川西地區(qū)中、晚三疊世巖相古地理演化及勘探意義

郭旭升

(中國石油化工股份有限公司南方勘探開發(fā)分公司,四川成都 610041)

川西地區(qū)中、晚三疊世巖相古地理演化及勘探意義

郭旭升

(中國石油化工股份有限公司南方勘探開發(fā)分公司,四川成都 610041)

川西地區(qū)中、晚三疊世經(jīng)歷了由海相經(jīng)海-陸過渡相到陸相的盆地轉(zhuǎn)換過程,亦是區(qū)內(nèi)烴源巖與儲集巖發(fā)育的主要時期。依據(jù)鉆井、露頭資料,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征,詳細(xì)研究了其巖相古地理特征及演化史。雷口坡至馬鞍塘沉積期由西向東為深水盆地到臺地邊緣、臺地的古地理格局,臺地邊緣高能灘(及礁)相和臺內(nèi)灘相具有良好的勘探前景;須二至須三期主要發(fā)育海-陸過渡環(huán)境的三角洲沉積,三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道和河口砂壩等微相是儲集層發(fā)育的有利相帶,為近年主要勘探目的層系;須三末期的安縣運動是川西地區(qū)海、陸徹底轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期,龍門山全面褶皺成山,整個四川盆地轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e環(huán)境,川西地區(qū)須四至須五期表現(xiàn)出沖積扇、湖泊三角洲和湖泊體系占主導(dǎo)的沉積格局。系統(tǒng)研究中、晚三疊世川西地區(qū)的巖相古地理格局與演化過程,可以進一步梳理川西地區(qū)勘探、評價思路,分析勘探戰(zhàn)略,明確主要的勘探領(lǐng)域及有利的勘探方向,進而指導(dǎo)下一步油氣勘探實踐。

勘探領(lǐng)域;勘探意義;古地理演化;中、晚三疊世;川西地區(qū)

四川盆地西部又稱川西地區(qū),大地構(gòu)造位置屬于揚子板塊西部,區(qū)域構(gòu)造上屬于四川盆地構(gòu)造分區(qū)中的川西斷褶帶和川中地塊區(qū)的西部 (圖1)。古生代至中生代早期(早、中三疊世),揚子板塊西部邊緣屬于較穩(wěn)定的被動大陸邊緣盆地,以沉積海相碳酸鹽巖地層為主[1]。晚三疊世,由于巖石圈深部調(diào)整作用引起揚子板塊自南東往北西[2～6]持續(xù)俯沖于羌塘—昌都陸塊之下,川西地區(qū)沉積盆地性質(zhì)逐步轉(zhuǎn)型,經(jīng)歷了海相經(jīng)海-陸過渡相向陸相轉(zhuǎn)變的沉積充填過程,并最終形成了川西前陸盆地。前人從構(gòu)造作用機制、沉積充填體的縱向和橫向響應(yīng)特征、油氣意義等方面對川西地區(qū)中晚三疊世作了大量研究[2～18],并在主要以須(須家河組)二段為主的碎屑巖地層中發(fā)現(xiàn)了平落壩氣田、邛西氣田、新場氣田、中壩氣田及一批含氣構(gòu)造。近期川科 1井馬鞍塘組的重大油氣突破,顯示出了川西地區(qū)中、晚三疊世海相碳酸鹽巖地層的巨大油氣勘探潛力。本文在大量露頭、鉆井資料研究的基礎(chǔ)上,運用沉積學(xué)基本原理和方法,對川西地區(qū)中、晚三疊世巖相古地理格局及演化過程進行了較為系統(tǒng)的研究,分析了川西地區(qū)海相主要勘探層系及領(lǐng)域、勘探與評價思路,旨在對該區(qū)油氣勘探的更大突破提供有益的指導(dǎo)作用。

圖1 川西前陸盆地構(gòu)造略圖Fig.1 Stetch map showing structures in the foreland basin ofwestern Sichuan Province

1 地層特征

中、晚三疊世,川西地區(qū)主要沉積了雷口坡組、天井山組(安尼階和拉丁階)、馬鞍塘組、小塘子組和須家河組 (卡尼階、諾利階和瑞替階)地層(圖 2)。雷口坡組分為雷 (雷口坡組)一段至雷四段,與下伏地層下三疊統(tǒng)嘉陵江組基本為整合、連續(xù)沉積,兩者之間常見灰綠色綠豆巖,主要發(fā)育碳酸鹽巖,以白云巖為主,少見灰?guī)r,也夾有膏鹽。天井山組與雷五段相當(dāng),殘存于綿竹、江油一帶,主要為鮞粒灰?guī)r、生物灰?guī)r和白云巖。馬鞍塘組與小塘子組相當(dāng)于須一段,馬鞍塘組與下伏地層天井山組呈平行不整合接觸,與上覆小塘子組呈整合接觸。該組在什邡—安縣一帶下部為灰色鮞?；?guī)r,上部為深灰色海綿生物礁;到了江油馬鞍塘一帶,則變?yōu)橐运樾紟r、生屑灰?guī)r夾鮞?；?guī)r為主[19]。該組在峨眉地區(qū)又稱垮洪洞組,為深灰色、灰黑色泥頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r和砂巖,底部普遍有礫石,分布局限,厚度很小,并超覆于雷口坡組不同層段之上[1],大致相當(dāng)于馬鞍塘組的中上部。小塘子組主要為一套深灰色泥頁巖夾灰色粉砂巖沉積。須家河組須二—須五段主要為含礫砂巖、砂巖、粉砂巖和泥巖夾煤層組合的一套地層,垂向剖面上砂巖與泥巖常組成以砂巖為主的不等厚韻律層,上部夾塊狀礫巖,厚數(shù)百米至近千米。

2 巖相古地理特征及演化

通過大量的區(qū)域地質(zhì)剖面、鉆井資料及地震剖面分析,在沉積體系研究的基礎(chǔ)上,選擇古地理演化過程中的關(guān)鍵時期,以期揭示和描述區(qū)域巖相古地理格局特征及演化趨勢。

2.1 雷一至雷四段沉積期

圖 2 川西地區(qū)中、上三疊統(tǒng)地層綜合柱狀圖Fig.2 Composite stratigraphic column of theMiddle-Upper Triassic in western Sichuan Province

研究區(qū)西部以局限臺地內(nèi)潟湖沉積為主,夾有臺內(nèi)灘、膏湖或膏盆沉積。沿龍門山走向,于漢旺、江油和廣元等地發(fā)育臺地邊緣灘(圖 3);膏湖和膏盆沉積分別發(fā)育于雷一和雷二期的關(guān)基井地區(qū)和雷四期的平落 4井、大參井和大深 1井地區(qū)。臺地邊緣灘類型有針孔藻屑灘、砂屑灘、鮞粒灘和生物碎屑灘等,巖性為中-厚層狀具溶孔亮晶砂屑白云巖、鮞粒白云巖、針孔藻屑白云巖等,整體具有繼承性特點,但不同時期發(fā)育的規(guī)模和位置存在差異。獨特的是,雷四期膏盆中也發(fā)育臺內(nèi)灘,如大參井 (砂屑白云巖累厚 50 m)、關(guān)基井 (砂屑白云巖累厚 22.5 m)。因受印支運動Ⅰ幕影響,雷四期本區(qū)部分地方抬升遭受剝蝕(廣元一帶)。

圖 3 川西地區(qū)雷一至雷四期巖相古地理Fig.3 Litho-paleogeographic map during the deposition of the 1stto 4thmember of the Leikoupo Formation in western Sichuan Province

2.2 天井山組(雷五段)沉積期

因印支運動Ⅰ幕發(fā)生的強烈隆升作用,全區(qū)抬升,大部地區(qū)沉積被剝蝕,僅在綿竹漢旺、江油馬角壩和馬鞍塘一帶局部殘留有該期的沉積物,主要為潮下生物灘、鮞灘微相的灰色厚層-塊狀亮晶-微晶生物屑、砂屑灰?guī)r及亮晶鮞?；?guī)r沉積。

2.3 馬鞍塘組沉積期

由于受印支運動Ⅰ幕影響,導(dǎo)致下伏地層遭受大規(guī)模的巖溶作用,古地形表現(xiàn)為盆地北部和東部為古陸,中西部地區(qū)接受沉積。此時,盆地水體主要見于射 1井—平昌 1井—營山—蓬溪—資陽—犍為以西地區(qū),具有西深東淺,南北淺中間深的特點(圖 4)。受古陸物源供給影響,研究區(qū)大部分地區(qū)為沉積粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r的混積潮坪環(huán)境;順現(xiàn)今龍門山延伸方向,西南起于平落壩構(gòu)造,向東北方向經(jīng)綿竹、安縣至江油大康佛爺洞一線的遠離陸源區(qū),為清水碳酸鹽沉積區(qū),發(fā)育碳酸鹽巖臺地邊緣高能礁灘沉積(圖5)。

臺地邊緣淺灘主要發(fā)育于安縣—什邡金河地區(qū),類型主要為鮞粒灘、生物碎屑灘和砂屑灘。鮞粒灘沉積多為亮晶鮞?；?guī)r和亮晶含生物碎屑鮞粒灰?guī)r(圖 6a),鮞粒大小為 2～0.2 mm。生屑灘沉積中,生物碎屑含量達 65%,以棘屑、雙殼和腕足為主,大小混雜,海綿骨針較多,少量腹足、有孔蟲和介行蟲,生物碎屑常有泥晶套。砂屑灘沉積主要為藻砂屑或藻團塊白云巖/白云質(zhì)灰?guī)r、砂、礫屑白云質(zhì)灰?guī)r/白云巖等 (圖 6b,c)。在安縣—什邡金河地區(qū),在高能灘的基礎(chǔ)上發(fā)育硅質(zhì)海綿礁(圖 5,圖 6d)。生物礁由以六射海綿為主的硅質(zhì)海綿動物的障積作用和鈣質(zhì)細(xì)菌的粘結(jié)作用共同造礁,形成粘結(jié)-障積巖或粘結(jié)-障積礁,巖性為塊狀含海綿等生物及生物屑微晶灰?guī)r,單層厚度不等,一般大于10 m;生物礁中化石約占 10%～15%,分布不均,主要為海綿、海百合、腕足、雙殼、有孔蟲等,偶見苔蘚蟲、腹足、蠕蟲、菊石等,碎片居多[15]。

2.4 小塘子組沉積期

圖 4 川西地區(qū)馬鞍塘期巖相古地理Fig.4 Litho-paleogeographic map during the deposition of theMa’antang For mation in western Sichuan Province

圖 5 川西地區(qū)馬鞍塘組沉積相對比Fig.5 Correlation of depositional facies of theMa’antang For mation in western Sichuan Province

該期川西地區(qū)依舊表現(xiàn)出東高西低的古地形,盆地沉積區(qū)相對于馬鞍塘期有所擴大,水體整體向東侵進。同時,龍門山造山帶北段開始隆升并為盆地提供物源,龍門山造山帶中段和南段則未隆升出水面。陸源碎屑物質(zhì)主要來源于川中剝蝕區(qū)和南部的康滇古陸,區(qū)內(nèi)整體形成自東而西的海相三角洲沉積格局(圖 7)。

圖6 川西地區(qū)巖性顯微照片F(xiàn)ig.6 Photomicrographs of lithology in western Sichuan Province

2.5 須二段沉積期

該期龍門山造山帶北段進一步隆升,其島鏈或古陸繼續(xù)上升、擴大且向東南推移;同時,川西盆地區(qū)沉降加劇,導(dǎo)致海侵由西向東擴大。其帶來的影響是:陸源碎屑注入量越來越多,廣泛發(fā)育海-陸過渡環(huán)境的三角洲沉積體系。該期總體格局為三面環(huán)陸、西面通海。東北部通江以北及東部云陽—梁平—墊江—重慶發(fā)育河流-三角洲平原亞相。川西金堂—金河以海灣-三角洲前緣亞相沉積為主 (圖 8),其中三角洲前緣亞相內(nèi)包卷層理和浪成波痕等沉積構(gòu)造發(fā)育,并見海相生物化石(圖 6e,f)。

2.6 須三段沉積期

須三段沉積期,盆地西緣的龍門山造山帶差異隆升加劇,南段開始成為新的物源區(qū),為川西前陸盆地南部地區(qū)提供陸源碎屑沉積 (圖9)。龍門山造山帶中段仍未完全隆升出水面,可能為海灣環(huán)境。該期由于盆地主體沉降減弱,盆內(nèi)新增可容空間減小,三角洲沉積體系僅發(fā)育于盆地的北部和東部,沉積物粒度相對較細(xì),盆地中間發(fā)育濱淺湖沉積。其中,在北部地區(qū)三角洲平原亞相見有多套煤層和炭質(zhì)泥巖,且區(qū)域分布較廣,為四川盆地晚三疊世的主要成煤期。

圖 7 川西地區(qū)小塘子期巖相古地理Fig.7 Litho-paleogeographic map during the deposition of the Xiaotangzi Formation in western Sichuan Province

圖 8 川西地區(qū)須二期巖相古地理Fig.8 Litho-paleogeographic map during the deposition of the 2ndmember of the Xujiahe Formation in western Sichuan Province

圖 9 川西地區(qū)須三期巖相古地理Fig.9 Litho-paleogeographic map during the deposition of the 3rdmember of the Xujiahe Formation in western Sichuan Province

2.7 須四段—須五段沉積期

須三末期,由于安縣運動的影響,龍門山造山帶全部隆升出水面,區(qū)內(nèi)須三段與須四段之間為假整合或不整合接觸。須四期,區(qū)內(nèi)完全進入陸相湖沼沉積演化階段。由于龍門山造山帶較強烈的抬升與逆沖推覆作用,成為川西地區(qū)的主要物源區(qū),盆地沉積環(huán)境自西緣至盆地中心為沖積扇—三角洲(扇三角洲)—濱淺湖 (圖 10)。須五段沉積期,構(gòu)造活動相對平靜,總體繼承須四段沉積格局,但沖積扇不發(fā)育,為三角洲-濱淺湖沼澤亞相沉積;晚期受印支運動晚幕的影響,龍門山造山帶北段大規(guī)模隆升,導(dǎo)致盆地西北緣安縣至南江地區(qū)大面積出露,未接受沉積或被后期剝蝕。

3 油氣勘探意義

川西地區(qū)古生代以來經(jīng)歷了被動大陸邊緣盆地向前陸盆地的沉積充填和轉(zhuǎn)換過程,發(fā)育多套優(yōu)質(zhì)烴源巖和儲層,油氣成藏的石油地質(zhì)基本條件優(yōu)越,油氣資源量大,達 (1.8～2.5)×1012m3[20]。但該區(qū)前期的勘探發(fā)現(xiàn)主要集中在三疊系須家河組—侏羅系的碎屑巖系中,對海相層系尤其是碳酸鹽巖的勘探限于認(rèn)識和勘探技術(shù)等原因進展不大。系統(tǒng)研究川西地區(qū)中、晚三疊世巖相古地理演化,結(jié)合川科 1井和元壩、龍崗地區(qū)勘探新成果、新認(rèn)識分析,對川西地區(qū)下步油氣勘探具有十分有益的指導(dǎo)作用。

1)馬鞍塘組臺地邊緣高能灘相展布認(rèn)識得到了證實,拓展了四川盆地海相油氣勘探領(lǐng)域。

馬鞍塘組在川西地區(qū)廣泛出露,長期作為烴源巖來評價[21～24]。本項研究從 2007年開展以來,對川西地區(qū)馬鞍塘組生物礁的特征及成生演化作了重點關(guān)注,論述了川西地區(qū)馬鞍塘組硅質(zhì)海綿礁的古地貌、古環(huán)境特征及其相帶展布、儲層特征,認(rèn)為馬鞍塘組硅質(zhì)海綿生物礁和歐洲牛津期硅質(zhì)海綿生物礁有很大的相似性。通過與牛津期生物礁發(fā)育的序列對比,認(rèn)為在川西地腹中離川中古陸的沿岸地區(qū)可能發(fā)育一個水體能量相對高、水體淺的生物礁,可以成為油氣勘探的遠景靶區(qū)(圖4)。

川科 1井實鉆證實了這一點。該井馬鞍塘組鉆厚 65 m,巖性為灰色泥晶灰?guī)r、泥晶含云灰?guī)r、泥晶白云質(zhì)灰?guī)r、砂屑灰?guī)r。儲層段為一套砂屑灰?guī)r、云化灰?guī)r及灰?guī)r,測井解釋有效儲層 12層15.7 m,孔隙度為 3.1%～11.9%。對 5 612～5 635 m井段測試求產(chǎn),日產(chǎn)氣 86.8×104m3/d (圖 11);天然氣為干氣,H2S含量為 0.39%～0.62%。氣藏原始地層壓力為 64.13 MPa,壓力系數(shù)為 1.16。川科 1井首次實現(xiàn)了川西馬鞍塘組天然氣勘探的突破,拓展了川西坳陷的勘探空間。馬鞍塘組礁、灘相沿都江堰、綿竹、漢旺往北東至竹園一線分布,可供勘探的面積大、潛力大。

圖 10 川西地區(qū)須四期巖相古地理Fig.10 Litho-paleogeographic map during the deposition of the 4thmember of the Xujiahe For mation in western Sichuan Province

2)川西地區(qū)雷口坡組存在不整合巖溶儲層勘探領(lǐng)域,雷口坡組將成為四川盆地碳酸鹽巖勘探潛力巨大的新層系。

川科 1井鉆探揭示雷口坡組頂部風(fēng)化殼巖溶儲層是重要的勘探領(lǐng)域。川科 1井雷口坡組儲層主要發(fā)育于雷(雷口坡組)四段頂部,鉆井過程中在雷四段頂累計漏失 430 m3,結(jié)合電性特征分析川科 1井區(qū)雷口坡組頂部剝蝕面受古巖溶作用改造明顯,發(fā)育巖溶型儲層;后在雷口坡組頂部風(fēng)化殼測試日產(chǎn)氣 400 m3,日產(chǎn)水 4.49 m3。

前已述及,雷四段為局限臺地相白云巖,印支運動期間抬升遭受暴露溶蝕,具有形成大面積巖溶儲層的地質(zhì)背景。雷口坡組頂部不整合面巖溶儲層是川西地區(qū)雷口坡組的有利勘探領(lǐng)域。

雷口坡組頂部不整合面巖溶儲層勘探已經(jīng)在川東北取得突破。鉆井揭示,雷四段殘余地層厚度由川西至元壩、通南巴、普光逐漸減薄,宣漢—達縣地區(qū)缺失雷四段,表明川東北地區(qū)發(fā)育一個區(qū)域性的不整合面。鄰區(qū)龍崗、元壩地區(qū)已在雷口坡組多口井測試獲工業(yè)油氣流,另有多口井鉆遇氣層。其儲層主要分布在雷四段二亞段,巖性主要為局限臺地潮坪相白云巖及淺灘相顆粒白云巖;儲集空間類型主要為溶洞、溶蝕孔洞、溶擴縫、構(gòu)造縫及少量晶間孔,儲層為裂縫-孔洞型儲層;儲層發(fā)育主控因素為巖相、巖溶及裂縫。元壩地區(qū)儲層具有厚度較薄、分布面積大等特點,初步預(yù)測儲層厚度多為 20～45 m,有利區(qū)面積為1 136 km2;龍崗地區(qū)雷口坡組儲層中,與風(fēng)化殼有關(guān)的角礫和滲流粉砂結(jié)構(gòu)發(fā)育。

因此,川西地區(qū)雷口坡組不整合巖溶儲層發(fā)育既具有區(qū)域巖相古地理背景條件,同時川科 1井揭示了其風(fēng)化巖溶儲層特征,與川東北地區(qū)雷口坡組勘探成果遙相呼應(yīng),極大地提升了四川盆地雷口坡組巖溶型儲層的勘探地位。

圖 11 川科 1井馬鞍塘組地層綜合柱狀圖Fig.11 Composite stratigraphic column of theMa’antang Formation in Chuanke-1 well

3)巖性、地層油氣藏勘探領(lǐng)域應(yīng)該作為川西地區(qū)的主要勘探領(lǐng)域之一,以馬鞍塘組、雷口坡組及須家河組為重點,海、陸相并重、構(gòu)造與地層、巖性勘探并重的勘探思路是必然選擇。

因為具有得天獨厚的海、陸相兩類烴源巖條件,被動陸緣發(fā)展階段的海相層序和前陸陸相層序是前陸盆地油氣勘探的兩大勘探領(lǐng)域[25],這一點已被國內(nèi)外前陸盆地大油氣田的勘探實踐廣泛證實[26～30]。川西地區(qū)歷經(jīng) 20余年的勘探開發(fā),已在陸相碎屑巖系探明天然氣地質(zhì)儲量近 3 000× 108m3,建成了大型天然氣開發(fā)基地,地震勘探程度高。由于川西地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的陸相氣藏主要為構(gòu)造控制下的致密砂巖裂縫型氣藏,勘探開發(fā)難度大,發(fā)展戰(zhàn)略受到抑制,亟待尋找新的勘探開發(fā)領(lǐng)域。川西地區(qū)海、陸相發(fā)育多套優(yōu)質(zhì)烴源巖,僅中、晚三疊世就有馬鞍塘組和須三段兩套[31,32]。川科 1井的勘探突破揭示,川西地區(qū)馬鞍塘組發(fā)育臺地邊緣礁灘相帶勘探領(lǐng)域;雷口坡組既有臺地邊緣礁灘相帶,又有不整合巖溶儲集體系勘探領(lǐng)域,且分布范圍廣、勘探潛力大。加大海相地層、巖性油氣藏勘探力度,將會大大地推動該區(qū)油氣勘探進程。郫縣—德陽—綿陽一線以西是馬鞍塘組和雷口坡組臺地邊緣礁灘相帶發(fā)育區(qū),該區(qū)以及雷口坡組頂部的地層不整合巖溶勘探領(lǐng)域,是川西地區(qū)海相勘探戰(zhàn)略展開的有利方向。

川西地區(qū)下一步的勘探評價還須繼續(xù)加強印支期川西地區(qū)古構(gòu)造發(fā)展演化對雷口坡組-馬鞍塘組天然氣富集條件的控制作用研究,并在相帶(包括巖溶相帶)研究的基礎(chǔ)上開展儲層分布、預(yù)測研究,達到有效指導(dǎo)勘探方向和部署的目標(biāo)。

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Litho-paleogeographic evolution in the Middle-Late Triassic in western Sichuan Province and its sign ificance for petroleum exploration

Guo Xusheng
(SINOPEC Exploration Southern Company,Chengdu,Sichuan610041,China)

During theMiddle and Late Triassic,western Sichuan Province experienced a transfor ming process-from marine facies,transitional facies,to continental facies.Most source rocks and reservoir rocks developed du-ring that period.Based on drilling and outcrop data and regional geological characteristics,this paper examines its litho-paleogeographic features and evolution.During the deposition of the Leikoupo For mation to the Ma’antang For mation,from west to east,the sedimentary environmentwas deepwater basin,platfor m margin and platfor m.The highenergy platfor m-edge shoal/reef facies and intra-platfor m shoal facies are favorable targets for petroleum exploration.During the deposition of the 2ndmember and the 3rdmemberof the Xujiahe For mation,itwas a marine-terrestrial transitional setting with delta deposits.Several microfacies,such as delta plain distributary channels,delta front subaqueous distributary channels and mouth bars,are favorable for the development of re-servoirs.They have been themain exploration targets in recent years.TheAnxianMovement,which occurred at the end of deposition of the 3rdmember of the Xujiahe For mation,is a key point for the transition of marine facies to terrestrial facies in western Sichuan Province.At that time,the Longmen Mountain area was folded to mountains completely and the whole SichuanBasinwas turned into a continental sed imentary environment.Du-ring the deposition of the 4thmember and the 5thmember of the Xujiahe For mation,western Sichuan Province was dominated by fluvial fans,lacustrine deltas and lake systems.By systematically examining the Middle-Late Triassic litho-paleogeographic framework and evolution in western Sichuan Province,we can further check our exploration and appraisal approaches, analyze exploration strategies and figure outmain exploration targets,so as to guide exploration in future.

book=611,ebook=398

exploration target,significance for petroleum exploration,paleogeographic evolution,Middle-Late Triassic,western Sichuan Province

TE121.3

A

0253-9985(2010)05-0610-10

2010-07-07。

郭旭升(1965—),男,教授級高級工程師,石油地質(zhì)綜合研究和勘探管理。

國家油氣重大專項(2008CX05005-003)。

(編輯 李 軍)