遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次及其油氣地質(zhì)意義

馮玉輝，于小健，黃玉龍，劉寶鴻，顧國(guó)忠，李涵月，王璞珺

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；2.中國(guó)人民武裝警察黃金部隊(duì)第一支隊(duì)，黑龍江牡丹江157021；3.中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦124010；4.中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次及其油氣地質(zhì)意義

馮玉輝1，于小健2，黃玉龍1，劉寶鴻3，顧國(guó)忠3，李涵月4，王璞珺1

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；2.中國(guó)人民武裝警察黃金部隊(duì)第一支隊(duì)，黑龍江牡丹江157021；3.中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦124010；4.中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

基于300口鉆遇火山巖層系的巖心及巖屑薄片、測(cè)井和地震等資料，依據(jù)火山地層學(xué)方法及地震火山地層學(xué)理論，通過火山地層界面識(shí)別，研究遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次，對(duì)各個(gè)噴發(fā)旋回、期次火山地層進(jìn)行平面成圖，揭示火山活動(dòng)時(shí)空規(guī)律；進(jìn)一步結(jié)合火山地層分布與油氣的關(guān)系，探究火山噴發(fā)旋回、期次的油氣地質(zhì)意義。結(jié)果表明：遼河盆地新生界火山巖系可劃分為4旋回15期；底部旋回一和頂部旋回四為玄武巖，顯示火山噴發(fā)以基性巖開始，又以基性巖結(jié)束；中部的旋回二和三均為玄武巖→粗面巖→玄武巖的巖性序列，構(gòu)成本區(qū)火山地層的主體?；鹕綆r受北東向主干斷裂控制，最大厚度位于斷裂帶附近；早期（期次1至期次2）全區(qū)分布，末期（期次15）分布局限；中期（期次3至期次14）表現(xiàn)為噴發(fā)中心由北向南依次遷移特征。該結(jié)果提高了火山巖序列的縱向刻畫精度，厘清了有利火山巖層系的空間分布，有助于尋找火山巖勘探新層系。以往遼河盆地火山巖勘探主要集中于沙三段中亞段粗面巖（期次5），本次研究發(fā)現(xiàn)與粗面巖相鄰的期次4、期次6、期次7玄武巖亦展現(xiàn)出良好的油氣勘探前景，為下一步勘探指明了方向。

遼河盆地；新生界火山巖；火山地層；旋回；期次

火山巖作為盆地充填序列的重要組成部分，已逐漸成國(guó)內(nèi)外油氣勘探的重要領(lǐng)域，其中中國(guó)松遼、準(zhǔn)噶爾和遼河等盆地火山巖均已顯示出良好的勘探前景［1-3］。火山巖油氣勘探的首要任務(wù)是尋找火山巖儲(chǔ)層，而火山巖儲(chǔ)層刻畫與對(duì)比需要在火山地層格架約束下進(jìn)行，因此在進(jìn)行火山巖油氣藏勘探時(shí)首先需要建立火山地層格架［4］。遼河盆地現(xiàn)有的火山地層格架主要是依據(jù)年代學(xué)資料建立的［5］，存在兩方面問題：一方面，年代學(xué)方法受樣品位置、樣品數(shù)量以及測(cè)試誤差等方面的限制較大；另一方面，火山地層與沉積地層間互產(chǎn)出［6-7］，沉積界面較多，且受后期構(gòu)造改造作用較強(qiáng)［8-9］，僅以年代學(xué)資料劃分的火山地層與火山地層追蹤和對(duì)比的尺度不相匹配。此外，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的火山旋回、期次分析與識(shí)別主要限定于地層組段之內(nèi)，而遼河盆地火山巖分布于整個(gè)新生界地層中，且多與沉積地層互層產(chǎn)出，由于劃分尺度不同，不能完全依據(jù)現(xiàn)有的識(shí)別方法［10-11］。筆者以300口鉆遇火山巖層系的鉆井的巖心及巖屑薄片、測(cè)井曲線和三維地震等資料為基礎(chǔ)，依據(jù)火山地層學(xué)方法及地震火山地層學(xué)理論，通過火山地層界面識(shí)別，研究遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次；并在此基礎(chǔ)上研究火山活動(dòng)時(shí)空規(guī)律，闡述火山噴發(fā)旋回、期次的油氣地質(zhì)意義。

1　火山噴發(fā)旋回和期次劃分識(shí)別原理

劃分火山噴發(fā)旋回與期次的核心是識(shí)別火山地層界面。本文中涉及到的火山地層界面有不整合面、沉積夾層、巖性組合和巖相組合突變面4種。其中不整合面是旋回界面，后3種為期次界面。

1.1不整合面

由于盆地內(nèi)火山活動(dòng)通常發(fā)生在引張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)背景下，當(dāng)盆地所處的引張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)可能造成火山活動(dòng)減弱直至停止，反映了火山噴發(fā)旋回的結(jié)束；同時(shí)也會(huì)造成盆地構(gòu)造沉降的停止乃至抬升，使地層不接受沉積或遭受剝蝕，形成不整合面，因此不整合面可以反映火山噴發(fā)旋回的結(jié)束。不整合面包括角度不整合面和平行不整合面兩種。角度不整合界面主要通過地震剖面識(shí)別，界面在地震剖面上以下部地層被上部地層削截為特征，在巖性剖面上界面上下地層巖性組合可能存在差別（圖1）；平行不整合主要依據(jù)年代學(xué)資料以及古生物資料，通過地層年代以及古生物自然記錄的間斷來識(shí)別，其在地震剖面以及巖性剖面上均不易識(shí)別。

1.2沉積夾層

遼河盆地新生界火山地層具有與沉積地層互層產(chǎn)出的特點(diǎn)，僅以沉積地層來識(shí)別火山期次具有一定困難。本文中在單井、地質(zhì)連井以及地震連井對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)沉積地層厚度、側(cè)向連續(xù)性等特征，將遼河盆地沉積地層劃分為標(biāo)志性沉積地層和非標(biāo)志性沉積地層兩種。標(biāo)志性沉積地層以沉積厚度相對(duì)較大，厚度通常上百米，側(cè)向連續(xù)性好，區(qū)域性穩(wěn)定沉積為特征，可以作為火山期次劃分的標(biāo)志層；非標(biāo)志性沉積地層以沉積厚度相對(duì)小，側(cè)向連續(xù)性差，分布較局限，巖性以砂巖為特征，多以薄層夾于火山地層之中，通常不能作為火山期次劃分的標(biāo)志層（圖2）。另外，不同鉆井由于位置不同，導(dǎo)致揭示標(biāo)志性沉積地層厚度變化較大，局部地區(qū)甚至不發(fā)育，這時(shí)需要利用地震資料，通過地層對(duì)比，利用標(biāo)志性沉積地層厚度較大的井標(biāo)定標(biāo)志性沉積地層厚度較小或不發(fā)育的井。

圖1　旋回不整合面劃分依據(jù)Fig.1 Identifying volcanic cycles by unconformity surface

圖2　期次劃分依據(jù)Fig.2 Identifying volcanic stages

1.3巖性組合突變界面

火山活動(dòng)通常表現(xiàn)出周期性的變化，包括噴出的物質(zhì)成分、噴發(fā)強(qiáng)度和噴出熔巖厚度的變化等。同一期次內(nèi)部巖性構(gòu)成常見以下幾種情況：①以熔巖為主，對(duì)其可以依據(jù)成分劃分；②熔巖與（火山）沉積巖互層，期次內(nèi)部巖性構(gòu)成一般下部為熔巖、上部為火山沉積巖；③熔巖與火山碎屑（熔）巖互層，期次內(nèi)部巖性構(gòu)成一般下部為火山碎屑（熔）巖、上部為熔巖；④熔巖、火山碎屑巖、沉積巖交替互層，期次內(nèi)部巖性構(gòu)成一般為火山碎屑（熔）巖—熔巖—沉積巖。以上只是一般規(guī)律，實(shí)際情況要相對(duì)復(fù)雜得多，如在一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)期內(nèi)，若火山作用頻繁，則一個(gè)期次可以形成多個(gè)上述完整序列，或者形成多個(gè)不完全序列。

1.4巖相組合突變界面

一個(gè)完整的火山巖相序組合在縱向上表現(xiàn)為爆發(fā)相—侵出相—噴溢相—火山沉積相［12］，其中火山通道相通常由于鉆井揭示火山機(jī)構(gòu)位置不同，可位于爆發(fā)相、溢流相、侵出相之間任意位置。由于中基性巖石巖漿黏度不同，因此具有不同的相序特征，中性巖相序特征以（火山通道相→）爆發(fā)相→侵出相→溢流相→火山沉積相為特征，基性巖以（火山通道相→）（爆發(fā)相→）溢流相→火山沉積相為特征，以上只是理想模式，實(shí)際情況中相序組合往往可能只出現(xiàn)其中的2～3種巖相類型，亦可為單一的巖相類型，還可能出現(xiàn)相序顛倒的情況。通常一個(gè)火山期次包含一個(gè)或多個(gè)這樣的相序組，但相同期次內(nèi)相序組具有一定的相似性。

2　火山噴發(fā)旋回和期次劃分

依據(jù)地層界面的識(shí)別，將遼河盆地新生界火山地層劃分為4旋回、15期次（圖3）。遼河盆地新生界火山地層內(nèi)部共識(shí)別出3個(gè)不整合界面，劃分為4個(gè)旋回，其中旋回一與旋回二、旋回二與旋回三之間為平行不整合界面，旋回三與旋回四之間為角度不整合界面。旋回一和旋回四為基性火山旋回，顯示該地區(qū)新生界火山巖以基性巖開始，并以基性巖結(jié)束。旋回二和旋回三為基性—中性—基性火山旋回，顯示該區(qū)中部火山巖演化具有基性→中性偏堿性→基性的特點(diǎn)。

圖3　遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次劃分Fig.3 Identification of Cenozoic volcanic cycles and stages in Liaohe Basin

旋回一主要發(fā)育在房身泡組時(shí)期，內(nèi)部共識(shí)別出1個(gè)期次界面，為巖性組合/巖相組合突變界面，共劃分為2個(gè)噴發(fā)期次（期次1～2）。期次內(nèi)部相序主要為溢流相（→火山沉積相）。期次1，巖性以玄武巖為主，相序主要發(fā)育溢流相→火山沉積相，整體以溢流相玄武巖與（火山）沉積巖薄層互層為特征；期次2，巖性以玄武巖為主，相序?yàn)橐缌飨?，整體以厚層溢流相玄武巖為特征?；鹕絿姲l(fā)強(qiáng)度演化方向?yàn)槠诖?（中等）→2（強(qiáng)）。

旋回二主要發(fā)育在沙三時(shí)期，內(nèi)部共識(shí)別出4個(gè)期次界面，期次3和4、期次6和7間為沉積夾層界面（標(biāo)志性沉積地層），期次4和5、期次5和6之間為巖性組合/巖相組合突變界面，共劃分為5個(gè)噴發(fā)期次（期次3～7）。其中期次3和4、期次6和7之間的標(biāo)志性沉積地層主要為厚層暗色泥巖沉積，有時(shí)可見煤層。期次3、4、6、7為基性巖期次，期次5為中性巖期次，其中基性巖期次3、6、7巖性以玄武巖為主，相序主要發(fā)育（爆發(fā)相→）溢流相（→火山沉積相），期次4巖性以角礫化玄武巖以及玄武質(zhì)火山碎屑巖為主，相序主要發(fā)育爆發(fā)相→溢流相（→火山沉積相）；中性巖期次5巖性以角礫化粗面巖、粗面質(zhì)火山碎屑巖為主，相序主要發(fā)育爆發(fā)相→侵出相（→火山沉積相），一個(gè)期次通常包括一個(gè)或多個(gè)相序組。整體上，期次3、7以溢流相玄武巖與（火山）沉積巖薄層互層為特征，期次4以厚層爆發(fā)相和溢流相玄武質(zhì)巖石互層為特征，期次5以爆發(fā)相和侵出相粗面質(zhì)巖石互層為特征，期次6以厚層溢流相玄武巖夾薄層沉積地層為特征?；鹕絿姲l(fā)強(qiáng)度演化方向?yàn)槠诖?（弱）→4（強(qiáng)）→5（強(qiáng)）→6（較強(qiáng)）→7（中等）。

旋回三主要發(fā)育在沙一和東營(yíng)時(shí)期，內(nèi)部共識(shí)別出6個(gè)期次界面，均是沉積夾層界面（標(biāo)志性沉積地層），共劃分為7個(gè)噴發(fā)期次（期次8～14）。各期次之間的標(biāo)志性沉積地層主要為厚層砂泥巖互層沉積。期次12為基性+中性期次，其余的均為基性期次，基性期次巖性以玄武巖為主，期次8～9局部地區(qū)見少量玄武質(zhì)火山碎屑巖，相序主要發(fā)育（爆發(fā)相→）溢流相（→火山沉積相）；基性+中性期次巖性以玄武巖為主，僅局部鉆井（D28、D29井）中夾有粗面巖，相序主要發(fā)育溢流相（→火山沉積相），一個(gè)期次通常包括一個(gè)或多個(gè)相序組。整體上，期次8～9以溢流相薄層玄武巖與（火山）沉積巖薄層互層為特征，期次10、11、13、14以薄層溢流相玄武巖為特征，期次12以厚層溢流相玄武巖與厚層溢流相粗面巖互層為特征，并夾有薄層（火山）沉積地層。火山噴發(fā)強(qiáng)度演化方向?yàn)槠诖?（弱）→9（較弱）→10（弱）→11（較強(qiáng)）→12（強(qiáng)）→13（弱）→14（弱）。

旋回四主要發(fā)育在館陶時(shí)期，僅發(fā)育1個(gè)噴發(fā)期次（期次15）。期次15為基性期次，巖性以玄武巖為主，相序主要發(fā)育溢流相（→火山沉積相），整體以溢流相玄武巖與（火山）沉積巖薄層互層為特征。旋回四雖然在凹陷內(nèi)只有很弱的一期火山地層發(fā)育，但在盆緣地區(qū)發(fā)育較廣，山東昌樂等地區(qū)廣泛分布該期火山地層［13］，因此有必要將其單獨(dú)歸為一個(gè)旋回。

3　研究意義

3.1新生界火山巖分布規(guī)律

在火山巖旋回和期次劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)鉆井揭示的火山巖厚度，探討東部凹陷中南段新生界火山巖分布規(guī)律（圖4）。由圖4可知，東部凹陷火山巖分布總體受走滑斷裂控制，厚度中心具有分布在斷裂帶附近的特征。各個(gè)旋回期次分布特征如下：旋回一期次1～2火山巖全區(qū)均有分布，目前僅凹陷兩側(cè)有鉆井揭示，依據(jù)地震資料預(yù)測(cè)［14］，該期覆蓋了整個(gè)東部凹陷，厚度中心不明顯。旋回二期次3～7火山巖分布范圍呈由北向南遷移的特征，厚度中心呈由南北向中心遷移的特征，全區(qū)均有分布；旋回三期次8～14火山巖分布范圍呈由北向南遷移的特征，厚度中心呈由北向南遷移的特征，主要分布在中—南部地區(qū)；旋回四期次15火山巖主要分布在南部地區(qū)，分布范圍局限?？傮w來看，東部凹陷中南段新生界火山巖分布范圍呈現(xiàn)早期（期次1～2）全區(qū)分布，后期（期次4～15）由北向南的遷移特征，而火山巖厚度中心早期（期次1～7）由南北兩端向中心遷移，后期（期次7～15）由中心向南遷移。

3.2火山巖分布與油氣的關(guān)系

一方面，不同期次火山巖發(fā)育規(guī)模和平面分布范圍控制著有利火山巖體的分布規(guī)律。另一方面，不同期次的巖性和巖相構(gòu)成存在差異，各期次是否發(fā)育儲(chǔ)集能力相對(duì)較好的優(yōu)勢(shì)巖相和亞相與其所占比例以及對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)大小綜合決定了該期次火成巖的儲(chǔ)集性能［15-16］。東部凹陷新生界儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)亞相主要包括火山通道相火山頸亞相、爆發(fā)相火山碎屑流亞相、溢流相復(fù)合熔巖流亞相和玻璃質(zhì)碎屑巖亞相、侵出相外帶亞相和中帶亞相［16-18］，結(jié)合各期次火成巖相和亞相發(fā)育規(guī)律，初步分析儲(chǔ)集性能相對(duì)較好的期次，主要包括期次1～2、4～7、11～13。通?；鹕綆r和沉積巖物性特征與埋深存在一定的規(guī)律，當(dāng)埋深小于2 500 m時(shí)，沉積巖物性好于火山巖，當(dāng)埋深位于2 500～3 000 m時(shí)，兩者物性相當(dāng)，當(dāng)埋深大于3 000 m時(shí)，火山巖物性稍好［19］。綜合考慮埋藏深度以及與沉積巖儲(chǔ)集物性對(duì)比，目前有利于成藏的層系主要為期次1～2、4～7。東營(yíng)組盡管氣孔玄武巖極為發(fā)育，儲(chǔ)集物性優(yōu)越，但與同層系縱向相鄰井段的沉積巖相比較，其物性，尤其滲透率明顯低于沉積巖，因此東營(yíng)組玄武巖可為碎屑巖提供局部蓋層條件（圖5）。

圖4　遼河盆地東部凹陷各期次火山巖厚度分布Fig.4 Volcanic thickness distirbution map of each stage in eastern depression of Liaohe Basin

圖5　火山地層分布與油氣關(guān)系Fig.5 Relationship between volcanic formation and hydrocarbon accumulations

3.3勘探新層系和油氣發(fā)現(xiàn)

以往東部凹陷火山巖勘探主要目標(biāo)為沙三段粗面巖（期次5），并且截止到2005年，已上報(bào)2689×104t的探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量［20］。隨著鉆井的增多，在沙三段粗面巖上下鄰近的火山地層中也見有良好的油氣顯示，通過對(duì)凹陷內(nèi)火山地層研究，將與粗面巖相鄰的火山巖地層進(jìn)行了期次劃分，分別為期次4、6、7，并填制了各個(gè)期次火山巖平面分布圖，揭示了各個(gè)期次火山巖的空間展布。近3年來，依據(jù)本文中研究結(jié)果，以沙三段期次4～7為目的層共部署并完鉆的14口探井中，有6口探井獲得工業(yè)油氣，并在期次6和7中玄武巖中也發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣（圖6），目前期次4、6、7也成為本區(qū)火山巖勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域。

圖6　旋回二期次6～7新發(fā)現(xiàn)油氣分布Fig.6 Distribution of oil and gas in volcanic stages 6 and 7 of cycle 2

4　結(jié) 論

（1）依據(jù)4類界面分出4旋回15期火山巖。旋回1和旋回4為基性旋回，旋回2和旋回3為基性—中性—基性旋回。火山噴發(fā)強(qiáng)度在旋回2和3兩個(gè)旋回的中部最大。

（2）縱向旋回期次的詳細(xì)劃分揭示出火山巖時(shí)空發(fā)育規(guī)律性。東部凹陷中南段新生界火山巖分布范圍呈現(xiàn)早期（期次1～2）全區(qū)分布，后期（期次2～15）由北向南的遷移特征，而火山巖厚度中心呈早期（期次1～7）由南北兩端向中心遷移，后期（期次7～15）由南略向北遷移的特征。

（3）縱向旋回期次刻畫精度提高促進(jìn)了火山巖油氣新層系的發(fā)現(xiàn)。以往本區(qū)火山巖勘探主要為沙三中段粗面巖（期次5），通過火山巖旋回和期次的劃分，發(fā)現(xiàn)與粗面巖相鄰的期次4、6、7玄武巖期次也是重點(diǎn)勘探領(lǐng)域，近期已在期次6和7玄武巖中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣。

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（編輯 徐會(huì)永）

Eruption cycles and stages of Cenozoic volcanic rocks and their significance to hydrocarbon accumulations in Liaohe Basin

FENG Yuhui1，YU Xiaojian2，HUANG Yulong1，LIU Baohong3，GU Guozhong3，LI Hanyue4，WANG Pujun1
（1.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China；2.Gold Headquarters of CAPF，Mudanjiang 157021，China；3.Research Institute of Liaohe Oil Company，CNPC，Panjin 124010，China；4.Drilling and Production Technology Research Institute of Liaohe Oil Company，CNPC，Panjin 124010，China）

The volcanic cycles and stages in the eastern sag of Liaohe Basin were studied to identify interfaces inside the Cenozoic volcanic formations using volcano-stratigraphic methods and seismic volcano-stratigraphy theories.Drilling cores and thinsections from 300 wells were analyzed and interpreted by combining well loggings and seismic profiles.The spatial distribution of volcanic activities was revealed by mapping the volcanic formations of each cycle and stage.The relationship between oil and gas bearing layers and volcanic formations was analyzed to discuss the significance of volcanic cycles and stages to hydrocarbon accumulations.The results suggest that the Cenozoic volcanic formation in the Liaohe Basin is divided into 4 cycles and 15 stages.The 1st cycle at the bottom and the 4th cycle at the top are composed of basalts，which indicates that the Cenozoic volcanic activities began and ended with mafic magmas.The Cenozoic volcanic formation is dominated in the 2nd and 3rd cycle，and these two cycles show the same lithologic sequence from basalt to trachyte to basalt.The distribution of volcanic rocks is controlled by major faults of northeast orientations，and the maximum thickness of volcanic rocks is mainly along the fault zone. Volcanic rocks in the early stage 1 and stage 2 were widely spread in the whole sag，while the basalts in the final stage 15 are limited，and the distribution center of volcanic rocks from stage 3 to stage 14 migrated from north to south.By means of division and correlation of the volcanic sequences，the spatial distribution of the favorable volcanic stages is revealed in order to discover new hydrocarbon bearing volcanic formations for the future exploration.Previous targets are primarily on the trachytes of stage 5 in the 3rd Member of Shahejie Formation，however significant hydrocarbon accumulations have been also found recently in the basalts of the adjacent stage 4，stage 6 and stage 7，suggesting a promising future exploration in this area.

Liaohe Basin；the Cenozoic volcanic rocks；volcano-stratigraphy；cycles；stages

TE 122.222

A

1673-5005（2015）05-0050-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.05.007

2015-02-12

國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目（2012CB822002）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41472304，41202085）；中國(guó)石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（2012E-3001）

馮玉輝（1987-），男，博士研究生，研究方向?yàn)榛鸪蓭r與油氣地質(zhì)-地球物理。E-mail：here2009feng@126.com。

黃玉龍（1982-），男，講師，博士，研究方向?yàn)榛鸪蓭r與油氣地質(zhì)。E-mail：long@jlu.edu.cn。

引用格式：馮玉輝，于小健，黃玉龍，等.遼河盆地新生界火山噴發(fā)旋回和期次及其油氣地質(zhì)意義［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，39（5）：50-57.

FENG Yuhui，YU Xiaojian，HUANG Yulong，et al.Eruption cycles and stages of Cenozoic volcanic rocks and their significance to hydrocarbon accumulations in Liaohe Basin［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（5）：50-57.