① 礦床變化與保存的研究方法
成礦作用過程是比較復雜的,再加上成礦後變化就更為復雜,前一作用過程的產物又被後來的多次作用過程所改造、疊加或破壞。只能根據現在保存下來的混雜的地質作用產物來推斷其初始組成與結構,並推斷其演變過程。因此,應用科學的思維方法和精密的探測、分析、測試技術來研究礦床變化和改造。常用的方法有:
(一)礦化區地質填圖(大、中比例尺)
是研究礦床變化保存的基本方法。通過周密的地質觀測、制圖和相關的測試、鑒定工作,可以查明礦體、礦床、礦田內與礦化有關地質體的空間展布、相互關聯和時間序次,包括穿插、包裹、蝕變、剝蝕、掩蓋、錯動等反映原生與次生、早成與後成的各種信息。制圖比例尺可根據研究對象的尺度而有所不同。也可根據需要進行專門制圖,如水文地質制圖、構造地球化學制圖以及各種精細的地表露頭和坑內地質素描等。
(二)構造解析法
構造活動是控制礦床變化改造的基本因素之一。按構造與成礦的時間關系可大體劃分為成礦前構造、成礦期構造和成礦後構造。成礦前、成礦期構造在成礦後的持續活動常使礦體產狀和結構復雜化,而新生的成礦後構造對礦床的破壞和改造最為直接和顯著(翟裕生等,1993,1997)。
(三)礦物學和蝕變岩石學研究
礦床的變化和改造集中地表現在原生礦物和岩石的改造(結構的、構造的、化學成分的)。詳細地對比研究原生礦物、岩石和次生礦物、岩石(包括蝕變岩石)的組構和成分的差異,及其所佔有的空間和發生的時間,十分有助於判斷礦床發生變化的類型和強度,並有可能做出定量的分析。也可探索並識別出礦床被改造程度的次生標型礦物(組合),作為一種實際的判別標志。
(四)地球化學方法
運用地質和地球化學方法,可以從水系沉積物、土壤和岩石的元素地球化學測量結果(異常圖)中,區分開礦化原生異常場和成礦後次生異常場。再結合含礦區域和礦床的地質構造條件分析,去追溯礦床或礦集區中成礦元素及伴生元素的後生遷移路徑、遷移距離和分帶情況,從而提供有關礦床變化、改造的有用信息。運用生物地球化學方法還可查明生物有機質對礦床中有用物質的改造和再遷移作用。
(五)地球物理方法
地球物理勘查獲得的豐富信息不僅用於找尋礦床,還可用於研究礦床中礦體、圍岩等物理性質的變化。譬如,具強磁性含礦侵入體中局部弱磁異常可能是岩體的被蝕變部分,或是後來弱磁性岩牆的侵入部位。含多量硫化物的斑岩體有較強的電異常,但硫化物氧化為褐鐵礦後,則電異常顯著減弱。這些情況說明,結合地質情況,充分利用物探信息,也是研究礦床變化的一種手段。
(六)地理學和氣象學的方法
這對研究地表礦床的風化剝蝕過程是很有必要的。不同的地理空間和地貌景觀如經緯度、海拔高度、高山、丘陵、平原、窪地、河流、湖泊、海岸等各有不同的風化剝蝕強度,而氣象因素如氣溫、氣壓、濕度、降雨量、風力及風向、冰凍、積雪等又直接左右表生風化作用進行。這些因素都控制著礦床露頭的變化改造作用。
(七)礦床形成年代、改造年代和變化時段的測定
運用同位素定年方法,結合地質分析,可從時間維去認識礦床變化改造的地質年齡、經歷的時間、變化的速率等,幫助了解礦床變化的階段性及每個階段的變化特徵。目前,在礦床成礦年齡方面已積累了大量的測定數據,還需密切結合地質體時-空關系來慎重比較和釐定,而關於礦床改造年齡方面研究剛剛起步,需要積累資料和經驗。
(八)模擬實驗
現有的成岩成礦實驗大都是模擬礦床形成過程的物理化學作用及控制參量(高溫高壓、常溫常壓及其他),而很少注意到對礦床改造破壞過程的實驗研究。應該有重點地開展這類研究,以便獲得規律性認識;還可為研究礦床表生變化中有害元素分散對生態環境的損害作用提供可借鑒的資料。
② 礦床學的研究內容
可概括為研究礦床的特徵及形成條件、形成作用與過程時空分布及其控制因素。前闡明礦床的成因,後者查明礦床的分布規律。礦床學正是圍繞著這些問題的提出和解決不斷發展起來的。
研究一個礦床的工作內容大體包括以下方面:1.區域地質特徵,礦床在區域地質構造分區中的位置,該地區的沉積作用、岩漿作用,構造發展和成礦的有利背景。2.礦區地質特徵,區內的岩石、構造類型和特點,礦床的產出及分布。3.礦體的產狀和形態及其空間位置的控制,礦體內外礦化特徵變化的查明。4.礦石的類型,礦石的組成和組構,有用組分的存在形式,影響礦石質量的因素。5.綜合研究,礦床成因和類型的確定,礦床的評價。
③ 礦床學主要研究的基本任務和主要內容是什麼
礦床學是研究在地殼中形成條件、成因和分布規律的科學。
礦床學以礦床為研究對象,其基本任務是:
第一,正確認識各類礦床的地質特徵、形成條件和形成過程,查明礦串成因。
第二,查明礦床在時間上和空間上的煙花特徵,認識礦床在地殼中的分布規律,以便預測在各種地質環境中,可以期望找到何種礦產和礦床類型。
④ 主要研究方法
研究金屬礦床成礦時代的常用方法有三種,一是礦石鉛同位素年代學方法,二是蝕變礦物的同位素測年方法,三是據賦礦圍岩、控礦構造及與礦化有關岩脈的時代間接推斷礦脈形成時代。本書主要應用這三種不同的年代學方法確定礦床成礦時代,同時注意不同方法所得年齡的對比分析與相互驗證。近年來發展起來的錸-鋨同位素年代學方法能直接測定輝鉬礦等礦石礦物的形成時代,然而這種方法在我國目前尚處在試用階段,在燕山地區尚未全面展開該項測年工作。
一、普通鉛同位素的演化模式與年齡計算公式
礦石鉛同位素年代學方法是直接測定成礦時代的重要研究方法,被廣泛用於世界各地的金屬礦床。目前常用的鉛同位素演化模式包括單階段模式如Holms-Houtermans模式,二階段模式如正常鉛混合模式、瞬間增長模式與連續增長模式,多階段模式如簡單的三階段鉛混合模式等。但這些模式都存在嚴格的應用條件。單階段模式只適合於封閉體系、無後期鉛混染的少數幾個整合礦床;簡單的二、三階段模式要求體系相對封閉,各階段異常鉛只能來自於單一的且鈾、釷、鉛同位素比值均一的源區,還要求體系在各階段的鉛同位素均勻分布。這些模式在一般的造山帶與地盾、地台區,都能有效地用於確定礦床成礦時代。然而,燕山陸內造山帶具有十分復雜的地質過程,礦質具有兩種以上的復雜來源;成礦體系多屬開放體系,鈾-釷-鉛同位素混合過程也頗為復雜,存在多種不同的情況;上述幾個特殊的鉛同位素模式不足以概括本區常見的開放體系鉛的混合過程,以至於使本區已積累的近百組鉛同位素資料長期以來得不到充分利用,求不出有地質意義的成礦時代。為此,筆者首先從理論上分析常見開放體系鉛同位素混合過程,建立開放體系鉛同位素演化模式,推導其年齡計算公式。這些模式在燕山地區成岩成礦時期的研究中,取得了良好的應用效果。
1.基本假設
(1)同一來源的206Pb、207Pb、208Pb、204Pb以相同的概率進入同一樣品。不同鉛同位素化學性質的相似性,使這一假設在各種地質過程中都能成立。
(2)同一時代地質體的N(238U)/N(204Pb)(即μ值)與N(235U)/N(204Pb)(v值)可以變化;鈾的丟失與加入常造成這種結果。
(3)當鉛混合時,鉛同位素可來源於兩種以上不同的鉛源,包括正常鉛鉛源與放射成因異常鉛鉛源;同一鉛源對不同樣品的貢獻可以不一樣,即同一體系不同樣品的鉛同位素來自於任一源區的概率可以不一樣。
(4)體系中的鉛可以來自於一個至數個放射性成因鉛源,將N(238U)/N(204Pb)=μi的源區叫μi源。
(5)鈾、鉛及其同位素在地幔中均勻分布。
(6)鉛在最後一階段混合後,保持其同位素比值,直至現代。
2.二階段鉛混合的系統模式
設樣品來自於t1時形成正常鉛的概率為α1,來自於T至t2時期形成的放射成因鉛的概率為α2。t2混合時,設有m個μi源,樣品中混合鉛來自於μi源的概率為βi。t2混合之後,樣品鉛同位素組成可表示為:
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
式中:
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
a0、b0為T=4550Ma時地球的初始鉛同位素組成;α1+α2=1,
模式Ⅰ當α1=1,α2=0時,由(3.1.1)、(3.1.2)式知,二階段鉛退化為單階段鉛。這時為正常鉛,樣品點在N(207Pb)/N(204Pb)—N(206Pb)/N(204Pb)坐標圖中分布於一點。據(3.1.3)、(3.1.4)式得:
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
由(3.1.5)式與(3.1.3)、(3.1.4)式可計算成岩或成礦年齡t1與源區μ,v值。該模式相當於H-H模式(G.福爾,1983)。
模式Ⅱ0<αi<1,i=1,2;β1=1,βj=0(2≤j≤m),μ1=μ;這時(3.1.1),(3.1.2)式可簡化為:
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令
由(3.1.6)、(3.1.7)式得:
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當αi對不同樣品取值不一樣時,樣品點呈線性分布,直線斜率為R,如圖3-1所示。樣品點分布於增長曲線的弦上,等時線與增長曲線的兩交點對應時代t1與t2相當於兩次普通鉛的形成時代。該模式相當於前述已有的正常鉛與正常鉛混合二階段模式。當已知t1與t2之一時,可據R求出另一時代。
模式Ⅲ-1當i=1,2時,0<αi<1,0<βj<1(1≤j≤m),βj及
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(3.1.8)式中,
模式Ⅲ-20<αi<1,i=1,2;0≤βj<1,1≤j≤m;α1對不同樣品皆非恆定值,βj對不同樣品非定值;這時,若
圖3-1模式Ⅱ圖解
Fig.3-1Lead-isotope evolution of modelⅡ
圖3-2模式Ⅲ-1圖解
Fig.3-2Lead-isotope evlution of modelⅢ-1
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令
由於
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這時,樣品點呈線性分布,據直線斜率能求出t1與t2之一。
令
模式Ⅲ-3當0<αi<1,0≤βj<1(i=1,2,1≤j≤m),βj、αj對不同樣品皆非常數時,若樣品的α1值僅取幾個定值之一,當樣品點足夠多時,樣品點呈圖3-4所示分布狀態,即分布於一組平行直線上。據直線斜率能求出t1或t2,斜率R可表示為:
圖3-3模式Ⅲ-2圖解
Fig.3-3The first lead-isotope evolution of model Ⅲ-2
圖3-4模式Ⅲ-3圖解之一
Fig.3-4The first lead-isotope evolution of model Ⅲ-3
當
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當
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
若αi對不同樣品都不一樣時,樣品點呈星散狀分布(圖3-5),這時無法求出t1或t2的真實值。
圖3-5模式Ⅲ-3圖解之二
Fig.3-5The second lead-isotope evolution of model Ⅲ-3
3.三階段鉛混合的系統模式
設一階段鉛的分離時代為t1,二階段鉛的混合時代為t2,三階段鉛的混合時代為
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(3.1.12)、(3.1.13)式為一般情況下三階段鉛混合時的定量關系式。不同條件下,三階段混合鉛具有不同特徵,對應於不同的鉛演化圖,下面分別予以討論。
(1)ε1=1,εi=0,2≤i≤n+1,這時三階段鉛退化為二階段鉛。
(2)0<ε1<1;εi=0,2≤i≤n;0<εn+1<1,這時(3.1.12)、(3.1.13)式可寫成:
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模式Ⅳ當β1=1,βj=0,2≤j≤m時,(3.1.14)與(3.1.15)式可寫成:
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若放射性鉛與普通鉛在T到t2期間有相同的演化過程和成分,即
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
這時相當於G.福爾提出的簡單三階段模式;且樣品點或呈線性分布(圖3-6),或分布於一點。據等時線斜率R能求出t2與t3之一:
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
模式Ⅴ-1當所有樣品的ε1、Xt2、Yt2取相同值時,則ε1·Xt2、ε1·Yt2為常量。若βj對所有樣品取相同值,0≤βj≤1,1≤j≤m;這時三階段樣品鉛同位素構成一點。據(3.1.14)、(3.1.15)式,有
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只有當ε1及Xt2、Yt2都已知時,才能求出t3;一般情況下,若上述三參數未知,則無法計算出真實年齡t3。
模式Ⅴ-2當ε1及Xt2、Yt2為常量,而不同樣品βj不同時,1≤j≤m,若
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這時,樣品點呈線性分布(圖3-7),直線斜率一般較大。據R能求出t3。
圖3-6混合鉛模式Ⅳ圖解
Fig.3-6Lead-isotope evolution of model Ⅳ
圖3-7模式Ⅴ-2圖解
Fig.3-7Lead-isotope evolution of model V-2
模式Ⅵ當所有樣品點的Xt2、Yt2恆定時,若0≤βj≤1,1≤j≤m,βj非常數;而Xt2
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令
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
這時,樣品點呈線性分布,分布特徵類似於模式Ⅲ-2,如圖3-8所示。
模式Ⅶ當Xt2、Yt2恆定,ε1、β,對不同樣品取不同值時,若
圖3-8模式Ⅵ圖解
Fig.3-8Lead-isotope evolution of model Ⅵ
(3)當不同樣品的Xt2、Yt2不同,0≤εi<1,1≤i≤n+1時,有下列模式:
模式Ⅷ若Xt2、Yt2呈線性分布,不同樣品點εi相同(1≤i≤n),0≤βj<1(1≤j≤m);則有幾種可能性:
模式Ⅷ-1若βj恆定,1≤j≤m,則(3.1.12)、(3.1.13)式可寫成:
圖3-9模式Ⅶ圖解
Fig.3-9Lead-isotope evolution of model Ⅶ
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令
由於βi為常量,對所有1≤j≤m都成立,所以
圖3-10模式Ⅷ-1圖解
Fig.3-10Lead-isotope evolution of modelⅧ-1
模式Ⅷ-2若
圖3-11模式Ⅷ-2圖解
Fig.3-11Lead-isotope evolution of modelⅧ-2
模式Ⅸ若(Xt2,Yt2)呈線性分布,不同樣品εj值相同,βj值不同,
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這時樣品點沿兩組斜率較大的平行直線分布。當樣品點足夠多而能求出r1,與r2時,則可據此求出t1、t2或t3。
模式X若(Xt2,Yt2)呈線性分布,但εi,βj對不同樣品不取恆定值時,則據(3.1.12)、(3.1.13)式,樣品點呈星散狀分布,或呈線性沿兩組平行直線分布。後一種分布狀狀只有當εi對不同樣品點僅取幾組確定值時才能出現,據平行直線的斜率能求出t3,斜率r2為:
當
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當
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
模式Ⅺ當(Xt2,Yt2)不呈線性分布,而呈星散狀分布時,則三階段鉛樣品點仍呈星散狀分布,這時無法求出t3與t2的真實值。
模式Ⅻ當(Xt2,Yt2)分布於數條平行直線上,而βj、εj恆定時,由(3.1.12)、(3.1.13)式可得出樣品點的(Xt3,Yt3)仍呈線性分布,斜率與二階段等時線相同(圖3-12);據斜率r1可求出t1或t2,詳見模式Ⅲ-3,但無法求出t3。
模式ⅩⅢ當(Xt2,Yt2)呈線性分布於數條平行直線上(其斜率為r1),若ε1恆定,βj對不同樣品取值不盡相同,則由(3.1.12)、(3.1.13)式可導出:當樣品點足夠多時,樣品點分布於一個菱形區域內,類似於圖3-11所示的三階段鉛樣品點的分布狀態;據兩組直線斜率r1、r2能求出t1、t2或t3,r2表達式為:
當
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
當
燕山陸內造山帶金-多金屬成礦作用與構造-成礦關系
以上從理論上分析了開放體系多種情況下鉛同位素的演化模式。可以看出,混合鉛樣品點呈同一或類似分布狀態時,可對應一個至數個不同的地質過程。因此在應用鉛同位素研究地質問題時,應盡量取足夠多的樣品;在樣品點足夠多的前提下,結合其它地質與地球化學資料進行綜合分析,以便合理地解釋鉛同位素的演化,求出成岩、成礦時代。這些模式在燕山地區成岩成礦時期研究中,取得了較好的應用效果。
圖3-12模式Ⅻ圖解
Fig.3-12Lead-isotope evolution of modelⅫ
二、其它研究方法簡介
1.據礦石蝕變礦物的K-Ar法、Rb-Sr等時線法、裂變徑跡法確定成礦時代
上一章已述,燕山地區大部分類型的礦化都伴有強烈的蝕變,蝕變階段性與礦化階段性存在良好對應關系,兩者形成時間相近。因此,蝕變礦物的同位素年齡能代表成礦時代。
蝕變礦物絹雲母、白雲母、鉀長石等適合於K-Ar法年齡測定,白雲母、絹雲母的K-Ar法年齡能較好地反映同期礦化時代。
近礦蝕變礦物絹雲母、白雲母等的單礦物Rb-Sr等時線法年齡也能准確地反映成礦時代,是確定礦床形成時代的良好方法。
蝕變礦物的裂變徑跡法年齡常較實際成礦時代偏小,其上限能大致代表成礦時間(楊應平,1985,碩士論文)。
2.據賦礦圍岩時代與礦區岩脈時代間接推斷成礦時代
當有充分的資料說明礦化與圍岩成岩作用存在成因聯系時,圍岩時代能代表成礦時代下限。表3-1說明燕山地區中生代賦礦岩體時代與礦化時代的一致性。
當礦區內存在大量岩脈時,根據岩脈時代及岩脈與礦體相互穿切關系,也能較好地推斷成礦時代。
表3-1岩體與其中金礦時代對比表
3.據同成礦期控礦構造的成生、活動時間推斷成礦時代
任何控礦構造都屬於某一個或某些構造體系,皆有一定的形成與活動時期;因此據同成礦期控礦構造的時代能定性推斷部分礦床的成礦時代。古構造篩分有助於這方面的研究工作。
⑤ 研究思路、研究內容及研究方法
一、研究思路
在充分收集、消化和吸收前人資料的基礎上,以現代地球科學和成礦理論為指導,並綜合礦床學、岩石學、流體包裹體、同位素地質年代學、同位素地球化學、岩石地球化學等多學科知識,採用野外地質調查與室內研究相結合、宏觀與微觀研究相結合、岩(礦)相學與礦床地球化學相結合、礦物學研究與同位素測試相結合等綜合性研究方法,對兩個典型礦床開展全方位剖析,並進行對比,總結成礦規律,建立成礦模式。
二、研究內容及研究方法
在系統的野外地質調查和詳細的室內研究工作基礎上,以哈達門溝金礦床和金廠溝梁金礦床為研究對象,通過元素地球化學、同位素地球化學、同位素年代學和流體包裹體測試等手段,深入剖析金-鉬(銅)礦床(點)的產出環境、地質特徵,以確定金-鉬(銅)礦床的礦床類型和成礦機理過程以及成礦流體的形成、運移和演化規律,探討岩漿活動和金礦成礦的關系,在此基礎上確定找礦方向;主要研究內容包括:
(1)全面收集前人工作成果,包括礦區地質勘查報告、研究報告、區域地質調查報告以及科研論著和文獻,綜合分析已有資料取得的成果和存在的問題,有針對性地開展研究工作。
(2)重點對兩個典型礦床開展詳細的礦床學研究,開展以路線地質觀察、典型剖面測量,了解工作區內地層、構造、岩漿岩演化特徵,查明它們之間的空間分布關系;重點觀察研究含礦地質體及礦體的產出特徵、幾何形態、接觸關系、岩礦石類型和熱液蝕變特徵。在以上野外地質調查基礎上,有針對性地採集岩(礦)石標本樣品。
(3)選取代表性岩礦(石)標本,磨製光(薄)片,碎樣,挑選單礦物,為開展室內研究和各種地球化學測試做准備。
(4)對代表性金礦礦石樣品進行流體包裹體研究,進行溫度、壓力、鹽度和成分測定,查明成礦流體的主要物質組成,成礦的物理化學條件的變化,推斷成礦流體的來源、運移和演化,揭示成礦作用過程。
(5)對代表性岩礦石樣品進行稀土元素、微量元素和主量元素特徵研究,揭示成礦過程中元素的遷移變化特徵以及與區域岩漿活動的關系。
(6)對代表性岩礦石樣品進行鍶-釹-鉛同位素研究,確定成岩(礦)物質來源、源區特徵和演化過程,了解殼、幔物質在含礦侵入岩和金屬礦體中所佔比例。通過氫-氧-硫同位素的研究,對成礦流體的產物(礦石和蝕變岩及其所含礦物)進行系統分析,闡明成礦流體來源和運移過程以及成礦物質聚集機理,揭示地殼不同期次演化階段岩漿活動與金屬成礦作用的耦合關系。
(7)開展同位素年代學研究,通過鋯石SHRIMP U-Pb和LA-ICP-MS U-Pb方法對岩體年齡進行約束,通過輝鉬礦Re.Os,絹雲母和鉀長石等含鉀礦物Ar-Ar年齡測定來確定成礦作用的時限。
(8)綜合研究,結合本次野外觀察和室內測試成果,對礦床產出的地質環境、礦體特徵、礦床成因開展解剖性研究工作,探討礦床成因和成礦機制。在此基礎上,開展兩個典型礦床的對比研究工作,並結合區域構造-岩漿演化,深化對華北板塊北緣金礦成礦規律的認識,為區域金礦找礦勘查提供指導。
⑥ 請問研究礦床的成礦時代有哪些辦法
1、可以用地球化學的方法:根據礦床中一些放射性元素的衰變規律及其半衰期反推,計算得到礦床的成礦年代;
2、可以用地質的方法:內生礦床,可以根據岩體的產狀、岩體與地層的接觸關系、岩漿侵入的地層判斷岩漿和沉積岩層哪個先形成,從而得知岩體侵入的年代;外生礦床,也可以根據礦床賦存和接觸的地層判斷它形成於哪個時代。因為地層都是已知了形成時間的。通過比較時間的先後就可以得知礦床的形成時代。
⑦ 論述礦床成因的研究方法
礦床學第一章就有礦床成因的研究方法。