宋璠，蘇妮娜，侯加根，程遠忠，姚瑞香

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渤海灣盆地板橋凹陷內(nèi)部新生代斷裂活動性與油氣成藏

宋璠1，蘇妮娜1，侯加根2，程遠忠3，姚瑞香3

(1. 中國石油大學(華東) 地球科學與技術(shù)學院，山東青島，266580；2. 中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京，102249；3. 大港油田第四采油廠，天津，300280)

為了揭示渤海灣盆地板橋凹陷內(nèi)部新生代斷裂構(gòu)造與油氣關(guān)系，利用油區(qū)構(gòu)造解析理論對板橋凹陷新生代斷裂構(gòu)造發(fā)育及演化特征進行研究。綜合生儲蓋組合、斷裂構(gòu)造以及油氣分布特征，總結(jié)斷裂活動對油氣成藏各要素的控制作用。研究結(jié)果表明：板橋凹陷可劃分為北部復雜斷裂褶皺帶、中部大型斷鼻構(gòu)造帶以及南部雁列式走滑變形帶3個具有明顯不同的新生代構(gòu)造變形組合特征的區(qū)段，新生代斷裂活動主要發(fā)生在沙一下—沙一中亞段以及東營組沉積時期，構(gòu)造演化具有明顯的繼承性。板橋凹陷在不同區(qū)段的構(gòu)造變形特征造成了油氣成藏模式的差異性。

板橋凹陷；新生代；斷裂活動；構(gòu)造演化；油氣成藏

大型斷裂帶的發(fā)育及活動史在區(qū)域構(gòu)造演化與油氣成藏過程中具有重要作用[1]，斷裂的多期活動從宏觀上控制著生儲蓋組合及圈閉的形成，縱橫交錯的斷層網(wǎng)絡(luò)決定了油氣運聚方式，形成了具有區(qū)域特色的油氣成藏模式[2?3]。板橋凹陷作為渤海灣盆地黃驊坳陷內(nèi)重要的新生代含油氣凹陷，已有學者對其構(gòu)造特征開展了研究，例如鄔光輝等[4]認為盆地基底結(jié)構(gòu)及伸展活動強弱的差異形成了該區(qū)古構(gòu)造格局；梁峰等[5]認為凹陷內(nèi)構(gòu)造變換帶對油氣分布具有一定影響。盡管前人從不同角度對板橋凹陷的構(gòu)造性質(zhì)與油氣富集等方面進行了討論，但大多是圍繞基底滄東斷裂開展研究工作，對于凹陷內(nèi)部的斷裂構(gòu)造活動解剖不夠細致。本文作者綜合2009年新處理的三維高品質(zhì)地震數(shù)據(jù)以及650余口鉆測井資料，對板橋凹陷內(nèi)部新生代斷裂構(gòu)造發(fā)育及演化特征進行系統(tǒng)分析，并深入總結(jié)斷裂活動對油氣成藏各要素的控制作用。

1 地質(zhì)概況

板橋凹陷位于渤海灣盆地內(nèi)黃驊坳陷中北部，西以滄東斷裂為界、北以海河斷裂與北塘凹陷相接，東南以北大港潛山構(gòu)造帶與歧口凹陷相隔，西南止于沈青莊構(gòu)造帶，整體呈北東向展布，面積約540 km2。邊界斷層滄東斷裂呈北東方向延伸，是發(fā)育于上地殼的上陡下緩的鏟式斷層，并在深部發(fā)生滑脫[6]。位于滄東斷裂下降盤的板橋凹陷內(nèi)斷層也基本呈北東、北北東向展布(圖1)，受區(qū)內(nèi)長蘆斷層、板橋斷層、大張坨斷層以及白水頭斷層等Ⅱ級斷裂的影響，凹陷內(nèi)整體呈由北向南逐級抬升的階梯式構(gòu)造格局，各次級構(gòu)造單元特征差異明顯。

圖1 板橋凹陷區(qū)域構(gòu)造位置及構(gòu)造單元劃分(據(jù)大港油田資料編繪)

通過鉆井、地震以及古生物等資料研究表明，板橋凹陷地層主要由前新生界基底與新生代沉積蓋層組成，南部與岐口凹陷相接的地區(qū)發(fā)育奧陶紀碳酸鹽巖古潛山[7]。凹陷內(nèi)巨厚的沉積層主要包括古近系沙河街組—東營組、新近系館陶組—明化鎮(zhèn)組，各層組均為砂泥巖互層沉積，具有豐富的原油及凝析氣資源。與鄰區(qū)相比，凹陷內(nèi)缺失沙四段及孔店組地層。

2 斷裂構(gòu)造特征

根據(jù)新生代斷裂發(fā)育分布特點以及構(gòu)造樣式的差異性，將板橋凹陷由北至南劃分為3個次級構(gòu)造單元，依次為北部復雜斷裂褶皺帶、中部大型斷鼻構(gòu)造帶以及南部雁列式走滑變形帶。

2.1 北部復雜斷裂褶皺帶

位于板橋斷層以北，西北臨近滄東斷裂帶，東部以驢駒河斷塊群與長蘆斷裂帶相鄰。受滄東斷裂影響，該構(gòu)造帶主要繼承發(fā)育一系列北東、北東東走向的斷裂，整體呈斜列式展布；此外，受滄東斷裂深部走滑活動的影響，板橋凹陷北部還存在多支近于正北方向的較大規(guī)模斷裂，這些斷層平面上止于板橋斷層，并在新生代早期發(fā)生滑脫，形成了大量調(diào)節(jié)斷層，將北區(qū)分割成眾多大小不等的斷塊，形成了棋盤式的構(gòu)造格局(圖2)。

圖2 板橋凹陷北部復雜斷裂褶皺帶構(gòu)造樣式

整體上，板橋凹陷北部表現(xiàn)為受滄東斷裂控制形成的強制褶皺，地層傾向為北西方向，但受到了新生代早期形成的滑脫斷層和晚期形成的張扭性斷層進一步復雜化。

2.2 中部大型斷鼻構(gòu)造帶

板橋凹陷中部位于板橋斷層與大張坨斷層所夾持的區(qū)域，滄東斷裂主要影響深部基底，新生代斷裂活動變得相對簡單。西側(cè)僅在2條主斷層根部派生幾條次級斷裂，在剖面上與主斷層組成“Y”字型結(jié)構(gòu)；東側(cè)發(fā)育一組北東走向的斷層截止于高沙嶺斷層，屬于大張坨斷層下降盤的調(diào)節(jié)斷層，剖面上整體形態(tài)表現(xiàn)為負花狀結(jié)構(gòu)(圖3)，是走滑斷層派生的在張扭性應力場中形成的典型構(gòu)造。

圖3 板橋凹陷中部大型斷鼻帶構(gòu)造樣式

板橋與大張坨斷層在新生代持續(xù)強烈活動，在凹陷中區(qū)沿斷裂并排發(fā)育斷鼻構(gòu)造群，是板橋凹陷滾動勘探的重點區(qū)帶。

2.3 南部雁列式走滑變形帶

板橋凹陷南部緊鄰北大港潛山構(gòu)造帶，是新生代大張坨斷層、白水頭斷層持續(xù)活動形成的地壘區(qū)。大張坨斷層平面上呈弧形，整體為北東走向，局部發(fā)生轉(zhuǎn)向并派生出大量次級斷裂(見圖4中板南斷層)。區(qū)內(nèi)Ⅲ級斷裂港8井斷層發(fā)育較早，它與一系列次級斷層呈雁列式依附于大張坨斷層南側(cè)，傾向與大張坨斷層截然相反，明顯是受南部北大港潛山隱伏基底斷裂的右旋走滑運動所影響。

在地震剖面上，由于深、淺層巖石能干性的差異，導致新生代地層中的斷層樣式與基底斷裂具有明顯差異?；字锌梢姷湫偷呢摶顦?gòu)造，形成諸多復雜的小斷塊；新生代地層中斷層近平行排列，傾向東南，與大張坨斷層組合呈反“Y”型特征(圖4)，其間發(fā)育受扭動構(gòu)造形成的小背斜。

圖4 板橋凹陷南部雁列式走滑變形帶構(gòu)造樣式

3 新生代斷裂活動

喜山運動時期，黃驊坳陷中部在張性應力下產(chǎn)生新的斷裂，不同沉積時期斷層的活動強度存在一定差異[8]。板橋凹陷新生代構(gòu)造活動主要表現(xiàn)為各級斷層在不同位置、不同階段的活動性，各斷裂系統(tǒng)受控于各自的主干斷層。

3.1 斷裂活動時期

針對板橋凹陷各級斷裂發(fā)育特征，采用定量求?、蚣壨鷶鄬踊顒铀俾逝c盆地伸展變形強度，進而明確斷裂主要活動時期。

同生斷層活動速率是反映斷裂活動時期與活動強度的一項重要指標。根據(jù)板橋凹陷內(nèi)控凹同生斷層的垂直斷距，計算了斷層平均活動速率參數(shù)，結(jié)果見圖5。從圖5可知：該區(qū)存在2個大的斷裂活動期，其中，沙一下—沙一中沉積時期斷層活動速率最大，平均為167.8 m/Ma，東營組沉積時期斷層活動速率次之，約為85.2 m/Ma，均屬于板橋凹陷的主要斷陷時期；其他沉積時期斷層的活動速率相對較低，不是斷裂主要活動時期，或為斷裂相對靜止期。

圖5 板橋凹陷主干斷裂平均活動速率分布

不同時期盆地伸展率參數(shù)也能夠反映斷裂主要活動時期與活動強度，通常利用垂直主干構(gòu)造走向的地質(zhì)剖面來分析構(gòu)造變形過程(圖1中′~′)。各剖面伸展率分布特征表明，在沙一下—沙一中以及東營組沉積時期，板橋凹陷的伸展率相對較大(圖6)，為主要的斷裂構(gòu)造變形時期，館陶組、明化鎮(zhèn)組—第四系沉積時期伸展率較小，基本處于穩(wěn)定期，計算結(jié)果與同生斷層活動速率相吻合。

圖6 板橋凹陷典型地質(zhì)剖面各時期伸展率

3.2 斷裂活動過程

上述斷裂活動時間分析表明，板橋凹陷新生代主要有2期大規(guī)模斷層活動。通過構(gòu)造平衡剖面方法，也能清晰反映斷裂的主要活動時期，同時可以再現(xiàn)構(gòu)造演化過程[9]。由斷裂形成演化過程(圖7)可以看出：Ⅱ級同生斷層發(fā)育具有一定連續(xù)性，受其影響凹陷整體構(gòu)造特征由深向淺也具有明顯繼承性。板橋凹陷新生代構(gòu)造格局的形成繼承了沙三段沉積末期的古構(gòu)造，貫穿于整個沙二段、沙一段、東營組及新近系沉積史之中。

(a) 現(xiàn)今剖面；(b) 明化鎮(zhèn)組沉積前；(c) 館陶組沉積前；(d) 東營組沉積前；(e) 沙一中段沉積前； (f) 沙一下段沉積前；(g) 沙二段沉積前

沙二段沉積初期，大張坨、白水頭等Ⅱ級斷層開始活動，然而活動速率較低，對地層發(fā)育影響較小。板橋斷層發(fā)育明顯較晚，在沙一段沉積時期才開始活動。凹陷北部受滄東斷裂深部走滑活動表現(xiàn)為大型褶皺，并開始出現(xiàn)多支南北向派生斷層，向南距離滄縣隆起越遠，受深部斷層活動影響越小；大張坨斷層以南在北大港潛山隱伏基底斷裂的右旋走滑運動影響下，形成了雁列式斷層組合樣式。

沙一下、沙一中亞段沉積時期是凹陷的主要斷陷期，斷裂活動總體表現(xiàn)為伸展加走滑的雙重運動形式，同生斷層活動強烈，且平面上不同區(qū)域活動特點有所不同。凹陷北區(qū)由于滄東斷裂的派生斷層發(fā)生滑脫，形成了大量調(diào)節(jié)斷層使得構(gòu)造進一步復雜化(圖3)；該時期Ⅱ級斷層活動性最強，大張坨斷層下降盤地層出現(xiàn)強烈“回傾”，形成滾動背斜構(gòu)造，板橋斷層上升盤地層產(chǎn)生掀斜，沿其上升盤形成反向斷鼻構(gòu)造；大張坨斷層向東延伸應力釋放并逐漸消亡，形成了一系列翹傾斷塊圈閉，其上升盤斷裂分布樣式變化不大，但地層厚度顯著減小。

沙一上亞段斷層活動性明顯減弱，地層沉積時期構(gòu)造面貌變化不大。古近紀末東營組沉積時期，板橋斷層與大張坨斷層再次強烈活動，斷層兩盤沉積厚度相差較大，南北向剖面顯示地層常呈楔狀發(fā)育，表明同生斷層對上盤地層具有明顯控制作用，斷裂運動形式以伸展運動為主。新近紀館陶組、明化鎮(zhèn)組沉積時期，區(qū)域構(gòu)造演化進入坳陷階段，斷裂活動明顯減弱，直至構(gòu)造定型。

4 斷裂活動對油氣成藏的控制作用

斷陷盆地中斷裂的形成與演化直接控制著沉積充填和油氣成藏過程，斷裂作為溝通烴源巖與圈閉的橋梁和樞紐，對油氣成藏各方面要素都具有一定的控制作用[10?11]。

4.1 斷裂活動控制了烴源巖的發(fā)育和演化

斷裂活動控制盆地沉降以及沉積充填，從而控制了烴源巖的分布特征。板橋凹陷發(fā)育沙一段、沙二段以及沙三段等多套烴源巖，巖性均為暗色泥巖，富含松柏類高等植物中的樹脂體和山地蠟等有機組分，易于生成凝析氣，勘探實踐表明板橋凹陷具有豐富的原油及凝析氣資源[12]。

沙三段沉積晚期至沙二段早期為湖盆初始裂陷時期，受滄東斷裂影響凹陷內(nèi)發(fā)育大量北東向基底正斷層，形成了多個生烴中心，烴源巖主要沿基底斷裂呈北東向分布。沙二段沉積時期區(qū)內(nèi)大張坨斷層、白水頭斷層開始強烈活動，在下降盤形成了烴源巖沉積中心，但由于該時期全區(qū)廣泛發(fā)育灘壩砂體，因此烴源

巖厚度不大，生烴潛力中等。沙一段沉積時期，北部板橋斷層也開始強烈活動，區(qū)內(nèi)3個構(gòu)造帶均發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，其中沙一中亞段的暗色泥巖厚度達100~300 m，是凹陷內(nèi)生烴能力最強的烴源巖。干酪根元素組成、烴源巖熱解以及顯微組分實驗表明，該區(qū)烴源巖母質(zhì)類型主要為Ⅱ2型，其中沙一段、沙二段為Ⅱ1~Ⅱ2型，沙三段為Ⅱ2~Ⅲ型。

斷裂活動是形成斷陷區(qū)熱活動的重要因素，從而影響烴源巖的成熟及熱演化過程。烴源巖熱解與黏土礦物演化等實驗結(jié)果表明，板橋凹陷新生代地層縱向上在2 200~2 800 m和3 200~4 200 m處存在2個生烴高峰，分別對應于沙一中亞段與沙三段，表明斷層的強烈活動使沿其走向分布的厚層烴源巖迅速埋藏，從而加速了有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。

4.2 斷裂活動控制了儲集體的宏觀展布

斷層的多期活動性以及古構(gòu)造格局對沉積砂體的展布有著重要影響。板橋凹陷沉積物主要來自北部的滄縣隆起帶以及燕山褶皺帶，受古構(gòu)造格局的影響，北部、中部構(gòu)造帶在沙三段形成了一套扇三角洲?濁積扇?深湖相沉積體系[13]，沙二段由于湖盆擴張主要發(fā)育灘壩沉積，沙一段物源欠充足，形成了以鮑馬序列和滑塌變形構(gòu)造為主的重力流水道沉積[14?15]；南部構(gòu)造帶由于地處大張坨斷層上升盤，古地形較高，整個沙河街組均以灘壩沉積為主[16]。古近紀末東營組至新近紀，斷裂活動減弱，沉積相由扇三角洲逐漸過渡為準平原化的河流相類型。

板橋凹陷Ⅰ級、Ⅱ級斷裂以及少數(shù)Ⅲ級斷裂均屬于同沉積斷層，前人對Ⅰ級滄東斷裂的活動及其構(gòu)造坡折帶對沉積相的控制進行研究，認為斷裂活動控制了扇三角洲及湖底扇的發(fā)育和分布，儲集砂體主要呈平行斷層走向展布[17?18]。通過對Ⅱ級同生斷層附近的砂體進行標定與追蹤發(fā)現(xiàn)：凹陷內(nèi)板橋斷層、大張坨斷層對砂體展布同樣起重要的控制作用[15]。

板橋斷層、大張坨斷層為2條走向北東方向近于平行的同生斷層，斷面傾向約為310°，傾角約為43°，其中大張坨斷層活動性較強，平均垂直斷距可達280 m，而板橋斷層平均斷距為95 m。斷裂活動不僅能為沉積物提供可容空間，更重要的是當可容空間不足時則會對其起到阻擋作用。由于新生代沉積物主要來自北西、北東2個方向，當沉積體向凹陷中部推進時，2條同生斷層活動形成的古地貌形成了大規(guī)模屏障，使得下降盤的重力流水道砂、灘壩砂體發(fā)生轉(zhuǎn)向沿斷層呈北東向展布。其中，大張坨斷層下降盤砂體規(guī)模明顯較大，沿其走向分布的灘壩砂已成為板橋凹陷沙二段最主要的原油儲量富集區(qū)。

4.3 斷裂活動控制了油氣的運移與聚集

斷陷盆地的斷裂活動對油氣運聚成藏有著至關(guān)重要的影響。板橋凹陷新生代油氣藏分布主要受斷層控制(圖8)，然而凹陷內(nèi)部不同區(qū)段的斷裂構(gòu)造變形特點，造成了油氣成藏特征的差異性。凹陷北部在滄東斷裂的控制下，表現(xiàn)為大型的強制褶皺，并受重力影響發(fā)生滑脫形成了大量調(diào)節(jié)斷層，活動稍晚的板橋同生斷層有效開啟了包括沙三段在內(nèi)的各套烴源巖，它與下降盤的調(diào)節(jié)斷層組合形成了復雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)，造成北區(qū)油氣分布零星而雜亂。凹陷中部夾持于板橋、大張坨2條Ⅱ級同生斷層之間，斷裂持續(xù)活動形成了大型斷鼻構(gòu)造，是油氣富集的最佳場所。凹陷南部由于受大張坨同生斷層強烈活動影響了沉積物源有效供給[18]，造成該區(qū)砂體規(guī)模較小且分布不連續(xù)，主要發(fā)育斷層?巖性油氣藏。依附于大張坨斷層呈雁列式分布的Ⅲ級和Ⅳ級斷層除港8井斷層持續(xù)強烈活動外，其余斷層輸導能力均較差，對油氣分布控制作用較小。

板橋凹陷具有豐富的凝析氣資源，且以帶油環(huán)的凝析氣藏為主?？碧綄嵺`表明，沙一下亞段頂部凝析氣最為富集，占整個凹陷凝析氣儲量的80%以上，氣源主要為深部沙三段富含腐殖型有機質(zhì)的暗色泥巖。從凝析氣平面分布特征可看出，同生斷層附近的鼻狀構(gòu)造或小斷塊為凝析氣藏的主要富集區(qū)(圖8)，表明深大斷裂是沙三段高勢烴源巖與淺部低勢聚油區(qū)的有利通道，凝析氣沿斷裂帶向上快速運移，直至沙一中亞段的區(qū)域性厚層泥巖將其封隔。沿板橋、大張坨斷層兩側(cè)的構(gòu)造高部位聚集凝析氣，低部位常聚集輕質(zhì)油，形成了該區(qū)下生上儲型帶油環(huán)的凝析氣藏，與普通氣藏相比天然氣常具有高重烴含量(平均質(zhì)量分數(shù)為12.6%)、低甲烷含量(平均質(zhì)量分數(shù)為84.3%)的特點。

強烈的斷裂活動還能夠引起沉積體滑塌，在本區(qū)形成小規(guī)模以滑塌濁積體為主的巖性隱蔽油氣藏。如圖8所示，凹陷中區(qū)板深25井區(qū)油砂體位于南北兩側(cè)斷鼻帶中間的低洼部位，勘探證實該油藏為細粒濁積巖巖性油藏，整體厚度較大。此類濁積巖能夠形成砂泥互層，并且常伴有異常高壓存在。異常高壓不僅能使?jié)岱e砂體保留一定原生孔隙，還能通過影響成巖作用來溶蝕長石產(chǎn)生次生孔隙[19]，形成良好的油氣儲層。此類位于相對低洼部位、由斷裂活動引起沉積物滑塌而形成的細粒濁積巖巖性油藏，應作為該地區(qū)值得重視的一個勘探方向。

圖8 板橋凹陷新生代斷裂與油氣藏分布關(guān)系圖(沙一下亞段)

5 結(jié)論

1) 板橋凹陷在不同部位表現(xiàn)出不同的構(gòu)造特征：北部受滄東斷裂控制形成了大型強制褶皺，新生代早期形成的滑脫斷層和晚期形成的張扭性斷層又將其進一步復雜化；中部地區(qū)斷裂變形樣式較簡單，其西側(cè)的大型斷鼻帶是本區(qū)滾動勘探的重點區(qū)帶；南部受北大港潛山隱伏基底斷裂走滑運動影響，于大張坨上升盤形成了雁列式走滑變形帶。

2) 板橋凹陷新生代斷層活動主要發(fā)生在沙一 下—沙一中以及東營組沉積時期，其中沙一下—沙一中沉積期斷裂活動總體表現(xiàn)為伸展加走滑的雙重運動形式，而東營組沉積期斷裂運動形式以伸展運動為主，新生代構(gòu)造樣式總體具有明顯的繼承性。

3) 新生代斷裂多期活動性及斷層產(chǎn)狀控制了烴源巖的縱、橫向分布，促進了有機質(zhì)熱演化；Ⅱ級斷裂活動形成的古地形對沉積物分配有重要影響，進而控制了斷裂帶附近儲集體的展布；板橋凹陷不同區(qū)段構(gòu)造變形差異較大，也造成了不同區(qū)段油氣分布的差異性，Ⅱ級斷裂附近的構(gòu)造油藏、沙一下頂部的凝析氣藏以及斷裂活動形成的滑塌濁積體巖性油藏，都是具有重要意義的勘探目標。

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Cenozoic fault activity and hydrocarbon accumulation within Banqiao Sag of Bohai Bay Basin

SONG Fan1, SU Nina1, HOU Jiagen2, CHENG Yuanzhong3, YAO Ruixiang3

(1. College of Geo-science and Technology, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China; 2. College of Geo-science, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;3. No.4 Oil Production Plant, Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China)

In order to reveal the relationship between the Cenozonic fault structure and hydrocarbon distribution of Banqiao sag of Bohai Bay Basin, the development and evolution of the fault structure were researched by using the oilfield structural analysis method. Based on comprehensive research of source-reservoir-caprock combination, fault structure and the hydrocarbon distribution, the control of fault activity on hydrocarbon accumulation was summarized. The results show that the sag can be divided into three different segments based on their Cenozoic deformed structure assemblages, i.e. the complex faulted fold in the north, the large faulted nose belt in the central and en-echelon strike-slip deformation belt in the south. The evolution of Cenozonic fault structure mainly developed in the period of lower Es1?middle Es1 and Dongying formation has obvious inheritance. The structure deformations in different segments of the Banqiao Sag result in the difference of various hydrocarbon accumulations.

Banqiao sag; Cenozoic; fault activity; structure evolution; hydrocarbon accumulation

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.05.021

TE111.2

A

1672?7207(2015)05?1723?09

2014?04?18；

2014?07?29

高等學校博士學科點專項科研基金資助項目(20120133120013)；國家科技重大專項(2011ZX05009-002)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(12CX04009A) (Project(20120133120013) supported by the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education; Project(2011ZX05009-002) supported by the National Science and Technology Major Program of China; Project(12CX04009A) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

蘇妮娜，博士，講師，從事沉積學與儲層地質(zhì)學研究；E-mail: sunina1981@163.com

(編輯 趙俊)