川西坳陷上侏羅統(tǒng)遂寧組洪水—漫湖沉積特征①

陳賢良 紀(jì)友亮 楊克明 劉君龍 黃富祥 趙春妮 楊 永 李龍迪

(1．中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249;2．西安科技大學(xué) 西安 710054;3．中國(guó)石化西南油氣分公司 成都 610016)

0 引言

侏羅系是川西坳陷重要的產(chǎn)油氣層位之一，已發(fā)現(xiàn)和投入勘探開(kāi)發(fā)的大、中型天然氣田有十幾處。近年來(lái)，在新都、洛帶和什邡一帶遂寧組中鉆獲的一批工業(yè)氣井表明該層位具有巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。由于該地層埋藏淺、開(kāi)發(fā)成功率高，目前已成為川西地區(qū)淺層天然氣藏勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)對(duì)象之一。伴隨著天然氣勘探、開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)遂寧組的研究要求也越來(lái)越精細(xì)。許多學(xué)者從物源分析、沉積作用、層序地層、構(gòu)造充填等多方面對(duì)川西坳陷遂寧組進(jìn)行了深入的研究［1～12］，并取得了大量成果。大部分學(xué)者認(rèn)為遂寧組為正常湖泊沉積，發(fā)育沖積扇—曲流河—三角洲沉積體系［1～5］，也有學(xué)者認(rèn)為遂寧組為正常湖泊夾間歇性時(shí)令湖沉積［6］。

筆者基于大量巖芯、測(cè)井、錄井、地震、野外露頭和分析化驗(yàn)資料，結(jié)合現(xiàn)代沉積和國(guó)內(nèi)外干旱背景下湖盆、河流沉積特征的研究成果［13～23］，對(duì)遂寧組的沉積環(huán)境和沉積模式進(jìn)行了重新論證，并建立了一種干旱背景下坳陷湖盆全新的沉積充填模式，即“洪水—漫湖”沉積模式，該模式的建立對(duì)指導(dǎo)遂寧組天然氣勘探與開(kāi)發(fā)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 地質(zhì)概況

川西坳陷位于四川盆地西部，呈北東向展布，西以安縣—都江堰斷裂與龍門(mén)山?jīng)_斷帶為界，東以龍泉山—南江一線(xiàn)為界，南以峨眉—滎經(jīng)斷裂與川滇南北構(gòu)造帶為界，北至米倉(cāng)山前緣，面積約4×104km2(圖1)。本文所研究的川西地區(qū)西抵綿竹—都江堰—天全，東達(dá)鹽亭—簡(jiǎn)陽(yáng)—峨眉山，北至廣元，南到雅安—峨眉山。

圖1 研究區(qū)位置(據(jù)沈忠民，2011)Fig．1 Location of the study area(after Shen Zhongmin，2011)

圖2 川西坳陷遂寧組野外露頭特征(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig．2 The outcrop characteristics of the Suining Formation in western Sichuan depression

圖3 川西坳陷統(tǒng)遂寧組綜合柱狀圖(CD620井)Fig．3 Comprehensive column of the Suining Formation in western Sichuan depression(Well CD620)

晚三疊世以來(lái)，川西坳陷的形成和發(fā)展經(jīng)歷了印支、燕山和喜山三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。以印支運(yùn)動(dòng)晚幕的構(gòu)造不整合面為界，四川盆地于上古生界—中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖地層組成的沉積基底之上，充填了巨厚的晚三疊世—始新世的陸相地層。川西地區(qū)沉積厚度可達(dá)萬(wàn)米以上，以上三疊統(tǒng)須家河組—侏羅系發(fā)育最全，沉積充填序列保存最為完整［9～12］。中侏羅世沙溪廟組沉積末期的燕山II幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使川西坳陷古地貌夷平而變得較為平緩，至晚侏羅世遂寧組沉積期，四川盆地的氣候由早中侏羅世的溫暖潮濕變?yōu)檠谉岣珊担?］，龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，川西地區(qū)處于穩(wěn)定坳陷階段。

遂寧組以單一的巖性和較為鮮艷的棕褐色為特征(圖2)，與上覆、下伏地層均為整合接觸，厚度為300～500 m，是侏羅系一標(biāo)志層。除在龍門(mén)山推覆體前緣粒度明顯變粗，為一套棕紅色、磚紅色中—細(xì)粒砂巖、含礫砂巖或礫巖外，主要為一套棕褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾褐灰色粉、細(xì)砂巖組成(圖3)，含少量介形蟲(chóng)、輪藻、葉肢介及雙殼等陸相生物化石及生物遺跡化石［4］。

2 洪水—漫湖沉積特征

2．1 巖石類(lèi)型

川西坳陷遂寧組主要巖石類(lèi)型為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉—細(xì)砂巖及含礫粗砂巖等，泥巖一般以棕褐色、紫紅色為主，反映為持續(xù)暴露氧化的淺水沉積環(huán)境(圖2，3)。砂泥巖組合略顯正韻律，是漫湖環(huán)境的沉積產(chǎn)物，反映了沉積期的淺水氧化環(huán)境。

2．2 砂巖結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)150余塊巖石薄片鑒定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，川西坳陷遂寧組粉砂巖、細(xì)砂巖的陸源碎屑組分中石英含量一般為60%～75%，巖屑含量15%～50%，長(zhǎng)石含量5%～15%，巖石類(lèi)型以巖屑砂巖為主，次為巖屑質(zhì)石英砂巖(圖4)。顆粒一般為次棱角狀，少部分為棱角—次棱角狀，分選中等，部分分選好，以孔隙式膠結(jié)為主。巖石的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低。

2．3 沖刷—充填構(gòu)造

受周期性洪水影響，湖平面頻繁升降，導(dǎo)致河道或分(支)流河道頻繁發(fā)生改道、廢棄和側(cè)向遷移，砂巖層底面沖刷現(xiàn)象十分明顯(圖5a，b)。沖刷面起伏程度不一，深者可達(dá)3～4 cm，構(gòu)成了沖蝕坑或沖蝕槽，為紫紅色泥礫或砂巖礫(盆內(nèi)碎屑)的河床滯留層所充填。礫石呈次棱角狀或橢圓狀，最大礫石直徑可達(dá)4～6 cm，具一定的定向排列性，礫石層厚4～20 cm(圖5a～e)，顯正粒序，表明沉積物在快速堆積時(shí)又顯示一定分選的特點(diǎn)。泥礫顏色為灰黑色、紫紅色，礫徑有大有小，最大可達(dá)4～5 cm(圖5c，e)。其成因主要為高能單向洪水沖刷下伏早期沉積物(泥巖或砂巖)，經(jīng)搬運(yùn)、磨蝕，再沉積而形成。

圖4 川西坳陷遂寧組砂巖類(lèi)型Fig．4 Sandstone types of the Suining Formation in western Sichuan depression

2．4 牽引流和重力流兼而有之的層理構(gòu)造

遂寧組的沉積構(gòu)造既有牽引流的沉積特征，又有重力流的沉積特征。與牽引流有關(guān)的層理在垂向上呈現(xiàn)一定的韻律性，主要有平行層理、塊狀層理等(圖5f～i)，反映了水淺、流急的沉積環(huán)境。反映重力流沉積特征的除了前面提到的沖刷—充填構(gòu)造外，還可見(jiàn)遞變層理、包卷層理和滑塌變形構(gòu)造等(圖5j～l)。棕褐色砂巖或薄砂巖夾層中的小型滑動(dòng)和滑塌變形構(gòu)造，反映水道兩旁的沉積物因快速堆積而處于不穩(wěn)定狀態(tài)所產(chǎn)生的滑動(dòng)和變形。

2．5 生物擾動(dòng)構(gòu)造

形成洪水—漫湖沉積的古氣候、古地理?xiàng)l件是干旱、半干旱氣候條件下地形平坦的淺水湖泊，不利于植被生長(zhǎng)而有利于生物活動(dòng)［16，17］。因此在遂寧組地層中少見(jiàn)植物碎屑，而生物成因構(gòu)造豐富，反映了當(dāng)時(shí)沉積的古地理環(huán)境是地形較平坦的淺水湖泊環(huán)境。

生物擾動(dòng)構(gòu)造主要發(fā)育在粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中，呈形態(tài)各異、傾斜或彎曲狀生物潛穴及斑點(diǎn)狀生物擾動(dòng)構(gòu)造(圖5m～p)。沖刷面以上的平行層理及塊狀層理砂巖中生物擾動(dòng)幾乎不發(fā)育，反映沉積物被突發(fā)性洪水沖刷攜帶而快速搬運(yùn)，使生物無(wú)法生存。相反在較細(xì)的泥質(zhì)粉砂巖中生物擾動(dòng)最為強(qiáng)烈，常使層理遭到破壞和變形，甚至產(chǎn)生泥砂攪混現(xiàn)象，說(shuō)明遠(yuǎn)離水道的漫湖亞相更利于生物活動(dòng)。沖刷面以下的粉砂質(zhì)泥巖中常出現(xiàn)生物逃逸跡，逃逸構(gòu)造邊緣的層理向下彎曲發(fā)生變形，是動(dòng)物為逃避突發(fā)性的掩埋、侵蝕而造成的沉積構(gòu)造［18］。生物成因構(gòu)造的另一個(gè)重要特點(diǎn)是具有較為明顯的旋回性，每次洪水過(guò)后，便進(jìn)入生物的繁盛時(shí)期，洪水事件的周期性伴隨著生物的擾動(dòng)旋回［17］。

2．6 粒度特征復(fù)雜

遂寧組粒度概率曲線(xiàn)比較復(fù)雜，根據(jù)曲線(xiàn)特征可歸納出3種類(lèi)型(圖6)。①兩段式:以跳躍總體為主，斜率中等，這種類(lèi)型的粒度概率曲線(xiàn)所反映的牽引流特征，多出現(xiàn)在曲流河河道、水下分流河道沉積中(圖6a)。②高斜三段式:其沉積物粒度相對(duì)較粗，以細(xì)砂巖為主，粒度分布區(qū)間大，但以滾動(dòng)和跳躍組分為主體，多出現(xiàn)在河口壩和洪水水道沉積中(圖6b)。③低斜三段式:其沉積物粒度區(qū)間大，滾動(dòng)組分分選差，有的探井以滾動(dòng)和跳躍組分為主體，有的探井以懸浮組分為主體，這類(lèi)粒度分布特征常出現(xiàn)在洪水水道沉積物中(圖6c)。

高中生物課堂教學(xué)質(zhì)量水平的提高，要充分注重方法的科學(xué)應(yīng)用，而生活化的教學(xué)方法的應(yīng)用就顯得比較重要，這是將學(xué)生生活中比較熟悉的情景內(nèi)容在生物課堂中呈現(xiàn)的教學(xué)方法，能促使學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生共鳴，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。生活化教學(xué)方式的應(yīng)用過(guò)程中要注重從多方面加強(qiáng)重視，將教學(xué)方法的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行把握，這樣才能有效提高生物教學(xué)的質(zhì)量。生活化教學(xué)方法的應(yīng)用過(guò)程中，就要充分注重師生間的溝通交流，教師對(duì)學(xué)生要能夠有所了解，這樣才能更好地開(kāi)展相應(yīng)教學(xué)活動(dòng)。生物課堂的生活化教學(xué)不能只注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，要注重學(xué)生課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)以及學(xué)習(xí)的過(guò)程表現(xiàn)。

圖5 川西坳陷遂寧組沉積構(gòu)造類(lèi)型及特征a．CD620 井，1 922．7 m，沖刷面及泥礫;b．DS21 井，2 134．7 m，沖刷面及泥礫;c．DS21 井，2 134．7 m，河道底部泥礫;d．JY21 井，1 967．52 m，砂礫巖;e．JY21 井，1 967．82 m，砂礫巖;f．WJ2 井，2 627．1 m，平行層理;g．DSH2 井，1 924．56 m，平行層理;h．DS2 井，1 802．1 m，塊狀層理;i．DS2 井，1 818．17 m，塊狀層理;j．JY21 井，1 967．72 m，遞變層理;k．CD620 井，1 921．1 m，滑塌變形構(gòu)造;l．DS2 井，1 818．89 m，滑塌變形構(gòu)造;m．DSH2井，1 928．14 m，攪混構(gòu)造;n．JS3 井，1 741．5 m，蟲(chóng)孔及灰綠色泥巖充填;o．JY21 井，1 964．92 m，攪混構(gòu)造;p．DS2 井，1 791．4 m，蟲(chóng)孔及灰綠色泥巖充填。Fig．5 Sedimentary structure types and characteristics of the Suining Formation in western Sichuan depressiona．Well CD620，1 922．7 m，erosion surface and mud-gravel;b．Well DS21，2 134．7 m，erosion surface and mud-gravel;c．Well DS21，2 134．7 m，mudgravel at the channel bottom;d．Well JY21，1 967．52 m，sandy conglomerate;e．Well JY21，1 967．82 m，sandy conglomerate;f．Well WJ2，2 627．1 m，parallel bedding;g．Well DSH2，1 924．56 m，parallel bedding;h．Well DS2，1 802．1 m，massive bedding;i．Well DS2，1 818．17 m，massive bedding;j．Well JY21，1 967．72 m，graded bedding;k．Well CD620，1 921．1 m，slump deformation structure;l．Well DS2，1 818．89 m，slump deformation structure;m．Well DSH2，1 928．14 m，blended structure;n．Well JS3，1 741．5 m，wormhole burrow and the grey-green mudstone fill;o．Well JY21，1 964．92 m，blended structure;p．Well DS2，1 791．4 m，wormhole burrow and the grey-green mudstone fill．

圖6 川西坳陷遂寧組粒度概率累積曲線(xiàn)A．CD617 井，1 810．25 m;B．DS2 井，1 817．63 m;C．DS21 井，2 137．08 mFig．6 Grain-size cumulative probability plots of the Suining Formation in western Sichuan depression

3 沉積相類(lèi)型

3．1 沖積扇

沖積扇主要分布在川西坳陷西緣龍門(mén)山前緣，分布面積較小。沉積物巖性以褐灰色、灰綠色含礫砂巖、砂礫巖和粉、細(xì)、中砂巖夾棕褐色、棕紅色泥巖為主(圖7)。根據(jù)沉積學(xué)特征，可將沖積扇劃分為扇根、扇中和扇緣3個(gè)亞相類(lèi)型。其中扇根亞相鉆井少見(jiàn)，主要出露在盆地邊緣龍門(mén)山前部分地區(qū)，表現(xiàn)為塊狀的礫巖沉積;扇中亞相是沖積扇沉積體系的主體部分，主要由河道沉積和漫流沉積2個(gè)部分構(gòu)成，河道沉積物主要為含礫中—粗砂巖，垂向上單砂層由底向頂具有粒度變細(xì)的趨勢(shì)，測(cè)井曲線(xiàn)為鋸齒化箱形或鐘形，漫流沉積物主要為棕紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖，測(cè)井曲線(xiàn)為鋸齒化漏斗形;扇緣亞相的沉積物類(lèi)型主要為紅色、紫紅色泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，測(cè)井曲線(xiàn)特征組要為低幅齒形或齒形夾指形。

3．2 曲流河

圖7 沖積扇巖電特征(CY92井)Fig．7 Lithological and electrical characteristics of alluvial fan(Well CY92)

曲流河包括河床、河漫和堤岸三個(gè)亞相，具典型的二元結(jié)構(gòu)。韻律層下部以河道沉積的褐灰色、灰綠色中—細(xì)粒砂巖為主，局部為含礫粗砂巖，發(fā)育平行層理及塊狀層理，韻律層上部以河漫灘的棕褐色粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層為主，水平層理發(fā)育。河道砂巖的測(cè)井曲線(xiàn)為反映較高水動(dòng)力條件的中—高幅鐘形或齒化箱形，而河漫灘亞相的測(cè)井曲線(xiàn)則呈中—低幅指形、齒形位于河道砂巖測(cè)井曲線(xiàn)之上，顯示溢出河道的堤泛懸移沉積特征(圖8)。

圖8 曲流河巖電特征(DY1井)Fig．8 Lithological and electrical characteristics of meandering river(Well DY1)

3．3 曲流河三角洲

曲流河三角洲可劃分為三角洲平原和三角洲前緣2個(gè)亞相，前三角洲不發(fā)育。曲流河三角洲平原以分流河道為骨架，兩側(cè)發(fā)育天然堤和決口扇等沉積微相，分流河道底部沖刷面發(fā)育，沖刷面上常含有來(lái)自下伏地層、大小不等的棕褐色、紫紅色泥礫，砂巖中發(fā)育平行層理和塊狀層理(圖4f～h)，泥巖中水平層理發(fā)育。曲流河三角洲前緣主要由水下分支河道、支流間灣、河口壩等微相組成。水下分支河道與三角洲平原分流河道相比粒度變細(xì)，主要由褐灰色粉—細(xì)砂巖組成，發(fā)育平行層理(圖4f)，砂體底部普遍發(fā)育小型沖刷面，縱向上由多個(gè)小的河道砂體疊置組成正韻律層，測(cè)井曲線(xiàn)呈指狀或齒化鐘形。河口壩主要由褐灰色粉—細(xì)砂巖組成，具反粒序結(jié)構(gòu)，測(cè)井曲線(xiàn)則呈漏斗形，表征水體變淺和沉積水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)(圖9)。

3．4 湖泊相

湖泊相主要分布在川西坳陷的東南部，半深湖—深湖亞相不太發(fā)育，主要發(fā)育濱淺湖亞相。巖性由單一的棕褐色泥巖夾薄層粉砂巖組成，發(fā)育水平層理和少量生物擾動(dòng)構(gòu)造，測(cè)井曲線(xiàn)呈指狀、具有“兩高一低”的特點(diǎn)，即高伽馬、高聲波時(shí)差和低電阻。

4 沉積相模式及沉積特點(diǎn)

4．1 沉積相模式

在上述相標(biāo)志、相類(lèi)型及層序識(shí)別的基礎(chǔ)之上，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)背景和前人研究成果［19～23］，總結(jié)出了川西坳陷遂寧組“洪水—漫湖”沉積的相模式(圖10)。

遂寧組沉積時(shí)期，川西坳陷古地形平緩、氣候干旱，易暴發(fā)周期性洪水。湖平面受周期性洪水注入的影響頻繁升降，形成橫向上相距較遠(yuǎn)的洪水期高水位面和枯水期低水位面，造成枯水期和洪水期沉積特征明顯不同?？菟诤矫媸湛s，在龍門(mén)山前，形成了洪積扇，在川西坳陷中部主要為“洪水—漫湖”的河流相沉積，在盆地東南部，河流匯水形成淺水湖泊;洪水期湖平面擴(kuò)張，物源供給充足，主要發(fā)育沖積扇—曲流河—曲流河三角洲—湖泊沉積體系。全區(qū)湖岸線(xiàn)不穩(wěn)定，伴隨著周期性洪水的注入，湖岸線(xiàn)來(lái)回?cái)[動(dòng)?？傮w而言，遂寧組沉積具有多物源、多期漫湖、砂泥互層、滿(mǎn)盆含砂的沉積特點(diǎn)。

圖9 曲流河三角洲巖電特征(DSH2井)Fig．9 Lithological and electrical characteristics of meandering river delta(Well DSH2)

圖10 川西坳陷遂寧組洪水—漫湖沉積模式Fig．10 Flood-overlake depositional model of the Suining Formation in western Sichuan depression

4．2 沉積特點(diǎn)

4．2．1 頻繁的湖平面升降

伴隨周期性干濕性交替變化，湖泊水體漲縮頻繁?？菟?，湖泊水體僅限于川西坳陷東部;而洪水期，由于地形平緩，湖平面稍有上升，水體便可大面積向龍門(mén)山方向擴(kuò)張，形成面積廣大的洪泛湖。最終形成旱時(shí)為陸、濕時(shí)為湖的地區(qū)，河湖兩種營(yíng)力交互發(fā)生作用。其中多個(gè)枯水期沉積和洪水期沉積疊加構(gòu)成短期旋回沉積，多個(gè)短期旋回沉積疊加構(gòu)成中、長(zhǎng)期旋回沉積，最終形成砂泥互層的地層疊加樣式。

4．2．2 缺乏大面積分布的半深湖—深湖沉積

研究表明遂寧組沉積積時(shí)期，小幅度的水體深度變化，可以造成大面積的湖泛或者暴露，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，總體水體較淺，處于氧化—半氧化環(huán)境，以棕紅色，棕褐色為主(圖3)，缺乏大面積分布的半深湖—深湖沉積。

4．2．3 河流相為主要的沉積類(lèi)型

遂寧組沉積時(shí)期，河流表現(xiàn)為周期性的洪水，部分河流由于地形變緩，并未進(jìn)入?yún)R水中心，而是消失在中部地區(qū)，河流相為盆地沉積充填的主要類(lèi)型。枯水期，來(lái)自龍門(mén)山方向的物源較少，部分河流會(huì)消失在川西坳陷中部，最終匯水量比較小。這種現(xiàn)象與我國(guó)西部?jī)?nèi)陸河的沉積特征非常相似，如在塔里木盆地南緣山前的徑流散失區(qū)，由于此區(qū)為干旱區(qū)，氣溫高、降水少、多戈壁沙漠，氣候和水文地質(zhì)條件均不利于地表徑流的形成，因此河流進(jìn)入此區(qū)后，水量不但得不到補(bǔ)充，反而由于蒸發(fā)、滲透和沿途利用，隨著流域面積的增大而急劇減小甚至消失在荒漠中;洪水期，水量充沛、物源供給充足，河流入湖會(huì)形成三角洲沉積。

4．2．4 具有多物源、多期漫湖、砂泥互層、滿(mǎn)盆含砂的沉積特點(diǎn)

遂寧組地層厚度變化較小，地層分布穩(wěn)定。在平坦的古地形背景下，多條垂直或近于垂直龍門(mén)山的河流及其分枝水系游蕩于川西坳陷中西部地區(qū)，使得川西坳陷具有多物源、多漫湖、砂泥互層、滿(mǎn)盆含砂的沉積特點(diǎn)(圖10)。

5 結(jié)論

(1)川西坳陷上侏羅統(tǒng)遂寧組的沉積特征完全不同于經(jīng)典坳陷湖盆和淺水湖盆沉積模式。遂寧組沉積時(shí)，盆地湖岸線(xiàn)不穩(wěn)定，湖平面頻繁升降，“洪水—漫湖”沉積體系是坳陷湖盆沉積充填的主要類(lèi)型。

(2)遂寧組主要的相類(lèi)型有4種:沖積扇、曲流河、曲流河三角洲和湖泊相。

(3)川西坳陷遂寧組“洪水—漫湖”沉積具有以下特點(diǎn):①頻繁的湖平面升降，形成砂泥互層的地層疊加樣式;②古地形平緩，小幅度的水體深度變化，可以造成大面積的湖泛或者暴露，總體水體較淺，缺乏半深湖—深湖沉積;③河流表現(xiàn)為周期性的洪水，特別是枯水期部分河流消失在川西坳陷中西部地區(qū)，河流相為盆地沉積充填的主要類(lèi)型;④湖盆具有多物源、多期漫湖、滿(mǎn)盆含砂的沉積特點(diǎn)。

(4)“洪水—漫湖”是川西坳陷遂寧組一種沉積充填新模式，對(duì)指導(dǎo)油氣勘探具有重要的理論和實(shí)踐意義。

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