馬思順,陳志雄,王瑞雪 ,常琳

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.西南有色昆明勘察設(shè)計(院)股份有限公司，昆明 650217)

遙感技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確兼顧宏觀和微觀信息的獲取，在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和防治規(guī)劃中得到廣泛應(yīng)用[1]。調(diào)查依托于2015年度地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項目“云南省建水縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查”項目。云南省建水縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作的任務(wù)是以遙感數(shù)據(jù)和地面控制為信息源，獲取工作區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)育環(huán)境要素信息，確定滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模及空間分布特征，分析地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的環(huán)境地質(zhì)背景條件。

1 區(qū)域背景

1.1 自然地理條件

建水縣是云南省紅河哈尼族彝族自治州下轄的縣之一，該縣位于云南省南部紅河北岸，面積3 789 km2，交通便利。地理坐標(biāo)：東經(jīng)102°33′18″～103°11′42″，北緯23°12′42″～24°10′32″。

1.2 地形地貌特征

建水地處滇東高原南緣，地勢南高北低。南部五老峰為最高點，海拔2 515 m；五老峰南至紅河谷地的阿土村為最低點，海拔230 m。境內(nèi)南北分布有建水、曲江兩個盆地，海拔1 300 m。建水縣處于多個地塊匯集部位，新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，地層巖性類型多樣，形成了多種地貌類型，且各種地貌類型相間分布，高低錯落。根據(jù)遙感影像特征及地貌的成因類型，將工作區(qū)地貌劃分為構(gòu)造侵蝕、構(gòu)造剝蝕、溶蝕及湖泊堆積4種地貌類型。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造特征

建水縣境處于揚(yáng)子板塊與華南板塊的拼合部位。二者的分界線大致在官廳-狗街-漾田一線。北西為揚(yáng)子板塊的滇黔褶斷區(qū)，東南為華南板塊的右江褶斷區(qū)?？h境為彌勒-師宗斷裂、哀牢山斷裂、紅河斷裂所限定的區(qū)域，是川滇菱形塊體南端，小江斷裂帶南段穿過縣境尖滅于紅河斷裂帶北側(cè)。各構(gòu)造的分布及特征構(gòu)造綱要圖見圖1。

1.4 地層巖性特征

建水縣地層出露齊全，全縣除侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)地層缺失以外，其余地層均有分布。元古界昆陽群出露東北部、中部和南部地區(qū)，為厚逾萬米的板巖、片巖及碳酸鹽巖類淺變質(zhì)巖系。自晉寧運(yùn)動以后，沉積了厚達(dá)一萬余米的巨厚沉積物，尤以上古生界和三疊系厚度最大，出露最廣。其中泥巖、頁巖、粉砂巖、風(fēng)化花崗巖、白云巖灰?guī)r組是滑坡最發(fā)育的地層，同時滑坡形成的松散堆積物又為泥石流的形成提供了物源；灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)白云巖地層所在區(qū)域易發(fā)生崩塌、地面塌陷等災(zāi)害，在有長期地下礦產(chǎn)開采的地區(qū)，發(fā)生地面塌陷的幾率加大。

2 遙感數(shù)據(jù)源的選擇與處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)源的選擇

根據(jù)調(diào)查內(nèi)容和調(diào)查精度的要求，收集購買覆蓋全區(qū)的15 m空間分辨率的ETM和高分辨率的SPOT-6數(shù)據(jù)，其中ETM數(shù)據(jù)用于區(qū)域環(huán)境地質(zhì)背景條件及特大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害體的遙感調(diào)查；SPOT-6其全色波段的空間分辨率為1.5 m、多光譜波段的空間分辨率為6 m，用于對地質(zhì)災(zāi)害體的遙感調(diào)查。建水縣部分地區(qū)在Google earth上有多時相和更高分辨率的遙感圖像，必要時做參考對比。

2.2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.2.1 ETM圖像處理

ETM圖像處理分為多光譜合成與幾何校正兩個步驟，根據(jù)不同地物選擇合適的3個波段進(jìn)行組合，形成30 m分辨率的多光譜圖像，而后據(jù)地面控制進(jìn)行幾何校正。ETM圖像在合成30 m分辨率的多光譜圖像后再與15 m分辨率的全色數(shù)據(jù)相融合，最終形成經(jīng)幾何校正及地理配準(zhǔn)的15 m分辨率的多光譜圖像。圖像幾何校正采用多項式擬合法，幾何校正的均方差應(yīng)≤1個像元。

建水縣境域范圍涉及4景ETM圖像，幾何校正后需將圖像進(jìn)行鑲嵌，再按照建水縣范圍進(jìn)行裁剪。

2.2.2 SPOT-6圖像處理

SPOT-6數(shù)據(jù)處理分3個步驟：①制作調(diào)查區(qū)數(shù)字高程模型(DEM)；②將單波段數(shù)據(jù)合成6m分辨率的多光譜圖像，再將1.5 m分辨率的Pan圖像融合分別形成1.5 m分辨率的多光譜圖像；③對SPOT-6圖像進(jìn)行正射校正，消除投影差，配準(zhǔn)精度控制在2個圖像像元。得到了具有精度高、信息豐富、直觀真實等優(yōu)點解譯底圖，滿足了1∶5萬成圖精度的需求。

兩種圖像均由多景圖像鑲嵌制圖，收集圖像的成像季節(jié)均為冬季，鑲嵌前進(jìn)行了調(diào)色處理使相鄰圖像色彩、色調(diào)自然過渡，盡可能做到無縫拼接。校正后的ETM和SPOT-6遙感圖像和野外地質(zhì)調(diào)查使用的地質(zhì)圖、地形圖等圖件具有相同的投影參數(shù)和地理坐標(biāo)，方便使用和分析研究。

3 區(qū)域地質(zhì)背景遙感解譯

根據(jù)收集閱讀研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)資料，建立解譯標(biāo)志，并經(jīng)過實地的野外驗證后進(jìn)行建立詳細(xì)的解譯標(biāo)志。充分利用遙感信息的多時相、多波段的特點，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，深度提取區(qū)域的地形地貌特征、構(gòu)造特征、水文分析、植被分析等，并進(jìn)行綜合分析研究，劃定遙感解譯的重點區(qū)域[1]。

3.1 活動性地質(zhì)構(gòu)造解譯

滑坡、崩塌、泥石流的分布不僅和巖性有關(guān)，而且和斷層線、褶曲軸部、節(jié)理裂隙帶等構(gòu)造有關(guān)，在圖像上可以看到，滑坡、崩塌、泥石流常沿這些線性構(gòu)造密集帶或環(huán)形構(gòu)造邊緣呈線狀或帶狀分布。這些活動性地質(zhì)構(gòu)造是地質(zhì)災(zāi)害的起因，是影響場地穩(wěn)定性的潛在危險性的重要因素。

地表活動性構(gòu)造是地球應(yīng)力形變的形跡，常常是深部的、隱伏的活動構(gòu)造在淺表部位的顯示，它們控制了現(xiàn)代地貌和水系格局的發(fā)育，而遙感影像是地表的真實縮影，各種痕跡一覽無余，所以遙感圖像上能夠解譯出隱伏構(gòu)造、活動構(gòu)造?；顒訕?gòu)造可分為兩大類：一類是線性的，如斷裂構(gòu)造；一類是環(huán)塊形的，如新隆起和新凹陷。

3.2 地形地貌的解譯

遙感圖像是地球表面的真實寫照，地形地貌是地質(zhì)現(xiàn)象的綜合反映，地質(zhì)災(zāi)害的解譯與地形地貌更是密不可分。地形地貌的解譯利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，以ERDAS為平臺，對區(qū)域的DEM數(shù)字高程模型進(jìn)行地形地貌分析，即坡度、高程、坡向。通過分析發(fā)現(xiàn)，建水縣山多壩少，斜坡陡峭，其中地形坡度為0°～5°的區(qū)域分布于盆地及少數(shù)地勢平緩的平頂山地區(qū)，面積約520.6 km2，占全縣國土總面積的13.7%；坡度在6°～10°的面積768.3 km2占全縣國土總面積的20.3%；坡度在11°～15°的地區(qū)面積約744.1 km2，占19.6%；坡度在16°～20°范圍的土地面積約618.3 km2，占16.3%；坡度在21°～25°范圍的土地面積約459.0 km2，占12.1%；坡度在26°～30°的地區(qū)面積約309.8 km2，占8.2%；坡度在31°～35°范圍的土地面積約189.0 km2，占5.0%；坡度在35°～40°范圍的土地面積約104.2 km2，占2.8%；另外有75.7 km2的國土范圍坡度超過40°，占2.0%。

3.3 植被分析

土地覆蓋狀況和類型對斜坡穩(wěn)定性具有一定的影響作用，如植被覆蓋條件下其不僅可以大幅度減少坡面破壞，其根莖還具有一定的根固作用，同時植被的存在，還有利于減緩坡面水流的流動速度。本次遙感解譯采用歸一化植被指數(shù)方法獲取建水縣植被覆蓋情況。

植被覆蓋情況一般用植被覆蓋度來表示，指的是某個區(qū)域內(nèi)，植被垂直投影面積占地表面積的百分比。植被覆蓋度是地表環(huán)境的刻度指標(biāo)之一，它可以反映地質(zhì)災(zāi)害的孕育背景、發(fā)生過程和破壞結(jié)果。一般研究認(rèn)為，植被覆蓋度減少的區(qū)域，是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的地區(qū)。本次工作基于SPOT-6衛(wèi)星影像獲取歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index， NDVI)作為植被覆蓋的度量指標(biāo)。建水縣歸一化植被指數(shù)最低值為-1(水系),0～-1為特殊農(nóng)田，最大為1(植被覆蓋較好)，植被指數(shù)越大，植被覆蓋程度越高。

根據(jù)對遙感圖像的目視解譯及實地調(diào)查，對植被指數(shù)圖像進(jìn)行非監(jiān)督分類，將工作區(qū)內(nèi)NDVI分段為6段，植被覆蓋度分為6個級別(圖2,表1)。

表1 建水縣土地覆蓋類型及占地面積

圖2 建水縣遙感圖像分類(土地覆蓋類型)圖

3.4 水文分析

水文分析基于ARCGIS平臺，根據(jù)原始的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理，然后利用無洼地的DEM數(shù)據(jù)以及ARCGIS軟件的水文分析模塊(hydrology)對研究區(qū)的水文情況進(jìn)行分析。對ARCGIS分析不合理的地方進(jìn)行手動修改。對地表水、河網(wǎng)、沖溝、洪積扇等進(jìn)行解譯與研究，根據(jù)線型排列的湖泊的發(fā)育特征解譯為斷裂，理論研究及野外經(jīng)驗表明，水系發(fā)育且水系流向呈放射狀的地區(qū)通常周圍會有構(gòu)造通過，是滑坡地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)地段。

3.5 孕災(zāi)巖土體解譯

新第三系地層處于盆地與半山區(qū)的過渡帶，多在斷裂構(gòu)造帶附近，地層破碎，地形坡度一般在10°～20°，“V”或“U”字型沖溝十分發(fā)育，沖溝一般長10～200 m，最長達(dá)300～400 m，寬5～45 m，深3～35 m，土層厚度100 m以上。由于沖溝十分發(fā)育，不少地帶形成了“土林”景觀(圖3)，水土流失非常嚴(yán)重。這些區(qū)域植被稀少，植物生長不良。

圖3 新第三系地層(N)形成的土林SPOT-321遙感

二疊系玄武巖(P1β)地層，地形地貌特征：低中山地形，地形坡度一般在20°～35°，地形較陡，表層基本上為全風(fēng)化層，已被開墾成耕地。“V”字型小沖溝較發(fā)育，局部密集發(fā)育，沖溝一般長10～65 m，最長達(dá)150～250 m，寬3～25 m，深5～30 m，地層厚度100 m以上，植被總體上稀薄(圖4)

圖4 二迭系玄武巖(P1β)地層SPOT-321遙感圖像

花崗巖，沿紅河斷裂帶北側(cè)出露大面積的燕山期個舊花崗巖體，部分位于建水縣境內(nèi)?；◢弾r地區(qū)色調(diào)淺，地形陡峭，植被較好，發(fā)育密集的鉗狀溝頭樹枝狀水系、樹枝狀水系(圖5)，沖溝橫剖面為“V”字型。這一帶構(gòu)造發(fā)育，巖石破碎，花崗巖體強(qiáng)烈風(fēng)化，風(fēng)化層厚度可達(dá)10余米，易產(chǎn)生滑坡。

圖5 花崗巖SPOT-321遙感圖像

4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

根據(jù)對建水縣活動性構(gòu)造、地形地貌、水文、植被覆蓋情況及巖土體情況的解譯分析，對建水縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評價。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，共圈畫出高易發(fā)區(qū)3個，面積共計984.5 km2，占全縣面積的26%；中易發(fā)區(qū)5個，面積共計872.7 km2，占全縣面積的23%;低易發(fā)區(qū)2個，面積共計1 625.2 km2，占全縣面積的43%;非易發(fā)區(qū)4個，面積共計306.6 km2，占全縣面積的8%(表2,圖6)。

表2 建水縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)統(tǒng)計表

圖6 建水縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

5 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

建水縣地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡(隱患點)、泥石流為主，發(fā)育少量崩塌。通常，不同地質(zhì)災(zāi)害的類型在遙感影像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、紋理 、陰影等是有所差異的，在對致災(zāi)因子，如地形地貌、植被等進(jìn)行數(shù)字模擬、處理后，要對研究區(qū)域的遙感影像進(jìn)行綜合的分析，建立研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志。

5.1 滑坡

遙感影像上對滑坡體的識別主要包括滑坡體的平面形態(tài)、滑坡體具有的特定地貌、滑坡體的灰階及獨特的水系特征等方面的標(biāo)志(圖7)。

圖7 建水縣瑪瑯滑坡SPOT-6遙感圖像

5.1.1 滑坡體的平面形態(tài)標(biāo)志

平面形態(tài)標(biāo)志是利用遙感影像直觀地迅速判斷一個地區(qū)有無滑坡存在的重要標(biāo)志之一，為滑坡解譯最主要的標(biāo)志。大體可歸納為弧形、圈椅形、馬蹄形、新月形等各種弧形形態(tài)的滑坡；匙形滑坡；梨形滑坡；漏斗形和葫蘆形滑坡；舌狀滑坡；鋸齒狀、錐形、花瓣狀、近多邊形、方形等各種不規(guī)則形態(tài)的滑坡及界線不明顯的滑坡等8種類型。建水縣內(nèi)滑坡以舌形、圈椅狀、各種不規(guī)則形態(tài)為主。

5.1.2 滑坡的地貌解譯標(biāo)志

滑坡發(fā)生在具有一定滑動條件的斜坡上。它具有明顯的滑坡周界特征、滑坡后壁特征及一系列的滑坡體內(nèi)部特征。具體的解譯標(biāo)志為：①滑坡周界一般呈簸箕形，并顯得較清楚；②滑坡壁多呈圍椅狀，并較陡立；③滑坡壁與滑坡體間形成明顯的后緣盆地；④在滑坡前緣可見到滑坡體呈舌狀，有時表層有翻滾現(xiàn)象而出現(xiàn)反向坡；⑤滑坡體上的樹木有時呈醉漢林或馬刀樹，甚至有枯死現(xiàn)象；⑥滑坡舌、洼地和環(huán)形溝谷有泉水出露；⑦滑坡體迫使河流向外凸出。當(dāng)然，以上所述為特征發(fā)育完全的典型滑坡解譯標(biāo)志，在實際工作中往往只能見到其中的幾種標(biāo)志。

5.1.3 光譜特征

滑坡形成后，沿其周界常常具有高度不等的后壁和側(cè)壁。而滑體部分總是相對于四周穩(wěn)定山坡的高度要低，只有當(dāng)滑坡體進(jìn)入較平坦地帶或河床時才較周圍地勢高，形成隆起的土丘，這一特征使滑坡體的灰階與穩(wěn)定的山體之間存在著一定的色差，尤其沿滑坡周界總是有一個與滑坡平面形態(tài)特征相似的深色色環(huán)，從而較好的顯示滑坡的存在。形成時間很長、并處于穩(wěn)定狀態(tài)的老滑坡，因其內(nèi)部往往有富含水層的存在，一般為較均一深色調(diào)；近期形成的新滑坡，具有灰色、淺灰色色調(diào)；剛發(fā)生滑坡，最常見色調(diào)為灰白色、白色調(diào)，一般表示滑坡發(fā)生時間不超過5 a。

5.2 崩塌

發(fā)育在懸崖、陡壁或呈參差不齊的巖塊處；崩塌后壁陡峭而粗糙，崩塌壁的顏色與巖性有關(guān)，多呈淺色調(diào)，一般不長植被或植被稀疏；高分辨率影像山可見懸崖、陡壁下谷底或斜坡平緩地段，表面坎坷不平，具粗糙感；崩塌下方有時落石滾落在距坡腳較遠(yuǎn)處，有時可見巨石形成的陰影，呈粒狀；崩塌體上植被不發(fā)育，僅在老崩塌堆積體可見零星分布的植被；崩塌體上部外圍有時可見到張節(jié)理形成的裂縫影像；崩塌有時處于遙感圖像的陰影區(qū)，不易識別(圖8)。

圖8 犁耙莊崩塌SPOT-6遙感影像

5.3 泥石流

5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)型泥石流

標(biāo)準(zhǔn)型泥石流溝可清楚地看到物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)3個區(qū)，物源區(qū)面積較大；物源區(qū)山坡陡峻，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，松散固體物質(zhì)豐富，常有滑坡、崩塌發(fā)育；流通區(qū)一般為泥石流溝溝床，呈直線或曲線條帶狀，縱坡較物源區(qū)地段緩，但較堆積區(qū)地段陡；堆積區(qū)位于溝谷出口處，縱坡平緩，呈扇狀，淺色色調(diào)，扇面上可見固定溝槽或漫流狀溝槽，還可見到導(dǎo)流堤等人工建筑物(圖9)。

圖9 建水縣標(biāo)準(zhǔn)型泥石流遙感影像

5.3.2 河谷型泥石流

流域呈有狹長條形，其形成區(qū)多為河流上游的溝谷，固體物質(zhì)來源較分散，溝谷中有時常年有水，故水源較豐富，流通區(qū)與堆積區(qū)常不能明顯分出(圖10)。

5.3.3 山坡型泥石流

山坡型泥石流是指發(fā)育尚未形成明顯溝谷的山體上的小型或微型泥石流。山坡型泥石流通常發(fā)育在坡度陡峻(20°～40°)、坡面較長、較為平整、坡積層較薄(<3 m)、下伏基巖透水性較差的斜坡上。 山坡型泥石流發(fā)育在斜坡的的中上部有一定匯水條件的凹形坡面，故其流域常呈斗狀，其面積一般小于1 km2，無明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連，泥沙常堆積在斜坡腳，形成倒石錐狀的堆積體或直接進(jìn)入支溝轉(zhuǎn)化為溝谷型泥石流。

圖10 建水縣河谷型泥石流遙感影像

6 地質(zhì)災(zāi)害成因分析

建水縣的滑坡和崩塌災(zāi)害的誘發(fā)因素有以下特征：①陽坡比陰坡易于發(fā)生各種山地災(zāi)害，發(fā)現(xiàn)滑坡和崩塌山地災(zāi)害具有一定的坡向性。②滑坡、崩塌與坡度間存在密不可分的聯(lián)系。坡度是滑坡，尤其是淺層堆積物滑坡發(fā)生的一個重要內(nèi)在條件，是滑坡發(fā)育的主控因素之一。相對來講，崩塌一般發(fā)生在地形坡度較大的地段，而滑坡發(fā)生在地形坡度相對較小的地段。③建水縣滑坡以發(fā)育于階形坡和直形坡最多，其次是凸形坡，是11處，占22.0%；發(fā)育于凹形坡有4處，占8.0%。

區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)育程度與巖土體類型密切相關(guān)。從巖性上看，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、板巖等軟質(zhì)碎屑巖地層以及花崗巖及其接觸帶中。這些巖層抗風(fēng)化能力差，易風(fēng)化，風(fēng)化厚度大，殘坡積層一般較厚，遇水易軟化、崩解，有利于崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造體系復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動活動較強(qiáng)烈，各種構(gòu)造體系相互交接、包容，具有多期及長期活動的復(fù)合性質(zhì)。加之建水縣境內(nèi)大面積出露軟巖組地層或者經(jīng)歷過多次構(gòu)造運(yùn)動的震旦系澄江組和燈影組基底地層，巖石切割破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，地形陡峻，高差顯著，構(gòu)造運(yùn)動擠壓破壞后形成的松散堆積物，非常利于滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。碳酸鹽巖地區(qū)則常有崩塌、塌陷等災(zāi)害發(fā)生。

降雨是激發(fā)崩塌、滑坡、泥石流、斜坡變形等地質(zhì)災(zāi)害的最主要因素，其降雨強(qiáng)度的大小、年內(nèi)分配均勻程度在很大程度上決定了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度。建水縣降雨一般集中在7～9月，7月降雨較集中，單點性暴雨也較多,會引發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害。建水縣降雨量在地域上的變化比較明顯，一般山區(qū)的降雨量明顯偏高。由于降雨量在時間、空間的相對較集中，導(dǎo)致了崩塌、滑坡、泥石流、斜坡變形等地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生。

7 結(jié)論

基于影像初步解譯了地質(zhì)災(zāi)害點164處，經(jīng)過野外檢查，經(jīng)室內(nèi)詳細(xì)解譯，最終提交地質(zhì)災(zāi)害點110處，其中滑坡(隱患點)50處，崩塌(隱患點)7處，泥石流(隱患點)33處；最終驗證準(zhǔn)確79處，，其中滑坡(隱患點)27處，崩塌(隱患點)2處，泥石流溝28條，總的準(zhǔn)確率71%；野外先后檢查及驗證共計157處，驗證率95.7%。

從遙感解譯結(jié)果來看，工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型以泥石流、滑坡(隱患點)為主，崩塌災(zāi)害較少，多數(shù)泥石流、滑坡隱患點趨勢不穩(wěn)定。

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