喻 宸,吳勝和,杜文博,岳大力,陳 誠(chéng),秦國(guó)省
(1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249; 2.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;3.中國(guó)石油 玉門油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,甘肅 酒泉 735200)
玉門油田老君廟構(gòu)造帶白楊河組層序地層及沉積體系特征
喻 宸1,2,吳勝和1,2,杜文博3,岳大力1,2,陳 誠(chéng)1,2,秦國(guó)省1,2
(1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249; 2.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;3.中國(guó)石油 玉門油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,甘肅 酒泉 735200)
為揭示老君廟構(gòu)造帶白楊河組層序地層特征及沉積體系分布規(guī)律,應(yīng)用層序地層學(xué)及沉積學(xué)理論和方法,綜合利用大量巖心、鉆井、測(cè)井、地震及鄰區(qū)露頭資料,建立了酒西盆地老君廟構(gòu)造帶白楊河組層序地層格架,確定了研究區(qū)沉積相類型及分布特征,明確了其演化規(guī)律及控制因素。研究結(jié)果表明,老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組可劃分為一個(gè)完整的三級(jí)層序,其內(nèi)部可以細(xì)分為7個(gè)準(zhǔn)層序組。在層序內(nèi)識(shí)別出沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲及湖泊等沉積相。明確了沉積相的分布規(guī)律,垂向上形成由沖積扇到辮狀河三角洲,再到湖泛泥巖,最后是三角洲的沉積體系;平面上呈近南東-北西向上展布的沉積體系,整體構(gòu)成一個(gè)水進(jìn)、水退的沉積序列。古地貌影響了三級(jí)層序低位域沉積物的展布特征,氣候不僅影響了沉積物類型,且和湖平面變化共同控制了沉積物的疊置樣式及演化規(guī)律。
白楊河組;層序地層;沉積體系;老君廟構(gòu)造帶;玉門油田;酒西盆地
中國(guó)中西部發(fā)育大量的擠壓性盆地,由于其含有大量的油氣,而廣受關(guān)注。應(yīng)用層序地層學(xué)理論和方法對(duì)層序地層格架及沉積體系分布規(guī)律進(jìn)行研究,是該類盆地油氣勘探與開(kāi)發(fā)中的熱點(diǎn)問(wèn)題[1-5]。近年來(lái),由于勘探開(kāi)發(fā)的需要,從盆地規(guī)模的層序和沉積體系研究向高頻層序地層或準(zhǔn)層序組級(jí)次深化。建立層序地層格架,在層序格架內(nèi)進(jìn)行沉積體系研究,顯得尤為重要[6-9]。
玉門油田老君廟構(gòu)造帶是我國(guó)最早的油氣勘探區(qū)塊之一,是我國(guó)最早進(jìn)行工業(yè)化開(kāi)發(fā)的區(qū)塊,也是玉門油田的主力產(chǎn)油區(qū)塊。大量研究表明,由于受到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)和印度洋板塊碰撞的影響,酒西盆地從古近紀(jì)開(kāi)始進(jìn)入擠壓拗陷階段[10],其中古近系白楊河組為其主要儲(chǔ)層,已投入開(kāi)發(fā)的石油溝、老君廟和鴨兒峽3個(gè)油田累計(jì)產(chǎn)量占玉門油田總產(chǎn)量的84%。該區(qū)塊在進(jìn)入勘探開(kāi)發(fā)后,眾多學(xué)者對(duì)其構(gòu)造、沉積及油氣成藏進(jìn)行了大量研究[11-18],取得較多成果,但主要是針對(duì)酒西盆地白楊河組,或某個(gè)油田范圍內(nèi)小層的地層和沉積相的研究。由于歷史原因,20世紀(jì)80年代以后,眾多學(xué)者的研究重點(diǎn)集中在酒西盆地的構(gòu)造及其演化上[7-10],而缺少對(duì)老君廟構(gòu)造帶的層序地層及沉積體系分布規(guī)律的關(guān)注,更缺乏對(duì)其系統(tǒng)研究,這嚴(yán)重制約了老區(qū)的進(jìn)一步勘探和開(kāi)發(fā)部署。本文選取酒西盆地老君廟構(gòu)造帶為研究對(duì)象,在層序地層學(xué)與沉積學(xué)理論的指導(dǎo)下,通過(guò)對(duì)大量地震、鉆井、測(cè)井、巖心及露頭資料的綜合分析,對(duì)研究區(qū)內(nèi)部沉積體系分布及演化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究。
酒西盆地位于甘肅省河西走廊最西端,為阿爾金地塊、華北板塊西北緣阿拉善地塊與北祁連造山帶的結(jié)合部位,整體呈北西西向展布,南北寬110 km,東西長(zhǎng)約90 km,總面積為4 000 km2。酒西盆地進(jìn)一步可以劃分為青西凹陷、石大凹陷、花海凹陷、赤金凹陷、青北凸起和南部凸起共6個(gè)二級(jí)構(gòu)造帶。老君廟構(gòu)造帶位于酒西盆地南部凸起及青西次凹(圖1),南達(dá)北祁連山造山帶,北到老君廟逆沖推覆帶,東到青頭山,西達(dá)鴨兒峽油田。
酒西盆地在古生代褶皺基底之上,中生代早白堊世為伸展斷陷演化階段,從晚白堊世開(kāi)始,全盆地由拉張環(huán)境轉(zhuǎn)化為擠壓構(gòu)造環(huán)境,盆地開(kāi)始褶皺抬升,為擠壓隆升的陸內(nèi)拗陷型盆地[10]。盆地內(nèi)缺失晚白堊世-古新世沉積[11],始新世時(shí)期受到阿爾金斷裂影響,在盆地北部沉積了火燒溝組[12],但僅在盆地北部發(fā)育。漸新世-中新世開(kāi)始轉(zhuǎn)為前陸盆地階段,構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)化為近南北向,祁連山前緣擠壓變形形成狹長(zhǎng)的坳陷沉降帶,在整個(gè)酒西盆地沉積了穩(wěn)定的白楊河組沖積扇-河流-三角洲相碎屑巖沉積體系,厚400~500 m,與下覆火燒溝組形成角度不整合或平行不整合。后期的逆沖褶皺期盆地構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,發(fā)育大規(guī)模推覆體運(yùn)動(dòng),造成早期的古近系和新近系大面積沉積體卷入祁連山逆沖斷裂帶下[10-13],盆地南緣在現(xiàn)今祁連山以南30 km以外[14]。盆地經(jīng)過(guò)復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史,第四紀(jì)酒西盆地經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的擠壓推覆,形成了現(xiàn)今研究區(qū)老君廟構(gòu)造帶的多層沖斷席推覆疊置的特征。
圖1 酒西盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>
2.1 層序地層劃分及界面特征
三級(jí)層序是不整合面及其對(duì)應(yīng)的整合面所限定的地層單元,一般為盆地充填體,不整合面多分布于盆地的邊緣,且此類不整合面常為低角度的侵蝕不整合面,在地震剖面上的特征不如構(gòu)造層序明顯[19],
反應(yīng)的是沉積速率與沉降速率的變化,與沉積環(huán)境的改變密切,相關(guān)三級(jí)層序界面表現(xiàn)為沉積相帶的轉(zhuǎn)化。研究區(qū)老君廟構(gòu)造帶白楊河組層序底界面為KEB1,對(duì)應(yīng)下白堊統(tǒng)與古近系之間的角度不整合面,是酒西盆地規(guī)模最大的不整合面之一,是一級(jí)層序界面。在老君廟構(gòu)造帶缺失上白堊統(tǒng)、古新統(tǒng)及始新統(tǒng),在青頭山露頭上表現(xiàn)為上覆白楊河組棕紅色砂巖與下伏的石炭系紫紅色泥巖的不整合(圖2),在地震剖面上表現(xiàn)為削截反射特征(圖3),界面上下測(cè)井曲線特征差異明顯,如老君廟油田NF246井的自然伽馬和電阻率曲線明顯坎值(圖4)。
圖2 玉門油田老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組層序劃分
圖3 層序界面地震反射特征(層拉平,剖面位置見(jiàn)圖1)
圖4 老君廟構(gòu)造帶NF246井層序劃分與沉積相分析
白楊河組頂界面對(duì)應(yīng)古近系與新近系之間的區(qū)域平行不整合面NEB1。在研究區(qū)內(nèi),地震剖面上無(wú)明顯反射差異。在露頭上表現(xiàn)為沖刷不整合面,界面之上新近系辮狀河砂巖與界面之下棕紅色泥巖突變接觸,各類測(cè)井曲線上表現(xiàn)為幅度值較大的突變,表明水體突然變淺(圖4)。
準(zhǔn)層序組是一套成因上有聯(lián)系的準(zhǔn)層序獨(dú)特疊置樣式,是三級(jí)層序內(nèi)部次一級(jí)的基準(zhǔn)面變化造成的沉積旋回,其邊界主要為明顯的湖泛面或與之對(duì)應(yīng)的地層界面。準(zhǔn)層序組界面識(shí)別的主要依據(jù)是湖侵泥巖或不同準(zhǔn)層序組疊加樣式的轉(zhuǎn)換面。本次研究將白楊河組三級(jí)層序內(nèi)劃分為7個(gè)準(zhǔn)層序組(圖4)。PS1層序單元位于白楊河組最底部,是一個(gè)退積式準(zhǔn)層序組,其內(nèi)部巖性由下自上從棕紅色含礫粗-中砂巖逐漸過(guò)渡為中-細(xì)砂巖、細(xì)砂巖,厚度由東南向西北減薄,在研究區(qū)西北部尖滅,該層序單元構(gòu)成了三級(jí)層序的低位體系域。PS2層序單元位于白楊河組中部,為一個(gè)進(jìn)積式準(zhǔn)層序組,底界面是初始湖泛面,頂界面是進(jìn)積-退積轉(zhuǎn)換面。PS3位于白楊河組中上部,為一個(gè)退積式準(zhǔn)層序組,其頂界面為一套棕紅色泥巖,俗稱“巧克力泥巖”,是最大湖泛面,PS2和PS3共同構(gòu)成三級(jí)層序湖侵體系域。PS4—PS7層序單元位于白楊河組中-上部,是3個(gè)進(jìn)積式準(zhǔn)層序組和1個(gè)退積式準(zhǔn)層序組共同構(gòu)成的三級(jí)層序高位體系域。
2.2 層序地層格架
通過(guò)對(duì)巖心、測(cè)井、錄井及地震資料的分析,在老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組識(shí)別出1個(gè)三級(jí)層序,在三級(jí)層序內(nèi)部識(shí)別7個(gè)準(zhǔn)層序組,其中低位體系域由1個(gè)準(zhǔn)層序組構(gòu)成,湖侵體系域由2個(gè)準(zhǔn)層序組構(gòu)成,高位體系域由4個(gè)準(zhǔn)層序組構(gòu)成,建立了研究區(qū)不同級(jí)次層序地層格架(圖2—圖4)。
依據(jù)露頭、巖心和測(cè)井資料,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化及其他輔助資料,確定老君廟構(gòu)造帶白楊河組存在沖積扇、辮狀河、三角洲及湖泊4種沉積類型,沉積體系分布受到構(gòu)造、氣候及物源的影響。
3.1 沖積扇
沖積扇主要分布在白楊河組最底部M層,即PS1層序單元,物源為南部古祁連山,巖性主要為棕紅色含礫粗砂巖、中-粗砂巖或中-細(xì)塊狀砂巖,雜基含量高,分選磨圓差,具有低的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度,是干旱、半干旱環(huán)境下沉積物快速沉積的產(chǎn)物。以粒序?qū)永?圖5a)與塊狀層理為主(圖5a,b),顯示快速搬運(yùn)沉積的特征,見(jiàn)小型平行層理和斜層理,綜合反映出碎屑流與牽引流共存。底部片流砂體自然電位曲線呈鐘形、漏斗形,曲線鋸齒明顯,橫向上砂體連續(xù),為底平頂凸的砂體形態(tài),主要受古地形控制。
3.2 辮狀河
辮狀河垂向上主要分布在L層,平面上主要分布在石油溝-老君廟油田一帶,主要發(fā)育辮狀河道砂體和河道間細(xì)粒沉積。辮狀河道沉積以棕紅色細(xì)砂巖、含粗砂細(xì)砂巖、含礫粗-中砂巖為主,底部見(jiàn)滯留沉積礫巖(圖5d),上部沉積粒度較細(xì),局部鈣質(zhì)團(tuán)塊富集,與沖積扇扇中辮狀河相比,其分選磨圓相對(duì)較好,雜基含量相對(duì)較低。粒度概率曲線為典型的三段式,含有10%左右的滾動(dòng)次總體部分和較高(>50%)的懸浮次總體部分,滾動(dòng)次總體分選中等(斜率45°~60°),反應(yīng)沉積水體動(dòng)蕩,多表現(xiàn)為牽引流沉積。測(cè)井曲線為箱形、鐘形,多為正韻律(圖6a)。橫切物源剖面上可見(jiàn)頂平底凸的砂體形態(tài)。河道間沉積主要發(fā)育棕紅色粉-細(xì)砂巖、粉砂巖或泥巖,測(cè)井曲線上呈低幅指狀或平直狀。
3.3 辮狀河三角洲
辮狀河三角洲沉積垂向上主要分布于老君廟構(gòu)造帶白楊河組L層和K層,即PS3和PS5層序單元,是研究區(qū)分布最廣泛的沉積類型。辮狀河三角洲沉積包括辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣亞相和前辮狀河三角洲三個(gè)亞相。
辮狀河三角洲平原主要包括分流河道、溢岸和泛濫平原沉積,其中以發(fā)育分流河道復(fù)合體為主,主要為棕紅色細(xì)砂巖或粉細(xì)砂巖,局部含礫或底礫,分選中等,見(jiàn)分流河道底部滯留沉積(圖5e),沉積構(gòu)造見(jiàn)斜層理和平行層理(圖5f—h)。自然電位及自然伽馬曲線以中-高幅的鐘形或箱形為主(圖6b)。溢岸沉積以粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主,測(cè)井曲線以中-低幅度為主。
研究區(qū)辮狀河三角洲前緣主要發(fā)育水下分流河道-河口壩復(fù)合體沉積,其中水下分流河道以淺棕紅色細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和粉砂巖為主,主要為正韻律沉積。沉積構(gòu)造以交錯(cuò)層理、波狀層理及平行層理為主,測(cè)井曲線以鐘形為主(圖6c)。河口壩沉積以棕紅色細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和粉砂巖為主,呈反韻律,分選較好,泥質(zhì)含量較低,測(cè)井曲線以中高幅的漏斗形為主。前辮狀河三角洲主要為泥巖夾粉砂巖,一般情況下,難以與湖相區(qū)分。
圖5 玉門油田老君廟構(gòu)造帶典型沉積構(gòu)造
3.4 湖相
研究區(qū)湖相沉積主要分布在白楊河組石油溝段BC層,以棕紅色泥巖為主,泥巖較純,俗稱“巧克力泥巖”(圖5i),在局部地區(qū)含有少量的灘壩砂體,以天青色鈣質(zhì)薄層泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖為主,發(fā)育波狀層理、水平層理,石油溝青頭山露頭見(jiàn)石膏。在測(cè)井曲線上,自然電位為近泥巖基線,高伽馬,低電阻的特征。
受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的影響,酒西盆地在晚白堊世由東西向拉張應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅媳毕驍D壓推覆為主,沉積物從東西分異轉(zhuǎn)為近南北向展布,老君廟構(gòu)造帶從漸新世開(kāi)始接受南部古祁連山物源[13-14]。垂向上形成由沖積扇到辮狀河三角洲,再到湖泛泥巖,最后是三角洲-濱淺湖沉積,平面上呈近南東-北西向上展布的沉積體系,整體構(gòu)成一個(gè)水進(jìn)水退的沉積序列。
PS1層序單元為白楊河組間泉子段底部,為一個(gè)退積式準(zhǔn)層序組,構(gòu)成了三級(jí)層序的低位體系域。受到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響,白楊河組開(kāi)始接受古祁連山的物緣,沉積了一套細(xì)粒沖積扇-辮狀河沉積體系,沉積時(shí)期古祁連山遠(yuǎn)離現(xiàn)今老君廟構(gòu)造帶,由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成祁連山斷裂帶前移,使得前期部分沉積物被卷入祁連山推覆體,被老地層覆蓋。由于受到古地形影響,低位體系域沉積時(shí)期,在現(xiàn)今老君廟構(gòu)造帶最底部沖積扇僅局部發(fā)育,地層逐漸向上超覆,同時(shí)這套沉積起到了填平補(bǔ)齊的作用(圖7a—c),之后研究區(qū)古地形變得平緩。
圖6 玉門油田白楊河組沉積體系典型測(cè)井曲線特征
湖侵體系域位于白楊河組中部,由一個(gè)進(jìn)積式(PS2)和一個(gè)退積式(PS3)準(zhǔn)層序組組成。PS1層序單元沉積后,盆地地形相對(duì)變緩,發(fā)育一套穩(wěn)定分布的辮狀河-三角洲沉積體系,此時(shí)湖盆從北西向南東方向開(kāi)始湖侵。之后由北西向南東方向大規(guī)模湖進(jìn),在石油溝-老君廟油田以辮狀河-三角洲沉積為主,老君廟西部—鴨兒峽油田以三角洲—湖泊沉積為主(圖7d—f),形成研究區(qū)良好的儲(chǔ)集層。
白楊河組頂部高位體系域以三角洲-湖相沉積為主,由多個(gè)進(jìn)積式和退積式準(zhǔn)層序組組成。PS4層序單元主要為其中湖相沉積。在PS5層序單元主要為辮狀河三角洲沉積,在石油溝-老君廟油田以辮狀河三角洲平原-前緣為主,鴨兒峽地區(qū)以三角洲前緣沉積為主(圖7、圖8),此時(shí)三角洲沉積與PS3時(shí)期的三角洲沉積相比,其分流河道礫石含量高和礫石粒度粗,反映了白楊河組頂部比底部構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。
通過(guò)對(duì)沉積體系分布及演化規(guī)律的分析,研究區(qū)老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組沉積體系明顯受到沉積古地貌、氣候及湖平面變化的影響。在沉積早期,由于燕山運(yùn)動(dòng)形成起伏不平的侵蝕面,古地形差異大,這種地形差異導(dǎo)致沉積物呈南東-北西向展布。PS1層序單元沉積時(shí)(圖7a),由于古地形差異,沉積物在研究區(qū)南部、西部缺失,從東部向西部超覆。
氣候是沉積體系分布的重要控制因素。白楊河組沉積時(shí)期沉積物以棕紅色砂泥巖為主,含石膏,反映研究區(qū)在沉積時(shí)期為干熱氣候。在PS1層序單元沉積時(shí)期,主要以遞變層理和塊狀層理為主(圖5a,b),反映了干熱環(huán)境下的快速堆積的特征。
圖7 玉門油田PS1和PS3層序單元沉積體系分布及演化規(guī)律
湖平面變化是控制沉積體系分布及演化規(guī)律的主要因素。從PS2層序開(kāi)始,由于古地形差異減小,地層全區(qū)發(fā)育,古地形相對(duì)平緩,發(fā)育辮狀河-三角洲-湖泊沉積體系。湖岸線主要為南西-北東方向,湖平面控制沉積體系分布和演化。在PS3層序單元沉積時(shí)期,湖侵規(guī)模增大,湖平面逐漸向物源區(qū)擴(kuò)張(圖7d—f)。高位體系域由退積準(zhǔn)層序組和進(jìn)積準(zhǔn)層序組組成(圖8),在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不活躍的情況下,水進(jìn)和水退主要是由于湖平面變化旋回的結(jié)果。
1) 通過(guò)研究區(qū)地震、巖心、測(cè)井及露頭資料的綜合研究,將老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組劃分為1個(gè)完整的三級(jí)層序,在三級(jí)層序內(nèi)進(jìn)一步劃分出7個(gè)準(zhǔn)層序組。
2) 綜合地震相、測(cè)井相及露頭和巖心觀察,在層序格架內(nèi)進(jìn)行沉積體系的識(shí)別及沉積相劃分,認(rèn)為研究區(qū)老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組發(fā)育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、湖泊四種沉積相類型,進(jìn)一步劃分為多種沉積微相。
圖8 玉門油田PS5層序單元沉積體系分布
3) 老君廟構(gòu)造帶古近系白楊河組低位體系域以沖積扇沉積為主,湖侵體系域以辮狀河-三角洲-湖相沉積為主,高位體系域?yàn)槿侵?湖相沉積,其沉積體系分布受到沉積古地貌、氣候及湖平面變化的影響。
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(編輯 董 立)
Sequence stratigraphy and depositional system of the Baiyanghe Formation in the Laojunmiao structural belt,Yumen oilfield,Jiuxi Basin,Northwest China
Yu Chen1,2,Wu Shenhe1,2,Du Wenbo3,Yue Dali1,2,Chen Cheng1,2,Qin Guoshen1,2
(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,YumenOilfieldCompany,PetroChina,Jiuquan,Gansu735200,China)
Sequence-stratigraphic and sedimentologic theories and methods were employed in the study of sequence stratigraphic features and sedimentary system distributions in the Baiyanghe Formaiton of the Laojunmiao structural belt in Yumen oilfield,Jiuxi Basin,northwestern China.Data gathered through core and outsrrop observation and analyses,drilling and logging,and sesimic events,were resorted to establish sequence stratigraphic framework,determine the types and distribution of sedimenatry facies,and understand evolution pattern and controlling factors in the Formation.The result shows that the Formation can be described as a complete three-order sequence,which can be divided into 7 quasi-sequence sets.Sedimentary facies including alluvial fans,braided rivers,braided river deltas and lake depostis,were recognized in the sequence.Depositional facies varied vertically from alluvial fans to braided river delta and then to lake flooding mudstone and finally to delta.Horizontally,the facies presents itself as a near southeast-northwest sedimenatry system-a sedimentary sequence of water transgression and regression.Paleogeomorphology controlled the distribution of the sediments of lowstand system tract of the three-order sequence and climate affected the types of sediments and controlled the superimposed style and evolution pattern of the sediment in the Formation.
Baiyanghe Formation,sequence stratigraphy,depositional system,Laojunmiao structural belt,Yumen oilfield,Jiuxi Basin
2014-07-21;
2015-05-03。
喻宸(1985—),男,博士研究生,油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)。E-mail:yc56000@126.com。
吳勝和(1963—),男,教授,儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail:reser@cup.edu.cn。
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372116)。
0253-9985(2015)03-0437-10
10.11743/ogg20150312
TE122.2
A