陸相湖盆深水塊體搬運體優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素
----以松遼盆地英臺地區(qū)青山口組為例

陳彬滔, 潘樹新, 梁蘇娟, 張慶石, 劉彩燕, 王 革

1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院, 蘭州 730020 2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室, 蘭州 730020 3.大慶油田勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163000

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陸相湖盆深水塊體搬運體優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素
----以松遼盆地英臺地區(qū)青山口組為例

陳彬滔1,2, 潘樹新1,2, 梁蘇娟1, 張慶石3, 劉彩燕1, 王 革3

1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院, 蘭州 730020 2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室, 蘭州 730020 3.大慶油田勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163000

深水儲層已成為增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域，傳統(tǒng)觀點認為此類儲層物性差，但近年來的勘探實踐表明，陸相湖盆深水塊體搬運體可形成優(yōu)質(zhì)儲層，其儲層物性甚至優(yōu)于三角洲前緣。以巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡、實測孔隙度、地層水有機酸含量、地層超壓等資料為基礎(chǔ)，對松遼盆地青山口組深水塊體搬運體優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素進行了分析。分析認為青山口組深水塊體搬運砂巖為高結(jié)構(gòu)成熟度的巖屑長石砂巖，儲集空間主要包括原生粒間孔和次生溶蝕孔，碎屑顆粒以點接觸為主，方解石膠結(jié)物和石英次生加大現(xiàn)象少見。深水塊體搬運優(yōu)質(zhì)砂巖儲層的發(fā)育主要受沉積作用和超壓旋回的控制。塊體搬運作用是形成優(yōu)質(zhì)儲層的基礎(chǔ)，使其繼承了三角洲前緣高能環(huán)境砂巖的原始孔滲特征；超壓抑制破壞性成巖作用是核心，使原始孔隙得以保存、膠結(jié)物含量少；有機酸溶蝕是補充，促進次生孔隙發(fā)育。青山口組深水塊體搬運砂巖呈透鏡狀分布于源巖內(nèi)部且具有良好的物性，是有利的勘探目標。

松遼盆地; 塊體搬運體; 儲層物性; 次生孔隙; 超壓；青山口組

0 引言

深水塊體搬運體屬于一種在重力作用誘導下順坡滑動、滑塌形成的沉積體[1-4]。受地震、火山、風暴流等因素觸動[5-6]，常導致三角洲前緣砂體失穩(wěn)、沿坡折帶滑動至前緣外側(cè)的半深湖、深湖區(qū)，形成大量深水塊體搬運砂體[7-9]，而半深湖、深湖泥巖通常為陸相盆地的有利烴源巖，繼而使深水塊體搬運砂體具有源內(nèi)成藏的優(yōu)勢。但是，深水塊體搬運砂體的儲層物性是制約其勘探的主要問題，松遼盆地英臺地區(qū)的三角洲前緣砂體平均孔隙度為8.2%，平均滲透率為0.41×10-3μm2，屬于低孔-特低滲儲層。按照常規(guī)思路，與其具有相同物源、搬運更遠、埋深更大的深水塊體搬運砂體物性可能更差，應(yīng)該不具有勘探潛力。但是，英臺地區(qū)的勘探實例卻與此相反，深水塊體搬運砂體的孔滲條件明顯優(yōu)于相同物源的三角洲前緣砂體。

因此，筆者以巖心、鑄體薄片、掃描電鏡、實測孔隙度、地層水、地層超壓等綜合分析為基礎(chǔ)，探討陸相湖盆深水塊體搬運優(yōu)質(zhì)儲集砂體形成的主控因素，為相似地質(zhì)背景下深水塊體搬運砂體的勘探提供依據(jù)，拓寬油田老區(qū)增儲上產(chǎn)的潛在勘探目標。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地是中國東部具有斷坳雙重結(jié)構(gòu)的中、新生代大型疊合沉積盆地[10]。青山口組形成于坳陷期，自下而上分為青一段、青二段和青三段。青一段整體表現(xiàn)為快速湖侵，湖盆中心沉積了一套富有機質(zhì)的深湖相黑色泥巖，為坳陷期最為主要的烴源巖；從青二段中、晚期開始，湖盆以水退為主，湖泊面積逐漸縮小[11]。

青山口組沉積時期，盆地主要發(fā)育綏化、青崗、北安、訥河、齊齊哈爾、英臺、白城、通榆、保康、懷德、長春及榆樹12支水系，湖區(qū)面積大，全盆地具有統(tǒng)一的匯水中心[12]，湖盆坡折帶較為發(fā)育并對湖岸線的展布具有重要的控制作用[13]，沉積相帶的分布呈環(huán)帶狀展布(圖1a)。研究區(qū)位于英臺水系入湖處，受三角洲物源供給充足、坡折帶發(fā)育、整體快速湖侵的影響，三角洲前緣外側(cè)因沉積物重力失穩(wěn)沿破折帶滑動，形成眾多塊體搬運砂體[14]，此類砂體呈透鏡狀分布于青山口組湖相泥巖中，具有源內(nèi)成藏的優(yōu)勢，勘探潛力巨大[15-16]。

a.研究區(qū)位置；b.研究區(qū)沉積背景；c.塊體搬運砂體分布。圖1 研究區(qū)概況及儲層分布Fig.1 General situation of the study area and the reservoir distribution

2 儲層特征

2.1 儲層分布

受地震、風暴流、火山等因素誘導[14]，英臺水系三角洲前緣砂體在底部泥巖潤滑下沿坡向下滑動，形成包裹于青山口組湖相泥巖中的深水塊體搬運砂體。深水塊體搬運體廣泛發(fā)育于青山口組湖相泥巖中(圖1b)，其中僅英臺地區(qū)青二段就多達93個，整個英臺地區(qū)青山口組的深水塊體搬運砂體數(shù)量可能超過300個。

青山口組深水塊體搬運體通常分布于層序界面之上，坡折帶外側(cè)。古地形坡度恢復結(jié)果表明，塊體搬運體遠離三角洲前緣的距離隨坡度增大而增大[14]，但是滑動距離通常為0～6 km(圖1b，c)。平面上，單個塊體搬運體的面積為0.2～15.3 km2(圖1c)，整個英臺地區(qū)青山口組的塊體搬運體累積面積達到150 km2；因此，深水塊體搬運體具有單個面積有限、總體數(shù)量大、成藏條件有利的特點。

2.2 巖石學特征

根據(jù)16口井、208個巖石薄片的鑒定結(jié)果，英臺地區(qū)青山口組的深水塊體搬運砂巖以細粒巖屑長石砂巖為主，少量為細粒長石巖屑砂巖(圖2)。其中：石英體積分數(shù)為21.5%～40.0%，以單晶石英為主；長石體積分數(shù)為27.5%～52.7%，以鉀長石為主，斜長石次之；巖屑體積分數(shù)為20.0%～47.5%，以噴出巖(中酸性為主)、泥巖和千枚巖巖屑為主，含少量花崗巖巖屑、白云母和黑云母。

Ⅰ.石英砂巖；Ⅱ.長石石英砂巖；Ⅲ.巖屑石英砂巖；Ⅳ.長石砂巖；Ⅴ.巖屑長石砂巖；Ⅵ.長石巖屑砂巖；Ⅶ.巖屑砂巖。圖2 青山口組砂巖類型三角圖Fig.2 Sandstone components triangular diagram of Qingshankou Formation

巖石具細粒砂狀結(jié)構(gòu)，碎屑呈次棱角--次圓狀，顆粒支撐，分選好，泥質(zhì)雜基體積分數(shù)較低(3%)。含方解石膠結(jié)物(圖3a)，體積分數(shù)約為4%(局部高達20%)，以充填粒間孔隙和交代長石等碎屑的形式發(fā)育，局部見石英次生加大。保存較多原生粒間孔和少量粒內(nèi)溶孔。

青山口組的深水砂巖總體具有低成分成熟度、高結(jié)構(gòu)成熟度的巖石學特征。

2.3 儲層物性

根據(jù)16口井、198件樣品的實測孔隙度和滲透率資料統(tǒng)計，青山口組深水砂巖儲層的孔隙度為15.1%～21.3%，平均孔隙度約為16.4%；滲透率為(0.12～58.50)×10-3μm2，平均滲透率接近11.30×10-3μm2，屬于中孔中滲儲層(表1)。

2.4 儲集空間類型

青山口組深水砂巖的儲集空間通常由原生孔隙和次生孔隙組成，其中原生孔隙接近80%。

2.4.1 原生孔隙

原生孔隙主要包括原生粒間孔和剩余原生粒間孔。碎屑顆粒以點接觸為主，局部為線接觸和凹凸接觸(圖3b，c，d)，多數(shù)原生孔隙呈三角形或多邊形，說明深水砂巖僅經(jīng)受了弱--中等的機械壓實作用?？紫吨睆綖?.05～0.20 mm，配位數(shù)2～3，孔隙的連通性好。原生孔隙屬于青山口組深水砂巖的主要儲集空間。

a. 英47井，2 362.8 m，方解石膠結(jié)(紅色箭頭)；b. 英47井，2 363.4 m，顆粒點接觸，發(fā)育三角形或多邊形原生粒間孔(紅色箭頭)和港灣狀粒間溶孔(粉色箭頭)；c. 英47井，2 363.4 m，顆粒點-線接觸，發(fā)育蜂窩狀粒內(nèi)溶孔(紅色箭頭)；d. 英47井，2 359.6 m，顆粒點-線接觸，發(fā)育粒內(nèi)溶孔(紅色箭頭)。圖3 青山口組深水砂巖成巖作用照片F(xiàn)ig.3 Photos of diagenesis of deep-water sandstone in Qingshankou Formation

Table 1 Comparison of reservoir characteristics of deep-water sandstone and delta front sandstone in Qingshankou Formation

砂體類型厚度/m孔隙度/%范圍平均值滲透率/(10-3μm2)范圍平均值物性分類深水塊體搬運砂巖0.5～4.515.1～21.316.40.12～58.5011.30中孔-中滲三角洲前緣砂巖0.5～5.56.1～12.48.20.11～1.300.41低孔-特低滲

2.4.2 次生孔隙

次生孔隙主要包括粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。粒間溶孔常表現(xiàn)為原生孔隙周圍的長石、巖屑、膠結(jié)物或雜基邊緣因溶蝕作用而形成的溶蝕擴大孔隙，孔隙邊緣多呈港灣狀(圖3b)，形態(tài)不規(guī)則，連通性好；粒內(nèi)溶孔為長石或膠結(jié)物顆粒部分溶解，其中沿長石解理發(fā)育的蜂窩狀粒內(nèi)溶孔(圖3c、d)最為典型，粒內(nèi)溶孔通?？膳c原生孔隙連通，成為有效儲集空間。

3 優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的主控因素

3.1 沉積作用

a. 巖心觀察柱狀圖；b. 典型巖心照片；c. 深水重力流成因機制模式(據(jù)文獻[17]修改)。圖4 青山口組深水砂巖沉積作用分析Fig.4 Analysis of depositional process of deepwater sandstone in Qingshankou Formation

松遼盆地青山口組深水砂巖發(fā)育于大套暗色泥巖之中，單期厚為0.5～4.5 m(圖4a)。暗色泥巖色深質(zhì)純，屬于典型的半深湖--深湖泥巖(圖4b-Ⅰ)。深水砂巖呈透鏡狀分布于暗色泥巖中，砂巖頂部和底部發(fā)育滑動剪切面和滑動變形構(gòu)造(圖4b-Ⅱ，Ⅲ)，但是砂巖內(nèi)部并未變形，具有較好的分選、磨圓性(圖4b-Ⅳ)，屬于三角洲前緣沉積物因重力失穩(wěn)誘導整體黏結(jié)性塊體滑動、在坡折帶附近形成的深水塊體搬運沉積(圖4c)。塊體搬運沉積除頂、底發(fā)生剪切變形作用以外，其內(nèi)部基本繼承了塊體搬運之前三角洲前緣高能環(huán)境砂巖結(jié)構(gòu)特征，具有良好的原生孔滲特征。

3.2 破壞性成巖作用

3.2.1 機械壓實作用

正常地層壓力條件下，機械壓實作用使碎屑巖孔隙空間的水分被排除，導致孔隙體積縮小，孔隙度降低。根據(jù)英臺地區(qū)青山口組的埋深情況(2 100～2 500 m)，其成巖作用應(yīng)該達到晚成巖階段早期或中成巖階段中期[18]，顆粒接觸關(guān)系應(yīng)表現(xiàn)為線接觸或凹凸接觸；但是，鑄體薄片觀察結(jié)果卻顯示深水砂巖儲層多表現(xiàn)為顆粒支撐點接觸和點-線接觸，原生孔隙保存良好。由此說明，青山口組的破壞性成巖作用(機械壓實)受到抑制。

機械壓實作用受到抑制的主要原因在于地層超壓，當出現(xiàn)地層超壓時，超壓流體可以承擔部分上覆地層壓力，阻礙孔隙體積減小，有效地保護孔隙度[19-20]。松遼盆地青山口組自沉積至今共經(jīng)歷了3次超壓旋回，目前正處于第4超壓旋回[21-24](圖5)。與三角洲前緣的砂巖相比，深水砂巖以透鏡體形式分布于泥巖內(nèi)部，處于超壓作用最強烈的部位，超壓旋回所產(chǎn)生的高孔隙流體壓力抵抗了地層埋深增加所造成的機械壓實作用，使原生孔隙度得到良好保存。雷振宇等[23]采用半定量方法計算了研究區(qū)同一構(gòu)造單元內(nèi)沉積環(huán)境相同的常壓井和超壓井的壓實程度，發(fā)現(xiàn)超壓環(huán)境下的壓實強度明顯弱于常壓環(huán)境，也進一步證明超壓旋回有助于抑制機械壓實作用。

pw.靜水壓力；1.3pw泥巖愈合超壓積聚；1.7pw泥巖破裂超壓釋放。據(jù)文獻[21]修改。圖5 松遼盆地青山口組經(jīng)歷的超壓旋回Fig.5 Overpressure cycles of Qingshankou Formation in Songliao basin

3.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用通常指礦物質(zhì)在碎屑沉積物的孔隙空間中沉淀，形成自身礦物并使沉積物固結(jié)成巖石。膠結(jié)作用常堵塞孔隙、降低巖石孔隙度，也屬于破壞性成巖作用的一種。巖石薄片鑒定結(jié)果表明，青山口組深水砂巖的主要膠結(jié)物為方解石和石英次生加大，但是膠結(jié)物的總體體積分數(shù)很低，方解石膠結(jié)物的體積分數(shù)通常低于10%(圖3a)。

松遼盆地的地層水統(tǒng)計結(jié)果顯示，Ca2+含量隨深度增大而不斷增加[25]。Ca2+是形成方解石膠結(jié)物的前提，若理化條件合適，方解石膠結(jié)物的含量勢必隨深度增大而增加。但是，薄片鑒定方解石膠結(jié)物體積分數(shù)與深度的關(guān)系卻表明(圖6)，方解石膠結(jié)物體積分數(shù)在1 000～1 300 m和2 100～2 500 m深度段明顯減??；這兩個深度段剛好對應(yīng)于研究區(qū)的嫩江組和青山口組超壓地層段[21,24]。此外，前人[23]的研究也表明碳酸鹽在水中的溶解度隨壓力增大而增大。因此，超壓環(huán)境碳酸鹽溶解度增大、沉淀量減小，有助于抑制方解石膠結(jié)作用。

圖6 方解石膠結(jié)物體積分數(shù)與深度關(guān)系Fig.6 Relationship between content of calcite cement and buried depth

石英次生加大現(xiàn)象通常廣泛分布于松遼盆地的砂巖儲層[23]，但是青山口組深水砂巖中的石英次生加大現(xiàn)象卻很少見，其中，超壓對石英膠結(jié)物形成的抑制功不可沒。雷振宇等[23]通過對松遼盆地石英膠結(jié)物體積分數(shù)與壓力系數(shù)關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)壓力系數(shù)越大，超壓越強，石英膠結(jié)物體積分數(shù)越低。

3.3 建設(shè)性成巖作用

圖7 研究區(qū)脂肪酸質(zhì)量濃度、酚質(zhì)量濃度和孔隙度與深度的關(guān)系Fig.7 Relationship between buried depth and vertical distribution of fatty acids and phenolic content and porosity

青山口組深水砂巖的建設(shè)性成巖作用主要指有機酸溶蝕作用。酸溶性組分的溶解通常構(gòu)成了碎屑巖儲層中最主要的次生孔隙。在一定溫壓條件下，有機酸對硅酸鹽易溶，無機酸對碳酸鹽易溶[26]。因此，油田水中導致巖石組分溶解的重要溶劑是脂肪酸和酚。通過對研究區(qū)近200口井的地層水分析結(jié)果進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)地層水中脂肪酸和酚的質(zhì)量濃度具有隨深度先增大、后降低的縱向分布趨勢(圖7)。深度小于1 000 m時，地層水中的脂肪酸質(zhì)量濃度通常小于180 mg/L，酚質(zhì)量濃度小于1.6 mg/L；埋深1 100～2 500 m，脂肪酸和酚的質(zhì)量濃度最高，平均值分別接近1 100和3.7 mg/L。脂肪酸質(zhì)量濃度的平面分布具有以古龍凹陷為中心，向周邊地區(qū)遞減的環(huán)帶狀分布特征(圖8)，英臺地區(qū)分布于≥810 mg/L的范圍內(nèi)。

部分數(shù)據(jù)據(jù)文獻[26]。圖8 研究區(qū)青山口組脂肪酸質(zhì)量濃度平面分布圖Fig.8 Plane distribution of fatty acids content of Qingshankou Formation in the study area

通過對研究區(qū)200余口井的實測孔隙度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結(jié)合研究層位的薄片分析結(jié)果，建立了孔隙度與深度之間的關(guān)系(圖7)。研究區(qū)縱向上發(fā)育3個高孔帶。隨著埋深增加，孔隙度從100 m左右接近40%降至1 000 m左右的30%。在1 000 m以下，形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ高孔帶，高孔垂向分布帶與有機酸質(zhì)量濃度具有良好的正相關(guān)性，即高孔帶對應(yīng)于有機酸高質(zhì)量濃度段；說明有機酸溶蝕對異常高孔的發(fā)育具有一定的貢獻。

研究區(qū)的目的層段(青山口組深水砂巖)埋深通常為2 100～2 500 m，縱向上處于脂肪酸和酚質(zhì)量濃度高值段，對應(yīng)于第III次生孔隙發(fā)育段(圖7)；平面上位于脂肪酸質(zhì)量濃度高值區(qū)。青山口組本身即為松遼盆地最重要的烴源巖，而深水砂巖剛好位于烴源巖內(nèi)部且受超壓影響原生孔隙保存良好，更加有利于生烴產(chǎn)生的酸性溶液順利進入砂巖，溶蝕儲層中的不穩(wěn)定礦物，如長石、巖屑等。

超壓旋回雖然不直接影響溶蝕作用，但超壓旋回幕式演化是酸性溶液排出的源動力，此外，泥巖幕式破裂、愈合所形成的裂縫也有助于酸性溶液排入相鄰的深水砂巖儲層。青山口組烴源巖于明水組沉積時期開始大量生烴[19]。對比超壓旋回的釋放時間，第3次超壓旋回的釋放期晚于大量生烴期(圖5)。因此，伴隨烴源巖生烴高峰期而產(chǎn)生的酸性溶液可能在第3超壓旋回釋放時(明水組沉積末期)，向外大量排出，進入深水砂巖，產(chǎn)生次生孔隙。

4 結(jié)論

通過對古龍凹陷青山口組深水砂巖儲層特征及主控因素進行分析，主要得出以下結(jié)論：

1)古龍凹陷青山口組深水塊體搬運砂巖為高結(jié)構(gòu)成熟度的巖屑長石砂巖，繼承了塊體搬運之前三角洲前緣高能環(huán)境砂巖的原生孔滲特征。

2)儲集空間以原生粒間孔為主，其次為粒間溶蝕孔隙。顆粒以點-線接觸為主，原生孔隙保存良好。

3)青山口組中孔低滲優(yōu)質(zhì)深水砂巖儲層的發(fā)育主要受沉積作用和超壓旋回的控制。塊體搬運沉積作用使其具有較好的原始孔滲條件；超壓旋回抑制機械壓實和膠結(jié)作用，使原生孔隙得以保存、膠結(jié)物含量少；第3次超壓旋回對應(yīng)于青山口組生烴高峰期，超壓幕式釋放驅(qū)使其內(nèi)部流體(包括有機酸)排入相鄰的深水砂巖，溶解儲層中的不穩(wěn)定礦物，形成次生孔隙。

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Main Controlling Factors of High Quality Deep-Water Mass Transport Deposits (MTDs) Reservoir in Lacustrine Basin:An Insight of Qingshankou Formation, Yingtai Area, Songliao Basin, Northeast China

Chen Bintao1,2, Pan Shuxin1,2, Liang Sujuan1, Zhang Qingshi3, Liu Caiyan1, Wang Ge3

1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development-Northwest(NWGI),Petrochina,Lanzhou730020,China2.KeyLaboratoryofReservoirDescription,CNPC,Lanzhou730020,China3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentofDaqingOilfieldCompany,Daqing163000,Heilongjiang,China

Deepwater sandstone, viewed as poor reservoir traditionally, is now the potential target for increasing reserves and production. However, the exploration practice in recent years showed that deepwater mass transport deposits (MTDs) in lacustrine basin can form high-quality reservoir. Its reservoir properties are even superior to a delta front. Based on the data of core observation, casting thin sections, scanning electron microscope, measured porosity, organic acid content of formation water, and formation overpressure, the main controlling factors of high quality deep-water MTDs in Qingshankou Formation, Yingtai area, Songliao basin have been analyzed. According to the analysis, it can be concluded that MTDs sandstone of Qingshankou Formation is debris-feldspar sandstone with high texture maturity, where the reservoir space is dominated by primary intergranular pores and secondary dissolution pores, and the detrital grains are dominated by point-contacted with low calcite cement and quartz overgrown. The development of a good deepwater sandstone reservoir is controlled by sedimentary process and overpressure cycles. Sedimentary process of MTDs is the foundation, which makes the deepwater sandstone inherit the primary characteristics of porosity and permeability of sandstone in delta front (deposited in high energy environment). Inhibition of destructive diagenesis caused by overpressure is the core factor, which can preserve the primary pores and lead to a low content of cement. Organic acid dissolution can be a supplement to promote the development of secondary pores. MTDs deepwater sandstone of Qingshankou Formation is distributed inside the source rock as lenticulars with good physical properties, which can be treated as favorable exploration targets.

Songliao basin; mass transport deposits(MTDs); reservoir properties; secondary porosity; overpressure;Qingshankou Formation

10.13278/j.cnki.jjuese.201504104.

2014-10-02

國家自然科學基金項目(41072084)；國家“973”計劃項目(2007CB209604)

陳彬滔(1985--)，男，工程師，主要從事儲層地質(zhì)與儲層評價研究，E-mail:tobychencugb@foxmail.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201504104

TE122

A

陳彬滔，潘樹新，梁蘇娟，等.陸相湖盆深水塊體搬運體優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素：以松遼盆地英臺地區(qū)青山口組為例.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(4):1002-1010.

Chen Bintao, Pan Shuxin, Liang Sujuan, et al. Main Controlling Factors of High Quality Deep-Water Mass Transport Deposits (MTDs) Reservoir in Lacustrine Basin: An Insight of Qingshankou Formation, Yingtai Area, Songliao Basin, Northeast China.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1002-1010.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504104.