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        招遠(yuǎn)大尹格莊金礦床微量元素特征及其意義

        2014-03-20 11:25:10李逸凡李洪奎
        山東國土資源 2014年11期
        關(guān)鍵詞:硫化物熱液金礦

        李逸凡,李洪奎

        (1.濰坊學(xué)院建筑與工程學(xué)院,山東 濰坊 261061;2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,國土資源部金礦成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250013)

        1—太古宙TTG+表殼巖;2—元古宙變質(zhì)表殼巖;3—高壓-超高壓變質(zhì)帶;4—三疊紀(jì)巖漿雜巖;5—侏羅紀(jì)玲瓏侵入巖;6—早白堊世郭家?guī)X侵入巖;7—早白堊世偉德山侵入巖;8—早白堊世嶗山侵入巖;9—白堊紀(jì)沉積-火山沉積巖系;10—新生代沉積-火山沉積巖系;11—主要地質(zhì)界線;12—主要斷裂;13—金礦/銀礦圖1 大尹格莊金礦區(qū)礦體分布圖

        微量元素廣泛用于巖體成巖階段、期相、時(shí)代、成因、蝕變、剝蝕和含礦性的區(qū)分和研究,微量元素可以對礦石形成的溫度、礦液組分以及成礦過程中各種物理化學(xué)條件變化等方面進(jìn)行解譯,并可獲得有關(guān)礦床成因的信息[1]。由于微量元素常在礦床周圍形成含量異常的分散暈,因而其含量、變異系數(shù)、濃度分帶和比值等參數(shù)是尋找隱伏礦體的重要標(biāo)志[2-4];微量元素地球化學(xué)研究是解決礦床成因和物質(zhì)來源的有效方法,能為物質(zhì)源區(qū)、成礦物化學(xué)組態(tài)及可能的形成方式提供可靠的信息。該文以山東招遠(yuǎn)大尹格莊金礦床中微量元素為研究對象,通過對礦床圍巖、礦石等微量元素的研究,為找礦和成礦預(yù)測提供資料依據(jù)。

        1 成礦地質(zhì)背景

        招遠(yuǎn)大尹格莊金礦床地處華北板塊與蘇魯造山帶二大構(gòu)造單元結(jié)合帶之膠北隆起區(qū)(圖1),區(qū)內(nèi)以前寒武紀(jì)結(jié)晶基底為主,蓋層不發(fā)育。基底有太古宙膠東巖群、元古宙地層,在斷陷盆地內(nèi)有中生界和新生界分布。

        區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造線以近EW向展布為主,斷裂構(gòu)造以招-平斷裂為醒目,NNE,NE斷裂尤為發(fā)育,NW,EW向斷裂次之。巖漿巖以侵入巖為主,包括新太古代TTG巖系、震旦期片麻狀二長花崗巖系列,侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖、早白堊世郭家?guī)X花崗閃長巖-花崗巖、偉德山長巖-花崗閃長巖-花崗巖和嶗山堿性花崗巖等發(fā)育[5-7]。

        大尹格莊金礦床產(chǎn)于招-平主裂面下盤的黃鐵絹英巖化碎裂巖中,賦礦圍巖是玲瓏二長花崗巖,礦體以蝕變巖型為主,石英脈型少量。蝕變巖型礦體受斷裂構(gòu)造控制明顯,其兩側(cè)往往是絹英巖化碎裂狀花崗巖并逐漸過渡為正常花崗巖,礦體與圍巖界線不清,在絹英巖中有大量細(xì)小石英網(wǎng)脈,造成強(qiáng)烈硅化[8-9]。金屬硫化物(主要是黃鐵礦)以脈狀、團(tuán)塊狀、浸染狀賦存于含礦構(gòu)造帶及蝕變圍巖中。

        礦區(qū)范圍內(nèi)有①、②號2個(gè)礦體群,以大尹格莊斷裂為界,北部為②號礦體群,南部為①號礦體群,Ⅰ,Ⅱ和Ⅱ-69號為主礦體(圖2)。

        1—第四系;2—二長花崗巖;3—黑云片巖;4—黑云變粒巖;5—斜長角閃巖;6—中基性脈巖;7—石英脈;8—碎裂巖;9—糜棱巖;10—礦體;11—推測斷層;12—實(shí)測斷層圖2 大尹格莊金礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖

        1號礦體走向18°~28°,平均20°,傾向SE,傾角19°~42°,平均34°,礦體自淺部向深部產(chǎn)狀變緩。深部仍未封閉,礦體具北東側(cè)伏的特征;礦體沿走向最大長度990m,最小長度450m,平均長度709m;斜深247~1253m,平均916m;礦體最大厚度39.00m,一般3.74~15.79m,平均7.04m;最高品位6.72×10-6,一般(2.00~4.00)×10-6,平均2.77×10-6;礦體呈規(guī)則的脈狀、似層狀,沿走向和傾向呈舒緩波狀延伸,局部見分支現(xiàn)象,具有形態(tài)較簡單且分布較穩(wěn)定的特點(diǎn)。Ⅱ號礦體走向17°~26°,傾向SE,傾角18°~51°,平均39 °;最大走向長1057m,最小走向長260m,平均765m,斜深251~1450m,平均740m,深部仍未封閉;礦體最大厚度為75.07m,一般5.19~40.94m,平均厚度11.90m;金品位集中在(2.10~3.73)×10-6間,平均品位2.78×10-6;礦體呈不規(guī)則的大脈狀產(chǎn)出,沿走向及傾向呈舒緩波狀延伸,膨脹夾縮、分支復(fù)合現(xiàn)象明顯。礦石類型為黃鐵絹英巖碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖;礦化形式主要為浸染狀,次為細(xì)脈浸染狀及網(wǎng)脈狀??蓜澐譃棰顸S鐵礦化—絹英巖化、Ⅱ石英—磁黃鐵礦—中粗粒黃鐵礦、Ⅲ石英—黃鐵礦—微細(xì)粒黃鐵礦、Ⅳ石英—多金屬硫化物和Ⅴ石英—碳酸鹽等5個(gè)成礦階段,其中Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ為金的主要富集成礦階段[10],金 主 要 在250~300℃溫度范圍內(nèi)沉淀[11]。

        2 金屬硫化物化學(xué)組成

        金屬硫化物是大尹格莊金礦最主要的載金礦物,硫化物是巖漿熱液活動的產(chǎn)物,其礦物成分與化學(xué)組成及其變化與熱液活動的性質(zhì)以及成礦系統(tǒng)的物理化學(xué)條件有著密切的聯(lián)系。巖漿熱液活動一般具有多期性的特點(diǎn),其物理化學(xué)條件在每個(gè)期次都會有所變化,并將反映在熱液硫化物的礦物學(xué)特征上[12]。因此,不同熱液區(qū)硫化物的基本特征會有所不同,同一熱液區(qū)硫化物的礦物組成也有一定的差異。

        化學(xué)成分是是一種礦物區(qū)別于它種礦物的主要依據(jù)之一,是礦物物理和化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)因?;瘜W(xué)成分的變化與形成條件有著密切的聯(lián)系,能夠?yàn)榈V物提供重要的成因信息,是礦物最本質(zhì)的因素[13-14]。根據(jù)鏡下鑒定及能譜分析,礦區(qū)硫化物樣品的礦物成分主要由黃鐵礦和方鉛礦組成,此外還有閃鋅礦、黃銅礦以及少量的重晶石,在實(shí)驗(yàn)分析的同時(shí)發(fā)現(xiàn)鈾、釷等放射性礦物的集合體(表1)。

        從表1中可以看出,4條礦脈礦石Pb,F(xiàn)e,Cu,Zn的含量都相對較高,不同礦脈熱液活動區(qū)硫化物中常量元素的含量相差很大,同一熱液活動區(qū)不同熱液硫化物樣品之間部分元素的含量也有一定的差異。

        根據(jù)熱液硫化物Pb,Zn,Cu,Pb的相對百分含量(將Pb,Zn,Cu,F(xiàn)e的含量按100%計(jì)算),可以將熱液硫化物分為4大類:①富Fe型熱液硫化物,其Fe的相對百分含量應(yīng)>50%;②富Zn型熱液硫化物,其Zn的相對百分含量應(yīng)>50%;③富Cu型熱液硫化物,其Cu的相對百分含量應(yīng)>50%;④富Pb型熱液硫化物,其Pb的相對百分含量應(yīng)>50%。

        表1 不同礦脈Pb,Zn,Cu,F(xiàn)e的含量(%)

        研究表明:1號11-1礦石屬于富鉛型熱液硫化物,1號17-1礦石、2號3-2礦石屬于富鐵鉛型熱液硫化物,其余樣品均屬于富鐵型熱液硫化物礦石。

        3 微量元素特征

        3.1 圍巖微量元素

        大尹格莊金礦主要控礦、容礦圍巖為玲瓏超單元的云山單元,因此該文選擇云山單元片麻狀細(xì)?;◢弾r作為礦床背景樣,以各樣品元素的平均幾何值作為礦區(qū)背景值,表2列出了微量元素研究區(qū)背景和地殼豐度。

        表2 圍巖微量元素特征

        注:元素含量單位:×10-6,其中Hg為×10-9;地殼豐度(黎彤,1976)

        根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可以得到各元素濃集豐度。濃集豐度≥1的元素有Ag,Sn,W,Au,Pb,Bi。因此云山單元片麻狀細(xì)?;◢弾r是以富含Bi,Au,Pb,W,Ag,Sn為特點(diǎn),其中Au含量為0.0249×10-6,其濃集豐度為7.114;Ag含量為0.185×10-6,其濃集豐度為2.313;Pb含量為44.07,其濃集豐度為3.673;Bi含量為0.367×10-6,其濃集豐度為91.750;W含量為3.33×10-6,其濃集豐度為3.027;Sn含量為1.86×10-6,其濃集豐度為1.094。

        3.2 礦石微量元素

        在該次研究中以金品位為標(biāo)準(zhǔn),把礦石樣品分為兩部分,其中1≤Au<3×10-6為一組,Au≥3×10-6為另一組,如表3所示。

        礦床微量元素含量比上礦區(qū)背景的比值可以得到礦區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)。由圖3可知:Ti和Hg與金品位成負(fù)相關(guān)關(guān)系,As,Ag,Bi與金品位成正相關(guān)關(guān)系,B,V,Sb基本沒有富集也沒有虧損。

        表3 礦石微量元素特征 (10-6)

        圖3 大尹格莊金礦礦石微量元素蛛網(wǎng)圖

        3.2.1 大尹格莊金礦床元素組合特征

        (1)1×10-6≤Au<3×10-6元素組合,以各元素礦床/礦區(qū)背景值>1為標(biāo)準(zhǔn),元素組合是:Au,Ag,As,Sb,Hg,B,Cu,Pb,Zn,Bi,Mo,Mn,Co,Ni,W,Sn。

        (2)Au≥3×10-6元素組合,以各元素礦床/礦區(qū)背景值>1為標(biāo)準(zhǔn),元素組合是:Au,Ag,As,Sb,Hg,B,Cu,Pb,Zn,Bi,Mo,Mn,Co,Ni,W。

        以上礦體和礦化體中共同元素組合是:Au,Ag,As,Sb,Hg,B,Cu,Zn,Bi,Mo,Mn,Co,Ni,W。

        3.2.2 大尹格莊金礦床特征元素組合

        (1)1×10-6≤Au<3×10-6元素組合:以Au元素礦床/礦區(qū)背景值>10為標(biāo)準(zhǔn),其他各元素礦床/礦區(qū)背景值>2,元素組合是:Au,Ag,As,B,Cu,Zn,Pb,Bi,Mn,Co,W,Sn。

        (2)Au≥3×10-6元素組合:以Au元素礦床/礦區(qū)背景值>10為標(biāo)準(zhǔn),其他各元素礦床/礦區(qū)背景值>2,元素組合是:Au,Ag,As,Hg,Cu,Zn,Pb,Bi,Mo,Mn,Co,Ni。

        3.2.3 大尹格莊金礦床元素相關(guān)關(guān)系

        (1)1×10-6≤Au<3×10-6元素相關(guān)關(guān)系,如表4為1×10-6≤Au<3×10-6時(shí)各微量元素相關(guān)矩陣,共統(tǒng)計(jì)樣數(shù)N=25件,df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相關(guān)系數(shù)Ra=0.05=0.396。

        (2)Au≥3×10-6元素相關(guān)關(guān)系,如表5為Au≥3×10-6時(shí)各微量元素相關(guān)矩陣,共統(tǒng)計(jì)樣數(shù)樣數(shù)N=25件,df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相關(guān)系數(shù)Ra=0.05=0.396。

        表4 大尹格莊金礦床(1×10-6≤Au<3×10-6)各微量元素相關(guān)矩陣

        表5 大尹格莊金礦床(Au≥3×10-6)各微量元素相關(guān)矩陣

        3.3 黃鐵礦微量元素

        大尹格莊金礦各階段黃鐵礦微量元素特征列于表6中,根據(jù)研究區(qū)黃鐵礦對礦區(qū)背景微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4)分析,可知黃鐵礦各世代的微量元素配分曲線均大體一致但局部不同的特點(diǎn),從黃鐵礦各形成階段曲線來看,第二階段與第三階段微量元素的富集程度較明顯,第四階段微量元素富集程度一般,第一和第五階段富集程度較弱。從單元素上看,其中Au,Ag,As,Co,Bi,Cu,Pb,Zn等在第二、三、四成礦階段富集明顯,B,Ni,Sb基本沒有富集,而Ti則在全過程中均呈現(xiàn)虧損狀態(tài)。

        圖4 大尹格莊金礦床黃鐵礦微量元素蛛網(wǎng)圖

        元素①階段②階段③階段④階段⑤階段背景Au0.1381.543.616.640.060.0249Ag0.1971.212.159.551.050.185As1.9817.239.611.61.650.625Sb0.330.390.40.450.410.467Hg40.465.8121.1253.545.435.79B5.856.76.336.276.675Cu6.9325.646.492.910.37.432Pb13.955.595.237634.144.07Zn24.142.361.9234.237.556.13Bi0.674.264.4215.70.410.367Mo1.21.972.814.321.391.287Mn727.71125.61318.322803232.5542.34Co3.366.6119.516.24.693.418Ni2.883.925.465.063.432.93V2521.210.514.610.815.46Ti1104.71109.2596.1380.1567.61337.8W139.646.755.783.593.33Sn4.686.773.662.981.811.86Co/Ni1.1671.6863.5713.2021.360.825

        3.4 成礦元素分帶特征

        成礦地球化學(xué)區(qū)域是一種地球化學(xué)場,它具有結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性的雙重屬性[15]。在金成礦的原生暈異??臻g中,某一指示元素與其他元素之間具有空間相關(guān)性。這種空間相關(guān)性可以用元素分帶指數(shù)(K)表征:K=Cmi/∑Cmi,i=1,2,……n式中Cmi為某元素含量的標(biāo)準(zhǔn)化值,∑Cmi為n個(gè)Cmi之和。金成礦的地球化學(xué)原生暈體現(xiàn)在不同指示元素相對含量的最大值處于不同的空間位置。因此可以用一定截面上某元素的金屬量與所有指示元素的金屬量之和的比值高低作為依據(jù),排列指示元素的分帶序列??蛇\(yùn)用該成礦地球化學(xué)異常分帶指數(shù)法來確定大尹格莊金礦(1×10-6≤Au<3×10-6,Au≥3×10-6)特征元素分帶序列,從上至下依次為:Ⅰ組Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag;Ⅱ組Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo;原生暈主成礦暈元素組合為Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。

        3.5 因子分析與地球化學(xué)場分解

        因子分析能歸納和提煉元素的組合,從而將混合型原始數(shù)據(jù)形態(tài)轉(zhuǎn)換為反映不同地質(zhì)成因的數(shù)據(jù)形態(tài)。不同的成礦地球化學(xué)作用過程對應(yīng)不同的元素組合,借助因子分析模型可以將金的成礦地球化學(xué)場進(jìn)行分解,而通過分析元素組合的專屬性,可以推斷地質(zhì)成因和元素的演化過程,了解成礦地球化學(xué)動力學(xué)的作用過程。地球化學(xué)場分解的數(shù)學(xué)模型就是R型因子分析,它可表達(dá)為:

        式中:Xi為元素含量;fj為因子;aij為Xi在fi上的因子載荷,表征變量與因子的相關(guān)程度;bij為i變量對j因子計(jì)量的權(quán)參數(shù);ei為當(dāng)用fj(j=1,2,……k)去表示Xi時(shí)的剩余。在因子分析中,當(dāng)同一因子上既有某些正因子載荷的元素出現(xiàn),又有某些負(fù)因子載荷的元素出現(xiàn)時(shí),應(yīng)各組成一元素組合。

        “A到VP”格式在具體的語境中可表示贊嘆的語氣,前提是表達(dá)者對A性狀的評價(jià)態(tài)度是認(rèn)可和贊賞的。因?yàn)閂P部分本來就是對A部分的具體化和形象化,用“A到VP”格式就能很好地來表現(xiàn)A,就可以傳遞贊嘆的主觀態(tài)度。

        大尹格莊金礦因子分析中,當(dāng)取主因子數(shù)為5時(shí),特征值累計(jì)百分比達(dá)80.5%(表7),顯示這5個(gè)主因子已包含了絕大部分成礦作用信息。F1[Zn,Pb,(As)]:鉛、鋅礦化因子;F2[Au,Ag,Cu]:金、硫化物礦化因子。金銀富集與黃銅礦化有關(guān);F3[Co,Ni]:尾暈元素因子;F4[Bi,Sb,As]:礦化物礦化因子,由于As,Sb的載荷較大,所以可能代表頭暈元素組合;F5[Hg]:頭暈元素因子。

        表7大尹格莊金礦因子分析正交因子載荷

        元素F1F2F3F4F5Au-0.021-0.929-0.0080.02-0.014Ag0.068-0.845-0.0220.216-0.032Cu0.012-0.751-0.003-0.1610.009Pb0.987-0.03-0.0060.0650.022Zn0.9850.010.0010.0350.015Co-0.0040.01110.001-0.007Ni-0.0050.01310.001-0.007As0.428-0.231-0.0420.46-0.023Sb0.0170.0140.010.718-0.009Bi-0.081-0.0840.0070.8280.004Hg0.0280.023-0.0120.0180.999累計(jì)方差貢獻(xiàn)/%23.141.759.771.580.5

        通過因子分析,結(jié)合元素活動性特征,確定大尹格莊金礦床的特征元素組合為代表主成礦元素組合的Au,Ag,Cu,Pb,Zn,Bi;代表頭暈元素組合的As,Sb,Hg;代表尾暈元素組合的Co,Ni。

        4 問題探討

        微量元素通常指礦物中含量低于0.1%的元素[1]。由于微量元素晶體化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為的差異,在巖漿分離結(jié)晶地球化學(xué)作用過程中,有些元素易進(jìn)入結(jié)晶相,在液相中濃度迅速降低;有些元素則不易進(jìn)入固相,而保留在與固相共存的熔體或溶液中。前者稱為相容元素,后者稱之為不相容元素[1]。因此,微量元素的分布不僅在時(shí)間上隨地質(zhì)作用演化表現(xiàn)出明顯的變化,而且在空間上也具有顯著的區(qū)域性差異。

        微量元素在礦物巖石中的富集程度主要與微量元素的化學(xué)性質(zhì)及主元素的親和程度有關(guān),不同性質(zhì)的原巖可能伴有不同的微量元素和微量元素組合,在含量濃度上不同,因此可以利用某些微量元素的比值及其相關(guān)關(guān)系等,并通過圖解的方法區(qū)分原巖的研究。微量元素可以對礦石形成的溫度、礦液組分以及成礦過程中各種物理化學(xué)條件變化等方面進(jìn)行解譯,并可獲得有關(guān)礦床成因的信息。許多礦石都含有多種次要有益組分,微量元素地球化學(xué)的研究可對評價(jià)礦石質(zhì)量、可選性和綜合利用提供基本的資料依據(jù)。由于微量元素常在礦床周圍形成含量異常的分散暈,因此,其含量、變異系數(shù)、濃度分帶和比值等參數(shù)是尋找隱伏礦體的重要標(biāo)志[16-17]。微量元素地球化學(xué)研究是解決礦床成因和物質(zhì)來源的有效方法,能為物質(zhì)源區(qū)、成礦物化學(xué)組態(tài)及可能的形成方式提供可靠的信息。

        大尹格莊金礦圍巖為玲瓏巖體云山片麻狀細(xì)?;◢弾r,在微量元素組成上以富含Bi,Au,Pb,W,Ag,Sn為特點(diǎn),其中Au含量為0.0249×10-6,其濃集豐度為7.114;Ag含量為0.185×10-6,其濃集豐度為2.313,說明玲瓏花崗巖在成巖過程中貢獻(xiàn)了金質(zhì)[18-19]。

        大尹格莊金礦礦床微量元素含量比值可知:As,Ag,Bi與金品位成正相關(guān)關(guān)系,B,V,Sb基本沒有富集也沒有虧損,而Ti和Hg與金品位成負(fù)相關(guān)關(guān)系。對比整個(gè)膠西北地區(qū)微量元素特征,可以看出一個(gè)共同的特點(diǎn)就是各個(gè)礦床Hg的比值都明顯低于1,也就是明顯小于礦區(qū)背景值,反應(yīng)了Hg在蝕變巖型礦床和石英脈型礦床中與金的富集負(fù)相關(guān),其他礦石微量元素比值趨向基本一致,大致反應(yīng)膠西北地區(qū)巖漿活動的一致性,但受到區(qū)域和成礦背景的影響略微有點(diǎn)差異[20-21]。

        5 結(jié)論

        (1)招遠(yuǎn)大尹格莊金礦的賦礦圍巖為玲瓏巖體云山細(xì)粒二長花崗巖,金礦類型為石英脈型,最主要的載金礦物是金屬硫化物,礦物成分主要由黃鐵礦和方鉛礦組成,此外尚有閃鋅礦、黃銅礦。根據(jù)熱液硫化物的相對百分含量,可進(jìn)一步分為富鉛型熱液硫化物和富鐵型熱液硫化物。

        (2)微量元素研究表明:大尹格莊金礦圍巖微量元素以富含Bi,Au,Pb,W,Ag,Sn為特點(diǎn),金的濃集豐度為7.114;大尹格莊金礦床微量元素As,Ag,Bi與金品位成正相關(guān)關(guān)系,礦體和礦化體中元素組合為:Au,Ag,As,Sb,Hg,B,Cu,Zn,Bi,Mo,Mn,Co,Ni,W,元素相關(guān)關(guān)系是在5%信度下元素的最低相關(guān)系數(shù)Ra=0.05=0.396。

        (3)大尹格莊金礦不同成礦階段中黃鐵礦微量元素具有不同的富集表現(xiàn),第二階段與第三階段微量元素的富集程度較明顯,第四階段微量元素富集程度一般,第一和第五階段富集程度較弱。單元素表現(xiàn)為Au,Ag,As,Co,Bi,Cu,Pb,Zn等在第二、三、四成礦階段富集明顯,B,Ni,Sb基本沒有富集,而Ti則在全過程中均呈現(xiàn)虧損狀態(tài)。

        (4)成礦元素分帶特征表現(xiàn)為二個(gè)分帶序列,Ⅰ組為Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag組合,Ⅱ組為Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo組合;原生成礦暈元素組合為Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。通過因子分析,結(jié)合元素活動性特征,確定大尹格莊金礦床的特征元素組合為:代表主成礦元素的Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Bi組合、代表頭暈元素的As-Sb-Hg組合和代表尾暈元素的Co-Ni組合。

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