馬英俊，李儲(chǔ)華，李 維

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225012)

高郵凹陷垛一段沉積演化特征

馬英俊，李儲(chǔ)華，李 維

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225012)

采用巖礦特征、重礦特征、砂地比變化、巖心觀察描述、沉積相標(biāo)志分析等方法，以砂層組為單元開展高郵凹陷垛一段物源體系、沉積相類型和沉積演化特征研究。結(jié)果表明，垛一段沉積期物源供給充分，具有多物源、多沉積體系發(fā)育的特征，物源主要來自北、北東方向；平面上，發(fā)育淺水辮狀河三角洲、扇三角洲、曲流河等相類型，以及辮狀河三角洲前緣分支河道、河口壩，扇三角洲平原河道、前緣分支河道，曲流河河床、泛濫平原等亞相和微相類型；縱向上，早期為湖泊-三角洲沉積體系，晚期逐漸演化為河流沉積體系，具有粗-細(xì)-較粗的沉積旋回演化；垛一段中部泥質(zhì)巖類沉積較發(fā)育，可與下伏儲(chǔ)層形成相對穩(wěn)定的儲(chǔ)蓋組合；平面上深凹南部和西南部具有隱蔽圈閉形成的有利條件。

物源體系 巖相類型 沉積演化 垛一段 高郵凹陷

三垛組一段(E2s1)是蘇北盆地高郵凹陷上含油系統(tǒng)2個(gè)主要的油氣聚集層位之一，上世紀(jì)70，80年代的油氣勘探早期階段，高郵凹陷主要斷背斜、斷鼻構(gòu)造先后發(fā)現(xiàn)了7個(gè)戴南組(E2d)-三垛組(E2s)油田，探明約4 000×104t石油地質(zhì)儲(chǔ)量；隨著這些明顯的構(gòu)造目標(biāo)預(yù)探結(jié)束，勘探后期主要在構(gòu)造翼部和復(fù)雜斷裂帶小斷塊構(gòu)造尋找圈閉，受構(gòu)造破碎、圈閉面積小等不利因素影響，只有零星的油氣藏發(fā)現(xiàn)，勘探效益低下。由于粗碎屑砂礫巖發(fā)育廣泛，細(xì)相帶沉積有限，縱向上與下伏烴源層系未直接接觸，因此普遍認(rèn)為E2s隱蔽油氣藏勘探條件有限，與此相關(guān)的研究工作甚少，僅見有古生物與沉積環(huán)境等少量的文獻(xiàn)報(bào)道[1]。隨著層序地層學(xué)、沉積動(dòng)力學(xué)和儲(chǔ)層沉積學(xué)等研究方法在油田勘探開發(fā)中的廣泛應(yīng)用，沉積學(xué)研究對隱蔽油氣藏勘探起到了更為突出的推動(dòng)作用[2]。近年來，高郵凹陷E2s1嘗試勘探隱蔽油氣藏獲得突破，展示了該層段良好的發(fā)展前景。本文以高郵凹陷深凹帶為重點(diǎn)研究區(qū)域，通過E2s1區(qū)域地質(zhì)背景、巖心觀察描述、巖礦特征、粒度特征等分析，明確E2s1沉積時(shí)期物源方向、沉積相類型和沉積演化特征，為下步勘探隱蔽油氣藏提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

蘇北盆地為晚白堊紀(jì)時(shí)期開始發(fā)育的新生代陸相盆地[3]，盆地形成由原生大型拗陷經(jīng)改造形成的后生斷陷(泰州組K2t-阜寧組E1f)、同生斷陷(E2d-E2s)和萎縮拗陷(鹽城組Ny-東臺(tái)組Qd)疊加成盆[4]，E2s1處于同生斷陷演化的中晚期。同生斷陷期，高郵凹陷隸屬蘇北盆地東臺(tái)坳陷中部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，斷陷面積約2 670 km2，具有南斷北超、南深北淺、南陡北緩的箕狀結(jié)構(gòu)，按構(gòu)造單元由南往北依次為南部斷階帶、深凹帶和北部斜坡帶。

E2s1厚度在凹陷內(nèi)變化較大，深凹帶一般在500～800 m之間，斜坡帶減薄為500～200 m左右。根據(jù)巖性可分下粗、中細(xì)、上粗三部分，下部為灰色、淺棕色含礫砂巖、礫巖、細(xì)砂巖、中砂巖夾薄層棕紅色、灰綠色泥巖和一層厚4～12 m灰黑色低電阻率軟泥巖；中部為淺棕色、紫紅色泥巖夾淺棕色薄層砂巖及1～3層黑色玄武巖；上部為淺棕、紫紅色泥巖與同色砂巖互層沉積。根據(jù)區(qū)域?qū)Ρ葮?biāo)志層(灰黑色低阻軟泥巖、玄武巖)和輔助標(biāo)志層(相對穩(wěn)定泥巖發(fā)育段)的巖電性特征，按照沉積旋回對比法，將E2s1從上到下劃分為7個(gè)砂層組(分別記為E2s11、E2s12、E2s13、E2s14、E2s15、E2s16、E2s17)。

2 物源體系分析

物源方向和物源體系分析是沉積相研究的重要內(nèi)容，物源分析的方法包括重礦物法、碎屑巖類分析法、裂變徑跡法、地球化學(xué)和同位素法等[5-6]。依據(jù)實(shí)際的資料情況，本文主要選擇分析化驗(yàn)資料相對較多的層段，利用巖石礦物特征、重礦物組合特征和各砂地比值變化對E2s1物源方向和體系進(jìn)行綜合分析。

2.1巖石礦物特征

陸源碎屑巖的碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)過程中會(huì)發(fā)生變化，碎屑成分隨著搬運(yùn)距離增加和時(shí)間的增長，不穩(wěn)定組分逐漸減少，穩(wěn)定組分含量相對增加[5-6]，碎屑顆粒的粒度變得越來越細(xì)，磨圓度越來越高。

根據(jù)黃玨、永安、富民等地區(qū)E2s16、E2s17薄片鑒定統(tǒng)計(jì)分析，巖石類型主要為巖屑長石砂巖或長石巖屑砂巖，成分成熟度指數(shù)在1.33～1.79之間，成分成熟度總體偏低，說明物源搬運(yùn)距離較短；其中，黃17井與邵10井E2s16泥質(zhì)含量大于10%，明顯高于其它地區(qū)，在一定程度上可以反映其具有近源沉積的特征。

E2s16巖屑成分統(tǒng)計(jì)表明(表1)，富25井和永18井以火山巖巖屑為主；永3井以沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主；聯(lián)16井以火山巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑為主；真41井以沉積巖巖屑和火山巖巖屑為主，反映其具有多物源供給的特征。

表1 高郵凹陷E2s16砂巖巖屑成分統(tǒng)計(jì)表

2.2重礦物組合

受取心資料限制，重礦物分析樣品相對較少，因此主要對重礦物類型進(jìn)行分析。根據(jù)E2s16砂巖重礦物類型統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該層段重礦物類型主要為石榴石、鈦磁鐵礦、鋯石、金紅石和電氣石，其次為綠泥石和赤褐鐵礦等。不同地區(qū)重礦物組合類型有較大的差異，深凹帶永18區(qū)塊和富民地區(qū)以及真武地區(qū)以石榴石為主；永3區(qū)塊以石榴石+鈦磁鐵礦為主；肖劉莊地區(qū)為鈦磁鐵礦+板鈦礦+石榴石為主，黃玨地區(qū)則為石榴石+鋯石為主，這種差異充分反映E2s1沉積期明顯受到多個(gè)不同的物源體系影響。

2.3砂地比

砂地比變化是反映物源方向的重要參數(shù)，本次分別對E2s17個(gè)砂組砂地比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和平面成圖，為物源方向研究提供依據(jù)。

統(tǒng)計(jì)表明，E2s1砂地比總體較高，說明沉積物源供給充足；但是，不同層段、不同地區(qū)砂地比變化較大，反映沉積演化的差異性?？v向上，E2s17、E2s16、E2s12和E2s11的砂地比較高，一般在0.3～0.7之間，E2s15、E2s14和E2s13的砂地比相對較低，多在0.2～0.5之間；平面上，總體呈北高南低、東高西低的特點(diǎn)，在凹陷北部和東北部，即馬家嘴、聯(lián)盟莊、永安、富民等地區(qū)見到4～5個(gè)砂地比高值帶(圖1，2)，呈由北向南逐漸降低的趨勢進(jìn)入深凹，南部黃玨、真武-曹莊地區(qū)一般有2～3個(gè)砂地比相對高值帶(圖2)，呈由南向北逐漸降低的趨勢進(jìn)入深凹，但規(guī)模顯著小于北部。

圖1 高郵凹陷E2s16砂地比等值線圖

砂地比變化反映E2s1時(shí)期具有粗-細(xì)-粗的沉積旋回變化，北和北東方向物源占絕對優(yōu)勢；南部以小型物源為主。砂地比變化特點(diǎn)與巖石礦物特征和重礦物組合一致，均具有多物源發(fā)育的特征。E2s斷陷期沉積建造既與E2d斷陷期不同，也與渤海灣斷陷盆地有較大的區(qū)別，后者在斷陷期的陡坡斷裂帶強(qiáng)烈控制大量粗碎屑扇體建造[7]，這與同生斷陷期經(jīng)E2d期強(qiáng)烈斷陷后，到E2s期斷陷逐漸萎縮的構(gòu)造背景相一致。

圖2 高郵凹陷E2s14砂地比等值線圖

3 主要沉積相類型

通過巖心觀察描述，依據(jù)巖石顏色、組合特征、沉積構(gòu)造、含有物和相序變化等相標(biāo)志，結(jié)合電性特征和區(qū)域構(gòu)造演化、沉積物源，對E2s1沉積相類型進(jìn)行綜合研判，確定高郵凹陷E2s1發(fā)育淺水辮狀河三角洲、扇三角洲、曲流河、湖泊等主要巖相類型。

3.1淺水辮狀河三角洲相

建造淺水三角洲需要有大面積淺水的可容空間背景，緩慢的基底沉降、較緩的地形坡度、微弱的構(gòu)造活動(dòng)及快速的沉積物供給[8]。E2s1時(shí)期，高郵凹陷北部為寬緩的斜坡，水體較淺，北東、北西的物源供應(yīng)充足，具備淺水三角洲形成的有利條件，研究區(qū)主要發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣沉積。

圖3 聯(lián)16井淺水辮狀河三角洲前緣沉積特征

觀察永安、富民、聯(lián)盟莊等地區(qū)E2s17、E2s16、E2s15巖心，發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)沉積物基本為棕色、棕紅色，說明湖盆水體較淺，氣候炎熱，處于弱還原-弱氧化或氧化環(huán)境；砂巖類型為灰色、棕色粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、礫狀砂巖、含礫不等粒砂巖；沉積構(gòu)造以平行層理、爬升交錯(cuò)層理、浪成波紋交錯(cuò)層理、沖刷充填構(gòu)造等牽引流成因類型為主，也見遞變層理、漂礫構(gòu)造等重力流成因類型，沉積水動(dòng)力條件總體較強(qiáng)，巖相較粗，具有典型的河控作用特征。其中，主要微相類型有水下分流河道、水下分流河道間、河口壩等(圖3)。

(1)辮狀河三角洲前緣水下分流河道：以灰色含礫不等粒砂巖、礫狀砂巖、細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)較少；平行層理、沖刷構(gòu)造發(fā)育；粒度概率累積曲線跳躍次總體含量大于80%，分布范圍在1～3 φ之間，具有能量相對較高、遷移速度較快的淺水三角洲分流河道沉積的典型特征，其自然電位曲線呈微齒箱型或鐘型。

(2)辮狀河三角洲前緣水下分流河道間：巖性主要為棕色、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，發(fā)育水平層理、小型砂紋層理，局部可見植物殘屑及黃鐵礦晶體，生物鉆孔較發(fā)育。電測曲線呈微齒化或光滑的線段。

(3)辮狀河三角洲前緣河口壩：淺水辮狀河三角洲前緣一般少見發(fā)育河口壩。永18、聯(lián)16等井取心段，局部見有河口壩沉積，主要由細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和粉砂巖組成；可見波狀交錯(cuò)層理，垂向上表現(xiàn)為下細(xì)上粗的反韻律。自然電位曲線表現(xiàn)為漏斗型。

3.2扇三角洲相

扇三角洲一般發(fā)育在主斷裂坡折帶控制的陡坡帶，受重力流與牽引流沉積的共同作用[9]。高郵凹陷E2s1扇三角洲受控于南部真武斷裂坡折帶，扇體沿黃玨、邵伯、真武、曹莊及肖劉莊等地區(qū)分布，發(fā)育扇三角洲前緣亞相和平原亞相。由于后期構(gòu)造抬升強(qiáng)烈，平原部分大都受到不同程度的剝蝕，僅在局部地區(qū)可見。

扇三角洲平原與前緣巖石顏色有明顯的差異，平原亞相主要為磚紅色、棕紅色泥巖、砂巖和泥礫巖，屬于典型的氧化環(huán)境。前緣亞相主要為棕色、暗棕色、灰色、雜色、深灰色等弱氧化、弱還原或還原色調(diào)；礫巖、含礫砂巖、粗-中砂巖等粗碎屑巖石發(fā)育；沉積構(gòu)造類型既有牽引流成因，也有重力流成因；粒度概率曲線以三段式或多段式為主，懸浮總體含量較高，整體粒度較粗，分選較差。扇三角洲平原亞相中主要見河道充填和漫灘微相(圖4)；扇三角洲前緣亞相中見水下分流河道、河口壩等多種微相類型。

圖4 真41井扇三角洲平原沉積特征

(1)扇三角洲平原河道微相：真41井E2s15主要為棕紅色含礫砂巖、粗砂巖、細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖，也見泥礫巖。底部具有沖刷面和滯留礫石、泥礫沉積。見正遞變層理、波狀層理、小型交錯(cuò)層理。自然電位呈微齒化的鐘型、箱型。

(2)扇三角洲平原漫灘沉積：沉積物粒度較細(xì)，主要為粉砂、粘土及細(xì)砂的薄互層，薄互層往往呈塊狀或水平紋層狀，夾少量交錯(cuò)層理。

(3)扇三角洲前緣水下分流河道：主要為礫狀砂巖、含礫不等粒砂巖、粗砂巖、中砂巖，見塊狀層理、板狀交錯(cuò)層理、波狀層理。自然電位呈微齒-光滑的箱型及鐘型。

(4)扇三角洲前緣水下分流河道間：主要為棕色、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，也見薄層粉細(xì)砂巖。生物擾動(dòng)程度高，自然電位曲線呈微齒直線。

(5)扇三角洲前緣河口壩：主要以含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主，交錯(cuò)層理、平行層理發(fā)育，沉積粒序主要顯示反韻律或復(fù)合韻律，自然電位曲線顯示漏斗型或漏斗型-鐘型。

3.3曲流河相

曲流河沉積主要形成于E2s1沉積的中后期，沉積物顏色主要以棕紅色、紫紅色等氧化、弱氧化-弱還原為主；巖石類型多樣，有礫巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，泥巖等；具有特征的“二元結(jié)構(gòu)”序列，自下而上表現(xiàn)為下粗上細(xì)的間斷性正韻律或正旋回。每個(gè)旋回底部發(fā)育有明顯的底沖刷現(xiàn)象、疊瓦狀排列的礫石，下部具有大型板狀、槽狀交錯(cuò)及平行層理，往上層理規(guī)模變小，上為小型交錯(cuò)層理、波狀層理、爬升層理，頂部常具有暴露大氣的標(biāo)志，如鈣質(zhì)結(jié)核、泥裂等；粒度概率曲線呈兩段式，缺乏滾動(dòng)總體，懸浮總體含量較高。發(fā)育河床亞相、堤岸亞相及泛濫平原亞相(圖5)。

(1)河床亞相：主要發(fā)育河床滯留沉積和邊灘沉積微相，富51井取心段中河床滯留沉積由礫石等構(gòu)成，底部為沖刷面；在富46、富51井取心段，邊灘沉積發(fā)育，主要由細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖構(gòu)成，自下而上常呈由粗變細(xì)的正韻律，見板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理，也出現(xiàn)平行層理。其自然電位曲線呈箱型、鐘型。

(2)堤岸亞相：富46井和富51井巖心段也見天然堤沉積，主要由棕色、灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，沉積厚度較薄，有小型波狀交錯(cuò)層理、爬升沙紋層理，水平層理發(fā)育。天然堤常間歇性出露水面，故發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，泥巖中可見干裂、雨痕、蟲跡以及植物根。

(3)泛濫平原亞相：富51井、富46井巖心段均見泛濫平原建設(shè)，巖性主要為棕色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，層理類型單調(diào)，主要為塊狀，局部見波狀層理，屬河流沉積二元結(jié)構(gòu)中頂層細(xì)相帶的主要組成部分。測井曲線多呈低幅的線狀或微齒化線形。

圖5 富46井曲流河沉積特征

4 沉積演化特征

E2s1沉積時(shí)期，蘇北盆地處于斷陷湖盆演化的萎縮階段，其斷陷構(gòu)造格局與下伏E2d具有一定的繼承性，即為北部寬緩、南部陡峭的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)[3]；但是，斷陷沉降幅度的構(gòu)造活動(dòng)明顯減弱，導(dǎo)致斷陷湖盆水體明顯變淺，而湖盆范圍則明顯擴(kuò)大[4]，沉積旋回階段性更為突出，沉積物供給更為充足[10]。沉積早期，即E2s17、E2s16、E2s15為湖泊-三角洲沉積體系建造階段，斷陷湖盆水體較淺，北東、北西及西部物源供應(yīng)充足，有3～5個(gè)物源體系注入凹陷，河控作用明顯，在凹陷北部形成大面積的毯式淺水辮狀河三角洲。工區(qū)內(nèi)三角洲前緣亞相異常發(fā)育，巖石組合為灰色細(xì)砂巖、含礫不等粒砂巖、粉細(xì)砂巖夾薄層棕色、灰色泥巖，呈現(xiàn)“砂包泥、粒度粗”的特征。除北部毯式淺水辮狀河三角洲外，凹陷南部黃玨、真武、曹莊地區(qū)有2～3個(gè)來自南部的小型物源注入，形成了扇三角洲沉積(圖6)。在這一時(shí)期，湖盆的沉積速率大于沉降速率，導(dǎo)致湖盆水體僅僅分布在深凹帶和凹陷南部的有限范圍內(nèi)。

圖6 高郵凹陷深凹帶E2s16沉積相圖

E2s1沉積中期，E2s14、E2s13凹陷逐漸進(jìn)入陸上河流沉積階段，除E2s14沉積時(shí)期在西南部黃玨、馬家嘴地區(qū)保留有湖盆，水體發(fā)育小型扇三角洲沉積外，高郵凹陷主要為曲流河沉積，物源方向有一定的繼承性，以北東部、北西部、西部物源為主，南部物源為輔。研究區(qū)內(nèi)有3～4個(gè)河床沉積集中發(fā)育區(qū)，其它地區(qū)為泛濫平原沉積(圖7)。巖石組合主要為一套棕色、紫紅色泥巖夾薄層粉砂巖、粉細(xì)砂巖，以“泥包砂、粒度細(xì)”為特征。

隨著盆地進(jìn)一步抬升，E2s1沉積晚期，E2s12、E2s11仍然發(fā)育曲流河沉積，這一時(shí)期物源供給明顯增強(qiáng)，凹陷內(nèi)河床亞相集中發(fā)育區(qū)明顯擴(kuò)大，泛濫平原沉積范圍縮小(圖8)，巖石粒度明顯較E2s13、E2s14粗，剖面結(jié)構(gòu)由“粒度細(xì)、泥包砂”變?yōu)椤傲６却?、砂泥互層”?/p>

圖7 高郵凹陷深凹帶E2s14沉積相圖

總體來看，E2s1具有多物源、多沉積體系，粗碎屑發(fā)育的沉積特征，呈粗-細(xì)-粗的沉積演化旋回?？v向上，E2s1下部發(fā)育良好的砂巖儲(chǔ)層，中部泥質(zhì)巖類沉積相對發(fā)育，砂地比相對較低，可與下部砂巖形成相對穩(wěn)定的儲(chǔ)蓋組合，成為該凹陷上含油系統(tǒng)良好的油氣優(yōu)勢運(yùn)移通道和油氣聚集層系[11]；平面上，深凹帶南部和西南部扇三角洲前緣末端-濱淺湖，辮狀河三角洲前緣末端-濱淺湖、曲流河泛濫平原等細(xì)相帶沉積發(fā)育，砂地比在0.1～0.3左右，具有形成斷層-巖性、巖性-斷層、砂體尖滅等隱蔽圈閉的有利條件，是今后老區(qū)挖潛油氣勘探的重要方向。

5 結(jié)論

(1)高郵凹陷E2s1沉積時(shí)期處于蘇北盆地同生斷陷演化的中晚期，高郵凹陷繼承前期戴南組斷陷的基本格局，為北部寬緩、南部陡峭的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)；具有多物源、多沉積體系建造的特征，北和北東方向物源占絕對優(yōu)勢，南部以小型物源為主。

(2)高郵凹陷E2s1沉積相主要為淺水辮狀河三角洲、扇三角洲和曲流河等類型，發(fā)育辮狀河三角洲前緣分支河道、河口壩，扇三角洲平原河道充填、前緣分支河道、河口壩，曲流河河床、泛濫平原等亞相和微相類型。

(3)E2s1沉積早期為湖泊-三角洲沉積，中晚期逐漸演化為曲流河沉積，不同層段、不同地區(qū)沉積環(huán)境有較大的差異，相帶變化迅速?？v向上，E2s1中部發(fā)育有相對穩(wěn)定的蓋層；平面上，凹陷西南部具備形成隱蔽圈閉的有利條件。

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(編輯 楊芝文)

Characteristics of sedimentary evolution of E2s1in Gaoyou Sag

Ma Yingjun,Li Chuhua,Li Wei

(Exploration&DevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

Based on the rock characteristics,the characteristics of heavy mineral,the change in ratio between sandstone and stratum thickness,the observation and description of core,and the analysis of sedimentary facies marks,it was carried out studies on sedimentary source system,types of sedimentary facies and sedimentary evolution of E2s1(first member of Sanduo Formation) by sandbodies as the unit.The results showed that there are sufficient sediment sources,multi sources and multidepositional systems developing at the depositional stage of E2s1,and the sediment sources comes mainly from the north and the north-east direction.In the plane,it can be recognized the facies types of shallow braided river delta,fan delta,and meandering river,and the subfacies and microfacies types of branch channel and debouch bar of braided river delta front,fan delta plain and front river branch channel,meandering river,and flood plain.In vertical direction,the lake-delta sedimentary system was developed at early period and later changed to the fluvial flood sedimentary system which shows the character of coarse-fine-coarse depositional cycle.There is a set of shale in the middle of E2s1which can comprise stable reservoir-caprock assemblage.In plane,south and southwest area of deep depression has the prospect condition of forming subtle trap.

source system；the types of sedimentary facies；sedimentary evolution； 1st member of Sanduo Formation；Gaoyou Sag

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.02.001

2017-03-11；改回日期：2017-04-10。

馬英俊(1964—)，女，工程師，現(xiàn)從事沉積相、儲(chǔ)層研究。E-mail:mayj.jsyt@sinopec.com。

TE122

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