松遼盆地東南緣層序地層與沉積充填響應
——以梨樹斷陷西北部沙河子組地層為例

武繼躍，盧海嬌，李浮萍，趙紅格，李文厚，單敬福

(1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065； 2.西北大學地質學系大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069； 3.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018； 4.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北武漢 430100)

松遼盆地東南緣層序地層與沉積充填響應
——以梨樹斷陷西北部沙河子組地層為例

武繼躍1，盧海嬌2，李浮萍3，趙紅格2，李文厚2，單敬福4

(1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065； 2.西北大學地質學系大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069； 3.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018； 4.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北武漢 430100)

為認識松遼盆地梨樹斷陷沙河子組層序地層與沉積體系充填類型，利用鉆井、地震等資料，分析該區東南緣西丁家地區沙河子組三級層序地層劃分與沉積充填特征.結果表明：通過SB1、SB2和SB3層序界面識別，沙河子組地層由下至上分為SQ1和SQ2兩套三級層序.三級層序內部分為低位、湖侵和高位體系域，低位體系域的堆積方式主要表現為進積，湖侵體系域的堆積方式主要表現為退積，高位體系域的堆積方式主要表現為進積和加積.該區沉積相類型主要包括扇三角洲、辮狀河三角洲和湖泊相，其中扇三角洲、辮狀河三角洲相為主要沉積相類型.扇三角洲相發育在陡坡帶的下降盤，受強烈沉降作用控制明顯；辮狀河三角洲相發育在以長軸物源為特征的緩坡帶，層序發育、構造演化與沉積充填響應具有同步性.該研究結果為尋找松遼盆地東南緣深層洼陷帶隱蔽油氣藏、確定有利勘探方向提供依據.

層序地層；層序界面；沉積相；充填響應特征；松遼盆地；西丁家地區；沙河子組

0 引言

松遼盆地橫跨遼寧、吉林、黑龍江三省，是在中—新生代斷坳構造背景下發育的大型含油氣盆地；鉆探資料顯示，中—新生代沉積多套地層，累積厚度超過15 km.根據湖盆構造發育演化特征，盆地劃分為下部斷陷演化期和上部坳陷演化期2個演化階段[1-2]，下部斷陷演化期分為侏羅系火石嶺組斷陷初始期、白堊系沙河子組斷陷高峰期、營城組斷陷高峰晚期和登婁庫組斷坳轉換期；上部坳陷演化期主要由泉頭組—嫩江組中發育的5套地層單元組成.

目前，對該地區層序與沉積的研究主要集中在中淺層，對沙河子組及以下層位的地層層序、沉積類型及沉積相垂向演化模式等方面的研究成果較少[3-5].解習農研究松遼盆地梨樹斷陷，認為沙河子組劃分為兩套三級層序，下部層序主要發育河流—沖積體系，上部層序主要發育扇三角洲—湖泊沉積體系[1]；陳新軍、邢翔、王曉波等研究認為，松遼盆地東南緣沙河子組發育一套三級層序，陡坡帶主要發育扇三角洲—湖泊沉積體系，緩坡帶發育辮狀河三角洲—湖泊沉積體系[6-8].這些研究結果強調構造對沉積層序發育的控制作用.隨著勘探開發的深入，近年在該區深層發現可觀的油氣資源[9]，勘探結果顯示，松遼盆地深部已發現40多個小型斷陷[10-11]，其中沙河子組沉積期處在構造斷陷高峰期，構造沉降速度快、水體較深，尤其在西丁家地區南部深洼陡坡帶，近岸快速堆積產物異常發育；此外，在辮狀河三角洲前緣臨近的深水區存在二級構造坡折，坡腳處易發育濁積砂體，是形成隱蔽油氣藏的有利場所[7].

筆者通過分析巖心、巖性與測井旋回特征，結合地震反射結構中頂超、下超等反射終止類型，識別層序邊界(SB)、初始湖泛面(Ffs)和最大湖泛面(Mfs)等關鍵界面，建立等時地層格架單元，劃分研究區沉積體系域；分析研究區巖石粒度、巖心相、測井相和地震相，結合區域湖盆構造背景，構建松遼盆地東南緣沉積層序和沉積發育模式，為后續勘探開發提供依據.

1 區域地質特征

研究區位于松遼盆地東南緣梨樹斷陷西北部深凹—皮家斜坡帶的二級構造單元，地理上隸屬于西丁家窩堡，面積約為250 km2.盆地早期廣泛接受沉積，與全球板塊大地構造背景演化密切相關，主要包括太平洋板塊與歐亞板塊碰撞俯沖、弧后引張作用的產物；盆內強烈的火山活動引起的地殼拉伸減薄與火山底劈等作用，是盆內斷裂廣泛發育的主控因素，梨樹斷陷是在此演化背景下發育的東高西低的多箕狀斷陷.受盆地整體構造應力場控制，構造格局由2個正向和2個負向構造單元組成，其中正向構造單元分別為沈洋凸起和雁陣斷裂帶，負向構造單元分別為桑樹臺洼陷帶和蘇家屯次洼帶(見圖1)[12-13].西丁家地區沙河子組是發育在晚三疊系變質巖基底上的一套厚度巨大的晚侏羅系—白堊系地層，整體表現為斷—坳性質的構造疊加型盆地.

圖1 研究區地理位置Fig.1 Location map of the studied area

沙河子組為斷陷湖盆早期產物，與強烈的盆緣大斷裂密切相關.研究區向西部斷超終止于桑樹臺大斷裂，向北逐漸超覆于楊大城子凸起帶上，且在盆緣遭受強烈剝蝕，巖性表現為多樣性，主要為深湖—半深湖特征的灰黑、黑色泥巖，分選稍差的中細、中粗粒度砂巖，間或與砂礫巖互層，地層底部及基底與下伏火石嶺組地層多呈高角度不整合接觸關系，與上覆營城組地層呈“假整合”接觸關系.沙河子組地層內部劃分為沙一段(SQ1)和沙二段(SQ2)兩套完整地層旋回，兩套地層分布范圍存在較大差異，SQ1分布局限，SQ2分布相對廣泛[14](見圖2).

沙一段(SQ1)地層集中分布在桑樹臺洼陷帶，在蘇家屯次洼帶也有零星展布，平均厚度為150～200 m，其中，桑樹臺洼陷帶南部深陷帶一般厚度為500～1 200 m.巖性分布平面分異，陡坡帶一側巖性偏粗，多為中粗、局部含泥礫粗砂巖；緩坡帶至洼陷帶巖性相對較細，多為中細砂巖向灰黑色泥巖過渡[14].

沙二段(SQ2)地層由早期的孤立分隔向南北連片轉變，與沙二段沉積期底層快速斷陷作用有關；此外，因構造作用不斷強化，沉積中心也由早期的多個向單個轉變，形成統一的沉積沉降中心.鉆井、地震識別結果表明，北部斜坡帶地層平均厚度為200～300 m，桑樹臺洼陷帶平均厚度為600～1 500 m[14].

2 層序地層特征

識別和劃分層序的主要方式是建立層序地層格架[15].通常需要根據不同層次級別層序界面的識別標志進行地層對比或關鍵界面識別，在研究區滿覆蓋的地震剖面和連井剖面上追蹤對比關鍵層序界面和最大湖泛面，是建立盆地層序地層格架的基礎.

通過層序界面識別標志，如單井所揭示的河道底沖刷河床滯留沉積物、旋回樣式的轉換面和泥巖顏色的突變等，結合盆地演化史、盆地沉降特征等分析，進行井震聯合追蹤對比，建立等時地層格架[6].沙河子組地層可劃分為SQ1和SQ2兩套三級層序，每套三級層序內部又可進一步劃分為低位體系域(LST)、湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST)(見圖3).

圖3 X8井沙二段地層單元體系域界面特征Fig.3 Characteristics of system tracks boundaries in SQ2 of X8 well

2.1 層序界面特征

三級層序界面的形成與構造運動幕式旋回相關，主要受構造、物源供給、湖平面升降、氣候等因素控制[16-17]，且在一定程度上存在發育演化的同步性.西丁家地區沙河子組的兩套三級層序分別對應3個層序界面，由下至上為SB1、SB2和SB3(見圖3).

根據地震剖面，SB1層序界面上下兩套地層地震相差異明顯，界面之上地層多表現為前積、楔狀地震相，地震同向軸連續性相對較好，振幅強，地層界面較易識別，與下伏的高角度不整合接觸關系非常清楚，三級層序SQ1下部地震反射軸波組直接超覆于該界面之上.SB2層序界面多為高連同相軸，振幅強，說明上下兩套地層因年代不同，波阻抗存在較大差異，進而形成強反射界面，在靠近盆緣一側，局部見削截現象.SB3為一區域不整合面，與上覆地層呈“假整合”接觸關系，且界面上下的地震相特征差異明顯，上部為一套強振、高連、中高頻地震反射波組，下部為一套弱振、中低連、中低頻地震反射波組，形成沙河子組與營城組兩套地層單元的分界面(見圖3).

2.2 湖泛面特征

以X8井沙二段(SQ2)地層單元為例，對研究區主要湖泛面進行識別與劃分.

2.2.1 初始湖泛面(Ffs)

初始湖泛面(Ffs)是重要的體系域劃分界限，是低水位體系域和湖侵體系域的分界，與層序底界(SB2)所限定的地層單元為低位體系域.在地震解釋剖面上，利用坡折帶與上超點位置確定初始湖泛面位置，初始湖泛面是進積式準層序組向退積式準層序轉換的關鍵界面，常常被上覆湖侵上超[18](見圖3(a)). 2.2.2 最大湖泛面(Mfs)

最大湖泛面(Mfs)與層序頂界(SB3)所限定的地層單元為高位體系域，與初始湖泛面(Ffs)所限定的地層單元為湖侵體系域.在地震解釋剖面上，體系域的識別主要根據地震反射波組特征與地震反射終端終止類型，結合鉆井巖性旋回特征與坡折類型進行綜合識別(見圖3(a)、(b)).為確定同相軸與湖盆坡折之間的關系，需根據視頂超與下超兩種地震反射終端類型確定最大湖泛面位置；最大湖泛面為退積式準層序組向前積與加積式準層序組轉變的關鍵界面，常常被上覆高位下超[18](見圖3(a)).

根據各級次層序界面識別標志，考慮構造、湖平面升降等層序發育控制因素，將沙河子組地層劃分為SQ1和SQ2兩套三級層序，每套三級層序內部對應低位體系域(LST)、湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST)，其中低位體系域由多個進積式準層序組組成，整體呈正旋回；湖侵體系域由多個退積式準層組組成，整體呈正旋回；高位體系域由多個進積或加積式準層組組成，整體呈反旋回.三套體系域組成完整的三級層序地層單元(見圖3).

3 沉積相類型

根據西丁家地區多口井巖心觀察結果，結合粒度分析與區域構造演化背景，將沙河子組沉積相劃分為3類相、8類亞相和16類微相(見表1).

表1 研究區沙河子組沉積相類型Table 1 Classification of sedimentary in Shahezi formation of research area

梨樹斷陷早白堊世經歷斷陷初始期、斷陷高峰期、斷坳轉換期等構造演化階段，沙河子組沉積期處于斷陷高峰期.利用巖心、測井、錄井、地震等資料，結合區域構造演化背景，分析西丁家地區沙河子組沉積相類型，該區主要發育扇三角洲、辮狀河三角洲和湖泊等沉積相類型，其中，扇三角洲和辮狀河三角洲相是主要發育的沉積相類型[19].

3.1 扇三角洲

3.1.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原亞相主要發育水上分流河道和水上分流河道間微相.水上分流河道微相巖性主要以灰色粗碎屑為主，多夾礫巖(見圖4(c))，一般呈正旋回.巖心觀察常見大型槽狀與板狀交錯層理，測井曲線多表現為齒化箱型或鐘型(見圖4(a)).水上分流河道間微相發育在分流河道之間，多為洪水期河道內部相對較細懸浮物質溢出河床，在河道兩側或之間堆積而成，主要發育紫色或氧化色調為主的泥巖夾粉砂巖和粉細砂巖，常見小型交錯層理，亦可見重力流機制引發的滑塌變形構造，測井曲線多表現為微齒化、起伏較小、低平等特征(見圖4(a))，含砂率相對低.

3.1.2 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣亞相主要發育水下分流河道、水下分流河道間、河口壩和席狀砂等多種微相，水下分流河道是水上分流河道的水下延伸，粒度相對水上部分細一些，但泥質含量進一步減少，由含礫砂巖和中粗砂巖組成，常發育交錯層理、波狀層理、平行層理、斜層理和脈狀層理等.水下分流河道間常處于水下天然堤兩側，多由粒度較細的粉砂、細砂組成.河口壩微相呈反旋回，下細上粗，砂巖普遍分選較好，多為中細砂巖，由于經受一定程度的波浪淘洗作用，砂巖成熟度相對較高.席狀砂微相位于扇三角洲前緣的外前緣，粒度較細，主要以粉砂巖為主，成熟度較高.在X6井地震剖面中，可見楔狀地震相，地震相多指示高能沉積環境，反映近岸快速沉積特征(見圖4(b)).

圖4 扇三角洲識別標志Fig.4 Identification mark of fan delta

3.2 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲相是巖石粒度介于扇三角洲與正常三角洲之間的過渡相類型，水動力學機制主要表現為牽引流[20]，粒度累積概率曲線主要表現為河流相的兩段式，C—M圖常表現為粗端元組分牽引流特征的N—O—P—Q段，缺少R—S段，與辮狀河三角洲水動力和水道搬運能力強有關.

3.2.1 辮狀河三角洲平原

辮狀河三角洲平原亞相可分為辮狀河道、辮狀河道間和溢岸沉積等微相類型，其中辮狀河道微相以河道充填和心灘壩為主，多由垂向的加積和順物源方向的前積形成，巖性多為淺灰色、灰色中粗砂巖，泥巖以灰、深灰色為主.辮狀河道間微相主要發育在相對低洼地區.溢岸沉積微相由洪水期河道內部懸浮細粒物質溢出河床、在兩側低洼地帶沉積而成，電測曲線主要表現為齒化箱型或鐘型.

3.2.2 辮狀河三角洲前緣

辮狀河三角洲前緣亞相可分為水下分流河道、水下分流河道間等微相類型.水下分流河道微相沉積物以灰色中粗砂巖為主，電測曲線多表現為齒化箱型、鐘型特征.水下分流河道間微相巖性相對較細，多以灰色、深灰色和灰黑色泥巖夾灰色粉砂巖為主，電測曲線多表現為指型、鋸齒型特征；細粒部分電測曲線表現為低幅平直、略有齒化特征.如在X9井地震剖面中，可見S型—斜交前積復合地震相，通常反映中—高能環境下三角洲沉積特征(見圖5).

3.3 湖泊相

相對上覆營城組地層，沙河子組地層暗色泥巖含量更高，湖泊相是地層發育最為廣泛的沉積相類型，可分為深湖—半深湖亞相和濱淺湖亞相.在桑樹臺深洼中心，深湖—半深湖亞相分布面積較廣，常發育濁積體和湖泥等微相類型，濱淺湖亞相常常發育湖泥、灘壩體系等微相類型.如在X7井地震剖面中，可見席狀地震相，地震反射軸多為平行—亞平行結構，通常反映弱能環境下的湖相沉積特征(見圖6).

圖5 X9井辮狀河三角洲前緣亞相識別標志Fig.5 Identification mark for braided delta front in X9 well

圖6 研究區湖泊相識別標志Fig.6 Identification mark for lake facies inreaearch area

4 沉積體系分布特征

4.1 沉積剖面特征

以研究區北部過X9井和X7井沉積相剖面為例，東西部2個沉降中心活動強弱存在差異：東部桑樹臺洼陷帶由于盆緣斷裂活動指數大，提供的可容納空間多，沉積地層累積厚度大；西部蘇家屯次洼帶由于邊界斷層活動指數較弱，提供的可容納空間較少，沉積地層累積厚度較小.剖面縱向上存在相分異：下部SQ1層序由于物源供給充分，多發育扇三角洲沉積相類型；上部SQ2層序由于物源供給不充分，屬饑餓型沉積，湖泥較發育.兩套三級層序在構造活動強弱相近的條件下，受物源供給影響，形成不同的層序發育模式(見圖7).

圖7 沉積相剖面特征Fig.7 Characteristics of deposition section

4.2 平面展布特征

綜合多種相標志，進行單井相、連井相和點—線—面分析，結合物源分析結果等劃分層序單元，采取優勢相原則[21]對研究區平面相成圖(見圖8、圖9).由圖8、圖9可見，營城組與沙河子組沉積特征不同，沙河子組表現為深水沉積特征，營城組表現為淺水沉積特征，原因是兩套地層發育所處沉積構造演化階段與期次不同，前者處于斷陷高峰期，快速的構造沉降形成局部的高可容納空間，并使其長期處于深水環境；后者處于斷陷高峰晚期，同時向斷坳轉換期轉變，構造作用相對減弱，在北部緩坡帶，易發育以長軸物源為特征的辮狀河三角洲，其前緣砂體廣泛發育，形成巨厚砂體堆積[15].

沙河子組沉積期，上下疊置的兩套層序發育演化史具有一定繼承性，根據湖平面升降旋回，湖平面逐漸上升.在SQ1層序發育期，沈洋凸起將梨樹斷陷西北部分為彼此孤立的兩個構造單元，它們分別進行各自有限湖盆的沉積演化，但構造樣式存在差異，蘇家屯次洼帶表現為雙斷凹陷模式，桑樹臺洼陷帶表現為單斷模式.平面上，蘇家屯次洼帶為雙向物源體系，桑樹臺洼陷帶為單向物源體系，從而形成不同層序沉積樣式(見圖8(a)、圖9(a)).在SQ2層序發育期，由于控陷斷裂的活動性增強，蘇家屯次洼帶與桑樹臺洼陷帶南北溝通，形成具有統一沉積沉降中心的洼陷帶，表現為北高南低的構造展布格局，北部為緩坡帶，南部為陡坡帶(見圖8(b)、圖9(b)).

圖8 梨樹斷陷西北部沉積相平面展布Fig.8 Sedimentary facies maps of SQ1 and SQ2 in northwest Lishu fault depression

圖9 梨樹斷陷西北部沉積相模式Fig.9 Sedimentary facies model maps of SQ1 and SQ2 in northwest Lishu fault depression

5 沉積充填演化分析

斷陷湖盆發育早期屬侏羅紀火石嶺組沉積期，梨樹斷陷主體桑樹臺洼陷帶已基本定型，西側沈洋凸起為一個古隆起，在桑樹臺洼陷帶定型前便已存在，持續為盆地沉積沉降中心提供物源.

沙一段(SQ1)層序發育期，西丁家地區處于斷陷高峰早期，受明顯斷裂控制作用，被多組正向和反向斷裂分別分割為蘇家屯次洼帶(1個地塹)和桑樹臺洼陷帶(1.5個地塹)(見圖1).這兩個地塹、半地塹的形成演化受斷陷期拉張強度控制，東部桑樹臺洼陷帶沙河子組最大沉積累積厚度大于1 200 m.陡坡帶桑樹臺大斷裂的強烈活動提供高可容納空間，使扇三角洲扇體快速入湖，形成規模較大的近岸扇體堆積，在地震剖面上表現為明顯、易識別的楔狀地震反射結構，在層序堆積樣式上表現為前積—退積為特征的地震反射結構，反映高能環境下粗粒、分選差、快速堆積等近岸充填扇三角洲沉積特征.該時期湖盆持續加速沉降，可容納空間增長速率(A)遠大于沉積物供給速率(S)，表現為A/S＞1，常發育欠補償類型的沉積層序，因此在沉積中心部位發育巨厚的泥巖沉積.在深湖—半深湖區，由于水體深，水下多斷階形成斷裂坡折，有利于重力流成因的濁積砂體發育，在平面上廣泛分布，此類砂體是未來油氣勘探的重要方向.

沙二段(SQ2)層序發育期，西丁家地區處于斷陷高峰中期，斷陷作用持續加強，使多個孤立分割的地塹—半地塹聯合，形成具有統一沉降中心的半地塹.西部盆地邊緣受梨樹大斷裂控制，形成陡坡帶，靠近陡坡帶的梨樹大斷裂沉降速率進一步加快，提供高可容納空間，使陡坡帶充填具有近岸快速堆積的扇三角洲沉積.靠近緩坡帶一側的雁陣斷裂帶，發育以長軸物源為特征的辮狀河三角洲沉積，地震相多表現為S型—斜交前積復合型特征(見圖5(b))，反映緩坡帶一側有辮狀河三角洲沉積充填.

北部緩坡帶為具有長軸物源特征的辮狀河三角洲的發育創造了古地貌條件，形成入湖較遠的辮狀河三角洲相沉積，略呈“朵葉狀”展布；扇三角洲較近快速堆積，主要局限在陡坡帶一側，呈“扇形”展布.兩種沉積相類型平面分布特征差異明顯，主要原因為：(1)兩種相類型發育位置不同，扇三角洲發育在陡坡帶一側，地勢較陡，河流攜帶粗碎屑物質在入湖時，重力突然卸載，使沉積物快速堆積，從而使河流失去進一步前進的動力；辮狀河三角洲位于地勢相對平緩的緩坡帶一側，重力卸載相對較慢，河流攜帶碎屑物質可以沿著地勢平緩的湖底向前“滑行”更遠.(2)兩種扇體堆積水動力學機制存在差異，扇三角洲重力流機制占主導地位，在巖心上常見因垮塌等作用形成的磨圓度較差、呈棱角狀的泥礫、泥巖撕裂屑等(見圖4(c))；辮狀河三角洲牽引流占主導地位，巖心上常見多種層理類型，如平行層理和脈狀層理等，顆粒磨圓度也比扇三角洲的好(見圖5(c)).

北部緩坡帶辮狀河三角洲成因砂體規模大、分選較好、橫向延展性好，上覆營城組一段深湖—半深湖暗色泥巖具有遮擋作用，既可形成區域性優質蓋層，也可形成區域性烴源巖，形成較好的上生中儲上蓋式成藏組合，使該區域成為下一步勘探重點有利方向.

6 結論

(1)松遼盆地梨樹斷陷西北部沙河子組地層主要發育扇三角洲相、辮狀河三角洲相和湖泊相等沉積相類型，其中扇三角洲相和辮狀河三角洲相為研究區主要油儲集空間.辮狀河三角洲相可進一步細分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣及前辮狀河三角洲等亞相類型；辮狀河三角洲前緣可分為水下分流河道、水下分流河道間和河口壩等微相類型.

(2)扇三角洲相多發育于陡坡帶一側，延伸方向平行于湖盆的短軸方向，碎屑沉積物快速卸載堆積，重力流機制占主導地位，扇形較短；辮狀河三角洲相多發育于緩坡帶一側，延伸方向平行于湖盆的長軸方向，牽引流占主導地位，扇形較長，多呈朵葉狀.不同沉積條件形成研究區“陡坡扇形，緩坡朵葉”的三角洲扇體整體堆積模式.

(3)在沙河子組沉積期，沙一段(SQ1)和沙二段(SQ2)層序發育演化期湖盆類型不同，SQ1層序屬于“窄盆深水”類型，SQ2層序屬于“廣盆深水”類型.研究區主要發育以長軸物源為特征的辮狀河三角洲沉積，沉積砂體規模大.縱向上，辮狀河三角洲砂體厚度大，上覆營城組一段地層同時作為優質烴源巖與蓋層，可形成上生中儲上蓋式的成藏組合，使梨樹斷陷西北地區北部斜坡帶成為下一步勘探開發重點目標.

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TE122.1

A

2095-4107(2014)05-0040-11

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.006

2014-05-27；編輯朱秀杰

國家自然科學基金項目(41372125)；湖北省教育廳基金項目(Q20121210)；中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室開放基金項目(TPR-2012-23)

武繼躍(1987-)，男，碩士，主要從事石油地質、油氣田開發和提高采收率方面的研究.

單敬福，E-mail：shanjingfu2003@163.com