王明陽，尼加提·阿布都遜，郭瑞清，周剛,2，朱志新,3(.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆烏魯木齊830046；2.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，新疆烏魯木齊830000；3.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊830000）

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庫魯克塔格西段孔茲巖系的發(fā)現(xiàn)及年代學研究

王明陽1，尼加提·阿布都遜1，郭瑞清1，周剛1,2，朱志新1,3
(1.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆烏魯木齊830046；2.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，新疆烏魯木齊830000；3.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊830000）

摘要：庫魯克塔格西段出露含石墨、富鋁礦物（矽線石、紅柱石、堇青石）和石榴石為特征的高級變質(zhì)巖石組合。對其巖石學特征及年代學研究，有助于了解塔里木克拉通變質(zhì)基底性質(zhì)。巖石學和巖石地球化學特征表明，該套巖石組合為典型的孔茲巖系，與華北克拉通及鄰區(qū)具親緣性。鋯石U-Pb年代學研究表明，孔茲巖系存在1 928～2 636 Ma物源區(qū)年齡信息，記錄了～1.92 Ga和～1.85 Ga兩期變質(zhì)事件，為塔里木克拉通前寒武紀早期地質(zhì)演化、Columbia超大陸恢復(fù)與重建提供了新證據(jù)。

關(guān)鍵詞：孔茲巖系；庫魯克塔格；塔里木克拉通；鋯石U-Pb定年；Columbia超大陸

孔茲巖系（Khondalite Series）被認為是地殼早期發(fā)育的富鋁質(zhì)高級變質(zhì)雜巖，我國華北克拉通及鄰區(qū)和華南克拉通是早前寒武紀孔茲巖系的主要分布地區(qū)[1-5]。目前，世界多數(shù)地質(zhì)學家傾向于把一套含石墨富鋁片巖、片麻巖，同時夾有大理巖和石英巖的變質(zhì)沉積巖石組合統(tǒng)稱為孔茲巖系[6]。孔茲巖系在全球各大陸均有出現(xiàn)，在變質(zhì)巖組合、原巖建造、變質(zhì)作用及含礦性等方面有很大相似性[5]?？灼潕r系包含對溫壓條件變化敏感的副變質(zhì)巖[7]，記錄了超大陸聚合的詳細信息，是研究前寒武構(gòu)造演化的重要突破口之一。

庫魯克塔格地區(qū)屬塔里木克拉通東北緣出露區(qū)（圖1-A）[8]，廣泛出露前寒武紀地質(zhì)體，是研究塔里木克拉通前寒武紀地質(zhì)演化的熱點地區(qū)之一（圖1-B）。前人大量花崗質(zhì)巖漿巖鋯石U-Pb年代學研究表明，塔里木克拉通存在2.0～1.8 Ga構(gòu)造-變質(zhì)事件，可能與Columbia超大陸聚合有關(guān)[9-12]。部分學者從變質(zhì)巖方面也進行了相關(guān)研究[13-16]，但對于Columbia超大陸聚合在塔里木克拉通的響應(yīng)，仍需更多變質(zhì)巖方面的研究。近年來在庫爾勒阿訇口地區(qū)發(fā)現(xiàn)一套含石墨富鋁片巖-片麻巖、長英質(zhì)粒狀巖和鈣硅酸鹽巖組合，其中夾有少量斜長角閃巖，為塔里木克拉通的變質(zhì)表殼巖系,初步判定其為孔茲巖系。本文通過巖石學、巖石地球化學研究，分析巖石組合特征及成因，結(jié)合鋯石U-Pb同位素研究，初步探討塔里木克拉通早前寒武紀地質(zhì)演化，及對Columbia超大陸聚合事件的響應(yīng)。

1　孔茲巖系的分布及巖石組合特征

孔茲巖系主要賦存于古元古界興地塔格群之中，出露于庫爾勒以東鐵門關(guān)-西山口一帶，夾持于興地斷裂和辛格爾斷裂間（圖1-C）?新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.新疆興地塔格阿訇口地區(qū)1∶5萬等5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，2015，巖層呈整體無序，局部有序的特點。該套巖石組合主要由含石墨富鋁片巖-片麻巖類、長英質(zhì)粒狀巖類和鈣硅酸鹽巖類組成，巖石中發(fā)育多期疊加褶皺，鐵門關(guān)地區(qū)多見混合巖化（圖2-a）。主要有以下3類巖石組合：

富鋁片巖-片麻巖類此類巖石主要分布于鐵門關(guān)一帶，近EW向陡傾薄層狀產(chǎn)出（圖2-b）?？傮w上片巖出露較少，以片麻巖為主。典型巖石為含藍晶堇青石榴二云片(麻)巖、含石墨石榴(堇青)二云片巖、含(石墨)石榴矽線(紅柱±堇青±矽線)黑云斜長片麻巖、含(石墨)角閃(黑云)斜長片麻巖等。巖石主要為鱗片-粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀-片麻狀構(gòu)造。變質(zhì)礦物共生組合為Bi＋Gt＋Gra＋Q、Pl＋Gt＋Sill+ Kfs+ Bi+ Q（圖2-d，e）

圖1　庫魯克塔格地區(qū)地質(zhì)簡圖及西段孔茲巖系分布圖Fig.1 Geological sketch map of Kuluketage area and distributions of Khondalite Series from its western section(圖A據(jù)Lu等修改[17]；圖B據(jù)Long等修改[18]；圖C據(jù)新疆興地塔格阿訇口地區(qū)1∶5萬地質(zhì)圖修改)1.第四系;2.新元古界地層;3.古元古界興地塔格群(孔茲巖系);4.古生代巖漿巖;5.新元古代巖漿巖;6.古元古代巖漿巖;7.地質(zhì)界線; 8.斷層;9.推測斷層;10.樣品及編號;11.托格雜巖;12.興地塔格群;13.中元古代;14.新元古代;15.古生代;16.花崗巖D3430-1——含石墨石榴二云片巖，D8407——含堇青矽線石榴黑云斜長片麻巖，D8003-1——含石榴黑云斜長片麻巖，TKD144——含石墨石榴長石石英巖，D3431-1——含白云母斜長淺粒巖，D4579-1——含矽線石榴斜長變粒巖，D8406——透輝大理巖

長英質(zhì)粒狀巖類占本區(qū)孔茲巖系出露面積的大部分，呈NW向近直立分布于研究區(qū)中部，其它地方有零星夾層出露。該巖類整體變形較弱，呈條帶狀不等厚互層分布。主要巖性為石英巖、淺粒巖和變粒巖，典型巖石為含石墨石英巖、含(石墨±矽線石)石榴(黑云)長石石英巖、含(石墨±金紅石±矽線石)石榴斜長淺粒巖、含石墨矽線石榴變粒巖等。巖石主要為粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。變質(zhì)礦物共生組合為Pl＋Gt＋Gra＋Q、Pl＋Gt＋Sill＋Bi＋Q（圖2-f，h）。

鈣硅酸鹽巖類分布范圍較廣，多為富鎂大理巖，也可見含石墨大理巖（圖2-c）。呈層狀、透鏡狀產(chǎn)出，多可見受韌性剪切形成的復(fù)雜變形。典型巖石有含（石墨）白云方解大理巖、蛇紋石化含橄欖(透輝±透閃)大理巖、石榴(黑云±角閃)透輝巖等。巖石主要為粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物有方解石、白云石、橄欖石、透輝石、透閃石、蛇紋石等（圖2-i）。變質(zhì)礦物組合為Cc＋Di+Kfs＋Gra＋Q。

2　孔茲巖系的地球化學特征

2.1主量元素

富鋁片巖-片麻巖類樣品中SiO2含量為52.39% ～55.2%；Al2O3含量為20.40%～21.53%（表1）。SiO2，CaO和Na2O含量相對較低，且通常是K2O>Na2O，CaO含量低，一般MgO>CaO，表現(xiàn)出Al2O3，MgO，F(xiàn)e2O3，TiO2和MnO含量相對較高。而含石英，斜長石和鉀長石高的長英質(zhì)粒狀巖類則正好相反，樣品中SiO2含量高達70.4%～74.6%，Al2O3含量在14.25% ～16.40%，顯示SiO2，Al2O3含量較高，MgO，F(xiàn)e2O3，TiO2和MnO含量相對較低。將巖石主量元素換算成尼格里值，樣品投在Si-(Al+fm)-(c+alk)圖解中(圖3)。樣品1-8落點由泥質(zhì)沉積巖過渡到砂質(zhì)沉積巖，反映源巖主要組分具由泥質(zhì)巖類向砂質(zhì)巖類過渡的特點。樣品6、7落在火山巖區(qū)及邊緣，說明其源巖可能為中酸性火山巖。

圖2　庫魯克塔格西段孔茲巖系野外及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Field photographs and photomicrographs of the khondalite series from western Kuluketage areaa——孔茲巖系條帶狀展布及混合巖化現(xiàn)象;b——片麻狀構(gòu)造;c——含石墨大理巖;d——含石墨石榴二云片巖;e——含堇青矽線石榴黑云斜長片麻巖;f——含石墨石榴長石石英巖;g——含白云母斜長淺粒巖;h——含矽線石榴斜長變粒巖;i——透輝大理巖；Pl——斜長石;Kfs——鉀長石; Sill——矽線石;Cord——堇青石;Spi——尖晶石;Gt——石榴子石;Cc——方解石; Di——透輝石;Gra——石墨;Bi——黑云母;Q——石英

2.2微量元素和稀土元素

孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石微量元素蛛網(wǎng)圖顯示（圖4-a）[19-20]，樣品微量元素表現(xiàn)為大離子親石元素（Rb，Ba）相對富集，高場強元素（Zr，Hf，Sm，Y等）相對虧損，具明顯的Ta，Nb，Sr，P，Ti負異常。變泥砂質(zhì)巖石稀土元素總量為55.41×10-6～403.09×10-6（表1），除Ba含量低以外，其余樣品含量較高，均值為196.78×10- 6。LREE/ HREE為3.17～17.5，顯示出輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，與稀土元素球粒隕石標準化分布型式基本一致，分布曲線向右傾斜(圖4-b)。從富鋁片巖-片麻巖類到長英質(zhì)粒狀巖類，具Eu從負異常過渡到正異常的特征。(La/Sm)N較大，為2.51～5.66，(Gd/Yb)N為1.17～1.99，表明巖石具輕稀土分餾程度大，重稀土分餾程度相對較低的特點。

圖3　庫魯克塔格西段孔茲巖系Si-(Al+fm)-(c+alk)圖解Fig.3 Si-(Al+fm)-(c+alk) diagram khondalite series from western Kuluketage area

3　鋯石U-Pb同位素年代學

本文選取長英質(zhì)粒狀巖類中的含石墨石榴長石石英巖（TKD144，地理坐標：東經(jīng)86°25'39.8"，北緯41° 41'12"）進行詳細的年代學研究。樣品鋯石分選由廊坊地源礦物測試分選公司完成。鋯石制靶、CL圖像采集由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年在天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成[21]，激光斑束直徑為35μm。U-Pb表面年齡采用ICPMSDateCal99程序進行處理[22]，年齡計算及成圖采用Isoplot完成[23]。

樣品鋯石大小均一，多為圓狀-短柱狀，延長度小于2∶1。CL圖像顯示大部分鋯石具核-幔-邊結(jié)構(gòu)，鋯石形態(tài)的多樣性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性表明其為碎屑鋯石。對該樣品共進行了16個點分析（表2），U含量較高，為178×10-6～ 1 897×10-6，均值918×10-6，Th含量43×10-6～540×10-6。結(jié)合鋯石形態(tài)學特征及Th，U值可將鋯石測點分兩類：一類鋯石點為巖漿鋯石（2、3、5、6、9、11、12、13、14、16），鋯石大部分環(huán)帶清晰可見，Th/U比值0.14～ 1.12，207Pb/206Pb表面年齡主要集中于1 908～2 616 Ma，12、13落在諧和線上，分別為（2 110±8）Ma、（1 928±7）Ma。其余點均落在諧和線以下，沿不一致線分布（圖5），表明鋯石形成后由單一事件引發(fā)Pb丟失，上交點年齡（2 636±26）Ma，下交點年齡（1 862±11）Ma。二類鋯石點（1、4、7、8、10、15）為幔部，寬且均一，Th/U比值0.03～0.08，小于0.1，具變質(zhì)鋯石特征。年齡點均落在諧和線上，207Pb/206Pb表面年齡集中于1 858～1 924 Ma。

圖4　庫魯克塔格西段孔茲巖系微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和稀土元素分布模式圖(b)Fig.4 Trace element spidergrams(a) and REE distribution patterns(b) of the khondalite series from westernKuluketage area（原始地幔標準值引自Sun et al.,1989；球粒隕石標準值引自Taylor et al.,1985）

4　討論

4.1孔茲巖系的確定

本地區(qū)出露含石墨富鋁片巖-片麻巖類、長英質(zhì)粒狀巖類和鈣硅酸鹽巖類巖石組合，與孔茲巖系定義相一致[6]。孔茲巖系出露的典型地區(qū)印度南部，除矽線石榴片麻巖和麻粒巖外，還有石榴石英巖、鈣硅酸鹽巖、碳酸鹽巖等巖石[24,25]。巖石中普遍富含石墨、石榴子石、富鋁礦物(矽線石、堇青石、紅柱石)、金紅石等典型變質(zhì)礦物。含堇青矽線石榴黑云斜長片麻巖(D8407)中出現(xiàn)Pl＋Gt＋Sill+Kfs+Bi+Q組合，混合巖化現(xiàn)象表明巖石至少發(fā)生了高角閃巖相峰期變質(zhì)作用（圖2-a）。

本地區(qū)孔茲巖系中變泥砂質(zhì)巖石主量元素組成變化較大（圖6）[24-27]，∑REE含量均值為196.78× 10-6，與華北克拉通及鄰區(qū)同類巖石平均值206.19× 10-6近似相同[2]，與賀蘭山中段孔茲巖系變沉積巖石平均值195.56×10-6基本一致[28]。多數(shù)巖石具負Eu異常，輕稀土富集，重稀土虧損。在Si-(Al+fm)-(c+alk)圖解中（圖4），原巖恢復(fù)為泥-砂質(zhì)沉積巖和中酸性火山巖，Saleeby等認為此巖石組合可能形成于具消減大陸弧的大陸邊緣[29]。與印度南部和華北克拉通孔茲巖系的同類巖石對比，本地區(qū)與華北克拉通相似，出現(xiàn)較多砂質(zhì)巖石[26]，印度南部以泥質(zhì)巖石為主，稀土元素分布模式一致，顯示成因上的相似性。

綜上所述，本區(qū)出露巖石都可與國內(nèi)外典型地區(qū)對比，為典型的孔茲巖系。

4.2孔茲巖系的形成時代

含石墨石榴長石石英巖鋯石U-Pb同位素測定表明，測點12、13諧和年齡為（2 110±8）Ma、（1 928±7）Ma，具巖漿鋯石特征，可能為源區(qū)巖石年齡。其余巖漿鋯石在U-Pb年齡諧和圖上獲得了一條很好的不一致線，上交點年齡為（2 636±26）Ma，反映了孔茲巖系源區(qū)巖石的成巖年齡，與Long等在鐵門關(guān)地區(qū)測得的TTG巖系（黑云斜長片麻巖）（2 659±15）Ma成巖年齡一致[30]。下交點年齡為（1 862±11）Ma，代表了孔茲巖系峰期變質(zhì)年齡。部分變質(zhì)鋯石207Pb/206Pb表面年齡集中于1 858～1 924 Ma，可分為1 858～1 885 Ma和1 902～1 924 Ma（加權(quán)平均值（1 914±17）Ma）兩組變質(zhì)年齡。前人對鐵門關(guān)地區(qū)片巖和片麻巖鋯石U-Pb年代學研究后得出～1.85 Ga變質(zhì)事件年齡[13,15,16]，葛榮峰測得西山口東部地區(qū)云母片巖和副片麻巖變質(zhì)年齡～1.93 Ga[16]，證實該地區(qū)存在～1.92 Ga的變質(zhì)事件。

綜上所述，孔茲巖系物源區(qū)存在1 928～2 636 Ma的年齡信息，記錄了～1.85 Ga和～1.92 Ga兩期變質(zhì)事件，與華北克拉通古元古晚期的地質(zhì)演化極相似[31]，是對Columbia超大陸聚合事件的響應(yīng)。

4.3孔茲巖系的地質(zhì)意義

Zhao等總結(jié)全球古元古代晚期（2.1～1.8 Ga）造山作用，提出全球各大陸塊通過這期造山作用聚合成為Columbia超大陸，據(jù)造山帶和基底地質(zhì)對比提出了Columbia超大陸的復(fù)原圖[32]。但許多古陸的關(guān)系及在Columbia中的具體位置存在爭議[33]，碰撞造山帶是超大陸形成的必要條件，其識別與對比是前寒武紀超大陸重建的基礎(chǔ)[32,34,35]。

表1　庫魯克塔格西段孔茲巖系主量、微量及稀土元素分析結(jié)果與部分參數(shù)Table 1 Major elements,trace elements and REE composition of khondalite series from western Kuluketage area

庫魯克塔格地區(qū)廣泛分布2.0～1.9 Ga的變質(zhì)花崗巖，大多數(shù)集中在1.93～1.94 Ga，地球化學和鋯石Hf-O同位素數(shù)據(jù)顯示，其多來源于古老地殼的重熔事件，且?guī)r漿源區(qū)存在強烈地殼加厚[16,36,37]。區(qū)域上中元古界與古元古界變質(zhì)相不同[15]，具顯著變形差異，兩者間存在重要構(gòu)造不整合界面[38]。這些證據(jù)均說明塔里木克拉通北緣存在一期重要的古元古晚期造山事件，前人將這次造山事件稱為“興地運動”[39,40]。鐵門關(guān)地區(qū)富鋁片麻巖（狹義孔茲巖）具順時針P-T演化軌跡，反映與陸-陸碰撞有關(guān)的動力學過程（待發(fā)表）?？灼潕r系中記錄的～1.85 Ga變質(zhì)年齡應(yīng)該代表了陸-陸碰撞造山事件的年齡，是古元古代晚期塔里木克拉通對Columbia超大陸聚合事件的一系列響應(yīng)。Zhang等提出塔里木東緣的敦煌地塊與華北西緣的阿拉善地塊具相似的新太古代—古元古代構(gòu)造熱事件序列[41-43]。葛榮峰認為庫魯克塔格地塊與敦煌、阿拉善、陰山等陸塊具類似新太古代—古元古代早期的基底與古元古代晚期穩(wěn)定沉積蓋層[16]。本地區(qū)孔茲巖系在巖石組合和地球化學特征上與華北克拉通孔茲巖系具很大相似性，很有可能是華北克拉通孔茲巖系的西延，代表了～ 1.92 Ga塔里木克拉通與華北克拉通西部陸塊的碰撞拼合邊界，并于～1.85 Ga共同聚合形成Columbia超大陸。

圖5　含石墨石榴長石石英巖(TKD144)鋯石U-Pb年齡諧和圖和CL圖像Fig.5 U-Pb concordia diagram of zircon and CL images from the graphite-bearing garnet arkosite(TKD144)

圖6　庫魯克塔格西段孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石的Log((CaO+Na2O)/K2O)-Log(SiO2/Al2O3)和稀土模式圖解Fig.6 Log((CaO+Na2O)/K2O)-Log(SiO2/Al2O3) and REE patterns diagram of meta-argillo-arenaceous rocks of khondalite series from western Kuluketage areaa：1.印度南部孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石分布范圍；2.華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石分布范圍Ⅰ——頁巖分布區(qū)；Ⅱ——砂巖分布區(qū)；Ⅲ——中酸性巖漿巖分布趨勢b：1.呂梁地區(qū)界河口群孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石分布范圍；2.中國華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石平均值；3.印度南部孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石平均值

5　結(jié)論

(1)庫魯克塔格西段出露的含石墨富鋁片巖-片麻巖類、長英質(zhì)粒狀巖類和鈣硅酸鹽巖類巖石組合為孔茲巖系，與華北克拉通及鄰區(qū)孔茲巖系巖性一致。其中富鋁片巖-片麻巖類和長英質(zhì)粒狀巖類的原巖為富鋁泥質(zhì)-砂質(zhì)沉積巖，原巖可能形成于大陸邊緣環(huán)境。

(2)孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石主量元素組成變化較大，∑REE含量較高，LREE富集，HREE虧損。巖石地球化學特征與華北克拉通及鄰區(qū)的孔茲巖系具成因上的相似性。

(3)孔茲巖系存在1 928～2 636 Ma物源區(qū)年齡信息，記錄了～1.92 Ga和～1.85 Ga兩期變質(zhì)事件。種種證據(jù)表明，塔里木克拉通與華北克拉通具親緣性，并于～1.85 Ga完成了Columbia超大陸聚合事件。

表2　含石墨石榴長石石英巖(TKD144)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年數(shù)據(jù)Table 2 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the graphite-bearing garnet arkosite(TKD144)

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Discovery and Geochronology of K hondalite Series
in Western K uluketage,NW China

Wang Mingyang1,NIJiati Abuduxun1,Guo Ruiqing1,Zhou Gang1,2,Zhu Zhixin1,3
(1.College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Urumqi,Xinjiang,830000, China;3.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:High grade metamorphic rocks assemblage characterized by graphite,Al-rich minerals,such as sillimanite, andalusite and cordierite) exposed in western Kuluketage area,petrology and geochronology of which will help to learn more about the basement characteristics of Tarim Craton.Petrological and Geochemical characteristics indicate that the rocks assemblage above belong to typical khondalite series and has consanguinity with North China Craton and adjacent regions.Zircon U-Pb geochronology suggests that studied khondalite series represent 1 928～2 636 Ma age information for provenance as a record of two metamorphic events at ～1.92 Ga and 1.85 Ga.The research results above provide a new evidence for early Precambrian tectonic evolution of Tarim Craton and rehabilitation or reconstruction of Columbia Supercontinent.

Key words:Khondalite Series;K uluketage;Tarim craton;Zircon U-Pb dating;Columbia Supercontinent

通訊作者：尼加提·阿布都遜（1987-），男，新疆伊犁人，講師，碩士，主要從事巖石大地構(gòu)造相關(guān)的教學與科研工作，E-mail：nijatxju@ 163.com

作者簡介:第一王明陽（1989-），男，新疆吐魯番人，新疆大學礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士

收稿日期:2015-09-06;

修訂日期:2015-11-19;作者E-mail:wddz1989@163.com

中圖分類號:P588.3

文獻標識碼:A

文章編號：1000-8845(2016)01-017-08

項目資助：中國地質(zhì)調(diào)查局新疆興地塔格阿訇口地區(qū)1∶5萬(K45E014010、K45E014011、K45E015010、K45E015011、K45E016011)等5幅區(qū)調(diào)（1212011120477）聯(lián)合資助