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湘鄂西地区晚埃迪卡拉世-早寒武世硅质岩成因及其页岩气地质意义

危凯 陈孝红 王传尚 刘安 曾雄伟 李志宏

危凯, 陈孝红, 王传尚, 刘安, 曾雄伟, 李志宏. 湘鄂西地区晚埃迪卡拉世-早寒武世硅质岩成因及其页岩气地质意义[J]. 地质科技通报, 2020, 39(2): 20-30. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0203
引用本文: 危凯, 陈孝红, 王传尚, 刘安, 曾雄伟, 李志宏. 湘鄂西地区晚埃迪卡拉世-早寒武世硅质岩成因及其页岩气地质意义[J]. 地质科技通报, 2020, 39(2): 20-30. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0203
Wei Kai, Chen Xiaohong, Wang Chuanshang, Liu An, Zeng Xiongwei, Li Zhihong. Origin of siliceous rocks in west Hunan and Hubei Provinces during Late Ediacaran-Early Cambrian, and its geological significance of shale gas[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(2): 20-30. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0203
Citation: Wei Kai, Chen Xiaohong, Wang Chuanshang, Liu An, Zeng Xiongwei, Li Zhihong. Origin of siliceous rocks in west Hunan and Hubei Provinces during Late Ediacaran-Early Cambrian, and its geological significance of shale gas[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(2): 20-30. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0203

湘鄂西地区晚埃迪卡拉世-早寒武世硅质岩成因及其页岩气地质意义

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0203
基金项目: 

国家科技重大专项 2016ZX05034001-002

中国地质调查局地质调查项目 DD20160179;DD20190823

详细信息
    作者简介:

    危凯(1983—),男,高级工程师,主要从事沉积地球化学研究工作。E-mail:kaiwei1983@163.com

  • 中图分类号: P581

Origin of siliceous rocks in west Hunan and Hubei Provinces during Late Ediacaran-Early Cambrian, and its geological significance of shale gas

  • 摘要: 湖北宜昌地区在寒武系水井沱组取得页岩气重大突破后,中扬子地区下寒武统富有机质页岩受到了更加广泛的关注。为了查明这套富有机质页岩的成因及其与下伏硅质岩之间的内在联系,系统采集了鄂西宜昌地区鄂宜地2井岩家河组和湘西桃源、张家界地区留茶坡组-牛蹄塘组的硅质岩,利用主量元素和稀土元素数据分析了硅质岩成因,并探讨了不同地区、不同沉积模式及其对下寒武统富有机质页岩形成的意义。结果表明:①鄂宜地2井岩家河组硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)值介于0.30~0.68,在Al-Fe-Mn三角判别图和Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)图解上集中分布在沉积成因区;稀土元素Eu异常不明显,配分曲线为平坦模式,且(La/Yb)N介于1.01~1.81,指示岩家河组硅质岩为沉积成因。②湘西桃源和张家界地区的硅质岩明显分为两种成因。留茶坡组硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值介于0.03~0.19,在Al-Fe-Mn三角图上靠近Fe一端,稀土元素表现明显的Eu正异常,且配分曲线以重稀土元素相对富集的左倾斜为主,指示明显的热液成因;牛蹄塘组硅质岩则表现相反,指示沉积成因。③埃迪卡拉纪末期,湘西斜坡地区靠近热液喷流中心,因此留茶坡组硅质岩以热液成因为主,而宜昌地区位于局限台地附近,富硅热液因受到阻隔而无法进入,因此硅质岩为沉积成因;至寒武纪早期,随着气候变暖、海平面上升,湘西和鄂西地区海水连通,因此该时期硅质岩均为沉积成因。埃迪卡拉纪末期的热液活动为海洋生物的繁盛提供了大量的磷等无机营养元素,对下寒武统水井沱组/牛蹄塘组富有机质页岩的形成具有重要的意义。沉积成因的硅质页岩相很可能是页岩气的有利相带,这或许能为页岩气勘探提供一个新的思路。

     

  • 图 1  研究区采样位置图(岩相古地理图据文献[19]修改)

    Figure 1.  The study area and sampling locations

    图 2  湘鄂西岩家河组和留茶坡组地层对比图(碳同位素曲线据文献[8]修改)

    Figure 2.  Correlation of Yanjiahe Formation and Liuchapo Formation in west Hunan and Hubei Provinces

    图 3  鄂宜地2井岩家河组硅质岩样品的Al-Fe-Mn图解(a)和Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)图解(b)(底图据文献[25, 27]修改)

    Figure 3.  Al-Fe-Mn(a) and Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn) (b) diagrams for siliceous rocks in Yanjiahe Formation, YIDI-2 Well

    图 4  鄂宜地2井岩家河组硅质岩样品的REE北美页岩标准化配分模式

    Figure 4.  NASC-normalized REE patterns for siliceous rocks in Yanjiahe Formation, YIDI-2 Well

    图 5  湖南湘西留茶坡组-牛蹄塘组硅质岩Al-Fe-Mn三角图

    YXY.桃源叶溪堉;LGG.桃源理公港;TP.张家界田坪;Z2l.埃迪卡拉系留茶坡组;∈1n.寒武系牛蹄塘组

    Figure 5.  Al-Fe-Mn diagram for siliceous rocks of Liuchapo-Niutitang Formation in west Hunan Province

    图 6  湖南桃源和张家界地区留茶坡组-牛蹄塘组硅质岩REE北美页岩标准化配分曲线图

    A.桃源叶溪堉剖面;B.张家界田坪剖面;C1.桃源理公港剖面留茶坡组顶部-牛蹄塘组;C2.桃源理公港剖面留茶坡组

    Figure 6.  NASC-normalized REE patterns for siliceous rocks of Liuchapo-Niutitang Formation in Taoyuan and Zhangjiajie area, west Hunan Province

    图 7  湘鄂西地区埃迪卡拉纪-寒武纪转折期硅质岩和黑色页岩沉积模式

    Figure 7.  Deposition model of siliceous rocks and black shales in west Hunan and Hubei Provinces during the transition period of Ediacara-Cambrian

    表  1  鄂宜地2井岩家河组下段硅质岩主量元素分析结果

    Table  1.   Major element contents in siliceous rocks of Yanjiahe Formation, YIDI-2 Well

    样号 井深/m SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO CaO MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO 灼失 Al/(Al+Fe+Mn)
    wB/%
    847 1 776.0 62.00 11.99 4.80 1.33 0.984 2.46 5.86 0.206 0.636 0.226 0.014 8.86 0.58
    848 1 776.7 62.84 11.31 3.62 1.52 2.60 2.27 5.27 0.217 0.614 1.520 0.013 7.60 0.61
    849 1 777.7 74.50 7.81 2.59 2.12 0.713 1.57 3.70 0.165 0.403 0.111 0.020 5.83 0.53
    851 1 778.6 73.59 8.54 2.72 1.64 0.946 1.57 3.87 0.169 0.501 0.365 0.018 5.54 0.58
    853 1 779.1 63.45 9.44 3.37 1.77 5.14 1.81 4.15 0.203 0.521 3.430 0.014 6.03 0.56
    855 1 779.9 91.80 1.62 0.713 1.77 0.326 0.308 0.59 0.125 0.084 0.050 0.027 2.22 0.30
    856 1 780.6 63.73 9.97 2.68 1.54 5.33 1.60 4.58 0.212 0.616 3.820 0.010 5.46 0.62
    858 1 781.1 64.09 12.66 3.25 1.72 1.45 2.03 5.82 0.203 0.734 1.020 0.015 6.45 0.64
    860 1 781.8 60.87 15.24 3.24 2.02 0.522 2.64 6.70 0.224 0.895 0.313 0.013 6.65 0.67
    862 1 782.4 59.50 6.33 1.87 1.46 7.78 5.71 2.94 0.139 0.321 0.446 0.021 13.13 0.57
    864 1 783.0 84.84 5.32 1.03 1.67 0.657 0.60 2.93 0.138 0.380 0.434 0.020 1.67 0.57
    866 1 783.5 88.25 3.50 0.801 3.01 0.364 0.55 1.82 0.128 0.278 0.054 0.036 0.723 0.38
    868 1 784.6 83.98 5.89 1.20 1.73 0.365 0.765 3.23 0.133 0.418 0.171 0.019 1.75 0.58
    870 1 785.5 69.49 9.23 2.16 1.70 2.80 2.70 4.51 0.163 0.619 0.499 0.016 5.74 0.62
    872 1 786.5 73.14 10.56 2.03 1.44 0.626 1.67 5.52 0.181 0.911 0.213 0.013 3.33 0.68
    874 1 787.5 65.30 7.48 1.72 1.44 5.23 4.54 3.72 0.146 0.506 0.090 0.020 9.50 0.62
    876 1 788.5 63.36 2.82 1.32 2.69 8.78 5.73 1.45 0.114 0.225 0.150 0.037 12.90 0.32
    881 1 791.9 71.38 3.59 0.939 1.73 5.96 4.25 1.69 0.108 0.293 0.082 0.056 9.62 0.47
    883 1 792.8 82.46 4.78 1.30 2.03 1.33 1.43 2.40 0.144 0.384 0.084 0.030 3.29 0.49
    887 1 795.75 70.46 10.29 1.52 1.88 1.99 2.35 5.32 0.154 0.749 0.137 0.017 4.75 0.67
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    表  2  鄂宜地2井岩家河组下段硅质岩稀土元素分析结果

    Table  2.   Rare earth element contents in siliceous rocks of Yanjiahe Formation, YIDI-2 Well

    样号 井/m La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y ΣREE (La/Yb)N δEu δCe
    wB/10-6
    847 1 776.0 24.40 36.20 4.93 19.20 3.58 0.76 3.32 0.55 3.41 0.74 2.11 0.34 2.13 0.30 22.20 102.0 1.08 1.03 0.78
    848 1 776.7 42.50 63.20 9.52 37.50 6.90 1.46 6.44 1.04 5.98 1.22 3.18 0.45 2.66 0.35 41.80 182.4 1.51 1.03 0.74
    849 1 777.7 16.20 23.10 2.97 11.30 2.08 0.44 1.91 0.31 1.89 0.40 1.19 0.19 1.26 0.18 11.50 63.4 1.21 1.04 0.78
    851 1 778.6 20.00 30.30 4.24 16.50 3.14 0.68 2.76 0.45 2.66 0.53 1.48 0.23 1.41 0.19 16.00 84.6 1.34 1.08 0.78
    853 1 779.1 36.60 51.70 7.71 30.00 5.28 1.12 5.06 0.79 4.58 0.92 2.43 0.34 1.97 0.26 32.10 148.8 1.75 1.02 0.73
    855 1 779.9 2.42 3.34 0.39 1.49 0.28 0.11 0.24 0.04 0.26 0.06 0.18 0.03 0.22 0.03 1.76 9.1 1.04 1.99 0.80
    856 1 780.6 52.80 72.00 10.70 41.60 7.70 1.76 7.13 1.17 6.94 1.40 3.62 0.48 2.78 0.36 47.00 210.4 1.79 1.11 0.71
    858 1 781.1 27.60 37.70 5.05 18.90 3.28 0.73 3.07 0.49 3.01 0.65 1.89 0.30 2.06 0.28 21.30 105.0 1.26 1.08 0.75
    860 1 781.8 25.50 36.90 4.47 16.70 2.98 0.61 2.60 0.40 2.50 0.56 1.71 0.30 2.07 0.30 16.70 97.6 1.16 1.03 0.81
    862 1 782.4 18.60 30.60 4.63 18.50 3.41 0.78 3.09 0.49 2.70 0.53 1.33 0.18 1.17 0.15 16.40 86.2 1.50 1.13 0.78
    864 1 783.0 19.00 37.80 5.38 22.20 4.24 0.95 3.71 0.56 3.00 0.56 1.38 0.18 1.12 0.15 15.50 100.2 1.60 1.12 0.89
    866 1 783.5 8.34 14.70 1.71 6.40 1.15 0.33 1.02 0.16 0.90 0.19 0.56 0.09 0.59 0.09 5.04 36.2 1.33 1.43 0.92
    868 1 784.6 15.50 27.20 3.56 13.70 2.54 0.54 2.19 0.33 1.75 0.36 0.95 0.14 0.91 0.12 9.82 69.8 1.61 1.07 0.87
    870 1 785.5 36.60 64.10 9.44 40.00 8.03 1.74 6.77 1.05 5.38 0.99 2.43 0.33 1.99 0.26 28.50 179.1 1.73 1.11 0.82
    872 1 786.5 35.70 61.00 7.38 28.20 4.91 0.99 4.40 0.68 3.88 0.80 2.25 0.34 2.18 0.30 22.00 153.0 1.54 1.00 0.89
    874 1 787.5 24.60 36.00 4.56 16.50 2.72 0.59 2.47 0.38 2.24 0.46 1.29 0.20 1.28 0.18 12.70 93.5 1.81 1.07 0.80
    876 1 788.5 15.60 24.40 3.54 14.40 2.55 0.55 2.23 0.34 1.87 0.36 0.96 0.13 0.82 0.11 10.20 67.9 1.79 1.083 0.78
    881 1 791.9 11.20 17.40 2.35 9.01 1.64 0.39 1.44 0.22 1.31 0.27 0.72 0.11 0.74 0.10 7.01 46.9 1.43 1.191 0.80
    883 1 792.8 12.80 20.00 2.59 9.96 1.72 0.47 1.56 0.25 1.46 0.31 0.88 0.13 0.87 0.12 8.43 53.1 1.39 1.347 0.82
    887 1 795.75 23.10 36.40 4.59 17.20 3.13 0.69 2.80 0.45 2.71 0.56 1.59 0.25 1.61 0.22 15.20 95.3 1.35 1.094 0.83
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    表  3  湖南桃源叶溪堉、理公港和张家界田坪剖面留茶坡组-牛蹄塘组硅质岩主量元素分析结果

    Table  3.   Major element contents in siliceous rocks of Liuchapo-Niutitang Formation in Yexiyu section, Ligonggang section of Taoyuan, Tianping section of Zhangjiajie, Hunan Province

    样号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO CaO MgO K2O Na2O TiO2 P2O5 MnO 灼失 Al/(Al+Fe+Mn)
    wB/%
    YXY∈1n-6Si 81.81 6.770 0.030 1.09 0.191 0.614 1.610 0.840 0.346 0.020 0.009 4 6.250 0.80
    YXY∈1n-5Si 85.10 4.860 0.013 0.93 0.071 0.412 1.140 0.684 0.254 0.016 0.011 6.170 0.77
    YXY∈1n-4Si 82.50 6.390 0.233 1.03 0.045 0.535 1.480 0.825 0.311 0.016 0.008 9 6.230 0.77
    YXY∈1n-3Si 84.72 4.410 0.011 0.993 0.119 0.399 1.000 0.613 0.236 0.023 0.008 9 7.090 0.74
    YXYZ2l-2Si 69.53 7.390 1.360 0.981 0.135 5.930 1.190 0.590 0.468 0.061 0.020 12.020 0.69
    YXYZ2l-3Si 76.09 8.320 0.370 0.659 0.047 0.684 2.180 1.080 0.567 0.017 0.0069 9.530 0.85
    LGG∈1n-12Si 91.62 3.010 0.521 1.82 0.023 0.428 0.867 0.070 0.196 0.033 0.021 0.696 0.46
    LGGZ2l-11Si 94.73 1.570 0.360 2.16 0.022 0.218 0.482 0.060 0.076 0.028 0.024 < 0.001 0.29
    LGGZ2l-10Si 88.82 4.040 1.380 1.54 0.254 0.482 1.480 0.072 0.183 0.224 0.024 0.991 0.49
    LGGZ2l-9Si 94.67 0.804 0.047 3.37 0.042 0.153 0.200 0.062 0.050 0.021 0.036 < 0.001 0.13
    LGGZ2l-8Si 95.67 0.777 0.030 2.31 0.028 0.129 0.140 0.065 0.046 0.019 0.028 0.423 0.18
    LGGZ2l-7Si 96.53 0.563 0.132 1.42 0.019 0.117 0.123 0.060 0.043 0.016 0.046 0.568 0.19
    LGGZ2l-6Si 96.00 0.413 0.308 2.06 0.048 0.100 0.086 0.058 0.024 0.038 0.024 0.467 0.10
    LGGZ2l-5Si 95.37 0.483 0.0044 2.86 0.025 0.105 0.092 0.060 0.021 0.038 0.039 0.495 0.10
    LGGZ2l-4Si 95.35 0.410 0.072 3.08 0.200 0.104 0.080 0.062 0.021 0.143 0.055 < 0.001 0.08
    LGGZ2l-3Si 95.69 0.368 0.087 2.60 0.043 0.106 0.071 0.069 0.022 0.017 0.043 0.511 0.08
    LGGZ2l-2Si 94.57 0.231 0.011 4.37 0.015 0.088 0.024 0.059 0.015 0.014 0.058 < 0.001 0.03
    LGGZ2l-1Si 95.52 0.490 0.594 2.60 0.024 0.110 0.102 0.064 0.025 0.015 0.046 < 0.001 0.09
    TP∈1n-1Si 86.54 5.620 0.258 1.36 0.238 0.498 2.860 0.092 0.352 0.246 0.010 1.120 0.70
    TP∈1n-2Si 86.56 3.630 1.180 3.04 0.090 0.277 2.010 0.089 0.230 0.103 0.041 2.020 0.36
    TPZ2l-3Si 94.18 1.100 0.017 2.85 0.037 0.127 0.475 0.066 0.136 0.023 0.040 < 0.001 0.20
    TPZ2l-4Si 84.72 6.000 2.030 1.07 0.030 0.516 2.770 0.091 0.386 0.031 0.007 9 1.500 0.58
    TPZ2l-5Si 93.12 1.200 0.247 3.42 0.114 0.160 0.525 0.078 0.138 0.064 0.031 < 0.001 0.18
    TPZ2l-6Si 95.15 0.626 0.243 2.79 0.023 0.104 0.166 0.076 0.042 0.013 0.045 0.232 0.12
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    表  4  湖南桃源叶溪堉、理公港和张家界田坪剖面留茶坡组-牛蹄塘组硅质岩稀土元素分析结果

    Table  4.   Rare earth element contents in siliceous rocks of Liuchapo-Niutitang Formation in Yexiyu section, Ligonggang section of Taoyuan, Tianping section of Zhangjiajie, Hunan Province

    样品名 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y ΣREE (La/Yb)N δEu δCe
    wB/10-6
    YXY∈1n-6 14.60 29.20 2.97 10.20 1.38 0.30 1.21 0.19 1.26 0.30 0.94 0.16 1.18 0.16 7.80 64.05 1.17 1.09 1.05
    YXY∈ 1 n-5 12.10 23.40 2.37 7.99 1.10 0.27 1.05 0.18 1.26 0.29 0.87 0.14 0.95 0.13 7.81 52.10 1.20 1.18 1.04
    YXY∈ 1 n-4 15.20 27.20 2.70 8.91 1.11 0.29 1.01 0.16 1.11 0.27 0.88 0.15 1.08 0.16 7.38 60.23 1.33 1.29 1.01
    YXY∈ 1 n-3 12.50 23.50 2.43 8.43 1.22 0.28 1.07 0.17 1.11 0.26 0.83 0.14 0.99 0.15 7.27 53.08 1.19 1.15 1.01
    YXYZ 2 l-2 26.50 48.80 4.80 18.00 3.31 0.78 2.94 0.48 2.90 0.62 1.81 0.30 1.98 0.27 17.70 113.49 1.26 1.17 1.03
    YXYZ 2 l-3 22.50 42.10 4.30 14.80 1.88 0.39 1.82 0.29 1.99 0.48 1.48 0.26 1.71 0.25 14.50 94.25 1.24 0.99 1.02
    LGG∈ 1 n-12 5.02 8.41 1.13 4.27 0.91 0.27 0.90 0.16 1.08 0.23 0.69 0.12 0.81 0.11 6.08 24.11 0.58 1.40 0.84
    LGGZ 2 l-11 3.38 5.40 0.57 1.96 0.36 0.09 0.30 0.04 0.25 0.05 0.16 0.03 0.18 0.02 1.36 12.79 1.77 1.30 0.92
    LGGZ 2 l-10 3.00 5.90 0.96 5.08 2.00 0.53 1.80 0.30 1.80 0.34 0.85 0.12 0.77 0.10 8.46 23.55 0.37 1.31 0.82
    LGGZ 2 l-9 2.39 3.16 0.52 1.97 0.39 0.15 0.37 0.07 0.50 0.12 0.35 0.06 0.43 0.07 2.61 10.54 0.52 1.85 0.67
    LGGZ 2 l-8 3.93 6.53 0.99 4.24 0.85 0.21 0.82 0.16 1.18 0.26 0.75 0.12 0.84 0.12 7.03 21.00 0.44 1.18 0.79
    LGGZ 2 l-7 2.58 4.96 0.72 3.27 0.64 0.22 0.63 0.12 0.89 0.23 0.75 0.14 0.98 0.15 8.43 16.28 0.25 1.63 0.86
    LGGZ 2 l-6 4.42 7.15 1.08 4.81 1.12 0.25 1.15 0.20 1.38 0.32 1.00 0.16 1.11 0.16 11.60 24.31 0.38 1.03 0.78
    LGGZ 2 l-5 3.41 6.19 1.04 4.90 1.32 0.34 1.38 0.28 1.98 0.44 1.29 0.21 1.43 0.20 13.90 24.41 0.22 1.18 0.78
    LGGZ 2 l-4 4.30 4.24 0.91 4.37 1.88 0.51 2.08 0.35 2.23 0.47 1.30 0.20 1.27 0.18 15.70 24.29 0.32 1.21 0.51
    LGGZ 2 l-3 1.94 2.54 0.35 1.53 0.38 0.12 0.46 0.09 0.69 0.17 0.54 0.08 0.65 0.09 6.53 9.64 0.28 1.35 0.73
    LGGZ 2 l-2 1.75 3.09 0.74 3.81 1.50 0.47 1.67 0.36 2.43 0.46 1.12 0.16 1.04 0.12 10.30 18.72 0.16 1.39 0.64
    LGGZ 2 l-1 4.30 4.02 0.96 3.82 0.82 0.20 0.82 0.15 1.00 0.22 0.64 0.10 0.71 0.10 7.31 17.86 0.57 1.14 0.47
    TP∈ 1 n-1 18.80 26.40 3.87 14.20 2.55 0.59 2.42 0.39 2.39 0.51 1.47 0.24 1.66 0.24 14.00 75.73 1.07 1.11 0.73
    TP∈ 1 n-2 14.70 19.80 2.97 10.70 1.79 0.48 1.71 0.27 1.64 0.34 1.00 0.17 1.19 0.17 8.40 56.93 1.16 1.29 0.71
    TPZ 2 l-3 2.23 3.37 0.54 1.83 0.25 0.31 0.28 0.05 0.36 0.09 0.31 0.05 0.40 0.06 2.38 10.12 0.53 5.50 0.73
    TPZ 2 l-4 14.30 20.30 2.25 6.40 0.56 0.19 0.67 0.10 0.84 0.24 0.87 0.18 1.35 0.20 6.14 48.45 1.00 1.46 0.85
    TPZ 2 l-5 6.44 9.20 1.40 4.87 0.76 0.44 0.70 0.11 0.71 0.16 0.46 0.08 0.54 0.08 3.91 25.95 1.12 2.83 0.73
    TPZ 2 l-6 0.73 1.40 0.20 0.86 0.25 0.14 0.31 0.07 0.57 0.13 0.40 0.06 0.48 0.07 3.35 5.67 0.14 2.36 0.87
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  • 收稿日期:  2019-09-04

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