牟延群
, 林常梅
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2019-01-6
网络出版日期: 2019-03-25
版权声明: 2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
作者简介:
作者简介： 牟延群 助理工程师,1995年生,2018年硕士研究生毕业于中国地质大学(武汉),现在大港油田公司第二采油厂从事油气勘探开发目标评价研究工作。通信地址:300280 天津市大港油田公司第二采油厂。电话:(022)63951964。E-mail:dg_mouyq@petrochina.com.cn
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摘要
为进一步明确渤海湾盆地歧口凹陷板桥高斜坡物源特征、控砂机制及油气成藏富集规律,通过地震、测井、岩心测试化验分析资料,采用源汇分析方法对港西凸起物源轻重矿物组合特征、沟槽输砂通道与沉积微相空间分布规律进行详细论述,并进一步总结板桥高斜坡控砂机制与油气成藏富集规律。研究认为,港西凸起作为板桥高斜坡主要物源,其在沙二段和东营组高位体系域(HST)沉积时期,凸起出露面积相对较大,物源供给能力增强,在地震剖面上能够识别出数个与近岸小型扇三角洲相对应的下切侵蚀沟槽,组成相对闭合的“源-渠-汇”系统,进一步总结出港西凸起沟槽控砂模式;同时,沙二段不整合面与港东、滨海断裂系组成的油气疏导系统使得该地区具备形成地层上倾尖灭油气藏、地层超覆油气藏和地层岩性油气藏3种油气成藏条件。针对该勘探目标区,实施多口探井,获得千万吨级探明储量,证实歧口凹陷港西凸起作为内部物源能够形成有利砂体并具备油气成藏条件,为下一步勘探指明了方向。
关键词：
歧口凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷东北部,西为沧县隆起,北为燕山褶皱带,南为埕宁隆起,东以沙垒田凸起、海中隆起与渤中坳陷相分隔,由歧口主凹、板桥次凹、歧北次凹、歧南次凹和北塘次凹等构成的新生代裂陷型盆地凹陷单元,总面积达6 640 km2,其中大港探区内面积5 280 k
港西凸起位于歧口凹陷东南部,夹持于板桥次凹和歧北次凹之间,走向为北东方向。港西凸起作为板桥高斜坡区物源,其内部主要为形成时代较早的中生界和古生界地层,被称为北大港潜山构造带。中生界和古生界地层遭受风化剥蚀作用形成明显角度不整合界面,古近系地层与中生界-古生界地层呈不整合接触。沙河街组和东营组古近系地层超覆于潜山中生界、古生界地层之上。古近系地层沉积时期,港西凸起遭受风化剥蚀,为湖盆提供物源,但由于其出露面积较小,物源供给能力有限,无法形成规模较大扇体。港西凸起东侧受滨海断层控制形成断控陡坡带,主要发育小型扇三角洲沉积,西侧地层较缓,主要为滨浅湖滩坝沉积。
目前针对歧口凹陷古近系物源方面,通过开展黄骅坳陷古近系东营组(Ed)和沙河街组(Es)第一段(简称“沙一段”)、第二段(简称“沙二段”)、第三段(简称“沙三段”)物源及沉积体系研究,已经较为系统地明确了歧口凹陷古近系物源影响范围及沉积体系展布规律,指出歧口凹陷存在燕山、沧县、埕宁多个盆外主物源区以及港西凸起、孔店凸起、扣村-羊三木凸起等多个盆内物源[7,8,9],尽管对于盆外物源供给方式及沉积体系展布规律认识相对统一,而对于板桥斜坡区内湖盆内部物源体系及供砂方式意见尚不统一。本文利用源汇系统分析方法,从港西凸起物源特征(源)、沟槽识别(渠)、斜坡区沉积微相及砂体空间展布特征(汇)3个方面对板桥高斜坡区控砂、控藏模式进行综合分析,以期对该地区取得进一步勘探突破提供认识支撑。
港西凸起与板桥高斜坡相连,港西凸起出露面积与湖平面升降相关。湖平面上升期,港西凸起出露面积缩小,斜坡区可容纳空间增大;湖平面下降期,港西凸起出露面积扩大,斜坡可容纳空间缩小。湖平面的升降控制着港西凸起物源区与板桥高斜坡沉积区的空间耦合关系。
物源区是指盆地中碎屑物质的来源区或母源区,其供给能力的大小受地层岩性、地形、气候和汇水面积的控制,在岩性、地形和气候条件相似的情况下,凸起区空间分布面积与其物源供给能力呈正相关关系,即在地层沉积时期,凸起平面分布面积越大,其物源供给能力越强。
古近系沉积时期,港西凸起周缘主要发育沙河街组和东营组地层,可进一步划分为3个三级层序和9个体系域单元(图1),分别为LSC 2(沙三3、沙三2、沙三1)、LSC 3(沙二段、沙一下亚段、沙一中亚段)和LSC 4(沙一上亚段、东三段+东二下亚段、东二上亚段+东一段)。不同地层沉积时期,港西凸起出露面积相差较大。
LSC 2为一个完整的三级层序单元,其中沙三3为低位体系域(LST),沙三2为湖侵体系域(EST),沙三1为高位体系域(HST),港西凸起平面分布面积分别为34.9、49.9、54.8 km2,凸起分布面积较小。湖侵体系域港西凸起分布面积比低位体系域沉积时期大,表明地层沉积时期,港西凸起扩大趋势,地层沉降可容纳空间增加的同时港西凸起隆升,凸起面积相对增大。
LSC 3为一个完整的三级层序单元,其中沙二段为低位体系域(LST),沙一下亚段为湖侵体系域(EST),沙一中亚段为高位体系域(HST)。低位体系域沉积时期,湖平面下降,港西凸起与孔店-羊三木凸起相连出露于地表之上,出露面积大于8 689 km2,湖侵体系域沉积时期,湖水扩张,港西凸起再次浸没于水面之下,凸起分布面积为67.9 km2,高位体系域沉积时期,湖水稍退,港西凸起平面分布面积为76.3 km2。相较于LSC 2沉积时期,LSC 3沉积时期港西凸起出露面积相对较大,物源供给能力增强,特别是沙二段沉积时期,港西凸起出露面积达到最大,能够成为该区主要物源供给区。
LSC 4为一个完整的三级层序单元,其中沙一上亚段为低位体系域(LST),东三段+东二下亚段为湖侵体系域(EST),东二上亚段+东一段为高位体系域(HST)。此时,港西凸起平面分布面积分别为205.8、165、682.6 km2。LSC 4低位体系域和湖侵体系域沉积时期,港西凸起平面分布面积相对较大,高位体系域沉积时期,港西凸起平面分布面积进一步增加,但规模小于LSC 2高位体系域。
对比不同沉积时期港西凸起平面分布面积可以得出:古近系沉积时期,歧口凹陷受构造和湖平面共同控制,基准面下降可容纳空间增大与港西凸起持续隆升遭受风化剥蚀是同时发生的;沙二段沉积时期,出现强制水退,港西凸起出露面积达到最大,物源供给能力最强;东一段沉积时期,港西凸起物源供给能力次之;沙三3、沙三2、沙三1、沙一下亚段和沙一中亚段沉积时期,港西凸起物源供给能力较弱。
歧口凹陷主要存在北部燕山物源、南部埕宁隆起物源、西部沧县隆起物源、港西凸起物源和孔店-羊三木5个物源区。北部燕山褶皱带以酸性喷出岩、中性安山岩组合为主,灰岩、岩浆岩次之;南部埕宁隆起区以酸性喷出岩、灰岩组合为主,间有岩浆岩;西部沧县隆起物源以酸性喷出岩、变质岩和粉砂岩组合为主,灰岩和岩浆岩次之;港西凸起区以粉砂岩、酸性喷出岩、变质岩和中性安山岩组合为主,灰岩次之;孔店-羊三木凸起以酸性喷出岩为主,灰岩次之。
港西凸起物源镜下具有以下6个特征:(1)砾石发育,杂基支撑,岩石结构成熟度较低,分选性较差,含斑性强,为重力流特征;(2)成分成熟度与结构成熟度低,碳酸盐岩岩屑和沉积岩岩屑比较常见,表明距离物源区近,碎屑搬运距离不远;(3)砾石与碎屑特征分析认为,物源主要来自碳酸盐岩地层、水云母泥质石英砂岩地层、变质岩(石英片岩、变余石英砂岩)地层、燧石等,物源区主要为古生代、元古代甚至太古代地层特征,同时见到钾长石砾和花岗岩砾,推测也存在花岗岩物源;(4)铁泥质的存在,表明岩石曾经历过氧化过程;(5)多数薄片内颗粒呈点-短线接触,并且塑性碎屑颗粒未见压实变形现象,证实岩石压实作用较弱;(6)岩石局部致密,主要为胶结作用造成。胶结矿物为晚期方解石、白云石、以及黏土矿物演化形成的水云母泥(伊利石)。
港西凸起物源轻矿物具有2种组合特征。第1种表现为岩浆岩大于25%,沉积岩和变质岩均小于10%的组合特征(图2a)。第2种表现为沉积岩块分布在15%40%和少量岩浆岩和变质岩组合特征,含有鲕粒等次要组分(图2b)。对于重矿物组合特征,港西凸起南北两侧存在明显差异性:其北侧以H 8-1、H 7-1和H 6-1井为代表,具有高石榴石和高磁铁矿组合特征(图2c);而南侧以T 16、F 2、Q 62、GS 27、Q 82井为代表,具有高锆石和高石榴石组合特征(图2d),波及范围南侧围绕港西凸起附近,北东侧波及G 312井附近。
沟槽作为物源进入湖盆沉积的入口,对砂体发育具有重要控制作用[10,11]。古沟槽的形成往往是构造抬升期盆地周缘水流下切的结果。吴孔友等将其划分为断沟和冲沟2种类型[12]:断沟是因断层活动而形成的低洼部位,发育在湖盆边缘,走向垂直于盆缘或和盆缘斜交,可以引导水系携带沉积物进入湖盆发生卸载和堆积;冲沟发育于湖盆边缘,走向和盆缘垂直,其形成和水流冲刷密切相关。冲沟在地震剖面上表现为同相轴发生向下弯曲,向两侧可见明显的上超反射终止现象,而断沟在地震剖面上表现为地震同相轴的弯曲、错断,同时可见充填出多个沟槽。赵贤正等认为歧口凹陷埕北高斜坡多发育古地貌辫状侵蚀沟槽或受构造控制发育的侵蚀沟槽及顺坡断槽,这种沟槽是来自隆起区的物源碎屑物质向斜坡中低位置输送的主要通道,同时也是砂体发育部位[13]。古沟槽是物源由物源区向斜坡沉积区的运移通道,根据槽扇对应的原则,若能在港西凸起周缘确定古沟槽的存在,则可以预测扇体的存在。
通过精细地震解释和地层对比,仅在港西凸起周缘沙二段不整合面之上发现较为明显的下切沟槽,其在地震剖面上表现出独特的外形特征,尽管在不同部位,其几何外形有差异,但通常表现出有两翼对称或不对称的倒钟型、U型、V型,与上、下相邻的同相轴表现出明显的不协调。沟槽类型以冲蚀沟槽为主,断控沟槽不发育。与埕宁隆起相比,由于港西凸起出露面积较小,物源供给能力相对较弱,加之海平面频繁变迁,港西凸起物源供给能力在地质时间尺度上变化较大。港西凸起周缘沟槽规模小,平面连续性差,难以实现沟槽对比追踪工作。在沟槽内部,沟槽两侧少见有上超反射终止现象,地震同相轴表现为下凹型,向上逐渐过渡到低弯曲状地震反射特征(图3)。
港西凸起周缘古沟槽下切侵蚀强度主要受基准面旋回控制,具体可分为基准面上升期和基准面下降期2个阶段。在基准面上升期,湖平面上升,板桥高斜坡区可容纳空间增加,港西凸起出露面积缩小,汇水面积较小,基岩多淹没于水下,凸起区总体受风化剥蚀作用减弱,物源供给能力不足,间歇性河流无法形成稳定的沟槽,加之基准面下降期,湖平面下降,早期形成的沟槽出露于水面之上,被后期风化剥蚀而遭受破坏,因此在残留地层中,基准面上升期地层总体呈现上超型地层叠置关系,地层同相轴之间呈近平行状展布。在基准面下降期,湖平面下降,板桥高斜坡区可容纳空间减少,港西凸起出露面积增加,汇水面积扩大,基岩出露面积增加,凸起区总体受风化剥蚀作用增强,此时港西凸起物源供给能力增强,板桥高斜坡区虽然总体仍表现为欠补偿状态,但局部地区河流下切侵蚀能力增强,能够形成小规模下切沟槽,当基准面处于最低位时,沟槽向板桥高斜坡区延伸距离较远,由于后期基准面上升,基准面下降期所形成的沟槽能够在一定程度上保存下来,由于基准面上升期物源供给能力不足,沟槽内部很少出现向两侧双超型内部叠置砂体,沟槽内部表现为欠补偿型。
歧口凹陷新生界为陆相湖盆沉积系统,板桥高斜坡古近系地层主要为滨浅湖、半深湖和深湖亚相,局部地区发育有沟槽、小型扇三角洲前缘亚相。
古沟槽:古沟槽可以进一步划分为主沟槽和沟槽侧缘2种微相,港西凸起周缘沟槽沉积以G 145X1井为代表(图4a)。主沟槽自然伽马测井曲线为箱型特征,电阻率曲线具有钟型+指型组合特点,类似于曲流河河底滞留和天然堤组合特征,录井岩性较粗,主要为灰白色砂砾岩,单层砂体厚度可达9.24 m。沟槽侧缘自然伽马曲线表现为钟型和漏斗型组合特征,自然电位曲线表现为漏斗型,录井岩性为灰色含砾不等粒砂岩,单层砂岩厚度为16 m。在板桥高斜坡,通过地震反射特征和测井曲线特征,在沙二段底部区域不整合面之上共识别出两支古沟槽,古沟槽在平面上的展布表现为连续笔直状,每条沟槽存在12个分支,沟槽边界具有分段性,由凸起向斜坡内部,沟槽响应特征逐渐减弱,逐渐演化为辫状河道和小型辫状河三角洲前缘亚相。
小型辫状河三角洲:小型辫状河三角洲是港西凸起物源通过沟槽向斜坡区输送的碎屑物质堆积而成,其与埕宁隆起物源向湖盆内部输砂机制相似,但规模要小很多,砂体分散规律仍具有辫状河三角洲沉积特征,故称之为小型辫状河三角洲。港西凸起周缘沟槽为小规模古沟槽,其在垂向和平面上的延伸空间较小,古沟槽由港西凸起向斜坡内部逐渐过渡为辫状河道,辫状河道与古沟槽之间没有明显界限,在下切较为明显的部位,可以把二者区分开来。辫状河道入湖形成辫状河三角洲,与大型辫状河三角洲相比,小型辫状河三角洲平原亚相不发育,主体为辫状河三角洲前缘亚相,前缘亚相由辫状河道与古沟槽连接,是港西凸起物源碎屑物质的主要堆积场所,辫状河三角洲前缘亚相可进一步划分为分流河道、河口坝和席状砂3种沉积微相(图4b)。辫状河三角洲前缘水下分流河道微相测井曲线表现为齿化箱型或齿化钟型,岩性主要为浅灰色细砂岩,单层最大厚度可达8.5 m;河口坝微相测井曲线表现为齿化漏斗型,岩性主要为浅灰色细砂岩,单层厚度一般小于5 m;席状砂微相测井曲线表现为指型,岩性主要为浅灰色细砂岩,单层厚度一般小于1 m。小型辫状河三角洲前缘亚相以分流河道微相为主,分流河道砂体占总砂体厚度的80%左右。
云坪:歧口凹陷沙一下亚段沉积时期,湖盆水体咸化,歧口西南缘周缘形成大面积分布的湖相碳酸盐岩,板桥高斜坡碳酸盐以云坪为主,岩性主要为灰质白云岩,厚度在0.56.5 m之间,平均为2.08 m(图4c)。与海相碳酸盐岩相比,湖相碳酸盐岩沉积受古气候、古水动力和古水介质性质等因素的影响更强,沉积规模小,单层薄,沉积相带横向变化快,造成湖相碳酸盐岩储集层的非均质性更强。
半深湖-深湖泥:古近系板桥高斜坡总体表现为欠补偿型沉积,在沙三段、沙一段和东营组地层中湖相泥岩厚度占比较高,测井曲线表现为微齿化平直型(图4d)。
板桥高斜坡区古近系地层沉积体系分布特征主要受港西凸起物源影响,港西凸起物源供给能力主要受基准面旋回控制,其演化过程主要可以分为裂陷Ⅱ幕(LSC 2)、裂陷Ⅲ-1幕(LSC 3)和裂陷Ⅲ-2幕(LSC 4)3个阶段。
裂陷Ⅱ幕(LSC 2):该时期地层主要受沧东断层和滨海断层控制,沧东断层和滨海断层活动速率相当,表现为基底整体沉降,港西凸起平面分布面积较小,此时板桥缓坡分区不明显,基底向港西凸起倾斜,基底产状缓,无明显沉降中心,沿沧东断层至滨海断层方向,沉积环境逐渐由陆上带向滨浅湖、半深湖过渡。港西凸起物源供给能力较弱,在板桥高斜坡区主体以湖相泥岩为主,仅在港西凸起东侧发育小型扇三角洲沉积,港西凸起西侧局部地区发育滩坝相,在地震和测井资料中,未发现沟槽存在的证据。
裂陷Ⅲ-1幕(LSC 3):该时期地层主要受沧东断层、板桥断层、大张坨断层、滨海断层控制,此时港西凸起持续隆升,沧东断裂快速沉降与港西凸起上隆作用对板桥凹陷控制作用明显,基底倾向较整体沉降期发生改变,在沧东断层下降盘根部出现沉降中心,沉降中心两侧地层产状发生变化,靠近沧东断层一侧,地层较陡,靠近港西凸起,基底较缓,沿沧东断层至滨海断层方向,导致港西凸起面积显著增加。沙二段沉积时期,港西凸起与孔店-羊三木凸起相连出露于地表之上,出露面积大于8 689 km2,港西凸起物源供给能力显著增加,在地震反射上可以见到较为明显的下切沟槽,测井相显示该时期板桥高斜坡发育沟槽和小型辫状河三角洲前缘亚相,由港西凸起至板桥斜坡内部沉积环境逐渐由陆上带向滨浅湖、半深湖、深湖过渡。沙一下亚段沉积时期,湖水扩张,港西凸起再次浸没于水面之下,凸起分布面积为67.9 km2,港西凸起物源供给能力减弱,而此时湖盆为咸化湖盆沉积环境,板桥高斜坡区以碳酸盐岩和湖相泥岩沉积为主,港西凸起周缘发育云坪沉积。沙一中亚段和沙一上亚段沉积时期,湖水在正常盐度下保持高位,港西凸起物源供给能力较弱,板桥高斜坡以湖相泥岩沉积为主,仅在港西凸起东北部发育小型扇体。
裂陷Ⅲ-2幕(LSC 4):该时期板桥凹陷各断层活动性整体减弱,湖盆萎缩,到东一段沉积时期,港西凸起面积增大至682.6 km2,港西凸起物源供给能力增强,在港西凸起东侧能够形成规模较大的扇体。
港西凸起多发于受古地貌、构造控制发育的侵蚀构造所控制的下切侵蚀槽,随着沟槽向湖盆内部延伸距离的增加,构造地震反射特征逐渐趋于平缓,沟槽向水道形态转换。下切沟槽与水道为物源向次凹内输送砂体提供了主要通道,同时这些部位也是砂体较为发育的区域。砂体规模的大小与港西凸起出露面积有着正相关关系,即在地层沉积时期,当凸起平面分布面积越大时,其物源供给能力越强,所形成扇体或滩坝的面积也就越大。
歧口凹陷港西凸起是板桥高斜坡区的主要物源,物源区(源)所供给的碎屑物质经过下切侵蚀沟槽(渠)输砂到斜坡坡折地区(汇),并在斜坡区形成扇体,构成相对闭合的“源-渠-汇”系统,3种因素共同控制板桥高斜坡区砂体展布。根据湖平面位置,可分为低位域控砂和高位域控砂2种类型。
低位域控砂:低位域沉积时期,湖平面较低,凸起出露面积增加,凸起遭受风化剥蚀面积增加,汇水面积增加,降雨携带大量碎屑物质于低洼处形成短期或长期山间河流,由于河流下切侵蚀作用,逐渐转变成沟槽并向湖盆内部输送碎屑物质。而此时期高斜坡区可容纳空间减少,沟槽影响范围可延伸至中斜坡处。中斜坡区,坡度较小,沟槽逐渐向辫状河转化,辫状河入湖形成辫状河三角洲。
高位域控砂:高位域沉积时期,湖平面较高,凸起出露面积减少,凸起遭受风化剥蚀面积减少,汇水面积减少,汇水量及其所携带的碎屑物质的量减少,由于河流下切侵蚀作用减弱,沟槽特征不明显。而此时期由于湖平面的增加,高斜坡区可容纳空间增加,高斜坡区处于欠补偿状态,仅在凸起周缘形成小型扇三角洲,在地形较陡地区,碎屑物直接进入半深湖-深湖环境,形成近岸水下扇。
沙二段沉积初期,发生大规模水退,港西凸起与南部孔店-羊三木凸起相连出露于地表,此时港西凸起物源供给能力最强,在地震反射界面上能够看到较为明显的下切侵蚀沟槽,为砂体向凹陷内部搬运提供输砂通道,能够在港西凸起周缘形成规模较大扇体,沙二段可进一步划分为滨Ⅳ、滨Ⅲ和滨Ⅱ3个短期正旋回,由下至上水深逐渐加深,与之对应的,港西凸起出露面积逐渐减少,物源供给能力逐渐减弱,斜坡区可容纳空间逐渐增加,沟槽斜切侵蚀现象逐渐减弱,向凸起方向,砂体上超于不整合面之上,与短期旋回内最大湖泛期泥岩形成上超遮挡型地层-岩性圈闭。
港西凸起周缘砂体规模相对较小,砂体聚集区远离有效烃源岩发育区,砂体平面展布与油气疏导体系之间叠置关系是油气能否成藏的主控因素。不整合面和断裂构成高效疏导体系为高斜坡区提供油源。沙二段沉积时期,出现大范围湖退,港西凸起出露面积增加,沙三1顶部地层遭受强烈剥蚀,形成区域不整合面,为油气横向运移提供通道,同时港东断层和滨海断裂系持续活动,为沙三段烃源岩产生的油气向上运移提供通道,与沙二段底部区域不整合和油源断裂向叠置的储集层具有形成圈闭的有利条件,是勘探有利目标区(图5)。
砂体与砂二段不整合面和油源断裂所组成的体系主要发育沙三段地层上倾尖灭油气藏、沙二段地层超覆油气藏和沙二段地层岩性油气藏3种类型。针对这些有利目标区,布置20余口勘探井位,港西凸起周缘地层超覆剥蚀带获得重要勘探突破,获得探明储量1 000余万吨,多口井获得高产工业油流,其中:X 1603井沙二段滨Ⅲ油层组获得油气层厚度43 m,5 mm油嘴产气33 069 m3/d;X 1602井沙二段滨Ⅲ油层组获得油气层厚度50 m,5 mm油嘴产油61.73 t/d;X 1602-11井沙二段滨Ⅲ油层组获得油气层厚度27.7 m,5 mm油嘴产油68 t/d;X 1602-12井沙二段滨Ⅲ油层组获得油气层厚度26.2 m,5 mm油嘴产油48 t/d;X 1601井沙二段滨Ⅳ油层组获得油气层厚度11.6 m,5 mm油嘴产油17.1 t/d。
北部燕山物源、南部埕宁隆起物源、西部沧县隆起物源是歧口凹陷古近系3个主要盆外物源,控制着湖盆内砂体空间展布特征;港西凸起物源和孔店-羊三木为2个盆内物源,其平面规模分布及物源供给能力相对较弱。通过对港西凸起空间分布规律、重矿矿物特征、油气成藏模式及勘探实践研究证实,在沙二段和东营组沉积时期,凸起出露面积较大,物源供给能力增强,沙二段底部区域性强烈不整合与油源断裂组成的疏导体系,具备在沙二段不整合面上下形成沙三段地层上倾尖灭油气藏、沙二段地层超覆油气藏和沙二段地层岩性油气藏成藏条件,针对该有利勘探目标区实施多口探井,获得高产工业油流,油气成藏模式得到验证。下一步将根据现有勘探成果,针对港西凸起内部物源供给能力和砂体平面配置关系展开源汇系统方面的研究工作,拓展现有成果认识,为井位部署提供技术支撑。
The authors have declared that no competing interests exist.
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