第2卷第2期 震灾防御技术 Technology for Earthquake Disaster Prevention Vo1.2,No.2 2007年6月 Jun.,2007 王银,杜鹏,雷启云,2007.银川市活断层探测进展概述.震灾防御技术,2(2):l66—175 银川市活断层探测进展概述 王摘要银 杜鹏 雷启云 750001) (宁夏回族自治区地震局,银川本文介绍了对银川市城区两条隐伏断层所做的多层次、多手段综合探测,包括在同一个试 验场点进行的三个层次的浅层人工地震勘探、钻孔联合剖面探测和槽探,从深到浅,逐层捕获隐 伏目标,直到明确锁定目标断层在试验场点的准确位置、产状和上断点埋深等情况。通过对银川 市活断层探测中目标断层的追踪探测,查明了市区银川隐伏断层和芦花台隐伏断层的平面展布, 特别是在市区的延伸位置。通过岩芯样品的绝对年龄测定,得到了银川隐伏断层北段晚全新世活 动,南段晚更新世活动,芦花台断层晚更新世以来不活动的结论。 关键词:银川 隐伏活动断层综合试验探测 断层上断点 刖茜 银川市坐落在新生代活动强烈的银川地堑内,城区及周围活动断层发育,历史上地震强 度大、频度高,是我国历史上唯一遭受过8级直下型地震袭击过的省会城市,震灾十分严重。 历史上1143年和1447年2次6.5级地震的震中位于城市范围之内,1739年银川一平罗8级地 震的极震区覆盖了整个城市规划区(柴炽章等,2006)。 上世纪70__J90年代的多期石油勘探已经证实,银川市及近郊存在4条规模较大的第四 纪活动断层,其中银川断层和芦花台断层隐伏于城市之下,构成了城市安全的直接隐患。“银 川市活断层探测与地震危险性评价”作为“十五”项目“国家数字地震网络工程项目”的一 个子项,于2004年9月开始实施,截至目前,已经完成了所有野外探测工作,整个项目进入 后期的成果汇总阶段。本文首先介绍与隐伏断层探测有关的几个问题,然后对银川市活断层 探测与地震危险性评价项目进展情况作了概括介绍。 1探测环境与探测基础 1.1探测环境 银川市地处银川盆地中部,而银川盆地是鄂尔多斯周缘一系列新生代活动强烈的地堑型 1基金项目 国家发展和改革委员会发改投资“城市活断层试验探测项目”资助 [收稿日期]2007—03—30 [作者简介]王银,女,生于1979年。2004年毕业于兰州大学地理信息系统学专业,助工。现主要从事活动构造、地震应 急等工作。E・mail:wy79828@sina.com,cn 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 王银等:银川市活断层探测进展概述 167 断陷盆地之一,新生代沉积厚度巨大(国家地震局“鄂尔多斯周缘活动断裂系”课题组,1988; 孟广魁等,1994)。银川盆地有3个沉降中心,分别位于北部平罗西、中部银)ll ̄L和南部灵武 南。其中银)ll ̄L沉降中心新生界和第四系厚度分别为7000m和1609m。上世纪70年代以来 的多次石油地震勘探揭示,银川盆地发育有4条规模较大的北北东向正断层,这些断层组合 构成了一个地堑系统。其中黄河断层和贺兰山东麓断层发育在盆地的东西两侧,呈裸露或半 裸露分布;芦花台断层位于西部西夏区,而银川断层位于东部兴庆区,两断层分布于盆地内 部,并呈隐伏状态。 图1中给出的银川市三区两县(兴庆区、金凤区、西夏区和贺兰县、永宁县)多边形是 银川市活断层探测目标区范围,本项目活断层探测的主要工作在该区内展开,目标就是上述 4条断层。此外,选择包括银川地堑范围的区域为工作区,对工作区主要是收集整理前人工 作成果,辅以适量的地震地质调查,编绘出1:25万工作区地震构造图并编写说明书,作为 银川市活断层探测的背景资料。 AnR前新生界;E3q渐新统;Nl中新统:Q 下更新统;Q;中更新统;Q;上更新统; 全新统 图1银川及邻近地区地质构造略图 Fig.1 Sketched geological map of Yinchuan City and its surrounding area 1.2盆地内隐伏断层的探测基础 长庆石油勘探局于上世纪50年代开始地质普查工作,大致可分为两个阶段。第一阶段 为1957--1982年,在此期间,先后完成单次地震剖面、大地电流剖面、电测深剖面、重磁普 查以及银川以北6次覆盖地震剖面的勘探工作。并于1965--1970年间,在平罗、吴忠、芦花 台3个局部构造上进行了参数井钻探。通过上述工作,取得了一些很有价值的勘探资料,基 本查清了银川盆地中北段的主要构造轮廓。第二阶段为1983—1987年,在此期间长庆石油勘 探局物探公司,对永宁以北地区进一步开展了12—24次覆盖的人工地震勘探工作,并于1987 维普资讯 http://www.cqvip.com
震灾防御技术 2卷 年编写了“宁夏回族自治区银川地堑永宁一平罗地震概查成果报告”。该报告除文字部分外, 系统地给出了9个附表和l5张研究成果图件。 2O世纪末至2l世纪初,中原油田勘探研究院为进一步评价银川地堑的油气远景,又进 行了一些人工地震勘探工作。此次勘探使用了更为先进的勘探手段,因而得到了更好的多次 覆盖地震剖面。由于银川地堑油气远景价值不大,中原油田勘探研究院未对取得的资料作进 一步处理与总结。虽然如此,他们的地震勘探剖面为我们提供了非常有价值的信息。 由于油气勘探的目标层位于较深部位,上述两勘探部门通过勘探给出的断层,在定位精 度和活动性两方面均不能满足本项目研究的需要。但是,他们的工作为进一步探测奠定了重 要基础,是本文工作的重要依据。 图2中给出了两勘探部门在目标区内布施的8条测线和主要断层分布情况。此外,长庆 石油勘探局物探公司绘制的第四系残余厚度图提供了许多有用的信息。 l06l0 106 AnR前新生界:E3q渐新统:Nl中新统:Q 下更新统:Q:中更新统:Q;上更新统; 全新统 图2 目标区石油地震勘探反射剖面测线及石油勘探单位给出的隐伏断层位置 Fig.2 Distribution of buried faults and location of seismic survey lines 2银川市隐伏活断层探测的思路、方法与步骤 2.1探测思路 本次对隐伏断层探测采用的思路是:由已知到未知,由深到浅;由点到线;由城外向城 内,城外研究,城内控制。 由己知到未知,由深到浅:根据石油部门勘探的结果,首先在石油地震测线附近选择试 验场。考虑到主断层附近可能存在的次级构造,为不错抓目标,利用已知的石油地震勘探深 部断层大体位置,以第四系底界作为主要标志,布设探测测线,捕获主断层,并从下往上, 通过多层次探测,将其逐渐“引”向未知的浅部。 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 王银等:银川市活断层探测进展概述 由点到线:选择合适场点,对目标隐伏断层进行自下而上的系统探测与研究,通过对一 条隐伏断层2—3个点上采取化探、多层次地震探测、钻探、槽探和年代学样品系统采集及测 试等解剖性研究,逐层次定位、确定出断层的上断点、晚第四纪地层断距、滑动速率和全新 世古地震事件等断层活动性和危险性评价的基本参数。然后,通过浅层地震探测,从点向两 侧逐渐追踪,直到将目标断层的延伸情况按有关规定的精度要求锁定为止(邓起东,2002, 2003;汪一鹏,2004)。 由城外向城内,城外研究,城内控制:银川市城区呈近东西向分布,南北向最宽处(东 部109国道一带)约10km。目标区探测的断层均呈NNE向分布。断层走向与城市长轴方向 呈大角度相交(图1),这为探测带来了一定的便利。浅层地震探测工作先在城区以外的农村 田野开展,将城外断层分布情况比较准确地掌握后,从南北两侧逐渐向城内推延,按1—2km 的测线密度,控制断层在城区通过的具体位置,最后连接贯通。 2.2探测方法与步骤 相对于缺少勘探工作的地区而言,油气勘探已明确指出,银川平原内存在两条隐伏第四 纪活动断裂——芦花台断层和银川断层。因此,本项目的探测目标是明确的,在选择隐伏断 裂勘探方法时,以高效、节俭为宗旨。采用浅层人工地震勘探、钻孔联合剖面探测,以槽探 等方法为主,配合地层年龄测定等辅助手段。 探测步骤:首先对收集来的两油田勘探部门石油地震勘探资料进行整理和分析,在此基 础上绘制了银川断层和芦花台断层推测平面分布图(图2)。然后选择位于中原石油勘探局 Yc567测线附近的新渠稍村为银川断层的试验区;长庆石油勘探局83503测线北侧1.5krn ̄.的 贺兰山农牧场为芦花台断层的试验区。各种勘探手段均在试验区内先行开展试验探测,以便 选取合适的测试参数并取得经验(方盛明等,2002;刘宝金等,2000)。然后沿断层逐步展开 多手段多层次的探测工作,包括不同道间距的浅层人工地震勘探、钻孔联合剖面探测、槽探 及样品采集等。 3银川市活断层探测各阶段的主要工作 银川市活断层探测包括初勘阶段和详勘阶段。 3.1初勘阶段 3.1.1 芦花台隐伏断层的浅层地震勘探与钻探 根据图2给出的目标区内8条石油地震勘探剖面绘出的推测芦花台断层,并以此图为基 础,首先在芦花台隐伏断层上的贺兰山农牧场试验区布设了1条长度6km、道间距10m的测 线,利用80(O1200m深处的Q1底界反射标志层,捕获主断层。然后,重合这条测线再分别 布设长度2km和0.6km、道间距5m和2m的测线,将断层逐渐“引”向近地表的浅部。最 后,根据浅层地震勘探定位的断层,布施一排钻孔,进行联合地质剖面钻探。如果必要,则 进一步布施槽探工程,目的是确定断层的准确位置和上断点埋深。与此同时,沿推测断层位 置,向两侧展开道间距5m的控制性浅层地震探测,追踪并查清目标区内芦花台隐伏断层的 分布。 联合剖面探测的钻孔其布设采用中间对折法。即首先在超浅层地震探测确定的“断层” 地表投影点两侧各打1个孔,其中下盘距离“断层”点25m,上盘距离“断层”点65m,深 度100m。由2个孔的地层初步判定断层断开的层位,并设计第3个孔的位置及深度。第3 维普资讯 http://www.cqvip.com
170 震灾防御技术 2卷 个孔打在前2个孔的1/2处。然后根据这3个孔, 分析断层位于哪一侧。尔后,在断层一侧 的1/2处再布设第4个孔。依此类推,内插钻孔, 逐渐逼近断层真实位置,直到可准确判断 断层位置(误差不大于2m)和产状为止。 整排剖面由6个钻孔构成,深度45—100m。钻孔回次进尺1—2m,岩芯采取率/>80%, 编录厚度≥10cm的地层单元,年代学样品采集间隔1—5IIl/块。在试验场钻探工作结束后选 择具有代表性的样品做绝对年龄测定,得到的测年结果如表1所示。 表1芦花台隐伏断层贺兰山农牧场钻子L岩芯样品测年初步结果 Table 1 Preliminary results from dating samples of drill core for Luhuatai fault at Helanshan pasture 钻孔编号 采样深度(m) 3.9 测试年龄(ka) l10 124 测试方法 光释光 光释光 NXSZ2—6 19.85 (贺兰山农牧场) 42.0 79.0 165 >150 光释光 光释光 贺兰山农牧场试验区钻孔联合剖面确定,芦花台隐伏断层的钻探可识别上断点为27.7m, 断层被25.5m深的细砂标志层压盖。由于19.85m深地层的绝对年龄已达124ka,可以断定芦 花台隐伏断层晚更新世以来没有活动,不属于本项目定义的活动断层。因此,根据活断层探 测《城市活断层探测与地震危险性评价工作大纲》(试行) 和《中国地震活动断层探测技术 系统技术规程》(中国地震局,2005)的要求,对芦花台隐伏断层不再进行详勘工作。 3.1.2初勘阶段银川隐伏断层的浅层地震勘探、钻探及槽探 银川隐伏断层的探测首先在新渠稍试验区展开,同样采用多手段、多层次的勘探方法。 首先布设一条道间距10m,长5.2km的控制性试验测线,目的是探查进入第四系的主断层面 位置,并将其自深向浅引至距地表300m±处;然后在同一剖面布设一条道间距5m,长2km 的控制性测线,目的是将断层上“引”;其后,仍在同一剖面位置再布设一条道间距lm,长 0.6km的超浅层测线,将断层继续“引”向更浅的近地表,为钻孔联合剖面钻探布线提供依 据。 在上述3个层次地震探测定位断层的基础上,采用跨物探方法在确定的主断层点布施一 排钻孔,进行联合地质剖面钻探。钻孔布局原则及采芯要求与芦花台断层试验场的钻探一样。 联合剖面由9个钻探孔组成(图3),银川断层位于剖面的西部,在7号孔55.27m深处获得 断层面楔状岩芯样,由此获得的断层倾角为71。。钻孔联合剖面中的地层可分为6个大层, 其中①至⑤层被银川断层错断,钻探可识别上断点埋深8.34m。 为确定银川隐伏断层主断层的实际上断点,获取断层全新世活动以及古地震事件等信 息,根据钻孔联合地质剖面探测确定的断层投影位置,布施了一个大型探槽。探槽沿115。 方向布设,长40m,深6m,上下宽分别为12m和9m。槽探施工包括抽水、开挖、洗壁、挂 网、拍照、分析事件、素描和取样等环节。由于试验场地下潜水面距地表只有1.5m,为保证 施工期间探槽不坍塌和不被浸泡,开挖前先在探槽区外缘钻凿了10口直径30cm、深30m+ 的降水井,提前8天抽水,并持续不断,直到施工全部结束。 1中国地震局震害防御司。2004 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 王银等:银川市活断层探测进展概述 l7l ①深灰和青灰色细纱;②灰色、浅红色砂粘土、粘砂土互层,夹细砂和粉砂透镜; ③深灰色细砂,夹砂粘土和粘砂土透镜;④淡黄色粉砂,夹砂粘土、粘砂土透镜,顶部含砾; ⑤浅灰色细砂,夹中砂、粗砂透镜:⑥砂粘土粘砂土互层:⑦断层面楔状岩芯 图3新渠稍试验场钻孔联合地质剖面图 Fig.3 The combined geological section from drilling exploration in Xinqushao testing field 槽探揭示的银川断层主断面断至地下1.5m处,位置与钻探分析位置吻合,处在探槽中 部。图4是探槽北壁重点部位的素描图。从图中可以看出,在6m深的探槽中,共记录了5 次地震事件。根据Hc部分样品的测定结果(HC样品由中国地震局地质研究所Hc实验室测 定),试验场地下11 2m和0 85m深处的地层年龄分别为距今(13596±124)a和(3170±80) a。银川隐伏断层主断层断至地下1.5m处,因而属于中一晚全新世活动断层。 在试验区3个层次的探测之后,沿推测的银川隐伏断层全线展开控制性(道间距5m) 浅层地震勘探,初步确定了银川隐伏断层由一条主断层和两条纵向排列、但不相连的分枝断 层组成。主断层走向NNE,倾向Nww,分枝断层位于主断层西侧。其中北分枝断层距主断 层约2km,倾向与主断层相反,二者构成小地堑;南分枝断层距主断层稍近,倾向相同。 3.2详勘阶段银川断层的浅层地震勘探、钻探及槽探 初勘阶段已明确芦花台隐伏断层不属于本项目定义的活动断层,因此,详勘探测的工作 全部集中在银川隐伏断层上。详勘阶段的浅层地震勘探,重点在于进一步查明主断层和分枝 断层的分布。浅层地震勘探测线采用3m道间距,共完成了16条测线,加上初勘阶段的道间 距5m的测线,使绘出的银川断层平面分布图更加精细,同时,使测线密度满足了“中国地 维普资讯 http://www.cqvip.com
l72 震灾防御技术 2卷 震活动断层探测技术系统技术规程”的要求。 ①人211填土;②青灰色砂粘土;⑨黑垆土;④土灰色粘砂土;⑤棕灰色砂粘土;⑥土灰色粘砂土;⑦浅棕红色、土灰色砂粘土互层; ⑧土灰色粘砂土;⑨浅棕红色、土灰色砂粘土互层;⑩土灰色粘砂土,夹一浅棕红色砂粘土薄层;( 土灰色粘砂土,夹锈黄色粉 砂薄层,含钙质结核;⑥棕红色薄层粘土,断续状;⑩深灰色强液化细砂,夹浅棕红色“香肠状”砂粘土.A.灰白色液化砂床; B.构造张裂充填楔;C.液化喷出砂残留体 图4银川隐伏断层主断层新渠稍场点探槽局部剖面素描图 Fig.4 Part of trench profile of Yinchuan fault in Xinqushao testing ielfd 详勘阶段在一些重要地段布设了钻孔联合剖面探测和lm道间距的超浅层地震勘探测线。 正如郑州物探中心 在其报告中指出的:“当断层的断距小于地震资料的垂向分辨率时, 在地震剖面上就不能分辨断层的存在,也就是说,由地震勘探方法得到的断点埋深要大于实 际的断层上断点深度。”据初勘和详勘阶段28条测线统计,探测深度达到22__3Om的有l1 条,占39.3%;探测深度达到4o_—60II】的有17条,占60.7%。为了得到更切合实际的断层上 断点,还需要沿断层尽可能多地进行钻孔联合剖面探测。 根据超浅层地震勘探结果,在银川主断层新渠稍试验区南3.6km和15.9km处的满春村 和板桥村分别布施了联合地质剖面钻探(钻剖4和钻剖3),在北分枝断层国际汽车城和南分 枝断层南金三角附近分别布施了钻剖5和钻剖6联合地质剖面钻探工程(钻剖位置见图5)。 表2给出了5个钻孔联合剖面的主要分析结果。从中不难看出,断层上断点埋深明显小于浅 层地震勘探结果。 钻孔联合地质剖面探测完成之后,在银川主断层的满春村和板桥村,还分别开挖了大型 探槽。其中,满春村探槽揭露的断层上断点为5m,板桥村探槽6m深范围内未见断层。 3.3探测成果 银川市活断层探测的现场施工自2004年9月开始,至今完成了隐伏断层探测、裸露断 1郑州物探中心,2007.控制性浅层地震勘探报告 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 王银等:银川市活断层探测进展概述 173 层地震地质填图和槽探的全部野外作业。现场探测完成之后,进入室内工作阶段。首先综合 浅层地震勘探、钻探及槽探结果,绘制了银川断层平面分布图(如图5所示)。银川隐伏主断 层略呈锯齿状分布,倾向Nww,北段倾角71。,南段倾角66。;北分枝断层倾向SEE,倾角 7O。;南分枝断层倾向NWW,倾角76o。 表2银川隐伏断层联合地质剖面钻探主要结果表 Table 2 Summary of the major exploration results of Yinchuan fault 上 断层名称 剖面 名称 盘 下 盘 两盘钻孔 可识别上断 压盖层 实际上断点 近断层 压盖层 近断层 压盖层 孔号 深度(m) 孔号 深度(m) 4 3 6 8 5.04 5.2O 9.69 12.间距 (m) 9 10 14 ● 2.5 点深度 (m) 8.3 6.6 l3.6 l5.3 埋深 (m) 5.1 4.9 10.O 12_3 深度范围 (m) 1.5 5.0 l3.6-一lO.O 15.3一l2l3 钻剖1 银JII 9 2 3 5 6.1O 4.87 10.28 12.32 钻剖4 主断层 钻剖3 银)ll:ll ̄分枝 断层 钻剖5 07 银川南分枝 断层 钻剖6 2 16.86 3 l7.Ol 5 20.O 16.9 20.o_一l6.9 芦花台断层 钻剖2 2 25.45 l 25.8O 30 27.7 25.5 25.5—27.7 注:★槽探结果;钻探剖面位置见图5。 AnR前新生界:E3q渐新统;N1上新统:Q 下更新统:Q:中更新统:Q:上更新统: 全新统: 钻剖1:新渠稍剖面:钻剖2:贺兰山农牧场剖面;钻剖3:板桥剖面: 钻剖4:满春剖面;钻剖5:国际汽车城剖面;钻剖6:南金三角剖面 图5银川活动断层分布简图 Fig.5 Sketch map showing tlle distribution of active fault in tlle target area 根据地层年龄测定数据计算,得到新渠稍(钻剖1)场点距今1万年的地层埋藏深度为 上盘8.85m,下盘7.55m:满春(钻剖4)场点距今1万年地层的埋藏深度为上盘7.61m,下 维普资讯 http://www.cqvip.com
174 震灾防御技术 2卷 盘7.12m:板桥(钻剖3)场点1万年地层埋藏深度为5.5m。结合银川主断层新渠稍场点断 层上断点埋深1.5m,确定断层全新世晚期活动;板桥场点断层上断点埋深12m,确定断层晚 更新世晚期活动。就其活动时代来说,银川主断层可分南北两段。北段全新世中晚期活动, 南段晚更新世晚期活动,两段分界位置在银古公路附近。 4结论 (1)通过多层次综合探测确定了银川隐伏断层的空间分布,查明了银川隐伏断层由主断 层和次级断层构成。以银古公路为界,银川隐伏断层可分为南北两段。北段全新世中晚期活 动,南段晚更新世晚期活动。银川次级断层也分为南北两段,北段全新世中晚期活动,南段 晚更新世晚期活动。 (2)通过跨断层联合地质剖面钻探,确定了隐伏断层在探测场点的地表投影位置。 (3)通过槽探揭露,确定了银川隐伏断层实际上断点埋深为1.5m。 (4)通过浅层地震勘探和联合地质剖面钻探,确定了芦花台隐伏断层的空间分布,查明 了银川市区该断层晚更新世以来不活动、不属于活动断层的属性。 (5)银川市活断层探测的主要经验是采用了由已知到未知、由深到浅、一查到“顶”和 由点到线的探测思路。整个施工采用了前人成果分析一浅层地震一钻探 槽探工序,步步相 接,环环紧扣,相互校核,效果显著。 (6)然而,本次勘探最大的教训就是年代学样品测试,尽管向实验室送交了大量样品, 但得到的可用结果非常有限,使得一些非常好的钻探、槽探定性剖面,因缺客观年龄数据, 定量分析和评价的精度大打折扣。 在本文写作过程中,柴炽章研究员和孟广魁研究员给与了指导和帮助,在此一并表示感 谢。 参考文献 柴炽章,孟广魁,杜鹏等,2006.隐伏活动断层多层次综合探测——以银川隐伏活动断层为例.地震地质, 28(4):532--546. 邓起东,2002.城市活断层探测和地震危险性评价问题.地震地质,24(4):6o1—6o5. 邓起东,徐锡伟,张先康等,2003.城市活断层探测的方法和技术.地学前缘,lO(1):l5O—l62. 方盛明,张先康,刘宝金等,2002.探测大城市活断层的地球物理理论方法.地震地质,24(4):6o6—6l3. 国家地震局《鄂尔多斯周缘活动断裂系》课题组,1998.鄂尔多斯周缘活动断裂系.北京:地震出版社. 刘宝金,张先康,方盛明等,2002.城市活断层探测的高分辨率浅层地震数据采集技术.地震地质,24(4): 5 532. 孟广魁,王增光,廖玉华等,1994.银川平原地震区划研究.银川:宁夏出版社,5—26. 汪一鹏,2004.关于“城市活断层探测与地震危险性评价工作大纲(试行)”的几点认识.地震地质,26(4): 559—-565. 中国地震局,2005.中国地震活动断层探测技术系统技术规程.北京:地震出版社. 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 王银等:银川市活断层探测进展概述 l75 Summary on Recent Progress of Active Fault Exploration Project in Yinchuan City Wang Yin,Du Peng nad Lei Qi yun (EarthquakeAdministration ofNingxia HuiAutonomous Region,Yinchuan 750001,China) Abstract Two buried faults developed in Yinchuan city area are the target of hte project.This paper describes hte comprehensive exploration method which has been applide and the recent progress of the active fault exploration project ofYinchuan city.The distribution and hte end locations ofthese two faults,i.e.Yinchuan fault and Luhuatai fault,havebeendetermined.By applyingdatingtechniqueonthe samplesfromborehole COre,we concludethatthe last activetimeofYinchuanburiedfaultiS inlateReceneforthenorth segment.andinlateP1eistoceneforthe SOUth segment.Luhuatai buried fault,howeve ̄is inactive since the Epileistocene. Key words:Yinchuan;Buried active fault;Comprehensive exploration;Upper fault point
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