塔里木北緣前寒武紀古元古代花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及地質意義

白權金　明經發　王新軍　吳興城　陳寧　陳邦學　楊偉光

摘? ?要：塔里木克拉通經歷了哥倫比亞超大陸（Columbia）演化相關事件，哥倫比亞超大陸（Columbia）的匯聚和裂解主要在古元古代（1 800～2 500 Ma），伴隨有強烈的地殼增生事件，受到地質學者的廣泛關注。目前對哥倫比亞超大陸匯聚和裂解時限仍存在較多爭議。興地塔格地區位于塔里木盆地東北緣，出露大量前寒武紀巖漿巖，是研究哥倫比亞超大陸演化的天然實驗室。通過該區花崗巖（石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖）巖石地球化學分析發現為同源巖漿演化形成的巖石組合，屬高鉀鈣堿性巖石系列、準鋁質花崗巖。富集大離子親石元素（LILE）U，Sr，K，Ba等，Th，Rb等略微虧損，高場強元素（HFSE） Ta，Nb，P，Ti強烈虧損等，具典型的VAG特征。微量、稀土元素分布模式與上、中地殼分布模式相似。形成于板塊俯沖消減環境。通過對鋯石U-Pb測年，獲得206Pb/238U 加權平均年齡為（1 930±11）Ma～（1 944±9） Ma，屬古元古代晚期。結合區域構造背景認為，該期花崗巖可能與北塔里木向南塔里木俯沖并發生陸陸碰撞，最終形成統一的塔里木板塊事件有關，是哥倫比亞超大陸聚合的動力學響應。

關鍵詞：哥倫比亞超大陸；塔里木克拉通；興地塔格地區；古元古代；花崗巖

自超大陸旋回概念提出后，前人已識別出4個典型的超大陸：烏爾超大陸（Ur）、哥倫比亞超大陸（Columbia）、羅迪尼亞超大陸（Rodinia）和潘吉尼亞超大陸（Pangea）[1]。有學者研究證明，塔里木克拉通經歷了與哥倫比亞超大陸演化相關的俯沖造山和陸內裂谷相關事件，匯聚和裂解主要在古元古代（1 800～2 500 Ma），伴隨有強烈的地殼增生事件，受到地質學者廣泛關注[1、5-14]。塔里木克拉通位于中亞造山帶與特提斯構造域之間，為全球最著名的古老克拉通之一（圖1-a）。塔里木克拉通位于中國新疆，主要由前寒武紀變質基底及沉積蓋層組成，被深熔花崗巖侵位，為新疆構造單元的重要組成部分。馮京等在沉積建造、火山建造、侵入巖建造、變質建造、構造變形、成礦規律等方面綜合分析的基礎上，將新疆劃分為6個一級構造單元[2]。塔里木克拉通北部面對中天山南緣地殼對接帶，南部面對秦祁昆造山系（圖1-b）?；◢弾r類作為大陸地殼較常見同時也是重要的組成部分之一，是板塊俯沖碰撞及陸殼垂向增生的重要產物。對揭露地殼生長、探討殼幔相互作用等具很大的研究價值[3]。塔里木克拉通周緣分布大量元古代花崗巖（圖1-c）。塔里木克拉通前寒武紀地質研究較華南克拉通、華北克拉通相對薄弱[4]。目前對哥倫比亞超大陸匯聚和裂解時限仍存較多爭議：辛后田等在阿爾金獲得片麻狀石英正長巖、片麻狀石英閃長巖、二長花崗巖脈鋯石U-Pb年齡2 050～2 140 Ma[5]；王海培在庫魯克塔格獲得片麻狀花崗閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、石英二長閃長巖鋯石U-Pb年齡為1 922～2 405 Ma[6]；葛榮峰在庫魯克塔格獲得二長花崗巖（2件）、石英閃長巖、含石榴子石花崗閃長巖（2件）、片麻狀英云閃長巖、片麻狀奧長花崗巖鋯石U-Pb年齡1 929～1 942 Ma[7]；張夢迪在庫魯克塔格地區獲得花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡1 945 Ma[8]；郭羽在庫魯克塔格地區獲得花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡2 015 Ma[9]；李勇等在塔中獲得花崗巖（2件）、片麻巖（2件）鋯石U-Pb年齡1 916～1 976 Ma[10]。以上認為是哥倫比亞超大陸匯聚的響應；②王斌等在阿爾金獲得正長花崗巖、花崗質片麻巖鋯石U-Pb年齡為1 802～1 903 Ma[11]；高山林等在沙雅隆起橋古2井獲得堿長花崗巖鋯石U-Pb年齡1 847 Ma[12]；辛后田等在阿爾金獲得片麻狀閃長巖鋯石U-Pb年齡1 873 Ma[5]；董富榮等在庫魯克塔格獲得二長花崗巖Sm-Nd年齡2 059 Ma[13]；張海軍在庫爾勒獲得偉晶巖（3件）鋯石U-Pb年齡1 797～1 810 Ma[14]。上述認為是哥倫比亞超大陸裂解響應。筆者認為學者們爭論的焦點主要集中于哥倫比亞超大陸匯聚和裂解時限及演化有關的動力學轉換機制等方面。

興地塔格地區位于塔里木盆地東北緣，出露大量前寒武紀巖漿巖，是研究古元古代哥倫比亞超大陸演化的天然實驗室。筆者在本區域工作時，發現一套花崗巖巖石組合（1 930～1 944 Ma）。本文通過興地塔格地區花崗巖巖相學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學、巖石地球化學分析，討論成因及構造環境，為進一步研究哥倫比亞超大陸匯聚和裂解時限及演化動力學轉換機制提供新的依據。

1? 區域地質背景、巖相學特征

研究區位于興地塔格地區中北部夾持于辛格爾斷裂與興地斷裂之間（圖2-a）。區內發育一套石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖巖石組合。地層主要為古元古界滹沱系興地塔格巖群圖努爾布拉克巖組，為一套低角閃巖相-角閃巖相變質的片麻巖、混合巖、結晶片巖、變粒巖、斜長角閃巖等；古元古界滹沱系興地塔格巖群辛格爾巖組，為一套白色中厚層狀顯微白云質大理巖、灰白色團塊狀含透輝石、淺灰白色粗粒大理巖、灰白色蛇紋石白云質大理巖等；青白口系帕爾崗塔格群塞納爾塔格組第三段，為一套變質細砂質粉砂巖、變質泥質粉砂巖等。區內斷裂構造較為發育，斷層具多期性，以走滑性質為主（圖2-b）。

灰-灰綠色半自形細粒石英閃長巖（圖3-A，D）：呈灰-灰綠色，半自形細粒結構，塊狀構造。主要由更-中長石、石英及暗色礦物等組成。更-中長石（70%～75%）：半自形板狀，粒徑0.4～1.8×1.2 mm。石英（5%～8%）：他形粒狀。暗色礦物（20%）：黑云母、角閃石等。淺灰綠-灰色中細?；◢忛W長巖（圖3-B，E）：呈淺灰綠-灰色，中-細粒結構，塊狀構造。主要由更-中長石、鉀長石及石英等組成。更-中長石（50%～60%）：半自形板狀，粒徑0.5×0.4～2.7×1.4 mm。鉀長石（15%）：他形粒狀，具條紋結構。石英（25%）：他形粒狀。黑云母、角閃石（少量）。磷灰石（微量）。淺灰-灰白色細?；◢弾r（圖3-C，F）：呈淺灰-灰白色，略微肉紅色，花崗結構，塊狀構造。由鉀長石、更-中長石、石英等組成。鉀長石（60%～65%）：他形粒狀，具條紋結構。更-中長石（15%～20%）：半自形板狀，可見聚片雙晶。石英（20%）：他形粒狀。磁鐵礦（微量）。

2? 樣品信息和分析方法

本次研究的薄片鑒定和硅酸鹽分析12件均采自興地村以北區域地質剖面中。其中，石英閃長巖樣品3件、花崗閃長巖5件、花崗巖4件。分析均由新疆地礦實驗研究所承擔。主量、微量、稀土元素的測試分析，每件樣品重約10 kg，新鮮，較純凈，無外來體的混入。測試分析樣品經粗碎后使用碳化鎢缽磨細成可過200目篩的粉末，每次更換樣品時均使用純凈水沖洗缽體并用工業酒精擦拭，防止樣品間互相污染。主量元素測定采用XRF法，測試時將樣品200目粉末熔成玻璃餅后使用X射線熒光光譜（XRF）進行測試，精度在l％內。燒失量的測試在烘烤箱中1 000 ℃烘烤90分鐘獲得。微量元素和稀土元素測試使用兩酸（HNO3+HF）高壓反應釜溶樣法對樣品200目粉末進行溶解。使用等離子質譜儀（ICP-MS；Agilent 7 500a）來測定元素含量，高于10×10-6含量的元素誤差在5％內，小于10×10-6含量的元素誤差在10％內，分析原理和流程參照文獻[16]。

本次采集新鮮U-Pb同位素樣品3件（每件約20 kg），采樣位置見圖2-b。石英閃長巖U-Pb同位素樣品采自86°52′53″、41°33′03″處，花崗閃長巖U-Pb同位素樣品采自86°53′08″、41°32′06″處，花崗巖U-Pb同位素樣品采自86°53′40″、41°34′24″處。送至廊坊區調研究所進行鋯石挑選和制靶。經嚴格粉碎、重液分離、磁選后在雙目鏡下選出晶型完整、干凈透明、無明顯裂隙的鋯石晶體（圖4-A-C），將挑選出的鋯石樣品放置于環氧樹脂中固結，經拋光后使鋯石內核完全暴露，送至北京離子探針中心進行陰極發光（CL）照相[17]。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年分析在地大（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室LA-ICP-MS完成，分析原理和流程參照文獻[17]。

3? 結果分析

3.1? LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年

石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖分別挑選出24顆鋯石（圖4）。鋯石大多晶型完整，晶面光潔清晰，無色透明，無裂痕，呈長柱狀、長板狀、橢圓狀，長寬比在2∶1到3∶1之間。鋯石陰極發光圖顯示，少量鋯石邊部發育白色環帶，局部可見少量繼承內核，邊部平直且發育明顯韻律環帶，屬典型巖漿鋯石[16-19]。在LA-ICP-MS分析時，選擇環帶清晰、內部純凈，無裂隙及包裹體的部位打點。測齡結果顯示（圖5-A-C），鋯石U-Pb年齡值范圍為（1 930±11） Ma～（1 944±9） Ma，時代為古元古代晚期。

3.2? 巖石地球化學特征

3.2.1? 主量元素特征

石英閃長巖： CaO平均含量4.92%，含量較高；Na2O含量2.86%～3.84%，K2O含量1.05%～3.04%，富Na（Na2O＞K2O），Na2O+K2O=5.42%，堿含量中等?；◢忛W長巖： CaO平均含量4.68%，含量較高；Na2O含量2.34%～3.59%，K2O含量2.31%～3.55%，富Na（Na2O＞K2O），Na2O+K2O=5.93%，堿含量中等?；◢弾r：CaO平均含量1.96%，含量較高；Na2O含量1.19%～5.16%，K2O含量1.50%～3.66%，富Na（Na2O＞K2O），Na2O+K2O=5.08%，堿含量中等。

在侵入巖TAS圖解中（圖6-a），石英閃長巖樣點落入閃長巖區域，花崗閃長巖樣點落入花崗閃長巖區域，花崗巖樣點落入花崗巖區域，樣點總體位于Ir線之下，屬鈣堿性系列，樣點投影結果與野外定名及巖礦鑒定成果基本一致；從圖中可看出（圖6-b），樣品主要落入高鉀鈣堿性系列及鈣堿性系列與高鉀鈣堿性系列分界線附近，屬高鉀鈣堿性巖石系列。從圖中可看出（圖6-c），樣品主要落入準鋁質及過鋁質與準鋁質分界線附近，屬準鋁質。

3.2.2? 微量元素特征

從圖中可看出（圖7-a），石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖表現為變化規律近平行的曲線簇，整體表現為右傾式，輕稀土內部分餾明顯，重稀土無明顯分餾，分布模式與上、中地殼及平均陸殼分布模式近似一致，明顯不同于下地殼。

石英閃長巖∑REE=130.81×10-6～381.20×10-6，平均276.98×10-6；輕稀土總量平均258.22×10-6；重稀土總量平均17.42×10-6；具較高的輕、重稀土比（9.77～22.74）；（La/Yb）N=11.76～49.61，反映輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾較明顯；δCe=0.95～1.03，平均0.99，顯示負異常特征；δEu=0.84～1.19，平均1.05，顯示弱正異常特征?；◢忛W長巖∑REE為257.92×10-6～420.82×10-6，平均312.15×10-6；輕稀土總量平均296.34×10-6；重稀土總量平均15.82×10-6；具較高的輕、重稀土比值（LREE/HREE=8.68～46.20）；（La/Yb）N=11.24～75.48，反映輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾較明顯；δCe=0.95～0.98，平均0.97，顯示負異常特征；δEu=0.80～1.70，平均1.17，顯示正異常特征?；◢弾r∑REE為108.36×10-6～359.50×10-6，平均231.49×10-6；輕稀土總量平均217.93×10-6；重稀土總量平均13.56×10-6；具較高輕、重稀土比值（LREE/HREE=10.97～41.75）；（La/Yb）N=19.18～75.15，反映輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾較明顯；δCe 為0.97～1.00，平均0.99，顯示負異常特征；δEu為0.43～0.91，平均0.57，顯示負異常特征。

從圖中可看出（圖7-b），石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖表現為變化規律近平行的曲線簇，呈鋸齒狀分布，與上、中地殼蛛網圖相似，明顯不同于平均陸殼及下地殼蛛網圖。大離子親石元素（LILE）U，K，Ba，Sr等富集，Rb，Th等微弱虧損，高場強元素（HFSE）Nb，Ta，P，Ti強烈虧損，具典型VAG特征[16]。

4? 討論

4.1? 成巖時代

在興地村以北區域針對石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖，分別采集U-Pb同位素樣品1件，各挑選24顆鋯石進行測定。石英閃長巖鋯石206Pb/238U表面年齡在1 923～1 964 Ma，數據點諧和性較好，206Pb/238U加權平均年齡為（1 939.5±3.7） Ma，MSWD=2.8，代表成巖年齡；花崗閃長巖鋯石206Pb/238U表面年齡在1 887～2 173 Ma，數據點諧和性較好，206Pb/238U 加權平均年齡為（1 930±11） Ma，MSWD=1.7，代表成巖年齡；花崗巖鋯石206Pb/238U表面年齡在1 914～2 031 Ma，數據點諧和性較好，206Pb/238U加權平均年齡為（1 944±9）M a，MSWD=0.51，代表成巖年齡。石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖測齡結果顯示，鋯石U-Pb年齡值范圍為（1 930±11） Ma～（1 944±9） Ma，時代為古元古代晚期。

在塔里木盆地周緣發育1 800 ～2 400 Ma花崗巖漿[5-14]，利用這些數據，初步劃分出兩期造山事件（圖8）。1 800～2 000 Ma可能與北塔里木向南塔里木俯沖并發生陸陸碰撞，最終形成統一的塔里木板塊事件有關[10]；2000～2400 Ma可能與新太古—古元古代陸殼改造增生事件有關[6]。本次取得鋯石U-Pb年齡值為（1 930±11） Ma～（1 944±9） Ma，可能與北塔里木向南塔里木俯沖發生陸陸碰撞事件有關。

4.2? 巖漿成因

花崗巖成因主要有3種劃分方法：MIAS型、殼幔同熔型-陸殼改造型-幔源型、磁鐵礦系列-鈦鐵礦系列[23]。3種劃分方案中，MIAS分類是目前最常用的花崗巖成因分類方案[16、24]。自然界中由幔源衍生的“M”型花崗巖極少，通常與蛇綠巖相伴生的斜長花崗巖被認為是輝長質巖石在含水的條件下熔融形成的[16、25-26]?！癆”型花崗巖基于特定性的化學指標（富SiO2，Na和K，貧CaO，MgO，高（K2O+Na2O）/Al2O3和FeOT/MgO值，富集Zr，Nb，Ti，Ga等高溫元素）、礦物學特征（堿性角閃石、含F黑云母、角閃石和螢石等副礦物）和構造環境判別（裂谷、板內、后造山型）進行判斷[16、27-29]?！癐”和“S”型花崗巖基于巖石源區性質判定，而“I”型花崗巖通常被認為殼?；煸?，具富鈉、含黑云母、角閃石等副礦物[16、30]。

由巖相學和巖石化學結果來看，石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖普遍富鈉、見黑云母等礦物，屬高鉀鈣堿巖石系列。從圖9中可看出，SiO2與其他氧化物之間呈一定線性相關性，表明古元古代石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖為同源巖漿演化形成的巖石組合。隨SiO2含量的增高，鋁、鈣、鎂、鐵值逐漸降低，說明巖漿演化整體指示巖漿向貧鐵鎂、貧鈣，富硅方向演化。本次古元古代花崗巖含較高CaO、富Na、中等堿含量，Nb，Ta，P，Ti強烈虧損，明顯區別于“A”型花崗巖。從圖6-c中可看出，樣品落入準鋁質區域，明顯區別于“S”型花崗巖。從圖10-a中可看出，樣品落入“I”型花崗巖區域；從圖10-b中可看出，樣品落入部分熔融演化趨勢線。從圖7-a中可看出，其與上、中地殼及平均陸殼分布模式相似；從圖10-c中可看出，其與上、中地殼蛛網圖相似。從圖7-c中可看出，樣品點落入上地殼趨勢線。綜上判斷該區花崗巖屬“I”型花崗巖。

4.3? 構造背景及地質意義

研究表明，諸多因素可能導致大陸地殼系統的內能上升及殼體內部巖石部分熔融[8、31]，花崗巖從大陸地殼底部部分熔融，到對流巖漿地層和重熔界面向上移動至淺層地殼，大陸地殼系統需長期的能量輸入。巖石圈板塊匯聚是所有地球動力學機制中唯一滿足上述條件的模型[8、32]。

古元古代花崗巖富集大離子親石元素（LILE）U，K，Ba，Sr等，Rb，Th等弱虧損，高場強元素（HFSE）Nb，Ta，P，Ti強烈虧損，具典型VAG特征[16、33-34]。從（圖11-a，b）中可看出，樣品均落入火山弧區域。從圖11-c可看出，樣品落入板塊碰撞前花崗巖區域。說明其形成環境與板塊俯沖消減有關。

據巖石溫度計算公式得出[8、35]：石英閃長巖鋯石飽和溫度為795 ℃～835 ℃，平均814 ℃；花崗閃長巖鋯石飽和溫度為745 ℃～883 ℃，平均821 ℃；花崗巖鋯石飽和溫度為741 ℃～893 ℃，平均824 ℃。石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖屬同源巖漿演化形成的巖石組合，樣品中未發現繼承鋯石，因此鋯石飽和溫度是源區原始巖漿最低溫度?；◢弾r鋯石飽和溫度為814 ℃～824 ℃（溫度大于800 ℃），屬“熱”花崗巖[8、36-37]。這種“熱”花崗巖往往跟深部持續的熱源（低侵作用）有關，反映玄武質巖漿持續較長時間的低侵或巖石圈的拆沉，在該區引發高的地熱梯度并不斷產生巖漿作用[8、38]。

綜上，筆者認為興地塔格地區古元古代晚期花崗巖為“I”型花崗巖，形成于俯沖消減環境，由深部巖漿底侵作用，導致上地殼底部物質的部分熔融的產物。推斷該期花崗巖可能與北塔里木向南塔里木俯沖并發生陸陸碰撞，最終形成統一的塔里木板塊事件有關。結合全球約1.9 Ga的造山事件對比，推測本次研究的古元古代花崗巖，是哥倫比亞超大陸聚合的動力學響應。

5? 結論

（1） 興地塔格地區石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖屬同源巖漿演化形成的巖石組合，鋯石U—Pb加權平均年齡為（1 930±11） Ma～（1 944±9） Ma，代表了其形成年齡，屬古元古代晚期。

（2） 該期花崗巖富集大離子親石元素（LILE）U，K，Ba，Sr等，Rb，Th等弱虧損，高場強元素（HFSE）Nb，Ta，P，Ti強烈虧損，屬“I”型花崗巖，形成于俯沖消減環境，由深部巖漿底侵作用形成，是上地殼底部物質部分熔融的產物。

（3） 結合區域構造背景認為，該期花崗巖可能與北塔里木向南塔里木俯沖，并發生陸陸碰撞，與最終形成統一的塔里木板塊事件有關，是哥倫比亞超大陸聚合的動力學響應。

致謝：論文的編制過程中得到了陳曄老師、趙同陽老師的細心指導。在此，對他們的辛勤付出深表感謝！

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Ages， Geochemical Characteristics， and Geological Significance

of Pre Cambrian Paleoproterozoic Granite in the Northern Margin of Tarim Basin

Bai QuanJin1， Ming Jingfa1， Wang Xinjun2， Wu Xingcheng1，

Chen Ning1， Chen Bangxue3， Yang Weiguang4，

（1.The 11th Geological Brigade of Xinjiang Geological and Mineral Bureau，Changji，Xinjiang，831100，China;2.Xinjiang Jintu Land Appraisal Consulting Company，Changji，Xinjiang，831100，China;3.Shaanxi Geological Exploration Institute of China National Chemical Administration，Xi'an，Shaanxi，710000，China;4.Urumqi Natural Resources Comprehensive Survey Center of China Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Tarim Craton has experienced events related to the evolution of the Columbia supercontinent. The convergence and fragmentation of the Columbia supercontinent mainly occurred in the Paleoproterozoic （1800 Ma～2500 Ma）， accompanied by strong crustal accretion events， and has received widespread attention from geologists. There is still considerable controversy over the timing of the convergence and fragmentation of the Colombian supercontinent. Xingditag area is located in the northeast margin of Tarim Basin， where a large number of Precambrian magmatic rocks are exposed. It is a natural laboratory for studying the evolution of Columbia supercontinent. Through geochemical analysis of the granite （quartz diorite， granodiorite， granite） in this area， it was found that it is a rock combination formed by the evolution of homologous magma， belonging to the high potassium calcium alkaline rock series and quasi aluminous granite. Enriched with large ion lithophilic elements （LILE） such as U， Sr， K， Ba， etc.， slightly depleted with Th， Rb， etc.， and strongly depleted with high field strength elements （HFSE） such as Ta， Nb， P， Ti， etc.， exhibiting typical VAG characteristics. The distribution patterns of trace and rare earth elements are similar to those of the upper and middle crust. Formed in a subduction and subduction environment of the plate. Through zircon U-Pb dating， a weighted average age of 206Pb/238U was obtained， ranging from 1930 ± 11 Ma to 1944 ± 9 Ma， indicating a late Paleoproterozoic period. Based on the regional tectonic background， it is believed that this period of granite may be related to the subduction of the North Tarim towards the South Tarim and the occurrence of land land collision， ultimately forming a unified Tarim plate event， which is a dynamic response to the aggregation of the Columbia supercontinent.

Key words： Columbia; Tarim Craton; Xingditag region; Ancient Proterozoic; Granite

項目資助：阿爾金鐵鉛鋅資源基地調查項目（12120113042700）

收稿日期：2023-11-27；修訂日期：2024-01-12

第一作者簡介：白權金（1985-），男，四川廣元人，高級工程師，2012年畢業于中國地質大學（武漢）資源勘查專業，現從事地質礦產勘查工作；E-mail： 543981882@qq.com

通訊作者：陳寧（1985-），男，寧夏固原人，高級工程師，2011年畢業于長春工程學院資源勘查專業，現從事區域地質調查工作；E-mail： 809790874@qq.com