松遼盆地大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)深層斷陷構(gòu)造特征及成因分析

梁正中

（中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州510640）

松遼盆地大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)深層斷陷構(gòu)造特征及成因分析

梁正中

（中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州510640）

大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)斷陷的發(fā)育規(guī)模較大，是松遼盆地北部深層天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū).西斷東超的箕狀斷陷是長(zhǎng)垣以東地區(qū)斷陷的重要特征.晚侏羅世—早白堊世早期，各控陷斷裂均經(jīng)歷了由多個(gè)區(qū)段獨(dú)立發(fā)育、相互作用、最終連為一條斷裂的動(dòng)態(tài)發(fā)育過(guò)程.深層斷陷的發(fā)育經(jīng)歷了火石嶺組的初始斷裂期、沙河子組的強(qiáng)烈斷陷期和營(yíng)城組的斷陷萎縮期，其間遭受了多期重要的改造作用.伸展型構(gòu)造是松遼盆地油氣成烴、成藏的根本要素，也是油氣較富集的重要因素.

大慶長(zhǎng)垣；斷陷；控陷斷裂；改造作用；松遼盆地

晚侏羅世—早白堊世早期，東北亞地區(qū)廣泛發(fā)育了中小型斷陷盆地，松遼盆地北部深層斷陷即是這一區(qū)域性斷陷群的一部分.早白堊世中期，由于東北亞地區(qū)地質(zhì)格局的變革，松遼地區(qū)發(fā)育了大型拗陷盆地，自此拉開了與周邊地區(qū)差異性的地質(zhì)發(fā)展歷史.深層中小型斷陷盆地在松遼地區(qū)也被埋藏于厚逾數(shù)千米的拗陷期地層之下.隨著天然氣勘探的突破，深層斷陷研究已引起廣泛關(guān)注［1-3］.

1 大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)斷陷幾何特征

1.1 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

松遼地區(qū)整個(gè)盆地的斷陷和斷裂分布，呈現(xiàn)了東西分帶、南北分塊的面貌，包括西部、中部與東部斷陷帶.大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)斷陷的發(fā)育規(guī)模較大，是松遼盆地北部深層天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)［4］.該區(qū)自西向東包括安達(dá)-肇州背斜帶、徐家圍子斷陷、肇東-朝陽(yáng)溝背斜帶和鶯山斷陷帶2個(gè)正向深層二級(jí)構(gòu)造單元和2個(gè)負(fù)向深層二級(jí)構(gòu)造單元，面積約為9500 km2.

晚侏羅世—早白堊世大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)徐西斷裂、徐中斷裂、四站斷裂、臨江斷裂、太平莊斷裂、朝陽(yáng)斷裂的發(fā)育，控制了該地區(qū)斷陷盆地的發(fā)育.雖然由于各條控陷斷裂發(fā)展演化的程度不同，相應(yīng)所控制的斷陷規(guī)模也有大有小，但斷陷都有獨(dú)立的沉降中心，從構(gòu)造區(qū)劃的角度來(lái)講都應(yīng)是獨(dú)立的區(qū)域性地質(zhì)單元.以沙河子組地層的超覆展布范圍作為這些斷陷的邊界，可在大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)劃分出4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的中小型斷陷盆地：徐家圍子斷陷、鶯山斷陷、雙城斷陷、任民鎮(zhèn)斷陷（圖1）.

1.2 斷陷盆地概述

徐家圍子斷陷受徐西斷裂和徐中斷裂控制，近北北西向展布.該斷陷的沉降中心位于杏山地區(qū).盆地內(nèi)火山作用強(qiáng)烈，沉積厚度巨大，基底界面起伏明顯.盆地可劃分為總體面貌差異較大的3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，包括安達(dá)次拗、杏山次拗和薄荷臺(tái)次拗.

鶯山斷陷是臨江斷裂與四站斷裂共同作用的產(chǎn)物，走向近南北，沉降中心位于斷陷南部.古地理景觀南低北高，總體上呈雙斷結(jié)構(gòu)，但斷陷南部在沙河子組早期曾存在過(guò)東斷西超的古地形.

雙城斷陷的西界為太平莊斷裂，東界為朝陽(yáng)斷裂，總體走向北北東.該斷陷是太平莊斷裂與朝陽(yáng)斷裂共同作用的產(chǎn)物，沉降幅度小，沉降中心不明顯.

任民鎮(zhèn)斷陷受宋東斷裂控制而發(fā)育，控陷斷裂傾角較緩.在控陷斷裂沙河子期的伸展活動(dòng)下，火石嶺組地層強(qiáng)烈掀斜，地層傾角較大.在斷陷東部，火石嶺組和沙河子組的削截現(xiàn)象明顯，呈大角度與上伏登婁庫(kù)組地層接觸.

1.3 構(gòu)造樣式特點(diǎn)

從斷陷的幾何學(xué)特征考慮，可將松遼盆地北部深層斷陷劃分為2種：?jiǎn)螖嘈桶枷荩ɑ顢嘞荩▓D2）、雙斷型凹陷（地塹）（圖3）.西斷東超的箕狀斷陷是長(zhǎng)垣以東地區(qū)斷陷的重要特征［5］.

徐家圍子大型箕狀斷陷表現(xiàn)為斷陷規(guī)模大，斷陷期地層厚度大.斷陷往往主要受一條邊界斷裂控制，斷陷期的沉降中心沿控陷斷裂展布，斷陷期地層在控陷斷裂根部最厚.由控陷斷裂根部向遠(yuǎn)端不斷變薄，斷陷期地層在控陷斷裂遠(yuǎn)端或者超覆尖滅，或者終止于另一條控陷斷裂.控陷斷裂的走向在平面上變化較大.

屬于小型箕狀斷陷的有任民鎮(zhèn)斷陷.斷陷的規(guī)模小，斷陷期地層薄.該類斷陷的控陷斷裂聯(lián)合程度低，延伸長(zhǎng)度短，斷裂走向在平面上變化小，斷陷往往由單條斷裂控制，箕狀特征明顯.

中型雙斷式地塹主要有鶯山斷陷和雙城斷陷.斷陷規(guī)模中等，斷陷期地層厚度并不大，斷陷往往受對(duì)傾的具有相對(duì)對(duì)稱性的邊界斷裂控制.兩條控陷斷裂對(duì)斷陷期地層的沉積基本上起到了同等的控制作用，斷陷期并沒(méi)有明顯的主沉降中心發(fā)育.控陷斷裂的走向在平面上變化并不大.

1.4 變換構(gòu)造特征

在盆地伸展構(gòu)造中起著傳遞應(yīng)變和協(xié)調(diào)構(gòu)造樣式的構(gòu)造帶即為變換帶，變換帶可在不同尺度和不同型式發(fā)生.連接基底主斷層的一些橫向、斜向斷層是典型的變換帶.斷層間也可發(fā)育走向斜坡、凸起帶等多種樣式的變換帶.升平轉(zhuǎn)換斜坡是徐家圍子斷陷徐西斷裂與徐中斷裂在沙河子組沉積時(shí)期相互作用、相互影響形成的.其原形特征表現(xiàn)為斜坡古地形，強(qiáng)烈的掀斜作用使使沙河子組在斜坡部位底超現(xiàn)象清楚，地層厚度西厚東薄的現(xiàn)象突出，構(gòu)造位置見(jiàn)圖1.

從斷凹級(jí)整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，鶯山斷凹和雙城斷凹均屬于共軛平行相向型變換構(gòu)造［6］.其發(fā)生在2條相向斷層相互平行的地方，位移是沿?cái)鄬拥嫩E線而不是沿?cái)鄬拥亩瞬勘蛔儞Q的.一側(cè)斷層下降盤沉降幅度大，而與其相對(duì)應(yīng)的另一側(cè)斷層下降盤的構(gòu)造位置、基底沉降幅度則小.從次一級(jí)構(gòu)造角度來(lái)看，研究區(qū)發(fā)育多類變換構(gòu)造如共軛平行相向型變換帶和同向趨近型變換帶.同向趨近型變換帶，斷層相互趨近連鎖，但不超接.在斷層接近處斷陷深度明顯變淺，地層傾斜程度降低，一般在接近此處發(fā)育夾角較大的鼻狀或斷鼻構(gòu)造，如朝陽(yáng)斷裂帶內(nèi)五家構(gòu)造.

2 斷陷演化特征

2.1 控陷斷層演化

正斷層作為伸展背景下的一種主要構(gòu)造，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程影響著伸展區(qū)的構(gòu)造格架和沉積作用，特別是控陷正斷層，對(duì)于了解斷陷構(gòu)造及斷陷發(fā)育歷史具有重要的意義.位移-長(zhǎng)度關(guān)系研究，是研究正斷層孕育、發(fā)展和最終形成的一種有效方法.通過(guò)全面地研究一條斷層沿走向位移的變化規(guī)律，對(duì)大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)控陷斷層進(jìn)行了分析［5］.

大慶長(zhǎng)垣以東的控陷斷裂均經(jīng)歷了由多個(gè)區(qū)段獨(dú)立發(fā)育、相互作用、通過(guò)新的斷裂連為一條斷裂的動(dòng)態(tài)發(fā)育過(guò)程.就目前的殘留現(xiàn)狀來(lái)看，各條斷裂的演化程度參差不齊.在大慶長(zhǎng)垣以東控陷斷層演化程度由高到低依次為：徐西斷裂—徐中斷裂—四站斷裂—臨江斷裂—太平莊斷裂—朝陽(yáng)斷裂.演化程度最高的徐西斷裂，具有似橢圓形的位移-長(zhǎng)度曲線，斷層的主要活動(dòng)時(shí)間為沙河子期和營(yíng)城期.平面上斷裂走向的變化小，控制了大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)幅度最大的斷陷——徐家圍子斷陷西部的發(fā)育（圖1）.

演化程度僅次于徐西斷裂的徐中斷裂，其特征表現(xiàn)為具有似鐘狀位移-長(zhǎng)度曲線，但各區(qū)段轉(zhuǎn)換斜坡的硬連接程度不及徐西斷裂，斷裂平面上斷裂走向的變化略大于徐西斷裂，控制了安達(dá)-杏山斷陷的發(fā)育.與徐中斷裂相比較，四站斷裂和臨江斷裂各區(qū)段的演化程度較低，為鋸齒狀位移-長(zhǎng)度曲線.四站斷裂和臨江斷裂平面上斷裂走向的變化大，共同控制的鶯山斷陷沉降幅度較小，這些特點(diǎn)也說(shuō)明了這2條斷裂雖然在沙河子期已完成了聯(lián)合，但演化程度并不高.太平莊斷裂同四站斷裂、臨江斷裂相比較，其演化程度更低.位移-長(zhǎng)度曲線呈鋸齒狀，并且斷裂整體活動(dòng)規(guī)模更小，平面上斷裂走向的變化大，與東界朝陽(yáng)斷裂共同控制了雙城斷陷的發(fā)育.如前所述，該斷陷沉降幅度很小，且沉降中心分散.

2.2 斷陷演化階段

松遼盆地北部的構(gòu)造演化過(guò)程經(jīng)歷了3個(gè)演化階段，即中小型斷陷盆地發(fā)育階段、大型拗陷盆地發(fā)育階段和新近紀(jì)盆嶺伸展盆地發(fā)育階段.其中斷陷盆地期火石嶺組、沙河子組、營(yíng)城組3套地層的成因機(jī)制、分布規(guī)律都存在著明顯差異［7］.結(jié)合控陷正斷層生長(zhǎng)發(fā)育，可進(jìn)一步將大慶長(zhǎng)垣以東斷陷盆地期劃分出初始裂陷期（火石嶺期）、強(qiáng)烈斷陷期（沙河子期）和斷陷萎縮期（營(yíng)城期）等3個(gè)階段，分別代表斷陷盆地的孕育、伸展裂陷和萎縮覆蓋3個(gè)地質(zhì)階段（圖4）.

2.2.1 初始裂陷期

該期是松遼盆地蓋層火山巖大量發(fā)育時(shí)期，沉積環(huán)境主要為火山巖臺(tái)地.雖有部分?jǐn)嗔鸦顒?dòng)，但火石嶺組并不受控陷斷裂控制，其厚度在古地形低凹處較厚，而在古地形較高處則沉積較薄.斷裂活動(dòng)并沒(méi)有控制并形成斷陷，只是伴隨著基底斷裂的活動(dòng)，在研究區(qū)形成了以裂隙式噴發(fā)為主的火山巖沉積.其中以中基性火山巖為主，其沉積特征是以深水粗碎屑及火山巖相分布為主，巖性為火山巖，局部夾黑色泥巖、砂巖、中酸性凝灰角礫巖、凝灰熔巖等.

2.2.2 強(qiáng)烈斷陷期

沙河子組沉積時(shí)期，盆地進(jìn)入了強(qiáng)烈斷陷發(fā)育時(shí)期.該期是以構(gòu)造沉降為主的時(shí)期，沉積地層以大斷層為邊界，斷陷不斷擴(kuò)展，并使地層掀斜，該期盆地以持續(xù)伸展沉降為特點(diǎn)，是湖相泥巖的主要發(fā)育時(shí)期.沙河子組以湖相碎屑為主，夾有少量火山巖.上段為砂泥巖，局部地區(qū)見(jiàn)有藍(lán)灰、黃綠色酸性凝灰?guī)r，靠斷陷邊緣砂礫巖增多；下段砂泥巖夾煤層，常為穩(wěn)定的可開采煤層.

2.2.3 斷陷萎縮期

斷陷盆地萎縮時(shí)期即斷拗轉(zhuǎn)化時(shí)期，區(qū)域性沉積-沉降格局發(fā)生了變化.不僅沙河子期沉積區(qū)發(fā)生沉積作用，有些隆起地區(qū)也下降接受沉積，斷陷間隆起區(qū)變窄.營(yíng)城組地層并不嚴(yán)格受控陷斷層控制，地層最厚處分布于斷陷中心部位，但遠(yuǎn)離斷層.營(yíng)城組主要為以砂泥巖及火山巖沉積為主.火山巖的噴發(fā)可分為早晚2期：早期以酸性巖為主，巖石類型主要有流紋巖、英安巖和酸性火山碎屑巖；晚期以中、基性為主，局部有酸性火山巖存在，巖石類型主要有玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、安山巖和火山碎屑巖.

3 斷陷期改造作用

在松遼盆地北部，斷陷盆地期的擠壓作用可識(shí)別出3期，即沙河子期末的局部擠壓、營(yíng)城一段末的局部擠壓以及營(yíng)城期末的區(qū)域性擠壓作用.從前人對(duì)大慶長(zhǎng)垣以東構(gòu)造的解釋成果看［5，8］，不論是徐家圍子地區(qū)，還是鶯山地區(qū)，晚侏羅世—早白堊世斷陷均遭受了重要的改造作用.

3.1 沙河子期末的改造格局

沙河子組期末斷陷改造以局部性擠壓褶皺凸起并伴生次級(jí)逆斷層為其基本特征.沙河子組地層頂部普遍存在的剝蝕現(xiàn)象，表明沙河子組沉積結(jié)束后曾發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng).該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是斷陷期大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)遭受的最強(qiáng)烈的改造階段.在這一背景下，沙河子組的剝蝕尖滅較大面積分布于背斜頂部（圖5）.

徐家圍子斷陷的擠壓構(gòu)造形跡見(jiàn)于徐西斷裂及徐中斷裂的右階右彎曲處即北西轉(zhuǎn)向北東的拐彎處.如升平-興城斷彎褶皺發(fā)育于徐西斷裂北端的右階右彎曲處（圖6），徐中斷裂中段的右階右彎曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了宋站鼻狀構(gòu)造的派生.

鶯山斷陷主要表現(xiàn)在斷裂的反轉(zhuǎn)及新逆斷層的產(chǎn)生，造成斷裂上盤地層上隆遭受局部剝蝕，北部的擠壓構(gòu)造形跡主要發(fā)育于四站斷裂的右階右彎曲處，南部的擠壓構(gòu)造形跡主要發(fā)育于臨江斷裂的右階右彎曲處.雙城斷陷的擠壓構(gòu)造形跡主要發(fā)育于太平莊斷裂的右階右彎曲處.

3.2 營(yíng)一段沉積結(jié)束后的改造作用

大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)大面積缺失營(yíng)二—四段地層，說(shuō)明營(yíng)一段沉積后的構(gòu)造改造作用不容忽視.徐家圍子斷陷營(yíng)一段時(shí)古地形低平，營(yíng)一段全區(qū)覆蓋，但厚度總體較薄.營(yíng)一段沉積結(jié)束后，發(fā)生了規(guī)模較大的擠壓作用.該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在徐家圍子地區(qū)東部形成一系列的逆斷層，并造成了營(yíng)一段的局部剝蝕.但該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有改變斷陷的整體構(gòu)造格局.該期擠壓作用形成了徐中斷裂以東的向斜構(gòu)造，在向斜部位營(yíng)二段及三段的充填厚度大，同時(shí)該向斜與榆西斷裂控制的東部背斜組成斜歪向斜-背斜對(duì)（圖7）.

鶯山地區(qū)總體上營(yíng)城組沉積時(shí)期，古地貌反差較小.在中部存在一北西西向隆起，隆起部位營(yíng)城組地層較薄，甚至在五深1—莊深1井區(qū)、四深1井區(qū)缺失.

3.3 營(yíng)城期末區(qū)域性的剝蝕夷平作用

在濱北的林甸-黑魚泡地區(qū)，營(yíng)城組地層明顯變薄.而且地震剖面揭示，營(yíng)城組地層的頂面的不整合現(xiàn)象明顯，主要表現(xiàn)為營(yíng)城組的頂削和上覆登婁庫(kù)組地層的超覆.在濱北的其他地區(qū)，營(yíng)城組地層基本全區(qū)缺失.雖然徐家圍子地區(qū)地層呈整合接觸，營(yíng)城期頂面的剝蝕現(xiàn)象在地震剖面上不易識(shí)別，但鏡質(zhì)體反射率提供了這種剝蝕存在的證據(jù)［9］.

4 伸展構(gòu)造成因分析

松遼中新生代盆地的發(fā)育演化是太平洋構(gòu)造域板塊間的相互作用和深部熱力作用發(fā)育演化的結(jié)果［7］.晚侏羅世以來(lái)，太平洋板塊向中國(guó)大陸板塊發(fā)生強(qiáng)烈俯沖碰撞，引起東部地區(qū)地殼伸展減薄，地慢隆起，巖漿噴發(fā)，地殼上部裂陷成盆并形成一系列北東向展布的隆起與拗陷格局，同生斷層較為活躍.晚侏羅世—早白堊世是該區(qū)斷陷盆地發(fā)育和巖漿噴發(fā)的極盛時(shí)期.在區(qū)域伸展作用過(guò)程中，在伊澤奈歧板塊北北西向運(yùn)動(dòng)的作用下，研究區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了近南北向擠壓、近東西向拉張的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)（圖8）.隨著主干邊界斷裂伸展拆離，盆地基底快速大幅度沉降，同時(shí)斷裂上盤塊體發(fā)生翹傾掀斜.

隨著區(qū)域伸展作用的減弱，原先隆升的地幔差異回落，凹陷基底也開始慢速差異沉降，這種沉降迅速加劇了盆地區(qū)與造山區(qū)重力不均衡，但不均衡是短暫的.在重力均衡調(diào)整的過(guò)程中，造山區(qū)的不均衡重力逐漸轉(zhuǎn)換為側(cè)向收縮擠壓力，在逐漸轉(zhuǎn)換的過(guò)程中重力達(dá)到均衡.同時(shí)由于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的改變，在收縮擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用下，凹陷開始收縮反轉(zhuǎn)，早期構(gòu)造選擇性反轉(zhuǎn)活動(dòng)，產(chǎn)生了反轉(zhuǎn)構(gòu)造，并疊加在早期伸展構(gòu)造上，產(chǎn)生復(fù)合疊加構(gòu)造.從形成時(shí)期上分析，本階段擠壓改造作用形成于北方鄂霍茨克海于早白堊世末關(guān)閉產(chǎn)生的擠壓碰撞.

5 構(gòu)造控制天然氣成藏的討論

伸展型構(gòu)造是松遼盆地油氣成烴、成藏的根本要素，也是油氣較富集的重要因素［11］.構(gòu)造發(fā)育演化的周期旋回性直接控制著油氣系統(tǒng)的多期疊加.大慶長(zhǎng)垣以東地區(qū)的主干控陷斷裂的活動(dòng)控制著烴源巖的分布、生油凹陷的形成和發(fā)育［12-14］.構(gòu)造可通過(guò)控制沉積、熱史來(lái)控制油氣的生成和聚集，同時(shí)斷裂還可作為油氣運(yùn)移的通道.沙河子期徐家圍子斷陷原型盆地的沉降沉積中心，偏靠斷陷主控陷斷層，沙河子組沉積厚度最大達(dá)3800 m，沙河子組暗色泥巖和煤系地層厚達(dá)500～700 m以上，是最好的烴源區(qū).沿基底主干斷層集中分布的火石嶺組、營(yíng)城組火山巖，是深層最好的儲(chǔ)層.同時(shí)該區(qū)的斷裂活動(dòng)既改善了儲(chǔ)層物性，也有利于天然氣從沙河子組烴源巖向儲(chǔ)層運(yùn)移和深部無(wú)機(jī)成因天然氣就近富集，在基底斷層和變換帶控制的構(gòu)造或巖性圈閉內(nèi)成藏.因此，進(jìn)一步研究斷陷構(gòu)造和斷裂活動(dòng)對(duì)于確定有利的替代天然氣勘探目標(biāo)意義重大.

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Abstract：The extensional fault-depressions occurring broadly on the east of Daqing placanticline are the advantageous areas for natural gas exploration in the deep-layer of northern Songliao Basin.The fault-depressions are characterized by half-graben basins.From Late Jurassic to Early Cretaceous,the depression-controlling faults experienced the developing processes from independence,interaction to the unification.The deep fault-depressions in northern Songliao Basin went through three developing stages,i.e.the initial faulting stage in Huoshiling Period,the strong downfaulting stage in Shahezi Period,and the fault-depression depauperization stage in Yingcheng Period.The fault-depressions also underwent several compressive tectonic activities.The extensional structures provide excellent traps for oi1 and gas accumulations in the Songliao Basin.

Key words：Daqing placanticline;fault-depression;depression-controlling fault;reformation;Songliao Basin

THE DEEP FAULT DEPRESSIONS AND THEIR GENESIS ON THE EAST OF DAQING PLACANTICLINE IN SONGLIAO BASIN

LIANG Zheng-zhong
（Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China）

1671-1947（2010）02-0093-06

P542

A

2008－11－26；

2009-01-10.張哲編輯.

大慶有限責(zé)任公司攻關(guān)項(xiàng)目（DQYT-12-1002-2007-11812）資助.

梁正中（1978—），男，博士生，2003年畢業(yè)于石油大學(xué)（北京），研究方向盆地分析、儲(chǔ)層描述，通信地址廣東廣州五山中科院廣州地球化學(xué)研究所邊緣海實(shí)驗(yàn)室，郵政編碼510640.