王 潔，張登榮，徐瑞松

(1.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，杭州 311121;2.浙江省城市濕地與區(qū)域變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 311121;3.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640)

南海北部臨震前海表增溫異常與油氣藏區(qū)分布的關(guān)系

王 潔1，2，張登榮1，2，徐瑞松3

(1.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，杭州 311121;2.浙江省城市濕地與區(qū)域變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 311121;3.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640)

以南海北部為研究區(qū)，利用MODIS SST(sea surfeca temperatare)數(shù)據(jù)探討了海水表面增溫異常與海域油氣藏和天然氣藏區(qū)分布的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，已勘探的油氣區(qū)域在臨震前有64%的增溫概率，可以將臨震前海面溫度的增溫異常作為一種指示深部油氣藏賦存的重要標(biāo)志;結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造與斷裂活動(dòng)特征，認(rèn)為南海珠江口盆地深水區(qū)、臺(tái)西南盆地、西沙海槽以及筆架南盆地等是油氣或天然氣水合物可能的賦存地帶。

南海;海表溫度;油氣藏

0 引言

20世紀(jì)90年代初，強(qiáng)祖基等［1］曾報(bào)道中國(guó)大陸上一些地區(qū)在地震前的衛(wèi)星熱紅外遙感圖像上顯示大面積的增溫異常。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在地震前約7～9 d，增溫的面積通常達(dá)幾萬(wàn)甚至上百萬(wàn)km2，累積增溫幅度為2～10℃，并認(rèn)為這是地球排氣作用的結(jié)果［2－4］。在此基礎(chǔ)上，他們結(jié)合地質(zhì)理論多次成功地進(jìn)行過(guò)地震預(yù)報(bào)［5－6］，并將衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)應(yīng)用到中國(guó)陸上油氣田的勘探中［7］。黃福林等［8］將此方法應(yīng)用到海上一些油氣田的勘查中，發(fā)現(xiàn)臨震前已知油氣區(qū)低空大氣中存在著甲烷及其同系物等的高濃度異?，F(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)在同步的衛(wèi)星熱紅外遙感圖像上出現(xiàn)1～6℃的增溫，認(rèn)為臨震前衛(wèi)星熱紅外遙感圖像上的增溫異?？勺鳛樯詈Ｓ蜌獠卮嬖诘囊粋€(gè)重要標(biāo)志。另外，大量的調(diào)查結(jié)果顯示，在中強(qiáng)度地震前后10 d左右，在震中附近區(qū)域海表或上空會(huì)出現(xiàn)溫度上升現(xiàn)象，異常幅度可達(dá)3～4℃，這種現(xiàn)象將一直持續(xù)至地震發(fā)生幾天后，而且，溫度異常有一定的區(qū)域分布，在多數(shù)情況下，與已知的含油氣盆地、天然氣水合物賦存區(qū)相一致［9－12］。

南海海域具備形成大中型油氣田的基本地質(zhì)條件，油氣資源潛力巨大，勘探前景良好，但勘探程度較低。多年來(lái)，勘探開發(fā)活動(dòng)主要集中于近海大陸架的淺水海域，對(duì)于廣闊的陸坡深水區(qū)的油氣勘探與研究不多。最新一輪油氣資源評(píng)價(jià)認(rèn)為，僅我國(guó)南海深水區(qū)的石油資源量可達(dá)76×108t，天然氣資源量可達(dá) 4.4 × 1012m3［13］。然而，與淺水和陸上油氣勘探相比，深水油氣勘探技術(shù)要求高、資金風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)難度大，如果能利用遙感技術(shù)先初步確定出與油氣藏相關(guān)的有利遠(yuǎn)景地帶，將可大大減小調(diào)查工作量，節(jié)省調(diào)查費(fèi)用。為此，本文對(duì)近幾年南海臨震前衛(wèi)星熱紅外圖像上的增溫現(xiàn)象進(jìn)行了觀測(cè)研究，分析了海表面溫度異常與海域油氣藏和天然氣藏區(qū)分布的關(guān)系，探討利用臨震前海表面溫度異信息作為尋找油(氣)藏等的間接找礦標(biāo)志的可能性。

1 研究區(qū)概況

南海是我國(guó)四大海域中面積最大的大型邊緣海，構(gòu)造位置處于歐亞板塊、印澳板塊和太平洋板塊的交匯地帶，具有寬闊的大陸坡、巨厚的沉積物、豐富的有機(jī)質(zhì)，是油氣形成和聚積的理想場(chǎng)所。其北部發(fā)育有一系列新生代盆地(個(gè)別地區(qū)有中生代殘留盆地)，海域水深在50～3 000 m之間。按巴西等國(guó)家采用的以300 m水深作為淺水區(qū)和深水區(qū)分界限的標(biāo)準(zhǔn)，將這些盆地分為3類:①全部發(fā)育在淺水區(qū)的盆地(包括北部灣盆地和鶯歌海盆地);②跨越淺水區(qū)和深水區(qū)的盆地(包括臺(tái)西南盆地、珠江口盆地和瓊東南盆地);③完全處于深水區(qū)的盆地(包括中建南盆地、中沙西南盆地和筆架南盆地等)(圖1)。

圖1 南海北部大陸邊緣沉積盆地分布Fig.1 Distribution of sedimentation basins in the north margin of the South China Sea

油氣勘探表明，南海北部邊緣盆地具有巨大的油氣資源潛力及勘探前景。雖然我國(guó)相關(guān)部門早在20世紀(jì)80年代就開展了南海陸坡深水區(qū)部分海域油氣地質(zhì)與地球物理調(diào)查研究，第3次全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)和2002年國(guó)土資源部組織的“油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)評(píng)價(jià)項(xiàng)目”亦較系統(tǒng)地開展了相關(guān)研究，但其涉及的油氣勘探領(lǐng)域及研究范圍較窄，油氣調(diào)查與研究的深度及程度均非常有限。到目前為止，對(duì)該區(qū)整體勘探程度仍然較低，對(duì)陸坡深水區(qū)油氣勘探及研究程度則更低，基本屬勘探空白區(qū)或研究薄弱區(qū)。

2 臨震前南海北部增溫異常特征

2.1 數(shù)據(jù)源

南海附近在近幾年內(nèi)發(fā)生的較大地震有2001年6月14日10:35:24(UTC)臺(tái)灣蘇澳以東海域(震中位置為 E122.1°，N24.4°)發(fā)生的 6.4 級(jí)地震和2006年12月26日20:26:19臺(tái)灣南部南海海域(震中位置為 E120.6°，N21.9°)發(fā)生的7.2 級(jí)地震。為了觀察中、強(qiáng)地震臨震前南海海表溫度的分布情況，本文采用的MODIS SST(sea surface temperature)數(shù)據(jù)包括2001年6月10—17日的平均SST數(shù)據(jù)、2006年12月11—18日的平均SST數(shù)據(jù)以及2006年12月19—26日的平均SST數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

MODIS SST數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著2個(gè)文件(SST數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)質(zhì)量文件)。本文采用ENVI軟件中的IDL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在處理數(shù)據(jù)文件時(shí)，若數(shù)據(jù)質(zhì)量文件中點(diǎn)值不為零，則對(duì)應(yīng)的SST數(shù)據(jù)點(diǎn)必須剔除掉。

首先，利用IDL中的相關(guān)函數(shù)直接讀取HDF數(shù)據(jù)信息;然后，從string函數(shù)矩陣截取中國(guó)南海海區(qū)范圍(E106°～122°，N15°～24°)，并對(duì)數(shù)據(jù)做拉伸增加顯示度等處理;將無(wú)效數(shù)據(jù)部分賦為白色，陸地部分賦為灰色(用戶可以采用IDL自帶色板，也可以根據(jù)需要自定義色板);最后，顯示圖像，為圖像加上陸地、配置色板和文字標(biāo)注，整飾輸出。

2.3 實(shí)例分析

2.3.1 實(shí)例一

在2001年6月10—17日期間，臺(tái)灣多次發(fā)生地震并放氣。據(jù)SST圖像顯示，南海北部的高溫異?，F(xiàn)象幾乎遍布整個(gè)海域(圖2(a))。主要分布在北部灣盆地、中建南盆地北部、筆架南盆地、臺(tái)西南盆地和鶯歌海盆地西北部，珠江口盆地的海表溫度相對(duì)較低，但值得注意的是，已經(jīng)勘探出來(lái)的珠江口盆地和瓊東南盆地的油氣井和油氣田都分布在與周圍相比溫度較高的區(qū)域。圖2(b)是2003年同時(shí)期南海北部的SST的分布，比較兩個(gè)年份同時(shí)期的SST影像特征發(fā)現(xiàn)，北部灣盆地、中建南盆地北部、筆架南盆地、臺(tái)西南盆地、鶯歌海盆地西北部以及珠江口盆地的海表面溫度在2001年地震時(shí)期比2003年同時(shí)期的高出1～2℃，呈現(xiàn)出大范圍的溫度異常特征。對(duì)比不同年份同時(shí)期海表溫度的分布情況發(fā)現(xiàn)，增溫現(xiàn)象發(fā)生在地震發(fā)生的年份，這很可能是由于這些區(qū)域油氣微滲漏導(dǎo)致的。

2.3.2 實(shí)例二

在2006年12月11—26日期間，南海SST圖像亮溫變化非常明顯，先是局部增溫異常，然后是大面積增溫異常。在2006年12月11—18日所記錄的8 d平均SST圖像上(圖3(a))，除了鶯歌海盆地、中建南盆地和呂宋西盆地等出現(xiàn)局部的亮溫異常外，其他地區(qū)表現(xiàn)為不同水團(tuán)的真實(shí)溫度;在2006年12月19—26日期間(圖3(b))，南海SST圖像出現(xiàn)大面積增溫異常，特別是在鶯歌海盆地—瓊東南盆地—西沙海槽—東沙群島—臺(tái)西南盆地一帶、北呂宋海槽一帶、筆架南盆地—中央海盆北緣一帶等尤為明顯。以2006年因地震造成的海水增溫為例，計(jì)算圖3(b)與圖3(a)的SST溫度差，便可以得到因地震引起的海面增溫圖像(圖3(c))。

圖3 2006年地震前后南海北部SST分布Fig.3 Temperature distribution of sea water in northern South China Sea in 2006

圖3(c)顯示，地震時(shí)期珠江口盆地、東沙群島、臺(tái)西南盆地和筆架南盆地北部大面積增溫;瓊東南盆地、鶯歌海盆地、西沙海槽和中建南盆地小面積增溫。珠江口盆地與臺(tái)西南盆地的交界處增溫幅度最高，達(dá)到6℃，鶯歌海盆地的大面積增溫位于鶯東斜坡，在中央凹陷區(qū)域有一些小面積的增溫圖斑，其增溫最大幅度達(dá)2.5℃;臺(tái)西南盆地和筆架南盆地大面積增溫，增溫最大幅度分別為6℃和4℃。

經(jīng)過(guò)對(duì)上述實(shí)例的分析與研究，認(rèn)為海表面溫度異?？傮w上具有以下特征:

1)一部分SST增溫異常與油氣盆地分布相一致，如珠江口盆地、瓊東南盆地、鶯歌海盆地和臺(tái)西南盆地等;另一部分增溫異常一直延伸到深水陸坡區(qū)，如東沙群島、筆架南盆地、呂宋海槽、西沙海槽和中建南盆地等。

2)南海北部SST溫度異常可分為4個(gè)區(qū):鶯歌?！倴|南—西沙海槽—珠江口—東沙群島—臺(tái)西南盆地一帶、中建南盆地一帶、呂宋海槽盆地一帶、中沙群島—筆架南盆地一帶。在構(gòu)造上，分別與南海北部陸架與陸坡區(qū)斷裂帶、西部陸緣斷裂帶、馬尼拉海溝斷裂帶及中沙群島—筆架海山溝構(gòu)造帶相對(duì)應(yīng)。

3)海盆擴(kuò)張中心區(qū)很少出現(xiàn)增溫異常，基本上沒有明顯的異常。

3 討論

3.1 增溫異常與海底油氣、天然氣水合物的關(guān)系

分析發(fā)現(xiàn)，地震期間，瓊東南盆地、筆架南盆地(尤其是南部地區(qū))、西沙海槽盆地、鶯歌海盆地和臺(tái)西南盆地、珠江口盆地恩平西江凹陷、惠州陸豐凹陷、白云凹陷以及珠江口盆地西部地區(qū)溫度較高。即使在非地震時(shí)期，有些區(qū)域海表溫度也相對(duì)于周圍環(huán)境的高一些，溫度比較異常的是鶯歌海盆地的中央凹陷、珠江口盆地的西江恩平凹陷和惠州陸豐凹陷等(圖 2(b)，3(a))。

2001年與2006年地震時(shí)期，南海北部海表溫度出現(xiàn)增溫異常的區(qū)域也有一定的差異:除了珠江口盆地、中建南盆地、筆架南盆地、臺(tái)西南盆地和鶯歌海盆地于兩次地震時(shí)期均出現(xiàn)海表增溫異常之外，瓊東南盆地、東沙群島與西沙海槽僅在2006年地震時(shí)期出現(xiàn)了大范圍的海表增溫異常。這可能是由于兩次地震的震中位置與地震的強(qiáng)度不同所致。因?yàn)?001年地震發(fā)生在臺(tái)灣蘇澳以東的海域，震中離南海油氣區(qū)的距離較遠(yuǎn)，2006年地震的震中位置是臺(tái)灣南部的南海海域，地震的強(qiáng)度高了一級(jí)，震中的位置和地震強(qiáng)度的差異必然對(duì)海表增溫區(qū)域的分布有一定影響。迄今為止，在北部灣盆地、鶯歌海盆地、瓊東南盆地及珠江口盆地勘探中，已發(fā)現(xiàn)一批大中型油氣田及含油氣構(gòu)造，具備相當(dāng)規(guī)模的油氣儲(chǔ)量及產(chǎn)能，其油氣產(chǎn)量約占中海油總油氣產(chǎn)量的60%以上［14］。這些油氣田的分布大體上與南海北部臨震前衛(wèi)星圖像上海面溫度增溫異常分布相一致。

南海北部深水區(qū)沉積物巨厚，有機(jī)碳豐富，既有像Cascadia近海那樣的主動(dòng)大陸邊緣，也有像Blake海底高原那樣的被動(dòng)大陸邊緣［15］，其溫壓、有機(jī)質(zhì)供給和地質(zhì)構(gòu)造均為天然氣水合物的賦存創(chuàng)造了條件。有研究發(fā)現(xiàn)［16－17］，一些區(qū)域存在指示天然氣水合物賦存的地震地球物理標(biāo)志——似海底反射層(bottom simulating reflector，BSR)。如，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局發(fā)現(xiàn)東沙群島和西沙海槽區(qū)存在有BSR［16］;臺(tái)灣學(xué)者［17］在臺(tái)西南盆地東緣也發(fā)現(xiàn)有BSR。這些潛在的天然氣水合物分布區(qū)也基本與南海臨震前海面溫度增溫異常的分布相一致。

把珠江口盆地與瓊東南盆地已經(jīng)探明的油田、氣田、油氣流井、氣流井以及油氣顯示井的位置在增溫圖(圖3c)上標(biāo)注出來(lái)，便可通過(guò)計(jì)算得到油氣藏區(qū)在地震期間增溫的概率(表1)。其中，油氣流井、氣流井以及油氣顯示井是否增溫是以其所在的中心坐標(biāo)位置的海表面溫度是否增加為依據(jù);油田和氣田是否增溫是以整個(gè)油田、氣田分布區(qū)域高于一半面積區(qū)域的海表溫度是否增加為依據(jù)。也就是說(shuō)，在油氣田分布區(qū)域內(nèi)，統(tǒng)計(jì)的海表增溫面積大于油氣田面積的一半時(shí)，就視為發(fā)生了增溫現(xiàn)象。

表1 瓊東南與珠江口盆地油氣探明區(qū)域與地震增溫的關(guān)系Tab.1 The relationship between oil and gas occurrence and temperature increasing before earthquake in Qiongdongnan basin and Zhujiangkou basin

從表1可以看出，地震時(shí)油氣藏區(qū)最高增溫能達(dá)到3.64℃，有多達(dá)67%的油田都因?yàn)榈卣鸬陌l(fā)生而出現(xiàn)海表水溫增加現(xiàn)象;60%的氣田區(qū)域海表也有相應(yīng)的增溫;已經(jīng)鉆探的油氣流井有65%出現(xiàn)海表溫度增加現(xiàn)象;氣流井和油氣顯示井增溫的概率分別為61%和65%。整個(gè)油氣藏區(qū)域在地震時(shí)海表溫度升高的概率是64%。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，103個(gè)發(fā)生增溫的油氣區(qū)域有75個(gè)油氣區(qū)發(fā)生增溫異常的幅度大于1℃;有41個(gè)油氣區(qū)發(fā)生增溫異常的幅度大于3℃。這些統(tǒng)計(jì)資料表明，在地震時(shí)海底油氣藏區(qū)域的海表增溫概率很大，而且絕大部分的增溫幅度都大于1℃。地震時(shí)的增溫現(xiàn)象能很好地指示油氣藏的存在，臨震前海面溫度的增溫異?？勺鳛橐环N指示深部油氣藏賦存的重要標(biāo)志。

3.2 南海北部油氣和天然氣水合物資源勘探潛力

南海北部臨震前增溫異常的區(qū)域主要分布在珠江口盆地深水區(qū)、臺(tái)西南盆地、筆架南盆地以及西沙海槽，這些區(qū)域很有可能蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。從地質(zhì)構(gòu)造的角度來(lái)看，南海北部邊緣盆地處于歐亞板塊、印澳板塊和太平洋板塊的交匯作用點(diǎn)，具有北部拉張裂陷、南部擠壓變形、西部走滑伸展、東部俯沖消減等被動(dòng)大陸邊緣盆地屬性(圖4)［18］。強(qiáng)烈的泥底辟、熱流體活動(dòng)和異常高溫高壓地層系統(tǒng)主要發(fā)育于南海北部邊緣盆地西區(qū)的鶯歌海盆地和瓊東南盆地西南部，油氣運(yùn)聚成藏及其分布規(guī)律主要與泥底辟發(fā)育演化及熱流體上侵活動(dòng)密切相關(guān)。火山巖漿活動(dòng)則主要發(fā)生在南海北部邊緣盆地東北區(qū)(即瓊東南盆地東部和珠江口盆地及臺(tái)西南盆地)，與油氣生成及運(yùn)聚成藏等均存在一定的成因聯(lián)系［19］。臺(tái)西南盆地的構(gòu)造發(fā)育既經(jīng)歷了早期的拉張，也經(jīng)歷了后期的擠壓，斷裂活動(dòng)非常活躍，縱向上切割層位多，一般可延伸至淺層，對(duì)該區(qū)油氣運(yùn)聚具有重要的疏導(dǎo)作用［20］。筆架南盆地南端為馬尼拉海溝俯沖帶，西南部為中央海盆，構(gòu)造位置比較特殊，劃分為3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，即深海平原、海溝坳陷和逆沖增生帶。深海平原位于盆地西側(cè)，海底比較平坦，斷裂相對(duì)較少，主要以張性斷裂為主;海溝坳陷是馬尼拉海溝北延的一部分，斷裂比較發(fā)育，斷裂走向受俯沖擠壓的影響，以NE和NNE向?yàn)橹?逆沖增生帶位于盆地東部，由于受洋殼俯沖的影響，以逆沖斷裂為主［21］。西沙海槽處在南海北部被動(dòng)大陸邊緣受近東西向斷裂控制的裂谷帶，自晚漸新世形成以來(lái)，曾多次發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，一直到第四紀(jì)仍然有構(gòu)造活動(dòng)的痕跡。在地震剖面上，可以看到斷裂一直切到第四系，甚至到海底，具有形成油氣源的良好通道，并且區(qū)內(nèi)淺表層的深海、半深海相高孔滲軟泥沉積有利于油氣資源的發(fā)育、聚集與保存［22］?？傊虾１辈恐榻谂璧?、臺(tái)西南盆地、筆架南盆地以及西沙海槽的斷裂構(gòu)造及火山活動(dòng)頻繁，這些都為南海北部邊緣盆地油氣資源的形成與分布奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 南海北部主要斷裂構(gòu)造［18］Fig.4 The major structure of northern South China Sea

從地球化學(xué)特征來(lái)看，珠江口盆地深水區(qū)沉積物樣品中的烴類元素及碳的同位素等出現(xiàn)異常。

從地球物理特征來(lái)看，臺(tái)西南盆地、筆架南盆地以及西沙海槽均有指示天然氣水合物存在的BSR［23］標(biāo)志。

4 結(jié)論

1)采用遙感技術(shù)提取臨震前南海北部SST圖像增溫異常信息時(shí)發(fā)現(xiàn)，增溫區(qū)域與已知油氣藏的分布區(qū)域有很好的吻合性，已勘探開采的油氣區(qū)域在臨震前增溫概率為64%，因此，遙感技術(shù)可以作為快速圈定海洋油氣靶區(qū)的一種間接找礦方法。

2)綜合臨震前增溫異常的分布范圍、地質(zhì)構(gòu)造特征以及地球物理、地球化學(xué)等資料，認(rèn)為南海北部陸坡深水區(qū)具有巨大的油氣資源潛力及勘探前景，尤其是珠江口盆地深水區(qū)、臺(tái)西南盆地、筆架南盆地、西沙海槽等海域。隨著陸架淺水區(qū)油氣勘探進(jìn)程的加快和陸坡深水區(qū)油氣勘探的實(shí)施，這些區(qū)域必將成為南海北部油氣資源接替的最佳選區(qū)。

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The Relationship Between the Increasing Anomaly of Sea Surface Temperature Before Earthquake and the Distribution of Oil and Gas Reserves in Northern South China Sea

WANG Jie1，2，ZHANG Deng － rong1，2，XU Rui－ song3
(1.Institute of Remote Sensing and Earth Sciences，Hangzhou Normal University，Hangzhou 311121，China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Urban Wetlands and Regional Change，Hangzhou 311121，China;3.Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China)

This paper aims at interpreting the formation of the temperature anomaly of the South China Sea before earthquake.The relationship between the high temperature and the occurrence of oil and gas reserves and gas hydrates is also discussed according to the mechanism of high temperature shown in images.It is found that the temperature increasing probability comes to 64%before earthquake in areas where the oil and gas reserves have been found.It is an indirect method for the exploration of oil and gas resources based on temperature increasing caused by methane emitted from leakage of oil and gas before earthquake.The areas of high temperature shown in the images are mainly distributed in the abyssal zone of Zhujiang River mouth basin，Taixinan(southwest Taiwan)basin，Xisha Islands trough，Bijianan(south Eijia Mountain)basin of the South China Sea，showing probable potentials of oil and gas reserves and gas hydrates.

South China Sea;sea surface temperature;oil and gas reserves

TP 79

A

1001－070X(2012)02－0079－06

王 潔(1981－)，女，講師，博士，從事遙感地學(xué)的研究。E－mail:wangjie1022@163.com。

(責(zé)任編輯:刁淑娟)

10.6046/gtzyyg.2012.02.15

2012－03－12;

2012－03－27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):41001269)和南海北部珠江口盆地形成演化及油氣資源潛力項(xiàng)目(973計(jì)劃，編號(hào):2007CB41170501)共同資助。