南海北部深水區新生代巖漿巖分布規律及其與海底地質災害的相關性

張丙坤，李三忠*，夏真，馬云，余珊，王霄飛

（1.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東青島 266100；2.海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東青島 266100；3.廣州海洋地質調查局，廣東廣州 510075）

南海北部深水區新生代巖漿巖分布規律及其與海底地質災害的相關性

張丙坤1，2，李三忠1，2*，夏真3，馬云1，2，余珊1，2，王霄飛1，2

（1.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東青島 266100；2.海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東青島 266100；3.廣州海洋地質調查局，廣東廣州 510075）

前人對南海北部新生代陸緣盆地結構、構造樣式和期次等做了大量的研究工作，但對于具體體現內動力過程的巖漿活動關注較少，尤其是北部深水區的研究鮮有涉及。本文基于二維地震剖面的解譯分析，將南海北部新生代巖漿巖劃分為3個集中分布區：瓊東南－西沙區、神狐區和東沙區。各區域巖漿巖的產出狀態有所差異，其中瓊東南－西沙區巖漿巖的平面展布規律性極強，主要受右行右階的走滑斷裂控制；神狐區巖漿巖位于NW向與NE向斷裂的交匯處，侵位空間受先存斷裂制約；東沙區巖漿巖的產生與東沙運動期間區域伸展過程有直接關系。作為內動力的表征，巖漿作用對于海底地形地貌具有重要的改造作用，與活動斷裂、海底滑坡、淺層氣等海底地質災害也具有成因上的關聯。

南海北部；巖漿巖；活動斷裂；海底滑坡；淺層氣

1 引言

南海北部陸緣位于華南大陸向南海海盆過渡的位置，分布著盆地結構和構造特征差異的諸多盆地。目前的油氣勘探表明，南海北部陸緣有著非常好的油氣勘探遠景［1—2］。前人對其盆地結構、構造樣式和期次、沉積層序、石油地質等做了大量的研究工作［3—8］。但對于具體體現內部動力的新生代巖漿活動關注較少，尤其是北部深水區的研究鮮有涉及。本文基于大量二維地震剖面的解譯分析，在南海北部深水區發現大量新生代巖漿巖的侵位構造，并發現其與海底地質災害的相互關系密切，探討其分布規律和成因，不僅有助于深入認識南海的形成和演化，而且可為該區深水區油氣勘探平臺的穩定性分析和天然氣水合物勘探開發提供重要的科學依據。

2 地質背景

南海北部陸緣深水區指水深大于300 m的陸緣盆地區［9］（見圖1），包括瓊東南盆地中央坳陷帶及其南部隆起區，珠江口盆地珠二坳陷、神狐隆起南側及其南部的西沙－中沙隆起和一統暗沙隆起區，臺西南盆地南部等，總面積超過12×104km2［10］。南海北部深水區處于特提斯構造域和太平洋構造域的疊置區，大地構造位置為晚新生代南海被動陸緣，東部為馬尼拉俯沖帶，西側為印支地塊，南部為南海中央海盆和西北次海盆。中生代以來，其盆地的形成和演化長期受到周邊古太平洋板塊俯沖、新特提斯洋消減等不同板塊間相互作用的影響。特別是晚新生代以來，南海海盆擴張、馬尼拉海溝俯沖、臺灣造山帶形成、青藏高原隆升、印支地塊擠出等多種動力因素先后影響，使得這個新生代晚期的“被動陸緣”還具有強烈的活動性，體現在火山發育、地震活動等。這種活動性也體現在鄰區的海南第四紀玄武巖噴發、臺灣澎湖列島的火山噴發、臺灣頻發大、強震等（圖1）。

圖1 研究區范圍和測線位置（盆地范圍據參考文獻［11］）Fig.1 Structural units and the locations of seismic lines in the study area（the range of the basin is based on reference［11］）

由以上背景可知，南海北部大陸邊緣新近紀期間依然具有較強的構造活動和巖漿活動，與被動大陸邊緣相對穩定的特點相悖，這在某種程度上支持一些學者認為該區是“非典型被動大陸邊緣”的觀點［12—13］。但前人對于南海北部陸緣的活動構造和新生代巖漿活動研究較少，李平魯等［14］認為，南海北部陸緣新生代構造巖漿活動頻繁，其中深水區盆地中自形成以來至少發生了5次構造運動，與之相對應，至少存在規模不等的5期巖漿活動。林長松等［15］也報道了中中新世晚期—晚中新世是陸緣沉降幅度和沉積速率的高峰期，并伴有區域性的玄武質巖漿噴溢。

這些巖漿活動受構造活動控制。前人的構造研究主要側重南海北部新生代構造樣式、盆地結構、演化序列分析等，而且不同的學者依據不同的資料和理論，提出了許多不同的觀點［5，16—19］。盡管如此，基本公認的是南海北部經歷了中生代末、漸新世末和中中新世末3次顯著構造運動，其他劃分尚存在較大分歧。但這些研究都沒有重視新生代晚期的活動構造研究［20］。本文所依托的項目據基礎勘探資料和前人研究成果［21—24］，將南海北部深水區新生代主要構造事件厘定為6期（見表1）：包括神狐運動（Tg）、珠瓊運動一幕（T7）、珠瓊運動二幕（T6）、南海運動（T5）、東沙運動（T3－T2）、蓬萊運動（T1）。

基于該區研究現狀，本文側重南海北部深水區新生代巖漿巖分布的研究，建立起活動構造、巖漿活動和地質災害之間的聯系，從而為深入探討南海的演化提供進一步的參考。

表1 南海北部深水區新生代構造序列劃分［21-24］Tab.1 Division of tectonic evolutionary sequence in the deepwater area of the northern South China Sea［21-24］

3 巖漿巖產出狀態、侵入方式與時序

海底巖漿巖產出狀態可以通過地震剖面揭示。本文通過100多條地震剖面的詳細解釋，發現這些巖漿巖侵入形態各異。本文按照侵入新生代地層層位及其侵入形態和出露海底程度，將南海北部深水區巖漿巖類型劃分為：海底火山型（見圖2a）、隱刺穿型（見圖2b）和刺穿型（見圖2b），分別對應著不同的能量大小。隱刺穿型上侵拱起的幅度較低，且未刺穿或基本上未刺穿上覆地層而被上覆巨厚地層覆蓋。刺穿型底辟活動能量強，上侵拱起即底辟擠入的幅度較高，由于巖漿底辟活動時上侵擠入之垂向上拱作用力強，底辟拱起幅度高，其底辟能量及作用力已接近或達到上覆地層的破裂極限強度，但尚未完全刺穿上覆地層，故底辟頂部及上覆地層中拱張斷裂有可能發育。海底火山型指的是直接刺穿海底并可能發生過海底溢流，火山口保存完整，可通過多波束資料詳細揭示。

南海北部深水區海底火山在二維地震剖面上反射清晰，容易識別。它在外形上為出露海底的錐狀或平頂錐狀突起體，巖漿巖體幾何輪廓在地震反射波組特征上不同于周邊地層，其內部地震反射較弱－模糊、不連續，甚至出現空白反射，可辨別的地震同相軸常見向上牽引或收斂（見圖2）；而周邊地層多數為海相地層，波組特征明顯。因此，在巖漿巖體和周邊地層兩者之間通常有一個明顯的界線。密集的地震剖面揭示，南海北部陸緣深水區的海底火山主要分布于東沙隆起區及神狐區西南側，其中尤以東沙隆起區海底火山分布最為廣泛，數目大于20座。

南海北部深水區的地震剖面揭示，這些巖漿巖侵位過程導致了海底地形的響應。因此，通過地形和剖面的結合可揭示出該區巖漿巖的多種侵位方式，并反映其動態侵入過程。總體上，典型的兩種不同演化方式是：一種模式為巖漿巖發生隱刺穿后，隨著巖漿侵入量的大規模增加，上覆地層產生一系列調節性正斷；地表最低洼處對應于上拱最高處，在剖面A1上可見典型的“縮頸作用”導致的洼地地形，是侵位后期熱衰減的產物（見圖2b）；第二種模式為巖漿發生隱刺穿后，隨著巖漿的持續注入或內動力的增強，進一步發生明顯刺穿，地層在底辟處發生牽引，使得坡度較大的上傾，進一步演化會發展成為典型的海底火山（見圖2a）。

南海北部陸緣迄今已有30余口井鉆遇中－新生代火山巖［25］。從時代來看，中生代火山巖以酸性巖為主，古新統和始新統中基性組分漸增但總體以成分多樣為特征，漸新統及以后均為單一成分玄武巖［25］。從已有地震剖面來看，南海北部深水區巖漿巖的侵入在T3（中中新世末）期達到高峰，且巖體規模較大，且該巖漿巖應以鉆井揭示的漸新世以后的玄武巖為主。而且，依據地震剖面上侵入層位在空間上的差異發現，由淺水至深水區其侵入層位越來越新，因而推斷侵入時間具有向深水區逐漸變晚的規律，且根據其形態和周邊地層牽引幅度，認為其侵入強度向深水區有逐漸加強的趨勢。

4 巖漿巖分布規律與成因

平面上巖漿巖的分布可以分析其空間展布，揭示其與活動斷裂的關系，從而可以從構造角度探討其成因。本文通過地震剖面解譯后，選取南海北部深水區T5界面來圈定該區巖漿巖在平面上的分布范圍和排列方式。從平面上來看，南海北部深水區巖漿巖可分為3個密集發育區：瓊東南－西沙區、神狐區和東沙區（見圖3）。巖漿巖平面展布有明顯的規律性，瓊東南－西沙區兩個子區域的巖漿巖呈NE向排列，神狐區巖漿巖呈NW向排布，東沙區巖漿巖呈NEE向排列（圖3）。

圖2 測線A1巖漿巖與海山和海底洼地Fig.2 The relation between seafloor topography of seamounts，submarine valleys and igneous rocks in the line A1

圖3 南海北部深水區巖漿巖展布與主干斷裂關系Fig.3 The relation between distribution of igneous rocks and the major faults in the deepwatter area of the northern South China Sea

瓊東南－西沙區兩個子區域巖漿巖被長樂－南澳斷裂、政和－大埔斷裂和邵武－河源－陽江斷裂的海上延伸部分所夾持［26］（見圖4）。長樂－南澳斷裂帶是東南沿海濱岸的一條NE－NNE向的中生代強烈活動的變質帶和深斷裂帶，亦是一條地震活動性較強的斷裂帶［27］。地球物理資料顯示，對應于長樂－南澳斷裂帶的是一條極為顯著的重力梯度帶和磁異常帶。金門、龍海、漳浦、佛曇一帶沿海則有新第三紀至第四紀玄武巖多次噴發，說明斷裂為深大斷裂帶［28］。政和－大埔斷裂帶經歷多期構造變形和變質作用和不同地段的時空差異演化，加里東期以來總體上經歷了5個演化階段，陸地上在喜山期為右行張扭性斷裂和小型山間拉分盆地［29］。程世秀等［26］通過綜合分析，將這些陸地斷裂延伸到了海域，而且也得到大量地震剖面證實。

圖4 瓊東南－西沙區右行走滑拉分控制的巖漿巖展布模式Fig.4 The dextral right-step pull-apart tectonic model to explain distribution of igneous rocks in the Qiongdongnan-Xisha Region

神狐運動發生在白堊紀晚期－古新世早期，地震剖面上相當于Tg，NNE－NE向深大斷裂切割該界面，這些斷裂帶控制一系列串珠狀斷陷盆地，且伴有中酸性－中基性巖漿活動。南海北部大陸邊緣逐漸發育NNE－NE向走滑斷裂和伸展構造，派生了一系列近EW－NEE向帚狀次級斷裂［30］（見圖3），聯合控制了緊密相間的地塹和半地塹。

始新世中期，歐亞板塊和印度板塊在喜馬拉雅地帶發生碰撞，同時太平洋板塊由NNW向轉為NWW向運動，但前者運動速率大于后者，區域上致使南海北部地殼再次處于右行走滑－伸展狀態，導致巖漿侵入和強烈的巖漿活動，使地殼抬升剝蝕，形成地層的不整合和斷裂活動，與典型被動大陸邊緣觀點產生矛盾的北傾斷裂，正是在NNE－NE向右行右階斷裂形成的這個時期［26］。在古新世和始新世期間南海北部以西南部的瓊東南和珠三坳陷沉降幅度最大［31］，說明此時期南海北部運動主要發生在西南部。這種應力場一直持續到新生代晚期，正是在這種右行右階的走滑拉分作用下，西南部巖漿巖空間上局限在所形成的拉分盆地中［32］。因此，本文推斷這個地區的巖漿巖分布是受走滑－拉分作用所控制（見圖4）。

神狐區巖漿巖分布受控于NW向斷裂（見圖5），主要位于下陸坡斷裂帶、神狐暗沙斷裂帶和惠州凹陷西緣斷裂帶，下陸坡斷裂帶和陽江一統東斷裂帶的交匯處。惠州凹陷西緣斷裂帶是一條基底斷裂，北段表現為重力梯度峰值帶的右行錯動，南段表現為南海北部陸架高磁異常帶的左行錯動，可能是一條在中生代和新生代長期活動的斷裂，穿過白云凹陷的中部。下陸坡斷裂帶推測該斷裂帶為至今仍具活動性的巖石圈斷裂，它的長期活動可能加速洋－陸熱傳導的速度，成為陸坡帶特別不穩定和熱沉降的可能動因之一。陽江－一統東斷裂帶為橫切珠江口盆地重要的基底或巖石圈斷裂，從中生代（或更早）到新近紀都有強烈活動，導致珠江口盆地東西兩側構造形態和基底巖性有較大差異［33］，也控制了新生代晚期的巖漿活動。

圖5 神狐地區活動斷裂作用對巖漿作用空間的控制（斷裂據文獻［32］）Fig.5 Control of active faulting to the magmatism in the Shenhu Region（the fault is based on reference［32］）

東沙區巖漿巖分布呈NEE向（見圖6）。根據地震剖面分析結果，自西南向東北，呈現出一定的排列規律性。自西南向東北巖漿巖最終侵入的層位逐漸變新，而巖漿體侵入強度逐漸變低，從刺穿型向隱刺穿型過渡（見圖6）。這種變化與東沙運動有密切的關系。東沙運動可能與新近紀以來菲律賓海板塊持續向北西西方向運動導致的呂宋島－臺灣島弧與歐亞大陸在距今9～6 Ma期間開始發生的弧陸碰撞有關［34］。弧陸碰撞的前緣擠壓早而強，后緣擠壓晚而弱。同時，由于南海向馬尼拉海溝下的俯沖及洋殼的冷卻沉降作用，使得南海北部陸緣處于近南北向拉張環境，巖漿底侵到下地殼底部形成高速層，破壞了該區域的地殼均衡，從而造成上部地殼的隆升［34］。大量巖漿沿近東西向張性斷裂上侵形成海底火山。

5 巖漿活動與海底地質災害關系

巖漿活動與活動斷裂具有密切的聯系，同時，巖漿活動也常導致海底刺穿、滑坡等，與淺層氣的成藏也具有緊密聯系。本文試圖建立起巖漿活動和活動斷裂、海底地質災害的聯系。

5.1 活動斷裂與巖漿活動關系

活動斷裂是一種常見的海底地質災害，對海洋勘探平臺的穩定性具有重要影響。當石油鉆探鉆遇活動斷層時，在外力作用的觸發下，斷層上下盤地層極易錯動，輕則造成斜井，重則折斷鉆桿，是一種必須避讓的地質災害［35］。本區有大量活動斷層分布，這些斷層大部分形成于第四紀之前［20，26］，但第四紀以來仍有活動，也有小部分是第四系沉積物不均勻壓實作用形成的，是一種具有破壞性的潛在的地質災害［36］。斷層的空間分布有一定的成帶性，延伸方向有NEE，近EW和NWW組，以NWW向占主導，南海北部每個海區都具有一定的差異，這與區域構造背景有關，如靠近東部受東沙運動影響更為明顯［37］。

巖漿作用與活動斷裂的相互關系可分為兩種：一種為巖漿沿先存深大斷裂侵入上部地層，為被動侵入形式；深大斷裂是巖漿上侵的通道，控制了巖漿的上侵程度和分布。另一種為巖漿主動侵入，產生伴生的新生斷裂（圖7）；巖漿侵入后會對上覆巖層產生上拱，形成寬緩的褶皺，受重力失穩影響而產生正斷層和滑坡。后期的熱衰減效應則進一步加劇了正斷的形成。從測線B1（圖7）可以看出，該區無先存深大斷裂，從T2、T3形態看，巖漿先侵入，導致一個寬緩的褶皺，這種褶皺巖層達到破裂強度后，發生正斷，其根本動力是巖漿的侵入作用。

圖6 東沙海域逃逸構造與區域巖漿巖展布的動力學模式Fig.6 Tectonic model showing the relation between the escape tectonics and distribution of igneous rocks in the Dongsha Region

圖7 測線B1巖漿侵入與活動斷裂Fig.7 The relation between magma eruption and active faulting in line B1

5.2 海底滑坡與活動斷裂和巖漿侵入關系

國際上常把海底滑坡、滑塌和沉積物流動作為一個不穩定因素系統進行研究，其共同特征是在一定的外界應力觸發下能夠產生大塊的地層滑動或大量的沉積物群體運動，造成海洋平臺的滑移倒塌、海底管道、電纜光纜的折斷等毀滅性災難［38］。巖漿作用可導致兩種類型的滑坡，一種是巖漿侵入模式，因其過程類似于海洋核雜巖［39］的形成，故又稱為海洋核雜巖模式，另一種是雙層順層滑脫模式。

經典的海洋核雜巖形成可分為3個階段［40］：（1）初始階段，多米諾式正斷層控制的半地塹系深層近水平的拆離斷層形成；（2）淺層的伸展作用集中在多米諾式地塹內部及斜坡，導致正斷層的旋轉和新生正斷層的形成；（3）伸展作用相對強烈的構造部位發生巖漿侵入，產生地殼隆升，使深層原近水平的拆離斷層發生拱曲，拱曲左翼的拆離斷層被遺棄不再活動，新的拆離斷層在拱曲右翼形成（圖8）。在海底滑坡的海洋核雜巖模式中具有類似的形成過程，不過第三個階段是巖漿主動侵入，而非經典模式中的構造誘導下的巖漿活動。滑坡形成的初期，滑移微弱，上部只有少量的拉張正斷，隨著巖漿侵入的影響越來越深，誘導了滑移面和張性正斷的規模性發育。自巖漿的侵入，造成滑移面的局部上隆，導致上部地層向下的運動受阻，從而形成逆沖和褶皺現象，而在巖漿體的下緣則拉張增強。

第二種模式為雙層順層滑脫模式。伴隨巖漿侵入，巖漿上部隆起。上部兩側巖層在重力及不均衡差異壓實下產生滑動，形成雙側滑坡。下部巖層起調節作用，形成眾多調節正斷層（圖9）。

圖8 測線B2海底滑坡與經典海洋核雜巖形成模式Fig.8 The model of oceanic core complexes in the line B2

圖9 測線B3寬緩彎滑褶皺的雙層順層滑脫模式Fig.9 The double-layer detatchment model related to open burkling folding and opposite normal faulting in the line B3

5.3 淺層氣與巖漿活動的關系

南海淺層氣主要分布于陸架區，而且甚為廣泛，如萬安盆地、鶯歌海盆地、瓊東南盆地、珠江口盆地等。據調查，淺層氣以3種形態存在［41—42］：層狀或團塊狀淺層氣、高壓氣囊和氣底辟。

淺層氣在南海北部深水區分布極為廣泛。淺層氣與巖漿底辟共生的關系在東沙隆起區體現的最為明顯。巖漿巖油氣藏的儲層分布十分復雜，不同巖相帶分布不同的巖漿巖，儲集空間的類型及其發育程度差別也很大。總體來講，巖漿巖，尤其是火山巖具有較發育的原生儲集空間和次生儲集空間。因此，巖漿巖特別是火山巖可作為良好的儲層［43］。深部油氣在壓力差條件下可沿巖漿作用形成的巖漿底辟逐步積聚而成高壓氣囊（圖10）。淺層氣沿地層之孔隙、裂隙向上運移（圖11），溢出海底，進人水層。若存在足夠大的氣體通量，會懸浮起海底的沉積物從而形成海底麻坑［44—45］。

圖10 測線A2高壓氣囊與巖漿侵入的關系Fig.10 The relation between magma eruption and high-pressure ballonet in the line A2

圖11 測線A3氣底辟與巖漿侵入關系Fig.11 The relation between magma eruption and gas diapirs in the line A3

6 結論

通過以上研究，本文得出以下幾點新認識：

（1）南海北部深水區巖漿巖可劃分為3個密集發育區域：瓊東南－西沙區、神狐區和東沙區。瓊東南－西沙區巖漿巖呈NE向展布，神狐區巖漿巖呈NW向展布，東沙區巖漿巖呈NEE向。

（2）造成南海北部深水區各區域巖漿巖平面展布特征各異的成因有所差異。瓊東南－西沙區巖漿在平面上的規律性極強，主要受右行右階的走滑斷裂控制，走滑斷裂的伸展分量形成的斷陷盆地引起了巖漿的上涌。神狐區巖漿巖位于NW與NE向斷裂的交匯處，它的產生受先存斷裂影響較大，從現有剖面來看，尤其以NW向斷裂為主控斷裂。

（3）作為內動力的體現形式，巖漿作用對于海底地形塑造具有重要作用。巖漿活動與活動斷裂、海底滑坡、淺層氣具有成因上的相互聯系。一些活動斷裂是巖漿作用后期褶皺巖層達到破裂強度后的結果。與巖漿作用有關的海底滑坡在成因上可分為兩種：海洋核雜巖型和順層滑脫型。巖漿巖可作為良好的儲集層，有利于淺層氣的儲集。淺層氣沿地層之孔隙、裂隙向上運移至上部地層，在海底表面可形成麻坑群。

致謝：本文全體作者非常感謝匿名審稿人所提出的寶貴修改意見，這些意見使本文思路更加清晰，觀點更為明確，特此致謝！

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Distribution of Cenozoic igneous rocks and its relation to submarine geological hazards in the deepwater area of the northern South China Sea

Zhang Bingkun1，2，Li Sanzhong1，2，Xia Zhen3，Ma Yun1，2，Yu Shan1，2，Wang Xiaofei1，2
（1.College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Key Lab of Submarine Geosciences and Exploration Techniques，Ministry of Education，Qingdao 266100，China；3.Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou 510075，China）

The previous studies mainly focused on the structure of the basin，structural style and evolution in the northern margin of the South China Sea.Cenzoic magmatism in this region is less known，especially for the deepwater area.Based on the analysis and interpretation of many 2D seismic profiles，the igneous rocks can be divided into three regions，including the Qiongdongnan-Xisha Region，the Shenhu Region，the Dongsha Region.The occurrences in different regions have distinct differences.The igneous rocks of the Qiongdongnan-Xisha Region have an obvious rule of distribution controlled by the dextral Right-step pull-apart basin.The igneous rocks of the Shenhu Region are mainly located in the intersection of the NE and NW faults.There is a high correlation between the extensional stress field caused by the Dongsha Movement and the igneous rocks in the Dongsha Region.As a form of manifestation of internal geodynamics，the magmatism plays an important role in re-moulding the submarine surface topography.There is also an obvious relation among the magmatism，active faults，submarine landslides and shallow gas.

northern South China Sea；igneous rock；active fault；submarine landslide；shallow gas

P736.1

A

0253-4193（2014）06-0090-11

2013-11-26；

2014-07-15。

國家自然科學基金（41190072）；中央高校基本科研業務費中國海洋大學專項基金項目；國土資源部專項項目（GZH201100311－03－06）；國家杰出青年基金項目（41325009）。

張丙坤（1986—），男，山東省無棣縣人，博士研究生，海洋地質專業。E-mail：zbk108＠126.com

*通信作者：李三忠（1968—），男，江西省高安市人，博士，教授，博導，從事構造地質學及海洋地質學研究工作。E-mail：sanzhong＠ouc.edu.cn

張丙坤，李三忠，夏真，等.南海北部深水區新生代巖漿巖分布規律及其與海底地質災害的相關性［J］.海洋學報，2014，36（11）：90 －100，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.011

Zhang Bingkun，Li Sanzhong，Xia Zhen，et al.Distribution of Cenozoic igneous rocks and its relation to submarine geological hazards in the deepwater area of the northern South China Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（11）：90－100，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.011