Material Source Analysis of Daning−Jixian Exploration Area and Its Adjacent Shan–2 Member in the Eastern Margin of Ordos Basin
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摘要:
鄂尔多斯盆地东缘山西组山2段具备优质的源储配置条件，是区域油气勘探的重要储集层位。结合露头古流向、重矿物及碎屑锆石测年数据，对大宁−吉县区块进行山2段物源分析，认为山2段沉积期大宁−吉县区块为南、北双物源共同控制，主要证据有3方面：①大宁−吉县东部露头区2段砂岩古流向发生显著变化，北部临汾市管头镇为由北向南的古流向，南部台头镇却为由南向北的古流向特征。②大宁−吉县油气探区山2亚段砂岩重矿物差异显著，以二郎山旅游区附近为界，超稳定重矿物锆石以及稳定重矿物白钛矿发生了显著的南北分异。③大宁−吉县探区内锆石样品测年峰值南北表现不统一，北部砂岩锆石测年表现为1 800 ～2 000 Ma和2 400 ～2 500 Ma 2个年龄峰值，南部砂岩锆石年龄峰值表现为300～700 Ma、1100～1 200 Ma、1 800～2 000 Ma和2 400～2 600 Ma等4个峰值。该认识不仅为大宁−吉县油气探区砂体展布刻画提供指导性线索的同时，也将为区域山2段沉积期古地理背景研究提供重要证据。
Abstract:The Shan–2 member of Shanxi Formation in the eastern margin of Ordos basin has excellent source reservoir allocation conditions, and is an important reservoir for regional oil and gas exploration. Based on the outcrop paleocurrent, heavy minerals and clastic zircon dating data, the provenance analysis of Shan–2 member in Daning−Jixian exploration area is carried out, and it is considered that the Daning−Jixian oil and gas exploration area in Shan–2 member sedimentary period is jointly controlled by the south and north provenances. The main evidence is as follows. ① There has been a significant change in the ancient flow direction of sandstone in the outcrop area of the eastern part of Daning−Jixian. Guantou Town, Linfen City, in the north, is characterized by a north to south ancient flow direction, while Taitou Town, in the south, is characterized by a south to north ancient flow direction. ② There is a significant difference in the heavy minerals of sandstone in the Shan–2 sub section of the Daning−Jixian oil and gas exploration area. Taking the vicinity of the Erlang mountain tourist area as a boundary, there is a significant north−south differentiation in the ultra stable heavy mineral zircon and stable heavy mineral perovskite. ③ The peak ages of zircon samples in the Daning–Jixian exploration area are not uniform in the north and south. The zircon ages of sandstone in the north show two peak ages (1 800～2 000 Ma, 2 400～2 500 Ma ), while the zircon ages of sandstone in the south show four peak ages (300～700 Ma, 1 100～1 200 Ma, 1 800～2 000 Ma, 2 400～2 600 Ma). This understanding will not only provide guiding clues for the distribution and characterization of sand bodies in Daning−Jixian oil and gas exploration area, but also provide important evidence for the study of the paleogeographic background of the sedimentary period of Shan2 member.
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Keywords:
- Ordos basin /
- Shanxi Formation /
- material source /
- heavy minerals /
- detrital zircon dating
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秦岭造山带作为中国大陆中央造山带的重要组成部分，是由华北与华南板块自新元古代以来经过长期复杂的汇聚作用形成的一条复合型造山带（Mattauer et al.，1985；Kroner et al.，1993；Meng et al.，1999；张国伟等，1996，2001；裴先治等，2002；Dong et al.，2011，2015，2016；Wu et al.，2013）。秦岭造山带东连大别–苏鲁超高压变质岩带，西延昆仑、祁连造山带，夹持于华南、祁连、东昆仑等多个块体之间，形成了“三块夹两缝”的构造格局（Meng et al.，1999；张国伟等，2001，2004；冯益民等，2003）。商丹缝合带位于北部，是古生代秦岭–大别微地块与华北板块碰撞产物（张国伟等，2001），而位于南部的勉略缝合带是勉略洋盆在三叠纪闭合，最终扬子板块与南秦岭–华北克拉通碰撞产物（Dong et al.，2011，2021）；张国伟等（2001）提出西秦岭–松潘大陆构造结来解决其复杂的演化历史和动力学机制。
西秦岭造山带发育了大量的印支期花岗岩（Sun et al.，2002；张成立等，2008；Qin et al.，2009；Zhu et al.，2011，2013；Wang et al.，2013；Xiong et al.，2016），形成于250～225 Ma以及225～200 Ma两个阶段，大量研究（张宏飞等，2005；Cao et al.，2011；Li et al.，2015；Luo et al.，2015）认为西秦岭印支期花岗岩总体化学成分偏基性，属于准铝质–过铝质、高钾–钾玄岩系列I型花岗岩；且发育大小不一的暗色包体，代表一定程度的岩浆混合（李永军，2004；Qin et al.，2010；Li et al.，2015；王晓霞等，2015）。但是西秦岭印支期花岗岩形成的构造环境依旧有不同的观点，包括①形成于后碰撞环境（张成立等，2008，徐学义等，2014）。②印支早期花岗岩形成于活动陆缘下地壳的部分熔融（黄雄飞等，2013），而印支晚期花岗岩形成于华南与华北板块的全面碰撞过程（Qin et al.，2009；Cao et al.，2011；Zhu et al.，2011）。③形成于洋盆消减环境（Jiang et al.，2010）。④形成于活动陆缘，晚三叠世末期洋盆消失并导致随后的全面陆陆碰撞（LI et al.，2015）。但由于西秦岭缺少与碰撞有关的蛇绿岩或高压变质带，也没有古老基底出露，对于这些花岗岩的成因、来源与构造属性依旧存在争议。金维浚等（2005）首次在西秦岭发现了238～245 Ma埃达克岩，并将该埃达克岩形成环境解释为板块消减的活动陆缘环境，此环境下增厚下地壳熔融作用有关；近些年也不断有西秦岭210～250 Ma埃达克岩的发现（邱庆伦等，2008；张旗等，2009；Qin et al.，2010；徐学义等，2014；冯小明等，2021），揭示西秦岭在印支期曾经存在一个大于50 km的增厚地壳。埃达克岩地球化学特征的花岗岩研究对于俯冲–碰撞体系的制约、造山带深部物质循环、造山带构造动力学过程等具有十分重要的科学意义，但关于西秦岭埃达克岩的研究工作依旧相对薄弱。笔者对甘肃宕昌–舟曲地区新发现的埃达克质花岗岩体进行岩相学、岩石地球化学以及高精度锆石U-Pb年代学研究，探讨该区花岗岩的性质与成因，为西秦岭造山带在晚三叠世的岩石成因、岩浆源区以及构造演化提供证据。
1. 地质背景与样品描述
西秦岭造山带北接祁连地块，南邻巴颜喀拉–松潘甘孜地块，西连东昆仑与柴达木地块，东延东秦岭佛坪穹窿（图1）。研究区位于西秦岭造山带东段（图1b），主要出露一套志留纪沉积于深海盆地环境下的深色细碎屑岩和碳酸盐岩，以及一套泥盆纪—三叠纪台地相碳酸盐岩夹碎屑岩建造（图1c、图1d）。研究区内印支期花岗岩也十分发育，总体呈椭圆状、树枝状近EW向展布。
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图 1 西秦岭造山带构造划分图及研究区地质图a.西秦岭构造简图据冯益民等（2002）修改；b.西秦岭印支期岩浆岩分布图据冯益民等（2002）修改；c.茹树沟和燕麦层花岗岩岩地质简图；d.憨班花岗岩地质简图Figure 1. General tectonic map of West Qinling area and geological map of study area笔者研究花岗岩出露于西秦岭宕昌、舟曲地区的燕麦层、憨班与茹树沟。燕麦层岩体分布于宕昌县上漳湾村池地山～燕麦层一带（图1），总体近EW向椭圆状展布，西侧分叉，长约为3.9 km，宽约为1.8 km，出露面积约为4.29 km2。岩体侵入三叠纪大河坝组（Td）之中，接触证据主要有烘烤边、冷凝边和岩石破碎蚀变。岩体含有暗色包体，主包体要成分为英云闪长岩，包体呈椭圆状，大小不一，约为1 cm×2 cm～5 cm×10 cm。岩体主体为二长闪长岩与中细粒花岗闪长岩，二长闪长岩位于岩体西侧，出露面积约为3.37 km2，围岩强烈角岩化。岩石主要由钾长石（35%）、斜长石（32%），黑石英（28%）、云母（3%），角闪石（2%）组成，副矿物有磁铁矿、榍石和磷灰石等。
憨班岩体位于舟曲县憨班乡南东方向约3.5 km处（图2）。岩体呈椭球状岩株出露，长轴为4.7 km，短轴为3.3 km，面积约为13.2 km2。岩体侵入志留系舟曲组（Sz）细碎屑岩夹粉砂质板岩中，构造位置为南秦岭陆缘逆冲带白龙江复背斜北翼。接触围岩变质为黑云母角岩、黑云母石英角岩、黑云母堇青石角岩，宽为5～150 m；岩体内部含有暗灰色-灰黑色闪长质包体，包体大小为2～15 cm，宽为1～4 cm，均呈NW向展布；同时发育黑云母、角闪石、石英等单矿物析离体，析离体大小为5 mm，形态呈豆荚状，眼球状；包体、析离体与母岩间界线平直清楚。岩体主要由花岗闪长岩组成：中-粗粒似斑状花岗闪长岩侵入体，由斜长石（41%）、石英（20%）、黑云母（10%）、钾长石（8%）等组成。斜长石矿物可见环带结构，岩石中含有粒状榍石、小柱粒状磷灰石，局部分布小团粒状金属矿物。含斑中–细粒花岗闪长岩侵入体，主要由斜长石（50%）、石英（25%）和钾长石（18%）组成，暗色矿物含量约6%，主要为黑云母；斑晶成分为斜长石，含量为1%～5%，大小为0.2 cm×0.5 cm～1 cm×5 cm。个别斜长石隐约见环带，零星分布针柱状磷灰石。
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图 2 燕麦层与憨班花岗岩照片a.花岗闪长岩野外照片；b.中粗粒似斑状花岗闪长岩标本；c.燕麦层二长闪长岩正交偏光片；d.憨班中细粒花岗闪长岩正交偏光片Figure 2. Field photo and microscopic features of the Yanmaiceng and Hanban granite2. 分析方法
2.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年
用于锆石U-Pb定年的样品为新鲜的二长闪长岩与花岗闪长岩，锆石分选在河北省廊坊市地质服务有限公司完成，首先通过电磁分离方法进一步去除磁性杂质，之后通过重液分选富集锆石颗粒，在双目镜下挑选出无包裹体、透明度高、无裂纹和晶型完好的锆石颗粒在双面胶上定向排列，使用环氧树脂固化，抛光使锆石暴露；之后，采集阴极发光图像（CL），用HNO3清洗并制靶。同位素年龄样测定由南京大学国家重点实验室采用LA-ICP-MS方法完成，测试结果用Glitter软件进行处理，并采用 Andersen（2002）的方法校正同位素比值，最终的年龄计算和图表绘制使用Isoplot3.23v软件，每一个分析点的同位素比值和同位素年龄的误差（标准偏差）为1σ，206Pb/238U加权平均年龄按 95%的置信度给出，详细处理过程参考文献Yuan 等（2004）。
2.2 主、微量元素测试
对两件二长闪长岩和两件花岗闪长岩开展全岩主量、微量元素分析，采样均选取新鲜无蚀变岩石。样品分析在国土资源部武汉岩矿测试中心完成。主量元素采用型号ZSX Primus II X射线荧光光谱仪进行分析，微量及稀土元素分析采用型号Agilent 7500电感耦合等离子质谱完成，样品采用酸溶法。主量元素分析误差＜5%；微量元素和稀土元素检测限＜5×109，相对偏差＜5%。分析方法见柳小明等（2002）。
3. 分析结果
3.1 锆石U-Pb年代学
二长闪长岩（YMC）与花岗闪长岩（HB）中的锆石多呈无色透明，半自形-自形柱状，锆石晶体长80～200 μm。阴极发光图像表明多数锆石内部发育清晰震荡环带结构，属于典型岩浆锆石（图3）。对挑选的锆石进行LA-ICP-MS U-Pb同位素测试，将测试得到的数据点进行普通铅校正后，获得有效点33个，其中燕麦层15个、憨班18个（表1）。去除古老继承锆石，其他测试点均集中于一致曲线，表明测试的锆石几乎没有U、Pb同位素的后期改变，数据置信度较高。燕麦层206Pb/238U表面年龄为215～224.7 Ma（表1），206Pb/238U表面年龄加权平均值为（219.4±1.5）Ma（MSWD=1.2＜2）；憨班206Pb/238U表面年龄为216.1～227.8 Ma（表1），206Pb/238U表面年龄加权平均值为（222.1±1.9）Ma（MSWD=1.5），加权平均值的误差与单个分析误差基本一致，数据点在谐和图（剔除4个年龄偏老的测点）内成群分布（图4），代表了岩浆结晶锆石的年龄，表明燕麦层与憨班岩体形成于晚三叠世中期。
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图 3 憨班与燕麦层花岗岩锆石CL图像Figure 3. Cathodoluminescence images of selected zircon grains from the Hanban and Yanmaiceng granite![]()
图 4 憨班（a）与燕麦层（b）锆石U-Pb年龄谐和图Figure 4. (a) Concordia diagram showing LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the Hanban and (b) Yanmaiceng granite3.2 地球化学特征
燕麦层二长闪长岩样品低SiO2（含量平均为54.43%）、TiO2=0.86%～0.91%（岛弧玄武岩平均为0.8），高Al2O3（平均为18.15%），MgO含量3.35%～3.48%，Mg#平均为41.44，Na2O/K2O平均0.87，A/CNK=0.85～0.87，里特曼指数为4.01（表2）。在TAS图（图5a）中，数据点位于二长闪长岩区域；在硅钾图（图5b）中，数据点位于钾玄岩系列，属准铝质碱性二长闪长岩。燕麦层二长闪长岩的稀土总量（ΣREE）变化范围为238.82×10−6～262.02×10−6，平均为250.42×10−6；轻、重稀土比值（LREE/HREE）为16.58～16.97，平均为13.89；轻重稀土分馏明显，轻稀土强烈富集，重稀土趋势平缓；（La/Yb）N值为19.74～20.14，平均为19.99；具弱负Eu异常，δEu为0.85～0.88，平均为0.87（表1）。稀土模式配分曲线基本一致，右倾特征明显。微量元素中富集Th、U和K等大离子亲石元素（LILE），亏损Nb、Ta、P和Ti等高场强元素（HFSE），Rb/Sr值为0.03～0.05，高Sr、低Y，Sr/Y值为42.57～42.92，Nb/Ta值为16.43～17.76。
表 2 花岗岩的主量 (%)、稀土和微量元素(10−6)Table 2. Major (%) and trace elements (10−6) data for the granite in Tanchang元素 YMC1 YMC2 HB1 HB2 HB3 HB4 RSG1 RSG2 RSG3 SiO2 53.96 54.90 70.98 72.99 73.20 67.78 58.94 60.48 62.92 Al2O3 18.59 17.7 14.19 14.41 14.75 15.50 15.84 15.65 15.40 Fe2O3 1.54 2.96 1.32 0.28 0.20 0.61 1.51 1.36 0.63 FeO 6.40 5.14 1.85 1.67 0.78 2.02 5.12 4.50 4.93 CaO 6.76 6.38 1.74 1.23 1.51 2.56 5.00 3.82 3.11 MgO 3.35 3.48 0.80 0.25 0.25 1.10 3.34 2.84 2.27 K2O 3.49 3.75 4.06 4.57 4.26 4.79 4.50 4.72 4.79 Na2O 3.19 3.12 3.99 3.97 3.92 4.13 2.88 3.28 3.13 TiO2 0.863 0.910 0.336 0.129 0.120 0.430 0.796 0.691 0.591 P2O5 0.409 0.336 0.131 0.038 0.053 0.200 0.293 0.236 0.188 MnO 0.119 0.124 0.057 0.027 0.021 0.059 0.114 0.103 0.089 LOI 0.24 0.25 0.07 0.06 0.20 0.20 0.79 1.48 1.09 Cr 36.00 40.50 62.70 8.71 2.97 25.90 87.80 49.00 35.80 Ni 14.80 14.90 11.50 2.57 22.10 22.00 12.20 16.20 10.20 Co 26.10 27.00 5.54 1.22 3.45 5.13 16.70 17.00 15.30 Li 35.9 31.8 166.0 68.9 95.6 70.5 39.5 31.8 41.0 Rb 23.7 37.5 193.0 288.0 191.0 180.0 69.1 41.8 31.0 Cs 4.43 3.96 24.10 1.84 19.80 10.70 10.20 6.17 8.95 Sr 794 779 292 198 224 912 557 472 333 Ba 868 751 724 768 846 1390 853 1182 1045 V 154.0 186.0 41.0 27.2 5.3 46.0 110.0 122.0 110.0 Sc 9.89 10.60 2.29 0.92 2.17 4.65 8.24 8.50 6.83 Nb 18.4 15.1 27.6 48.7 10.4 19.3 26.4 20.4 20.9 Ta 1.12 0.85 2.36 1.07 1.35 1.31 1.71 1.46 1.67 Zr 208.0 264.0 302.0 1270.0 84.9 282.0 350.0 251.0 215.0 Hf 5.11 6.02 8.38 28.10 2.71 6.43 8.60 6.46 5.91 Be 2.44 2.24 10.30 8.63 7.08 6.91 3.71 3.04 3.04 U 5.15 3.62 4.56 29.60 3.50 10.40 9.26 6.77 8.43 Th 14.60 12.80 17.70 49.90 8.63 26.33 28.10 21.10 20.80 La 54.3 48.6 57.6 17.6 17.1 80.8 76.2 57.3 49.0 Ce 103.0 91.4 106.0 33.2 32.6 152.0 142.0 106.0 88.0 Pr 11.20 10.20 10.80 3.62 3.75 16.90 14.00 10.80 8.95 Nd 47.60 43.90 43.50 15.00 13.20 59.10 55.20 43.10 35.50 Sm 8.28 7.84 7.32 3.18 2.98 10.00 9.14 7.23 6.08 Eu 2.17 2.00 1.58 0.69 0.73 2.38 1.86 1.57 1.44 Gd 6.62 6.27 5.73 2.54 2.36 7.38 7.60 6.05 5.07 Tb 0.86 0.84 0.68 0.33 0.30 0.91 0.98 0.78 0.67 Dy 4.25 4.22 2.97 1.43 1.46 4.32 5.00 3.94 3.37 Ho 0.79 0.78 0.50 0.21 0.24 0.76 0.96 0.74 0.64 Er 2.10 2.10 1.29 0.52 0.55 1.91 2.66 2.04 1.75 Tm 0.30 0.30 0.18 0.07 0.07 0.25 0.40 0.30 0.27 Yb 1.78 1.79 1.03 0.36 0.43 1.70 2.40 1.82 1.57 Lu 0.27 0.28 0.16 0.06 0.06 0.25 0.37 0.29 0.25 Y 18.50 18.30 12.20 5.44 6.96 21.60 23.50 18.20 15.40 ΣREE 262.02 238.82 251.54 84.25 82.79 352.60 342.27 260.16 217.96 LREE 226.55 203.94 226.80 73.29 70.36 313.56 298.40 226.00 188.97 ΣY 35.47 34.88 24.74 10.96 12.43 39.04 43.87 34.16 28.99 (La/Yb)N 20.14 17.94 36.71 32.14 28.53 34.09 20.95 20.79 20.6 δEu 0.88 0.85 0.73 0.73 0.81 0.81 0.67 0.71 0.78 δCe 0.94 0.92 0.95 0.93 0.95 0.96 0.96 0.95 0.93 注：样品HB3和HB4数据引自刘明强，2012。 ![]()
图 5 宕昌花岗岩分类图解（部分数据引自刘明强，2012）a.全碱-硅图解；b.K2O-SiO2图解；c.A/NK-A/NCK图解，虚线是I型与S型花岗岩的分界；d.K2O-Na2O图解Figure 5. TAS, K2O-SiO2, A/NK-A/CNK and K2O-Na2O diagrams of Tanchang granite憨班花岗闪长岩样品高Si（SiO2含量平均71.24%）和Al（Al2O3含量14.19%～15.5%），低Mg（MgO含量平均为0.60%）、Fe（Fe2O3T含量平均为2.36%）和Ca（CaO含量平均为1.76%），TiO2含量平均为0.25%，Mg#平均为29.91，Na2O+K2O平均为8.42%，Na2O/K2O平均为1.10，A/CNK=0.93～1.07，里特曼指数平均为2.54。在TAS图（图5a）中，一件样品落入石英二长岩区域，其他样品全部位于花岗岩区域，为准铝质-过铝质高钾钙碱性花岗岩。主量元素的岩石地球化学特征与埃达克岩相似。憨班花岗闪长岩的稀土总量（ΣREE）变化范围为82.79×10−6～352.6×10−6，平均为192.29×10−6；轻、重稀土比值（LREE/HREE）为12.86～18.09，平均为15.55，明显发生轻重稀土的分馏；（La/Yb）N值为28.53～36.71，平均为32.87；具弱负铕异常，δEu为0.73～0.81，平均为0.77。稀土模式配分曲线基本一致，右倾特征明显。微量元素中富集Th、U和K等LILE元素，亏损Nb、Ta、P和Ti等HFSE元素，Rb/Sr平均为0.79，Sr/Y值为23.93～42.22（平均为33.68），Nb/Ta值为7.70～45.51（平均为19.90）。
茹树沟花岗岩SiO2含量为58.94%～62.92%，Al2O3含量为15.4%～15.84%，Fe2O3T含量平均为7.58%，CaO含量平均为3.98%，TiO2含量平均为0.69%（大陆地壳平均为0.69%），Mg#值平均为42.72，Na2O+K2O值为7.38%～8%，富K、贫Na（图5d），Na2O/K2O值平均为0.66，A/CNK=0.84～0.96，里特曼指数平均为3.41。在TAS图（图5a）中总体位于二长岩至石英二长岩区域，硅钾图（图5b）中投点位于钾玄岩系列。A/NK-A/NCK图解（图5c）中投点位于准铝质区域，主量元素的地球化学特征类似于埃达克质岩石。茹树沟花岗岩的稀土总量（ΣREE）为217.96×10−6～342.27×10−6，平均为273.46×10−6；轻、重稀土比值（LREE/HREE）为13.59～20.37，平均为14.24，轻重稀土分馏明显，与总体趋势一致；（La/Yb）N值为20.60～20.79，平均为20.78；具弱负Eu异常，δEu值为0.67～0.78，平均为0.72。稀土模式配分曲线基本一致，右倾特征明显。微量元素中富集Th、U和K等LILE元素，亏损Nb、Ta、P和Ti等HFSE元素，Rb/Sr值平均为0.10，Sr/Y值为21.62～25.93，平均为23.75，Nb/Ta值为7.70～45.51（平均为19.90）。
表 1 宕昌花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Pb analytic for granite in Tanchang分析号 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ YMC01 0.05250 0.00128 0.24796 0.00609 0.03421 0.00046 0.01144 0.00057 307.2 54.31 224.9 4.95 216.9 2.89 229.9 11.45 YMC02 0.05407 0.00132 0.25328 0.00625 0.03393 0.00046 0.01082 0.00052 373.7 54.04 229.2 5.06 215.1 2.88 217.6 10.40 YMC03 0.05432 0.00087 0.26164 0.00446 0.03489 0.00044 0.01356 0.00049 384.2 35.39 236.0 3.59 221.1 2.72 272.3 9.730 YMC04 0.05114 0.00092 0.24234 0.00456 0.03432 0.00044 0.01042 0.00037 247.3 40.87 220.3 3.73 217.5 2.72 209.6 7.330 YMC05 0.05105 0.00080 0.24077 0.00406 0.03415 0.00043 0.01121 0.00040 243.2 35.85 219.0 3.32 216.5 2.66 225.4 7.950 YMC06 0.05367 0.00142 0.25367 0.00673 0.03428 0.00048 0.00999 0.00048 357.2 58.62 229.6 5.45 217.3 2.99 200.9 9.670 YMC07 0.05249 0.00111 0.24831 0.00536 0.03431 0.00045 0.00944 0.00049 306.6 47.17 225.2 4.36 217.5 2.83 190.0 9.830 YMC08 0.05119 0.00079 0.24143 0.00403 0.03421 0.00043 0.01091 0.00040 249.6 35.28 219.6 3.30 216.8 2.67 219.4 8.020 YMC09 0.05313 0.00090 0.25656 0.00459 0.03503 0.00044 0.00986 0.00049 334.2 37.78 231.9 3.71 221.9 2.77 198.3 9.800 YMC10 0.04926 0.00115 0.23270 0.00550 0.03426 0.00046 0.01022 0.00037 160.3 53.57 212.4 4.53 217.2 2.86 205.4 7.490 YMC11 0.05208 0.00078 0.25146 0.00407 0.03502 0.00044 0.01127 0.00033 288.8 33.88 227.8 3.30 221.9 2.72 226.4 6.500 YMC12 0.05117 0.00088 0.24500 0.00445 0.03473 0.00044 0.01069 0.00047 248.3 39.30 222.5 3.63 220.1 2.76 215.0 9.470 YMC13 0.05059 0.00081 0.24347 0.00416 0.03491 0.00044 0.01057 0.00041 222.3 36.66 221.3 3.39 221.2 2.73 212.5 8.270 YMC14 0.04967 0.00098 0.23991 0.00486 0.03504 0.00046 0.01052 0.00035 179.5 45.20 218.3 3.98 222.0 2.84 211.6 6.940 YMC15 0.04999 0.00086 0.23375 0.00421 0.03392 0.00043 0.01078 0.00041 194.3 39.54 213.3 3.47 215.0 2.69 216.8 8.280 YMC16 0.04976 0.00104 0.24288 0.00524 0.03536 0.00046 0.01102 0.00061 183.6 48.18 220.8 4.28 224.0 2.87 221.5 12.13 YMC17 0.05158 0.00084 0.25216 0.00438 0.03546 0.00045 0.01099 0.00034 266.6 37.12 228.3 3.55 224.7 2.79 220.9 6.760 YMC18 0.05163 0.00110 0.25090 0.00542 0.03525 0.00047 0.01104 0.00045 269.0 48.02 227.3 4.40 223.3 2.91 222.0 9.060 HB01 0.05305 0.00189 0.25753 0.00906 0.03523 0.00054 0.01178 0.00074 331.0 78.97 232.7 7.31 223.2 3.36 236.7 14.74 HB02 0.05156 0.00090 0.25214 0.00461 0.03549 0.00045 0.01367 0.00063 266.0 39.57 228.3 3.74 224.8 2.80 274.4 12.66 HB03 0.07092 0.00113 0.35638 0.00600 0.03647 0.00046 0.02257 0.00091 955.1 32.40 309.5 4.49 230.9 2.88 451.1 18.00 HB04 0.10941 0.00144 2.55872 0.03701 0.16972 0.00213 0.07167 0.00195 1789.6 23.74 1288.9 10.56 1011 11.72 1399 36.70 HB05 0.05021 0.00119 0.24888 0.00599 0.03597 0.00048 0.01414 0.00062 204.9 54.29 225.7 4.87 227.8 3.00 283.8 12.31 HB06 0.04856 0.00088 0.23608 0.00446 0.03529 0.00045 0.01284 0.00063 126.4 42.18 215.2 3.67 223.6 2.80 257.8 12.50 HB07 0.05065 0.00081 0.24780 0.00422 0.03550 0.00044 0.01306 0.00040 225.1 36.59 224.8 3.43 224.9 2.76 262.2 7.900 HB08 0.07471 0.00135 0.54070 0.01013 0.05252 0.00069 0.01954 0.00111 1060.7 36.06 438.9 6.67 330.0 4.20 391.2 21.97 HB09 0.05145 0.00080 0.25447 0.00422 0.03589 0.00045 0.01216 0.00042 260.9 35.23 230.2 3.42 227.3 2.78 244.3 8.290 HB10 0.05057 0.00073 0.24586 0.00387 0.03528 0.00044 0.01097 0.00020 221.1 33.19 223.2 3.15 223.5 2.71 220.5 4.000 HB11 0.05114 0.00070 0.24033 0.00362 0.03410 0.00042 0.01041 0.00037 247.1 31.20 218.7 2.96 216.1 2.60 209.4 7.410 HB12 0.05246 0.00085 0.24971 0.00427 0.03453 0.00043 0.01137 0.00033 305.7 36.25 226.3 3.47 218.8 2.69 228.6 6.510 HB13 0.05077 0.00083 0.24463 0.00424 0.03496 0.00044 0.00986 0.00031 230.3 37.34 222.2 3.46 221.5 2.73 198.2 6.220 HB14 0.05269 0.00071 0.25301 0.00378 0.03483 0.00043 0.01094 0.00027 315.5 30.47 229.0 3.06 220.7 2.66 219.9 5.330 HB15 0.11535 0.00136 0.59237 0.00795 0.03725 0.00045 0.02215 0.00040 1885.4 21.13 472.4 5.07 235.8 2.83 442.7 7.840 HB16 0.05258 0.00076 0.25721 0.00404 0.03548 0.00044 0.01176 0.00029 310.7 32.50 232.4 3.26 224.7 2.73 236.3 5.840 HB17 0.05249 0.00081 0.24983 0.00415 0.03452 0.00043 0.01117 0.00029 306.8 34.89 226.4 3.37 218.8 2.68 224.6 5.720 HB18 0.05237 0.00063 0.25043 0.00343 0.03468 0.00042 0.01039 0.00016 301.5 27.08 226.9 2.78 219.8 2.61 208.9 3.170 HB19 0.05122 0.00071 0.24419 0.00373 0.03457 0.00042 0.01133 0.00033 250.7 31.68 221.8 3.04 219.1 2.64 227.7 6.540 总体来说，燕麦层、憨班与茹树沟花岗岩花岗岩样品ΣREE=82.79×10−6～352.6×10−6，多数为217.96×10−6～262.02×10−6，LREE/HREE值为12.86～18.08，（La/Yb）N值为19.47～40.11，样品具有微弱–弱的负Eu异常（δEu=0.67～0.88）。稀土元素配分模式图中为轻稀土富集而重稀土相对亏损的右倾曲线，变化特征总体一致，为明显的壳幔混合特征（图6）。在微量元素蛛网图（图6a）中，样品曲线跳跃特征明显，总体趋势基本一致，具有Sr的负异常，富集Th、K、U等LILE元素；强烈亏损Nb、Ta、P和Ti等HFSE元素，暗示可能主要来源于大陆下地壳；Nb/Ta值为11.69～17.76，平均为14.65，高于地壳值（11～12）且低于原始地幔与球粒陨石值（约17.5）（Jochum et al.，1997），接近洋壳值（16.8）（Niu et al.，2003），Nb/Ta值反映岩浆源区很可能有幔源的物质成分加入（Jochum et al.，1997）；K、Rb等微量元素含量的差异暗示岩浆来源与演化的复杂性。主、微量元素均显示出明显的岩浆混合特征，为较为典型的壳幔花岗岩，也可从其岩体内部含有较多的微粒暗色包体佐证。
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图 6 微量元素原始地幔标准化蛛网图（a）与稀土元素球粒陨石表转化分布型式图（b）大陆地壳成分数据源自Rudnick等（2003）； 夏河埃达克岩数据源自邱庆伦等（2008）、韦萍等（2013）、徐学义等（2014）；温泉埃达克岩数据源自Zhang等（2007）、Zhu等（2013）、徐学义等（2014）；标准化值源自Sun等（1989）Figure 6. (a) Primitive mantle-normalized spider diagrams and (b) chondrite-normalized REE distribution patterns4. 讨论
4.1 岩石成因
主、微量元素Harker图解显示（图7），CaO、Al2O3、MgO、TiO2、Fe2O3T、P2O5与SiO2之间都具有较好的负相关关系；而K2O和Na2O与SiO2之间有微弱的正相关关系，δEu随SiO2的变化基本无变化，指示花岗岩岩浆同源演化的特征。稀土元素配分模式图中有微弱的负Eu异常，表明Eu的弱负异常不是由于斜长石的分离结晶作用或者源区大量斜长石残留导致。
Chappell等（1992）提出以A/NCK=1.1为花岗岩类型判别界线，大于1.1者为S型，小于1.1的则为I型（图5c），同时发现P的丰度随着较强过铝质S型长英质熔体中长英质熔体晶体的分馏而显著增加，而在类似的较弱过铝质I型花岗岩中P的丰度减少。根据文中花岗岩A/NKC=0.84～1.07，以及P2O5与SiO2的负相关性（图7h），都表明了该花岗岩有I型特征；并且岩石中存在少量角闪石与闪长质暗色微粒包体也指示为I型花岗岩。样品弱Eu负异常与高Sr低Y和Yb等特征与A型花岗岩区分。实验岩石学证明准铝质花岗岩类主要由地壳中基性岩类（玄武质成分）部分熔融形成（Beard et al.，1991；Sisson et al.，2005；Johannes et al.，2012），而过铝质酸性花岗岩类则是碎屑沉积岩类部分熔融的产物（Douce et al.，1998；Patino et al.，1998）。而对基性岩部分熔融实验也表明玄武质岩石来源的熔体Mg#值通常小于45，形成的花岗岩一般显示I型的特征（Rapp et al.，1999）。文中的花岗岩样品Mg#值低（19～43），这些证据表明本研究花岗岩原岩可能是来源于玄武质岩石，而岩石含有大量的暗色包体则表明幔源镁铁质岩浆的机械混合，岩石样品总体相对富钾贫钠与西秦岭下地壳为高K玄武质岩石的推论一致（Zhang et al.，2007）。虽然总体特征一致，但是3个花岗岩体的源区特征或者混染程度存在一定程度的不同，燕麦层、憨班和茹树沟花岗岩SiO2含量（分别平均为54.43%、71.24%和60.78%）存在差异，差异也表现在特征微量元素中，如相容元素Cr、Ni和Co的含量；同时憨班花岗岩Rb/Sr值（0.79）远高于燕麦层和茹树沟（分别平均为0.04与0.10），在稀土元素配分模式图中范围更宽，微量元素跳跃特征更加明显，尤其是HB2样品强烈富集Th、U、Zr和Hf，憨班花岗岩锆石中含有古老继承锆石（表1）等均表明憨班花岗岩相较于燕麦层和茹树沟花岗岩有变沉积岩基底的更多熔融加入。研究认为，区内花岗岩体是古老变玄武质基底与少量古老沉积基底部分熔融同时受到幔源岩浆不同程度混染的结果。
4.2 源区深度
Defant 等（1990）将埃达克岩定义为：年轻的大洋地壳（≤25Ma）俯冲形成的弧岩浆岩系，其地球化学特征为SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO≤3%（最高不超过6%），低Y（＜18×10−6）和Yb（＜1.9×10−6），高Sr（＞400 ×10−6），低的重稀土元素（HREE）与高场强元素（HFSE）。研究区花岗岩样品大多数具有高Sr（472 ×10−6～779 ×10−6），低Y（15.4 ×10−6～23.5 ×10−6）和Yb（1.57 ×10−6～2.4 ×10−6）的特征，以及较高的（La/Yb）N值（17.94～22.77）与较弱的负铕异常（δEu=0.67～0.88）。根据经典的埃达克岩图解（图8a、图8b），结合张旗等（2012）提出新的Sr-Yb判别图（图8c），样品总体投入了埃达克型区域，位于榴辉岩相趋势演化线上，稀土与微量元素特征与夏河、温泉埃达克岩基本一致（图6），与张成立等（2008）总结西秦岭埃达克岩的地球化学特征一致。通过岩石主微量元素的分析结合前人在西秦岭地区对于埃达克岩的研究，文中样品总体具有埃达克岩的特征。
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张旗等（2006，2009）研究C型埃达克岩后指出其形成深度大于50 km。若是花岗岩原岩来自与正常地壳厚度岩石的部分熔融，平衡于斜长石相，因此不会出现强负铕异常，而当地壳厚度超过50Km时，斜长石全部熔融，少有或未有残留。文中花岗岩样品的δEu与SiO2之间不存在负相关性，说明Eu元素的弱亏损与岩浆的分离结晶作用无关，显示了源区部分熔融时并未大量残存斜长石，指示其形成深度可能大于50 km。Rapp等（1999）则认为埃达克质岩浆的源区残留相为榴辉岩，强调石榴子石在部分熔融过程中是与其相容的重稀土及Nb、Ta等高场强元素的主要控制矿物。实验岩石学研究表明（邓晋福等，1996；Xiong et al.，2005），当压力大于1.0 Gpa时，熔体能够与角闪石、石榴子石和单斜辉石同时存在，因为Y和Yb等重稀土元素优先进入石榴子石，同时单斜辉石与斜方辉石的存在也会造成LREE与HREE的分馏；而大于1.5 Gpa的压力使得残留矿物中出现金红石导致与其平衡共存的岩浆熔体强烈亏损Nb、Ta等HFSE元素。文中岩石样品亏损HREE元素，Gd/Yb值为3.16～7.05，埃达克岩图解中总体位于榴辉岩相趋势演化线上（图7a），蛛网图中Nb、Ta强烈负异常，（Dy/Yb）N-（La/Yb）N图解表现为石榴子石残留趋势（图7d），表明源区残留了石榴子石，甚至可能残留金红石。表明源区形成压力至少大于1.2 Gpa，形成深度大于50 km。
研究表明陆壳岩石的Zr/Hf值（36.3）类似于球粒陨石且相对稳定，但元素Hf在角闪石与单斜辉石中的相容性更强，在部分熔融过程若残留角闪石和单斜辉石则会导致岩浆熔体中二者比值的升高（David et al.，2000；Pfander et al.，2007），文中花岗岩样品的Zr/Hf值大多为38.8～45.2，指示源区可能残留了角闪石与单斜辉石。且样品含有较多暗色包体暗示可能与玄武质岩浆的底侵作用有关，可能来自地壳的更深部位（刘明强，2012；张旗等，2012）。综合分析认为花岗岩样品形成深度大于50 km，且受到幔源岩浆的混染，源区可能残留角闪石+石榴子石+单斜辉石。
4.3 构造环境
秦岭复合造山带先后经历了新元古代、古生代与中生代的花岗质岩浆作用，每期岩浆作用都为研究其构造背景提供了大量的信息。研究南秦岭勉略构造带以北的迷坝与光头山等花岗岩体之后，Sun等（2002）确定其形成于晚三叠世（206～220 Ma），晚于勉略洋盆的闭合时代（242～221 Ma）和大别超高压变质时间（240～225 Ma）（李曙光等，1996；郑永飞等，2003）。通过古生物证据以及同位素年代学，张国伟等（2003）认为西秦岭是一近EW向延伸的印支期俯冲碰撞缝合带，提出从东昆仑南缘玛沁、德尔尼及康县接勉略处曾存在勉略有限洋盆，勉略洋二叠纪至三叠纪的打开及最终碰撞造山是EW向穿时性的。冯益民等（2003）认为西秦岭造山带是典型的“碰撞-陆内造山带”，从中晚泥盆世到中三叠世末处于以伸展海盆体系为主的盆山格局或海陆格局，中三叠世拉丁期之后开始由板内伸展阶段向陆内叠覆造山环境转换。西秦岭埃达克质岩石主要形成于235～215 Ma，这些花岗质岩石主要形成于同碰撞晚期或后碰撞环境（王晓霞等，2015）。
在Nb-Y与Ta-Yb判别图解（图9）中岩石样品投点位于同碰撞环境，有向板内环境演化的趋势，图解中的同碰撞环境包括了从碰撞开始至结束的各个时期。大陆碰撞作用发生后还有一段相当长碰撞汇聚期，而且大陆主碰撞期（同碰撞）不利于岩浆上升，大规模的岩浆作用主要出现在主碰撞期后，板内时期之前（后碰撞）（肖庆辉等，2002）。研究区花岗岩属于壳幔花岗岩，是基性下地壳部分熔融与底侵幔源岩浆混染的结果，其形成深度大于50 km，源区残留了角闪榴辉岩相岩石，代表了晚三叠世中期（225～215 Ma）独特的构造环境，即当时岩石圈地幔拆沉导致软流圈上涌，上涌的软流圈部分熔融形成的玄武质岩浆加热当时处于后碰撞体制下的加厚下地壳，使其发生部分熔融，形成类似于埃达克岩的岩浆，相似于西秦岭西段（徐多勋等，2015），同时也能解释研究花岗岩体的特征与其EN向著名的五朵金花岩体（教场坝、柏家庄、碌础坝、中川、正沟）（Zhang et al.，2007），以及宕昌流纹岩（黄雄飞等，2013）等的差异，可能是同一时期的不同深度地壳部分熔融的产物，而210 Ma后已经到了后碰撞板内演化阶段（Yin et al.，1991；李曙光等，1996；穆可斌等，2019）。
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图 9 宕昌花岗岩岩石Nb-Y判别图解（a）与Ta-Yb判别图解（b）（Pearce et al.，1984）VAG.火山弧花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；虚线是产于异常洋脊ORG的边界线Figure 9. (a) Nb-Y diagram and (b) Ta-Yb diagram of the Tanchang granite综上所述，研究区埃达克质花岗质岩石可能是软流圈上涌加热高钾变基性下地壳发生部分熔融形成，岩浆源区伴有幔源岩浆的加入，最终上升侵位形成（图10）。印支末期（225～215 Ma）西秦岭正处于后碰撞环境，存在大于50 km的加厚地壳。
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图 10 西秦岭220～215 Ma所处的转换拉伸构造复原图Figure 10. Transitional extensional tectonic restoration map of West Qinling at 220-215 Ma5. 结论
（1）憨班岩体与燕麦层岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为（222.1±1.9）Ma与（219.4±1.5）Ma，其侵位时间为晚三叠世中期。
（2）燕麦层、茹树沟以及憨班岩体具有相似的主量与微量元素特征，属于高钾–钾玄岩、钙碱性–碱性系列，准铝质–弱过铝质I型花岗岩，系同源演化而来，具有埃达克岩的特征，是基性下地壳与少量变沉积岩基底部分熔融与底侵幔源岩浆不同程度混染的结果，其形成深度大于50 km，源区残留了角闪榴辉岩相岩石。
（3）燕麦层、茹树沟以及憨班岩体是华北板块与扬子板块陆陆碰撞之后，地壳加厚，岩石圈地幔拆沉导致软流圈上涌加热加厚下地壳部分熔融的产物，形成于后碰撞环境。
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图 1 鄂尔多斯盆地大宁–吉县油气探区区域位置及采样位置图
Figure 1. Regional location and sampling location of Daning–Jixian oil and gas exploration area in Ordos basin
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图 2 柳林县成家庄太原组与山西组分界露头剖面及其实测岩性柱状图
Figure 2. The outcrop profile and lithological histogram of the boundary between Taiyuan Formation and Shanxi Formation in Chengjiazhuang, Liulin County
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图 3 鄂尔多斯盆地东缘山2亚段北岔沟砂岩露头古流向特征
a. 柳林县陈家庄；b. 蒲县黑龙关镇；c. 蒲县尖草洼村；d. 乡宁县台头镇以西；e. 乡宁县台头镇南山以东；f. 澄城县三眼桥
Figure 3. Paleocurrent direction characteristics of Beichagou sandstone outcrop in Shan–2 sub segment, eastern margin of Ordos basin
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图 4 鄂尔多斯盆地大宁–吉县油气探区周边山2亚段古流向平面特征
a. 大宁–吉县油气探区附近山2亚段露头古流向观测点平面位置及古流向特征；b. 图幅范围位于图a中浅蓝色虚线框内，为南北物源交汇区山2亚段露头观测点及其古流向特征
Figure 4. Characteristics of paleocurrent direction of Shan–2 sub member around Daning–Jixian oil and gas exploration area in Ordos basin
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图 5 大宁–吉县油气探区重矿物与ZTR指数平面分布特征
Figure 5. Distribution characteristics of heavy minerals and ZTR index in Daning–Jixian oil and gas exploration area
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图 6 鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县探区附近山2亚段北岔沟砂岩碎屑锆石年龄
a. 柳林县陈家庄剖面；b. 蒲县黑龙关镇剖面；c. 大吉12井；d. 高6井；e. 澄城县三眼桥剖面
Figure 6. Zircon age of clastic rocks of Beichagou sandstone in Shan2 sub member near Daning–Jixian exploration area in the eastern margin of Ordos basin
表 1 大宁–吉县区块山2段重矿物含量对比表
Table 1 Comparison of heavy mineral content in Shan–2 section of Daning–Jixian block
地层 样品号 陆源重矿物含量占比（%） 自生重矿物（%） 锆石 电气石 石榴子石 磷灰石 磁铁矿 赤褐铁矿 白钛矿 绿帘石 黝帘石 榍石 金红石 锡石 锐钛矿 板钛矿 云母 绿泥石 菱铁矿 硬石膏 重晶石 黄铁矿 山2 JT2-3 35.2 13.8 32.2 9.6 8.8 山2 JT4-2 0.9 0.9 0.5 0.3 0.1 山2 DJ20-9 5.1 0.5 1.4 1.4 6.5 0.4 0.9 0.4 0.5 82.9 8.8 8.1 山2 DJ38-1 90.0 山2 G4-1 37.4 1.0 3.6 2.1 32.8 0.5 0.5 4.6 2.1 15.4 3.6 0.5 7.7 山2 H15-61 42.4 1.1 1.1 0.4 42.8 0.8 4.9 0.4 6.1 1.9 0.4 山2 DJ45-2 38.5 1.8 36.7 0.9 9.2 2.8 10.1 44.0 3.8 山2 DJ19-24 10.6 1.1 1.1 0.6 86.7 1.1 0.6 山2 JT2-8 3.4 3.9 0.1 4.2 1.5 1.6 山2 JT4-3 3.1 3.5 0.4 8.5 0.8 0.5 山2 G3-2 8.0 1.2 88.3 0.6 1.9 1.0 14.5 1.0 2.5 山2 DJ30-9 43.2 2.0 3.2 0.4 40.0 0.4 3.6 7.2 3.1 1.1 山2 DJ35-15 5.1 4.1 3.1 25.5 19.4 1.0 41.8 15.5 42.5 山2 DJ31-1 2.6 1.3 3.8 8.3 0.6 83.3 15.1 1.1 山2 G2-1 42.7 4.4 3.1 0.9 42.7 0.9 0.4 1.3 0.4 0.4 2.7 5.3 2.5 山2 G5-7 95.0 山2 G8-1 95.0 48.0 3.5 山2 DJ10-3 1.5 2.9 1.5 92.6 1.5 16.2 37.8 山2 G7-3 31.8 8.4 3.4 1.1 43.6 1.1 3.4 0.6 6.7 50.7 0.5 0.5 山2 H12-1 5.2 6.3 0.6 86.2 0.6 0.6 0.6 31.3 0.8 山2 H4-3 33.3 7.4 2.1 23.8 8.5 0.5 24.3 8.8 7.9 山2 H5-1 39.9 5.5 28.8 5.5 15.3 4.3 0.6 31.0 0.6 0.6 山2 DJ53-8 3.9 1.7 1.7 1.7 1.1 89.9 20.4 2.1 3.3 山2 DJ51-4 19.8 2.5 33.3 1.2 24.7 7.4 1.2 9.9 55.1 11.5 
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