一結(jié)論也得到了地球物理資料的證實(Brown et al., 1996; Nelson et al., 1996)。如果上述成立, 那么NHGD拆離斷層與STDS應(yīng)該具有相同的活動時代,與本文研究區(qū)康馬拆離斷層相對應(yīng)的是其南部西不丹地區(qū)的STDS, 前人研究發(fā)現(xiàn), 西不丹Masang Kang地區(qū)STDS活動時代為15.5～11.0 Ma (Kellett et al., 2009), Khula Hangri地區(qū)STDS活動時代為12.5 Ma (Edwards and Harrison, 1997), 與康馬拆離斷層的活動時代(13.23±0.15 Ma)一致, 從年代學(xué)上暗示康馬拆離斷層與STDS可能為同一條拆離斷層, 但該假設(shè)仍需要更多來自地質(zhì)、地球物理等方面的證據(jù)來證實。

6 結(jié) 論

康馬拆離斷層是分隔康馬穹窿下構(gòu)造層片麻狀二云母花崗巖和中構(gòu)造層中高級變質(zhì)巖的一條重要的地質(zhì)界線, 其內(nèi)構(gòu)造巖宏–微觀構(gòu)造特征指示了上盤向北的伸展拆離, 同變形新生白云母40Ar/39Ar年齡限定其向北伸展拆離的時間為13.23±0.15 Ma,與南部STDS活動時代一致, 從年代學(xué)上暗示二者可能為同一條拆離斷層在不同區(qū)域的出露, 但該結(jié)論仍需更多的地質(zhì)和地球物理等方面的證據(jù)支持。

致謝：年代學(xué)測試和數(shù)據(jù)處理得到北京大學(xué)季建清副教授的指導(dǎo)和幫助, 論文修改過程中兩位審稿人給予了寶貴的意見, 在此一并感謝。

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Structural Characteristics and Active Time of the Kangmar Detachment, Southern Tibet

WANG Xiaoxian1,2, ZHANG Jinjiang2, YAN Shuyu2,3and LIU Jiang2,4
(1. Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China; 2. MOE Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 3. Petroleum Exploration and Development Research Institute, PetroChina, Beijing 100083, China; 4. State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

The Kangmar gneiss dome, typical of the north Himalayan gneiss domes, is composed of three tectonolithologic units separated by an upper and a lower detachment fault (Kangmar detachment fault). The low-grade metamorphic Tethyan Himalayan sedimentary sequence formed the upper unit above the brittle upper detachment fault. The mylonitic granites and two-mica granites made up the lower unit beneath the ductile lower detachment fault. The mylonitc middle-grade garnet two-mica schist and biotite-plagioclase gneiss constituted the middle unit inbetween the two detachment faults and were involved in the ductile deformation of the Kangmar detachment fault. The meso- and micro-scale structural analyses on the tectonites from the detachment fault zone indicated that the Kangmar detachment fault experienced a top-down-to-north shear. Integrating macro-/micro-analyses of petrology and mineralogy, this study adopts40Ar/39Ar dating method to constrain the active time of the Kangmar detachment fault. Analyses of the syn-deformation muscovite from the mylonitic garnet two-mica schist yield a40Ar/39Ar plateau age of 13.23±0.15 Ma, representing the active time of the Kangmar detachment fault. The chronological result hints that the Kangmar detachment was synchronous with the south Tibet detachment systems to the south and was probably part of the south Tibet detachment systems exposed in the Tethyan Himalayan sedimentary sequence. However, this hypothesis needs from the supports of more geological and geophysical evidence.

southern Tibet; Kangmar Dome; Kangmar detachment; structural characteristics;40Ar/39Ar dating

P542

A

1001-1552(2015)02-0250-010

2014-03-24; 改回日期: 2015-01-07

項目資助: 中國地震局地殼應(yīng)力研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(編號: ZDJ2014-09)和國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號: 41402175, 41172176)資助。

王曉先(1986–), 男, 博士, 助理研究員, 從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究工作。Email: xiaoxianwang@pku.edu.cn