朱德順（中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營(yíng)257015）

渤海灣盆地東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油富集規(guī)律

朱德順
（中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營(yíng)257015）

以渤海灣盆地東營(yíng)凹陷和沾化凹陷漸新統(tǒng)沙河街組沙三下亞段和沙四上亞段泥巖為研究對(duì)象，從油氣生成、運(yùn)移、富集的角度，對(duì)高產(chǎn)頁(yè)巖油富集要素進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)合油氣產(chǎn)能、油氣組分、地層接觸關(guān)系、含油飽和度以及壓力系數(shù)等特征，將東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油富集類型分為3種：自生自儲(chǔ)式、斷層連通式和夾層富集式。自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油在東營(yíng)凹陷和沾化凹陷泥頁(yè)巖地層中廣泛存在，受油氣生成、儲(chǔ)集條件影響，此類型頁(yè)巖油井產(chǎn)能相對(duì)較低；斷層連通式和夾層富集式頁(yè)巖油受構(gòu)造、巖性的控制，分布雖然局限但油氣產(chǎn)能高。明確了頁(yè)巖油的富集規(guī)律后，可以制定針對(duì)性更強(qiáng)的勘探開發(fā)方案，從而提高頁(yè)巖油勘探開發(fā)效率。

渤海灣盆地；東營(yíng)凹陷；沾化凹陷；沙河街組；頁(yè)巖油；富集規(guī)律

東營(yíng)凹陷和沾化凹陷漸新統(tǒng)沙河街組發(fā)育了沙四上亞段、沙三下亞段、沙三中亞段和沙一段4套湖相泥巖，其厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)類型有利于頁(yè)巖油的生成。近五年來(lái)，新鉆的頁(yè)巖油探井最高日產(chǎn)原油達(dá)150 t，但多口探井產(chǎn)量并未取得預(yù)期的效果，其失利原因主要在于對(duì)東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油的富集規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。前人根據(jù)泥巖儲(chǔ)集空間的差異，將東營(yíng)凹陷和沾化凹陷的頁(yè)巖油劃分為基質(zhì)型和夾層型兩種［1-2］，但對(duì)頁(yè)巖油實(shí)際勘探的指導(dǎo)效果較差。本文以頁(yè)巖油出油井為對(duì)象，深入分析了頁(yè)巖油富集的主控因素，系統(tǒng)總結(jié)不同類型頁(yè)巖油的富集規(guī)律，以期對(duì)今后頁(yè)巖油的勘探有所裨益。

1　研究區(qū)概況

東營(yíng)凹陷和沾化凹陷屬于渤海灣中、新生代裂谷盆地的三級(jí)構(gòu)造單元，位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東部，受一系列北西向或近南北向的斷裂控制，在凹陷內(nèi)部形成多個(gè)次級(jí)洼陷和突起，東營(yíng)凹陷內(nèi)以利津洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷、民豐洼陷為主，沾化凹陷主要發(fā)育渤南洼陷、四扣洼陷、邵家洼陷等（圖1），沙四上亞段和沙三下亞段沉積期，研究區(qū)主要為深湖、半深湖環(huán)境，沉積了巨厚的泥頁(yè)巖，根據(jù)典型井的巖性、測(cè)井曲線等特征，將沙四上亞段、沙三下亞段各劃分為4個(gè)層組，單個(gè)層組的厚度為20～100 m.

2　頁(yè)巖油富集類型

東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油在富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖或泥質(zhì)灰?guī)r為主的泥頁(yè)巖層中生成后，沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)或只發(fā)生短距離運(yùn)移［3］。對(duì)東營(yíng)凹陷和沾化凹陷的典型高產(chǎn)頁(yè)巖油井分析發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖油生成以后，有些未發(fā)生運(yùn)移而在原地聚集，有些則借助斷層或其他連通條件在鄰近泥頁(yè)巖層中富集成藏。

圖1　東營(yíng)凹陷和沾化凹陷構(gòu)造位置

從東營(yíng)凹陷和沾化凹陷優(yōu)選了40口頁(yè)巖油工業(yè)油流井，分別建立了總有機(jī)碳含量、含油飽和度、孔隙度、壓力系數(shù)和原油黏度與原油產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，隨地層總有機(jī)碳含量、含油飽和度、孔隙度、壓力系數(shù)的增大，原油產(chǎn)量具有增大的趨勢(shì)，隨著原油黏度的增大，原油產(chǎn)量具有減小的趨勢(shì)。綜合生油泥巖層的生烴特征、夾層、斷層發(fā)育情況等，將東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油富集類型劃分為自生自儲(chǔ)式、斷層連通式和夾層富集式3種。其中，自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油受控于烴源巖和儲(chǔ)集層兩方面因素，主要集中在富含有機(jī)質(zhì)的層段，當(dāng)總有機(jī)碳含量越高時(shí)，對(duì)應(yīng)泥巖的物性及含油性越好（圖2a，圖2b）；斷層連通式頁(yè)巖油井距離斷層越近，原油產(chǎn)量越高，原油產(chǎn)量與壓力系數(shù)明顯正相關(guān)（圖2c）；夾層富集式頁(yè)巖油井原油產(chǎn)量與孔隙度呈正相關(guān)（圖2d）。

3　頁(yè)巖油富集特征

3.1自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油

自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油是指頁(yè)巖油生成之后基本未發(fā)生或僅發(fā)生短距離初次運(yùn)移，在泥頁(yè)巖內(nèi)部保存下來(lái)的頁(yè)巖油。其在平面上，主要集中在渤南洼陷、博興洼陷、牛莊洼陷等厚度大且連續(xù)穩(wěn)定分布的泥頁(yè)巖層區(qū)域，縱向上主要在埋深大于3 000 m的沙四上亞段和沙三下亞段的泥頁(yè)巖地層之中，埋藏深度較大。對(duì)東營(yíng)凹陷和沾化凹陷各洼陷帶泥頁(yè)巖具油氣顯示的探井統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油具有以下特征。

（1）泥頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)微觀上，分散狀的有機(jī)質(zhì)呈星點(diǎn)狀排列，連續(xù)性差，而富集的有機(jī)質(zhì)多呈絲帶狀和長(zhǎng)條狀分布，在顯微鏡下估算固體有機(jī)質(zhì)體積百分比有時(shí)可以達(dá)到20%～50%；宏觀上，自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油集中在洼陷內(nèi)生烴強(qiáng)度大于400 t/km2的區(qū)域，除具有高效的生排烴潛力外，高豐度的有機(jī)質(zhì)相互連接形成非常連續(xù)的有機(jī)質(zhì)、干酪根網(wǎng)絡(luò)，為油氣運(yùn)移提供通道［4］。

（2）泥頁(yè)巖灰質(zhì)成分含量高純泥巖致密，孔隙不發(fā)育，泥頁(yè)巖中富含灰質(zhì)成分可提高泥頁(yè)巖地層脆性，有利于微裂縫、高壓誘導(dǎo)縫形成。分析高氣測(cè)值段和出油段的泥巖，泥頁(yè)巖均富含灰質(zhì)成分，多段取心的碳酸鹽礦物含量大于50%，顯微鏡下顯示富含灰質(zhì)成分泥巖的微裂縫和誘導(dǎo)縫更發(fā)育，同時(shí)有機(jī)質(zhì)生烴過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)酸溶解了灰質(zhì)成分形成溶蝕孔洞，進(jìn)一步改善泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能。

圖2　東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油產(chǎn)量與富集要素相關(guān)關(guān)系

（3）泥頁(yè)巖具有紋層狀/層狀結(jié)構(gòu)通過(guò)巖心觀察，東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油井中泥頁(yè)巖可以識(shí)別出淺色層和暗色層，淺色層形成于較淺水環(huán)境，主要成分為碳酸鹽巖；暗色層形成于較深水環(huán)境，為泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)紋層，泥質(zhì)紋層由黏土礦物富集組成，富有機(jī)質(zhì)紋層由層狀藻、藻屑呈條帶狀順層富集而成，有機(jī)質(zhì)含量較高，紋層中泥頁(yè)巖的層間縫發(fā)育，為油氣橫向運(yùn)移提供了通道［5］。

分析壓力系數(shù)、輕烴組分等因素與產(chǎn)量之間的關(guān)系表明，自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油的高產(chǎn)井輕質(zhì)烴組分含量較高，壓力系數(shù)在1.40左右。對(duì)東營(yíng)凹陷洼陷帶的典型井橫向剖面進(jìn)行分析（圖3），頁(yè)巖油富集段集中在沙三下亞段底部的暗色紋層狀泥頁(yè)巖中，順層橫向展布，且具有較好的連續(xù)性，碳同位素等地化參數(shù)顯示典型井頁(yè)巖油均產(chǎn)自其所在的泥頁(yè)巖并具有較好相似性。因此，自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油的富集規(guī)律表現(xiàn)為:大套泥頁(yè)巖地層的油氣中的輕烴組分優(yōu)先從高壓向低壓運(yùn)移，從致密層沿著微裂縫向具有一定儲(chǔ)集空間的紋層狀灰質(zhì)泥巖短距離移動(dòng)聚集。

3.2斷層連通式頁(yè)巖油

統(tǒng)計(jì)表明，東營(yíng)凹陷和沾化凹陷85%的頁(yè)巖油高產(chǎn)井處于距離斷裂1 000 m以內(nèi)［6］。沿洼陷—斜坡方向，半深水斜坡帶通常發(fā)育一系列小型地層錯(cuò)斷，小型斷裂的作用體現(xiàn)在改善泥頁(yè)巖地層的儲(chǔ)集性能并溝通泥頁(yè)巖層與鄰近地層。按照斷層連通的地層類型，東營(yíng)凹陷和沾化凹陷斷層連通式頁(yè)巖油可分為斷層連通膏鹽巖層式和斷層連通砂體式，其頁(yè)巖油的富集機(jī)理亦存在差異。

（1）斷層連通膏鹽巖層式頁(yè)巖油此類頁(yè)巖油富集在沾化凹陷沙三下亞段底部和東營(yíng)凹陷沙四上亞段底部泥巖中，頁(yè)巖油產(chǎn)量較高。膏鹽巖層溶解過(guò)程產(chǎn)生的硫酸根離子在120～200℃時(shí)會(huì)與烴源巖內(nèi)烴類成分發(fā)生硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)，生成硫化氫，深層硫化氫對(duì)相鄰碳酸鹽巖進(jìn)行溶蝕改造，形成孔隙極其發(fā)育的孔洞體系，二氧化碳和水是此反應(yīng)的副產(chǎn)物，二氧化碳在水中飽和后與鈣離子結(jié)合生成碳酸鹽沉淀［7-8］。

沾化凹陷渤南洼陷內(nèi)的斷層在東營(yíng)組和明化鎮(zhèn)組沉積期活動(dòng)強(qiáng)烈，斷層斷至沙三下亞段底部的富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r。斷層誘導(dǎo)縫發(fā)育，且溝通了下伏膏鹽巖層，膏鹽巖層中硫酸根離子在水動(dòng)力等作用下進(jìn)入沙三下亞段泥質(zhì)灰?guī)r中，斷層活動(dòng)停止后，塑性的膏鹽巖層封堵斷層，硫酸根離子與烴類在封閉環(huán)境發(fā)生熱化學(xué)還原反應(yīng)，溶蝕孔發(fā)育，與斷層伴生的裂縫共同改善泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能。

斷層連通膏鹽巖層式頁(yè)巖油特征具體表現(xiàn)在兩方面:一是斷層基本發(fā)育在厚層泥巖的內(nèi)部，規(guī)模不大，在膏鹽巖層上覆的泥巖中形成相對(duì)封閉環(huán)境。以XYS6W井為例，斷層溝通了上部泥頁(yè)巖和下部膏鹽巖層，此井初期日產(chǎn)原油最高達(dá)到38.5 t，氣7 387 m3，試油顯示油層壓力系數(shù)1.77，地層溫度138℃，溫壓條件適宜熱化學(xué)還原反應(yīng)進(jìn)行，原油中硫元素含量高和巖心中的分散狀黃鐵礦都是硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)的產(chǎn)物［9］。有機(jī)生油理論認(rèn)為有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程生成的天然氣中，二氧化碳含量不會(huì)超過(guò)天然氣總量的1%，所以XYS6W井15%的二氧化碳含量主要為無(wú)機(jī)成因［10-11］，也可以作為熱化學(xué)還原反應(yīng)進(jìn)行的證據(jù)。從圖4可以看出，XYS6W井的原油生產(chǎn)過(guò)程包括初期高產(chǎn)和后期穩(wěn)產(chǎn)兩個(gè)階段，兩個(gè)階段的開采過(guò)程含水率總體保持在1.4%左右，穩(wěn)定的油水比例反映XYS6W井泥頁(yè)巖出油段為相對(duì)封閉的系統(tǒng)，頁(yè)巖油為自生自儲(chǔ)成因；二是被斷層溝通的泥巖層受斷層及后期流體溶蝕作用影響，具有較好的油氣儲(chǔ)集空間，從測(cè)井響應(yīng)上看，XYS6W井出油段聲波時(shí)差和補(bǔ)償中子增大，密度降低，巖心上多見構(gòu)造縫和滑脫縫等，總體上具有高孔隙度和裂縫發(fā)育的特征［12-15］。與XYS6W井相鄰（平面相距2 000 m）的L67N井相比，溫壓條件和巖性特征等均相似，唯一區(qū)別在于沒(méi)有斷層連通上、下兩套地層，L67N井的日產(chǎn)原油僅2.0 t，產(chǎn)出原油密度更大、黏度更高、含硫低且不含氣體，測(cè)井響應(yīng)反映地層孔隙度較小，儲(chǔ)集空間不發(fā)育。因此，與膏鹽巖層連通對(duì)頁(yè)巖油的高產(chǎn)儲(chǔ)集空間的改善起到重要的作用。

圖3　濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖巖相分布與頁(yè)巖油富集關(guān)系（剖面位置見圖1）

圖4　 XYS6W井油水生產(chǎn)歷史曲線

（2）斷層連通砂體式頁(yè)巖油厚層致密泥頁(yè)巖的油氣輸導(dǎo)能力有限，砂質(zhì)顆粒的支撐作用對(duì)改善泥頁(yè)巖物性具有重要作用，對(duì)取心資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，東營(yíng)凹陷內(nèi)位于湖盆緩坡帶的沙四上亞段暗色泥頁(yè)巖中發(fā)育厚度10 cm左右的砂質(zhì)、硅質(zhì)條帶，鉆井、錄井過(guò)程中此類地層氣測(cè)顯示良好，氣測(cè)烴類組分達(dá)70%～90%，砂質(zhì)條帶未達(dá)到夾層（2 m）級(jí)別，但其局部密集分布，為相鄰泥巖生成的油氣提供了橫向運(yùn)移的通道。常根據(jù)斷層上、下盤含油氣情況判斷斷層連通性［16］，斷裂發(fā)育區(qū)斷層的溝通作用使小型砂體連通后，脆性的砂巖層在斷裂作用下易發(fā)育構(gòu)造裂縫，下部泥巖生成的頁(yè)巖油通過(guò)砂質(zhì)條帶、構(gòu)造裂縫運(yùn)移至鄰近儲(chǔ)集空間較好的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r中富集成藏，且具有較高的產(chǎn)能。

對(duì)于斷層連通砂體式頁(yè)巖油，東營(yíng)凹陷沙四上亞段高產(chǎn)井Y5-4W井累計(jì)產(chǎn)油1.7×104t，Y5-4W井沙四上亞段巖性以物性較好的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r為主且內(nèi)部發(fā)育多條厚度0.5 m左右砂質(zhì)條帶。常規(guī)油氣運(yùn)移理論認(rèn)為，油氣可動(dòng)系數(shù)（S1/CTOC，S1為游離烴含量，CTOC為總有機(jī)碳含量）增大、壓力系數(shù)減小和含油飽和度降低的方向，代表了油氣運(yùn)移的方向［17］。對(duì)Y5-4W井與鄰井Y5-52W井的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沿Y5-52W井—Y5-4W井方向，油氣可動(dòng)系數(shù)上升，壓力系數(shù)降低，含油飽和度下降，證明頁(yè)巖油為通過(guò)斷層、斷層誘導(dǎo)縫、層間縫和薄層砂質(zhì)條帶等通道從生油能力更好的Y5-52W井處短距離運(yùn)移而來(lái)，并在Y5-4W井處紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的有機(jī)質(zhì)孔、溶蝕孔、層間縫以及斷層誘導(dǎo)縫內(nèi)富集。斷層連通砂體式頁(yè)巖油與常規(guī)油氣運(yùn)聚機(jī)理具有一定相似性，但由于斷層、砂質(zhì)條帶規(guī)模小，油氣移動(dòng)距離短，筆者將此類型的油氣仍歸為頁(yè)巖油的范疇。

3.3夾層富集式頁(yè)巖油

當(dāng)厚層泥巖中夾其他巖性（厚度大于2 m）且富含油氣時(shí)，將其稱為夾層富集式頁(yè)巖油，研究區(qū)夾層富集式頁(yè)巖油主要有沾化凹陷沙一下亞段碳酸鹽巖夾層頁(yè)巖油和東營(yíng)凹陷沙四上亞段砂巖夾層頁(yè)巖油。砂巖夾層形成于深水濁積巖沉積環(huán)境，夾層發(fā)育規(guī)模小且連續(xù)性差，空間預(yù)測(cè)難度大。從經(jīng)濟(jì)效益角度，目前東營(yíng)凹陷和沾化凹陷夾層富集式頁(yè)巖油的開發(fā)以碳酸鹽巖夾層為主。沾化凹陷沙一下亞段白云巖夾層發(fā)育，夾層厚度為0.5～2.5 m，油氣顯示良好，單井試油最高日產(chǎn)油60 t，勘探潛力大。

以沾化凹陷沙一段白云巖夾層為例，夾層富集式頁(yè)巖油富集特征:①夾層鄰近生烴能力好的泥巖，沾化凹陷沙一段烴源巖干酪根類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，進(jìn)入了油氣生烴門限深度2 400 m，富有機(jī)質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、油頁(yè)巖發(fā)育，從巖性組合來(lái)看，高產(chǎn)井多具1.5～2.5 m厚的碳酸鹽巖夾層，過(guò)厚或過(guò)薄的夾層頁(yè)巖油的產(chǎn)能均較差［18］；②泥巖多呈層狀和紋層狀，微裂縫和層間縫發(fā)育，頁(yè)巖油可以通過(guò)晶間孔、微裂縫、層間縫等通道進(jìn)入碳酸鹽巖夾層富集成藏，通過(guò)巖心觀察，NY1井3 426.5 m淺色的脆性碳酸鹽巖夾層與上下暗色泥頁(yè)巖相比，在地層高壓的作用下，微細(xì)裂縫和層間縫更發(fā)育，且多為油浸或油斑顯示；③東營(yíng)凹陷和沾化凹陷碳酸鹽巖夾層產(chǎn)出的頁(yè)巖油中62.6%出自白云巖夾層，頁(yè)巖油高產(chǎn)井多集中在白云巖發(fā)育的區(qū)域，灰?guī)r向白云巖轉(zhuǎn)化的白云巖化過(guò)程中，巖石顆粒體積可以減小6.2%～14.8%，白云巖中溶蝕孔隙相對(duì)比較發(fā)育［19-21］。

4　結(jié)論

東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油資源潛力大，頁(yè)巖油的分布受控于多種富集因素且富集規(guī)律多樣。根據(jù)巖性、壓力系數(shù)、地層接觸關(guān)系、地化參數(shù)、油氣水產(chǎn)出規(guī)律及油氣組分等因素，將東營(yíng)凹陷和沾化凹陷頁(yè)巖油的富集類型分為自生自儲(chǔ)式、斷層連通式和夾層富集式。自生自儲(chǔ)式頁(yè)巖油由于泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間的局限性，產(chǎn)能并不理想，但其在沙三下亞段和沙四上亞段泥頁(yè)巖中分布廣泛且生排烴能力強(qiáng)，勘探潛力巨大；斷層連通膏鹽巖層式頁(yè)巖油主要集中在沾化凹陷沙三下亞段中斷層與下部膏鹽巖層連接處，頁(yè)巖油井產(chǎn)能高且在沾化凹陷具有一定代表性；斷層連通砂體式頁(yè)巖油主要集中在東營(yíng)凹陷沙四上亞段中斷層與沙四上亞段下部砂體連通處，砂巖顆粒的支撐作用為頁(yè)巖油的輸導(dǎo)提供條件，頁(yè)巖油可以在鄰近物性條件較好的泥質(zhì)灰?guī)r中富集成藏；夾層富集式頁(yè)巖油主要分布在沾化凹陷沙一段底部，白云巖化作用改善灰?guī)r層儲(chǔ)集條件，易于頁(yè)巖油富集成藏。

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（編輯潘曉慧楊新玲）

Accumulation Pattern of Shale Oil in Dongying Sag and Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

ZHU Deshun
（Research Institute of Exploration and Development，Shengli Oilfied Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257015，China）

Taking the shale of Lower Sha-3 member and Upper Sha-4 member of Oligocene Shahejie formation in Dongying sag and Zhanhua sag of Baohai Bay basin as a case，this paper systematically studies the enrichment elements of high-yielding shale oil from the perspective of oil and gas generation，migration and accumulation.Integrated with the characteristics of oil and gas productivity，hydrocarbon component，stratigraphic contact relationship，oil saturation and pressure coefficient，the accumulation patterns in Dongying sag and Zhanhua sag can be divided into such 3 types as self-generation and self-preservation，fault connection and interlayer enrichment.Shale oil of selfgeneration and self-preservation widely exists in the shales of the 2 sags，but since it is influenced by the conditions of hydrocarbon generation and accumulation，the oil well productivity of this type is relatively low.Constrained by structure and lithology，the other 2 types are distributed in some local areas but have high productivity.A fter the identification of shale oil accumulation patterns，more targeted plans can be made for oil exploration and development，thus enhancing efficiency of exploration and development of the shale oils.

Bohai Bay basin；Dongying sag；Zhanhua sag；Shahejie formation；shale oil；accumulation pattern

TE112

A

1001-3873（2016）03-0270-05

10.7657/XJPG20160304

2015-06-14

2016-03-22

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2016ZX05049004）；中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目（P15086）

朱德順（1987-），男，山東聊城人，碩士研究生，油氣勘探，（Tel）0546-8715536（E-mail）zhudeshun.slyt@sinopec.com