云南老厂矿区煤层气储层地质条件及其资源潜力

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.056

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (05): 1351-1359.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.056

云南老厂矿区煤层气储层地质条件及其资源潜力

李金龙¹(), 李倩², 蔡益栋²(), 陈伟³, 陈志柱¹, 王坚¹, 薛晓辉⁴

1.云南省煤田地质局,云南昆明 650034
2.中国地质大学(北京) 能源学院,北京 100083
3.北京福瑞宝能源科技有限公司,北京 100176
4.云南煤层气资源勘查开发有限公司,云南昆明 650034

收稿日期:2021-06-21 修回日期:2022-01-22 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-11-03
通讯作者: 蔡益栋
作者简介:蔡益栋,男,教授,博士生导师,1985年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事煤层气地质勘探与开发。Email: yidong.cai@cugb.edu.cn。
李金龙,男,高级工程师,1985年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事煤层气地质勘探与开发。Email: lijinlong6203133@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41922016)

Geological Conditions and Resource Potential of Coalbed Methane Reservoirs in Laochang Mining Area, Yunnan Province

LI Jinlong¹(), LI Qian², CAI Yidong²(), CHEN Wei³, CHEN Zhizhu¹, WANG Jian¹, XUE Xiaohui⁴

1. Yunnan Province Bureau of Coal Geology, Kunming, Yunnan 650034, China
2. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3. Beijing Furuibao Energy Technology Company, Beijing 100176, China
4. Yunnan CBM Exploration and Development Co.,Ltd., Kunming, Yunnan 650034, China

Received:2021-06-21 Revised:2022-01-22 Online:2022-10-10 Published:2022-11-03
Contact: CAI Yidong

摘要/Abstract

摘要：

云南老厂矿区煤层气资源丰富,是近年来我国煤层气资源勘探开发的热点区域。针对煤层厚度、储层物性、含气量等储层基本参数特征进行分析,对区域煤层气资源潜力进行评价。结果表明:云南老厂矿区煤层厚度较大、层数较多,煤层顶底板以泥岩、粉砂岩为主,生储盖配置较好;目标煤层孔隙度相对较高,裂隙较为发育,可为煤层气的富集和产出提供良好的条件;主要煤层压力整体上属于常压储层,煤层解吸速率较高;同时煤储层大多处于欠饱和状态,开发过程中需要较长时间的排水降压;老厂矿区雨汪区块埋藏深度小于1 000 m的煤层气资源量为270.93亿m³,资源丰度为3.20亿m³/km²。总体而言,研究区煤层气勘探开发条件较好,具有较大的勘探开发的资源潜力。

关键词: 老厂矿区, 煤层气, 渗透率, 含气量, 资源潜力

Abstract:

The Laochang mining area in Yunnan is rich in coalbed methane resource, and is a hot spot for coalbed methane resource exploration and development in China in recent years. Here, the basic reservoir parameter characteristics, such as coal seam thickness, reservoir physical properties and gas content are analyzed, and the potential of regional coalbed methane resources is discussed. Our results show that the coal seams in Laochang mining area are thick and multi-layered, the coal seam roof and floor are mainly mudstone and siltstone, respectively, and the configuration of source-reservoir-cap is good. The target coal seam has relatively high porosity and well-developed fractures, which can provide favorable conditions for the enrichment and output of coalbed methane. The main coal seam pressure belongs to the normal pressure reservoir as a whole, and the desorption rate of coal seam is high. Meanwhile, most of the coal reservoirs are under-saturated, and it took long time to drain and depressurize during their development. The coalbed methane resource with buried depth below 1,000 m in the Yuwang block are 27.093 billion m³, and the resource abundance is 320 million m³/km². In general, the local coalbed methane exploration and development conditions are good, and there is great resource potential for exploration and development.

Key words: Laochang mining area, coalbed methane, permeability, gas content, resource potential

中图分类号:

李金龙, 李倩, 蔡益栋, 陈伟, 陈志柱, 王坚, 薛晓辉. 云南老厂矿区煤层气储层地质条件及其资源潜力[J]. 现代地质, 2022, 36(05): 1351-1359.

LI Jinlong, LI Qian, CAI Yidong, CHEN Wei, CHEN Zhizhu, WANG Jian, XUE Xiaohui. Geological Conditions and Resource Potential of Coalbed Methane Reservoirs in Laochang Mining Area, Yunnan Province[J]. Geoscience, 2022, 36(05): 1351-1359.

图/表 12

图1 老厂矿区勘查区位置及构造纲要图

Fig.1 Structural outline map of Laochang block

图2 老厂矿区雨汪区块含煤地层综合柱状图[13]

Fig.2 Stratigraphy for coalbeds in the Laochang Block[13]

表1 老厂矿区可采煤层主要煤质指标统计

Table 1 Statistics of main coal quality indexes of minable coal seam in Laochang block

煤层编号	煤岩	工业分析成分/%				发热量 / (MJ/kg)		全水分 (Mar) /%	全硫 (St,d) /%	真密度TRD /(t/m³)	视密度ARD /(t/m³)
煤层编号	煤岩	水分 (Mad)	灰分 (Ad)	挥发分 (Vdaf)	固定碳 (FC,d)	Qgr,ad	Qnet,ar	全水分 (Mar) /%	全硫 (St,d) /%	真密度TRD /(t/m³)	视密度ARD /(t/m³)
C₂	原煤	$0.20 ~ 2.44 1.02$	$10.14 ~ 48.39 23.05$	$6.82 ~ 19.59 10.61$	$39.27 ~ 82.25 67.52$	$15.70 ~ 36.63 28.92$	$14.51 ~ 29.45 25.67$	$1.30 ~ 14.20 3.99$	$0.05 ~ 7.21 1.97$	$1.53 ~ 1.83 1.63$	$1.41 ~ 1.73 1.56$
C₃	原煤	$0.24 ~ 2.97 1.05$	$10.00 ~ 51.21 20.02$	$6.40 ~ 19.05 9.40$	$41.60 ~ 82.99 71.52$	$15.38 ~ 36.85 30.50$	$14.76 ~ 30.40 27.43$	$1.41 ~ 19.00 4.13$	$0.25 ~ 6.51 1.26$	$1.48 ~ 1.68 1.60$	$1.40 ~ 1.64 1.51$
C₄	原煤	$0.28 ~ 2.72 1.11$	$9.90 ~ 39.64 20.92$	$5.91 ~ 15.16 9.85$	$50.92 ~ 80.60 70.53$	$19.92 ~ 36.41 29.70$	$17.74 ~ 30.35 26.85$	$1.50 ~ 15.40 4.82$	$0.35 ~ 5.59 1.71$	$1.52 ~ 1.82 1.65$	$1.43 ~ 1.80 1.54$
C₇₊₈	原煤	$0.22 ~ 3.74 1.00$	$9.77 ~ 45.16 19.98$	$5.82 ~ 12.44 8.65$	$55.15 ~ 82.67 72.47$	$16.94 ~ 36.64 30.24$	$16.27 ~ 31.50 27.11$	$1.29 ~ 15.90 6.43$	$0.36 ~ 6.41 2.23$	$1.52 ~ 1.74 1.64$	$1.40 ~ 1.86 1.53$
C₉	原煤	$0.26 ~ 3.11 1.26$	$9.87 ~ 47.33 20.85$	$5.24 ~ 14.75 8.82$	$44.13 ~ 88.83 71.78$	$17.34 ~ 36.71 29.22$	$13.22 ~ 30.31 26.19$	$0.93 ~ 26.80 6.69$	$0.28 ~ 7.40 1.37$	$1.46 ~ 1.90 1.63$	$1.38 ~ 1.76 1.52$
C₁₃	原煤	$0.25 ~ 3.32 1.20$	$9.41 ~ 49.68 20.98$	$5.65 ~ 13.11 8.19$	$40.65 ~ 83.59 71.67$	$15.96 ~ 36.77 30.28$	$13.55 ~ 31.34 27.16$	$0.85 ~ 12.00 4.89$	$0.25 ~ 6.46 2.04$	$1.52 ~ 1.97 1.73$	$1.41 ~ < 2.00 < 1.60$
C₁₄	原煤	$0.23 ~ 3.69 1.16$	$9.73 ~ 52.94 23.57$	$5.44 ~ 17.25 8.64$	$39.91 ~ 85.86 69.16$	$15.07 ~ 37.05 30.38$	$13.42 ~ 31.18 27.00$	$1.20 ~ 17.80 5.02$	$0.35 ~ 6.80 1.64$	$1.51 ~ 2.55 1.81$	$1.41 ~ 2.37 1.68$
C₁₅	原煤	$0.32 ~ 3.67 1.16$	$11.99 ~ 51.19 22.77$	$5.96 ~ 11.34 7.84$	$38.50 ~ 82.77 70.30$	$14.85 ~ 35.51 27.79$	$14.14 ~ 28.95 25.64$	$1.53 ~ 13.90 5.41$	$0.27 ~ 4.00 1.45$	$1.47 ~ 1.79 1.65$	$1.42 ~ 1.70 1.57$
C₁₆	原煤	$0.28 ~ 4.12 1.22$	$11.23 ~ 45.41 21.59$	$4.75 ~ 12.90 8.14$	$48.43 ~ 83.00 71.30$	$18.38 ~ 36.66 30.23$	$17.02 ~ 30.60 26.73$	$0.85 ~ 18.10 5.89$	$0.31 ~ 5.19 1.28$	$1.48 ~ 1.82 1.64$	$1.38 ~ 1.74 1.55$
C₁₇	原煤	$0.35 ~ 3.28 1.25$	$11.58 ~ 56.49 26.37$	$6.10 ~ 13.95 8.31$	$36.01 ~ 78.90 67.23$	$12.28 ~ 32.37 25.01$	$11.66 ~ 26.83 22.83$	$1.45 ~ 12.64 4.69$	$0.39 ~ 12.78 4.49$	$1.77 ~ 1.97 1.81$	$1.41 ~ 1.86 1.65$
C₁₈	原煤	$0.29 ~ 3.78 1.34$	$9.07 ~ 41.70 23.38$	$4.55 ~ 23.40 8.73$	$22.49 ~ 85.15 68.63$	$8.50 ~ 36.19 28.87$	$7.49 ~ 29.78 24.14$	$1.44 ~ 21.20 7.81$	$0.41 ~ 9.46 3.62$	$1.52 ~ 1.82 1.72$	$1.43 ~ 1.80 1.61$
C₁₈₊₁	原煤	$0.34 ~ 1.48 0.73$	$10.41 ~ 54.47 23.13$	$5.81 ~ 14.14 7.79$	$38.73 ~ 84.39 72.37$	$14.53 ~ 35.68 27.48$	$11.67 ~ 29.95 25.39$	$1.45 ~ 15.50 4.35$	$0.91 ~ 3.38 1.88$	$1.56 ~ 1.59 1.58$	$1.44 ~ 1.66 1.50$
C₁₉	原煤	$0.25 ~ 3.23 1.21$	$8.13 ~ 57.22 28.94$	$5.65 ~ 18.24 10.52$	$34.87 ~ 88.10 63.39$	$14.48 ~ 36.75 29.61$	$11.44 ~ 31.30 26.48$	$1.39 ~ 14.50 6.06$	$0.41 ~ 8.84 4.46$	$1.55 ~ 2.09 1.74$	$1.37 ~ 2.20 1.71$
合计	原煤	$0.20 ~ 4.12 1.12$	$8.13 ~ 57.22 22.53$	$4.55 ~ 23.40 8.87$	$34.87 ~ 88.83 69.99$	$8.50 ~ 37.05 29.35$	$7.49 ~ 31.64 25.98$	$0.85 ~ 26.80 5.61$	$0.05 ~ 12.78 2.20$	$1.46 ~ 2.55 1.68$	$1.37 ~ 2.37 1.57$

表1 老厂矿区可采煤层主要煤质指标统计

Table 1 Statistics of main coal quality indexes of minable coal seam in Laochang block

煤层编号	煤岩	工业分析成分/%				发热量 / (MJ/kg)		全水分 (Mar) /%	全硫 (St,d) /%	真密度TRD /(t/m³)	视密度ARD /(t/m³)
煤层编号	煤岩	水分 (Mad)	灰分 (Ad)	挥发分 (Vdaf)	固定碳 (FC,d)	Qgr,ad	Qnet,ar	全水分 (Mar) /%	全硫 (St,d) /%	真密度TRD /(t/m³)	视密度ARD /(t/m³)
C₂	原煤	$0.20 ~ 2.44 1.02$	$10.14 ~ 48.39 23.05$	$6.82 ~ 19.59 10.61$	$39.27 ~ 82.25 67.52$	$15.70 ~ 36.63 28.92$	$14.51 ~ 29.45 25.67$	$1.30 ~ 14.20 3.99$	$0.05 ~ 7.21 1.97$	$1.53 ~ 1.83 1.63$	$1.41 ~ 1.73 1.56$
C₃	原煤	$0.24 ~ 2.97 1.05$	$10.00 ~ 51.21 20.02$	$6.40 ~ 19.05 9.40$	$41.60 ~ 82.99 71.52$	$15.38 ~ 36.85 30.50$	$14.76 ~ 30.40 27.43$	$1.41 ~ 19.00 4.13$	$0.25 ~ 6.51 1.26$	$1.48 ~ 1.68 1.60$	$1.40 ~ 1.64 1.51$
C₄	原煤	$0.28 ~ 2.72 1.11$	$9.90 ~ 39.64 20.92$	$5.91 ~ 15.16 9.85$	$50.92 ~ 80.60 70.53$	$19.92 ~ 36.41 29.70$	$17.74 ~ 30.35 26.85$	$1.50 ~ 15.40 4.82$	$0.35 ~ 5.59 1.71$	$1.52 ~ 1.82 1.65$	$1.43 ~ 1.80 1.54$
C₇₊₈	原煤	$0.22 ~ 3.74 1.00$	$9.77 ~ 45.16 19.98$	$5.82 ~ 12.44 8.65$	$55.15 ~ 82.67 72.47$	$16.94 ~ 36.64 30.24$	$16.27 ~ 31.50 27.11$	$1.29 ~ 15.90 6.43$	$0.36 ~ 6.41 2.23$	$1.52 ~ 1.74 1.64$	$1.40 ~ 1.86 1.53$
C₉	原煤	$0.26 ~ 3.11 1.26$	$9.87 ~ 47.33 20.85$	$5.24 ~ 14.75 8.82$	$44.13 ~ 88.83 71.78$	$17.34 ~ 36.71 29.22$	$13.22 ~ 30.31 26.19$	$0.93 ~ 26.80 6.69$	$0.28 ~ 7.40 1.37$	$1.46 ~ 1.90 1.63$	$1.38 ~ 1.76 1.52$
C₁₃	原煤	$0.25 ~ 3.32 1.20$	$9.41 ~ 49.68 20.98$	$5.65 ~ 13.11 8.19$	$40.65 ~ 83.59 71.67$	$15.96 ~ 36.77 30.28$	$13.55 ~ 31.34 27.16$	$0.85 ~ 12.00 4.89$	$0.25 ~ 6.46 2.04$	$1.52 ~ 1.97 1.73$	$1.41 ~ < 2.00 < 1.60$
C₁₄	原煤	$0.23 ~ 3.69 1.16$	$9.73 ~ 52.94 23.57$	$5.44 ~ 17.25 8.64$	$39.91 ~ 85.86 69.16$	$15.07 ~ 37.05 30.38$	$13.42 ~ 31.18 27.00$	$1.20 ~ 17.80 5.02$	$0.35 ~ 6.80 1.64$	$1.51 ~ 2.55 1.81$	$1.41 ~ 2.37 1.68$
C₁₅	原煤	$0.32 ~ 3.67 1.16$	$11.99 ~ 51.19 22.77$	$5.96 ~ 11.34 7.84$	$38.50 ~ 82.77 70.30$	$14.85 ~ 35.51 27.79$	$14.14 ~ 28.95 25.64$	$1.53 ~ 13.90 5.41$	$0.27 ~ 4.00 1.45$	$1.47 ~ 1.79 1.65$	$1.42 ~ 1.70 1.57$
C₁₆	原煤	$0.28 ~ 4.12 1.22$	$11.23 ~ 45.41 21.59$	$4.75 ~ 12.90 8.14$	$48.43 ~ 83.00 71.30$	$18.38 ~ 36.66 30.23$	$17.02 ~ 30.60 26.73$	$0.85 ~ 18.10 5.89$	$0.31 ~ 5.19 1.28$	$1.48 ~ 1.82 1.64$	$1.38 ~ 1.74 1.55$
C₁₇	原煤	$0.35 ~ 3.28 1.25$	$11.58 ~ 56.49 26.37$	$6.10 ~ 13.95 8.31$	$36.01 ~ 78.90 67.23$	$12.28 ~ 32.37 25.01$	$11.66 ~ 26.83 22.83$	$1.45 ~ 12.64 4.69$	$0.39 ~ 12.78 4.49$	$1.77 ~ 1.97 1.81$	$1.41 ~ 1.86 1.65$
C₁₈	原煤	$0.29 ~ 3.78 1.34$	$9.07 ~ 41.70 23.38$	$4.55 ~ 23.40 8.73$	$22.49 ~ 85.15 68.63$	$8.50 ~ 36.19 28.87$	$7.49 ~ 29.78 24.14$	$1.44 ~ 21.20 7.81$	$0.41 ~ 9.46 3.62$	$1.52 ~ 1.82 1.72$	$1.43 ~ 1.80 1.61$
C₁₈₊₁	原煤	$0.34 ~ 1.48 0.73$	$10.41 ~ 54.47 23.13$	$5.81 ~ 14.14 7.79$	$38.73 ~ 84.39 72.37$	$14.53 ~ 35.68 27.48$	$11.67 ~ 29.95 25.39$	$1.45 ~ 15.50 4.35$	$0.91 ~ 3.38 1.88$	$1.56 ~ 1.59 1.58$	$1.44 ~ 1.66 1.50$
C₁₉	原煤	$0.25 ~ 3.23 1.21$	$8.13 ~ 57.22 28.94$	$5.65 ~ 18.24 10.52$	$34.87 ~ 88.10 63.39$	$14.48 ~ 36.75 29.61$	$11.44 ~ 31.30 26.48$	$1.39 ~ 14.50 6.06$	$0.41 ~ 8.84 4.46$	$1.55 ~ 2.09 1.74$	$1.37 ~ 2.20 1.71$
合计	原煤	$0.20 ~ 4.12 1.12$	$8.13 ~ 57.22 22.53$	$4.55 ~ 23.40 8.87$	$34.87 ~ 88.83 69.99$	$8.50 ~ 37.05 29.35$	$7.49 ~ 31.64 25.98$	$0.85 ~ 26.80 5.61$	$0.05 ~ 12.78 2.20$	$1.46 ~ 2.55 1.68$	$1.37 ~ 2.37 1.57$

表2 老厂矿区各煤层微观裂隙发育特征统计

Table 2 Statistics of micro-fracture development characteristics of each coal seam in Laochang block

煤层编号	采样深度/m	煤岩类型	主裂隙								次裂隙						连通性	裂隙发育程度
煤层编号	采样深度/m	煤岩类型	长度/cm	高度/cm		宽度 /μm		密度/ (条/cm)			长度/cm	高度/cm	宽度 /μm		密度/ (条/cm)		连通性	裂隙发育程度
C₇₊₈	721.80~722.10	半亮	0.002~0.800		0.006~2.000		5~48		6.8	0.002~0.600		0.005~0.100		5~18		7.6	中	发育
C₉	745.70~746.00	半亮	0.020~0.200		0.001~0.500		8~28		3.0	0.002~0.028		0.001~0.260		5~18		2.2	中	发育
C₁₃	665.80~666.00	半亮	0.025~3.500		0.002~3.500		5~36		5.4	0.020~0.080		0.002~0.280		5~56		7.8	好	发育
C₁₄	777.50~777.80	半亮	0.020~1.500		0.002~1.200		5~34		0.2	0.020~0.070		0.002~0.240		5~48		1.8	差	不发育
C₁₉	830.80~831.20	半亮-半暗	0.020~0.200		0.001~0.200		6~16		2.0	0.002~0.040		0.001~0.200		5~10		3.8	中	发育

图3 老厂矿区各煤层孔隙度层位分布图

Fig.3 Porosity distribution map of each coal seam in Laochang block

表3 老厂矿区煤层气井试井部分参数统计

Table 3 Statistics of coalbed methane well test parameters in Laochang block

井号	煤层编号	煤层中点埋深/m		渗透率 /mD		储层压力/MPa		破裂压力/MPa		闭合压力/MPa		储层温度/℃	井区
F1- LC1	C₇	886.28	0.036 0		7.30		16.10		16.02		20.55		道班房区块
F1- LC1	C₁₃	996.43	0.016 0		11.27		22.31		21.44		22.29		道班房区块
F1- LC2	C₇₊₈	680.95	0.005 6		5.72		19.00		18.54		27.74		雨汪区块
	C₉	701.55	0.005 8		6.31		20.06		19.70		28.95
	C₁₃	727.30	0.023 0		6.13		20.12		19.59		30.02
	C₁₉	787.95	0.025 0		5.87		18.86		18.42		32.70
L1	C₁₄	776.85	0.200 0		7.33		13.51		13.13		31.40
L1	C₁₉	830.05	0.080 0		8.07		16.10		15.70		33.90
L2	C₇₊₈	616.05	0.136 0		6.09		13.86		13.39		28.40
L2	C₉	637.30	0.052 0		6.57		15.55		15.17		29.20
ZK-2	C₁₆	167.77		0.780 0		2.04		4.71				28.40	老蚂蚁煤矿
ZK-3	C₁₆	1 134.64		0.200 0		11.73		24.26		23.34		31.10	大为化工-煤矿

图4 目标煤层储层压力与埋深关系

Fig.4 Relationship between reservoir pressure and burial depth of target coal seams

图5 老厂矿区煤层兰氏体积随深度变化

Fig.5 Curves of coal seam VL with depth in Laochang block

图6 含气饱和度与储层压力、实测含气量、埋深关系

Fig.6 Relationship between gas saturation and reservoir pressure, measured gas content and burial depth

图7 储层含气饱和度与储层压力关系图

Fig.7 Relationship between reservoir gas saturation and reservoir pressure

表4 老厂矿区煤层气地质资源量统计

Table 4 Statistics of coalbed methane geological resources in Laochang block

评价单元	含煤面积 /km²	煤层气地质资源量 /亿m³	资源丰度/ (亿m³/km²)	<1 000 m			1 000~1 500 m			1 500~2 000 m
评价单元	含煤面积 /km²	煤层气地质资源量 /亿m³	资源丰度/ (亿m³/km²)	资源量 /亿m³	资源丰度/ (亿m³/km²)	比例 /%	资源量 /亿m³	资源丰度/ (亿m³/km²)	比例 /%	资源量 /亿m³	资源丰度/ (亿m³/km²)	比例 /%
雨汪区块	84.67	270.93	3.20	270.93	3.20	100.00	/	/	/	/	/	/
道班房区块德黑向斜	169.30	702.25	4.15	107.39	2.55	15.29	224.20	4.32	31.93	370.65	4.92	52.78
道班房区块箐口向斜	5.96	25.30	4.25	0.85	2.25	3.37	11.40	4.02	45.06	13.05	4.82	51.57
道班房区块南部	75.33	396.62	5.27	43.65	3.45	11.00	107.75	4.52	27.17	245.22	6.32	61.83
合计	335.25	1 395.10	4.16	422.82	3.02	30.31	343.36	4.37	24.61	628.91	5.38	45.08

表5 老厂矿区主要煤层煤层气地质资源量统计

Table 5 Statistics of coalbed methane geological resources of main coal seams in Laochang block

评价单元	地质资源量 /亿m³			地质资源丰度 /(亿m³/km²)
评价单元	C₁₃	C₁₉	小计	C₁₃	C₁₉	小计
雨汪区块	31.33	16.09	47.42	0.37	0.19	0.56
道班房区块德黑向斜	98.19	84.65	182.84	0.58	0.50	1.08
道班房区块箐口向斜	3.05	3.05	6.09	0.65	0.55	1.20
道班房区块南部	42.18	32.39	74.58	0.56	0.43	0.99
合计	174.75	136.18	310.93	0.53	0.44	0.97

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云南老厂矿区煤层气储层地质条件及其资源潜力

Geological Conditions and Resource Potential of Coalbed Methane Reservoirs in Laochang Mining Area, Yunnan Province

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