王德英， 于海波， 王啟明， 李 龍， 李 瑾

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459 )

0 引言

“淺水三角洲”的概念由Fisk H N提出[1]，河控三角洲分為深水和淺水兩種類型。Postma G在低能盆地中識別8種淺水三角洲端元[2]。中國在淺水三角洲砂體儲層發(fā)現(xiàn)豐富的油氣資源，表明淺水三角洲砂體具有良好的勘探潛力，成為沉積研究和油氣勘探的重點領(lǐng)域[3-5]。作為巖性油氣藏勘探的重要目標，坳陷湖盆形成的大面積淺水三角洲砂體為大面積高豐度巖性油氣田的形成提供良好的條件，油氣勘探意義重大[6-7]。

渤海海域新近紀具有構(gòu)造穩(wěn)定、地形平緩、坡度小等特點，淺水三角洲沉積廣泛發(fā)育[5、8]。有關(guān)渤海海域淺水三角洲砂體形成的巖性地層油氣藏研究成果較多。孫和風等[9]提出“構(gòu)造—斷裂—層序”三要素控制黃河口凹陷淺水三角洲油氣成藏；李慧勇等[10]提出古構(gòu)造脊、構(gòu)造圈閉與淺水三角洲砂體的組合樣式，共同控制石臼坨凸起東斜坡帶明化鎮(zhèn)組油氣富集；曾萱等[11]認為，渤海東部館陶組淺水三角洲成藏受斷層活動性、區(qū)域蓋層厚度、砂巖相對含量的控制；王昕等[12]提出溝通古近系油源斷裂的長期活動控制斜坡帶淺層的油氣成藏；徐春強等[13]認為，源巖發(fā)育特征、斷裂展布特征及圈閉類型共同控制渤中凹陷西斜坡新近系油氣成藏；郭瑞等[14]研究渤中凹陷西洼中央構(gòu)造帶新近系油氣成藏，認為古隆起和斷裂活動性控制油氣宏觀分布和富集層位。渤海海域圍繞凸起區(qū)、斜坡區(qū)、洼陷區(qū)等區(qū)域開展新近系淺水三角洲巖性油氣藏勘探取得良好效果[15-16]。

目前，有關(guān)渤海海域淺水三角洲的巖性油氣藏的研究主要圍繞單個次洼和構(gòu)造區(qū)，缺乏對渤海海域淺水三角洲巖性油氣藏成藏模式的系統(tǒng)總結(jié)[9-12]，對輸導體系及油氣差異成藏模式方面的研究較少[13-16]。筆者利用勘探資料，分析渤海海域淺水三角洲巖性油氣藏類型和分布，結(jié)合新構(gòu)造運動下成藏特征和差異富集規(guī)律研究，明確淺水三角洲巖性油氣藏成藏主控因素，總結(jié)不同區(qū)帶巖性油氣藏差異成藏模式，對渤海海域淺水三角洲巖性油氣藏油氣勘探有指導和借鑒作用。

1 區(qū)域概況

渤海海域新近系構(gòu)造演化以整體沉降為主，地形坡度十分平緩，渤中坳陷逐漸成為全盆地的沉積、沉降中心，是周緣陸區(qū)物源的匯水中心,海域范圍主要受外物源的影響。新近紀明化鎮(zhèn)組沉積時期，為湖盆發(fā)育的萎縮期，具有構(gòu)造穩(wěn)定、沉降緩慢、地形平緩的特征，淺水三角洲—湖泊沉積體系廣泛發(fā)育[5、8]。

研究區(qū)位于渤海海域的中部及南部，主要包括石臼坨凸起、渤中凹陷、黃河口凹陷及向墾東凸起過渡區(qū)域(見圖1)。石臼坨凸起向南與渤中凹陷相連，古近系表現(xiàn)為北緩南陡構(gòu)造面貌，新近系主要發(fā)育近東西向斷裂和北西向隱伏走滑斷裂體系。新近系，渤中凹陷為沉積沉降中心，發(fā)育大面積湖泊相沉積。古近紀，黃河口凹陷構(gòu)造面貌表現(xiàn)為北陡南緩、西深東淺和凹中反轉(zhuǎn)；新近紀，受南北向拉張作用和北東向走滑雙重影響,主要發(fā)育北北東向的主走滑斷裂和近東西向的派生斷裂[6]。黃河口凹陷以斜坡帶向墾東凸起過渡，斷裂新近系以來發(fā)育。研究區(qū)受新近紀新構(gòu)造運動控制，張性斷裂與走滑斷裂相互交織,控制淺層多種類型的圈閉發(fā)育，且斷裂活動極為活躍；斷裂晚期非常發(fā)育，控制深層沙河街組和東營組生成油氣向淺層館陶組和明化鎮(zhèn)組運移，并主導渤海海域晚期、快速、充注成藏，是渤海新近系油氣大規(guī)模成藏的主導因素[17-19]。近年來,研究區(qū)如秦皇島32-33、渤中19-4、渤中26-2、渤中28-34、墾利3-2、墾利9-1、墾利9-6等，發(fā)現(xiàn)以淺水三角洲為儲集體的構(gòu)造—巖性油氣藏(見圖1)，成為渤海油田油氣增儲上產(chǎn)的重要勘探區(qū)域。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造Fig.1 Structure of study area

2 淺水三角洲砂體與巖性圈閉分布

2.1 淺水三角洲砂體特征

新近系，由于構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，渤海海域緩慢沉降，地形平緩，水體很淺，通常不超過10 m，在凸起區(qū)、斜坡區(qū)、凹陷區(qū)廣泛發(fā)育淺水三角洲沉積[5、8]。研究區(qū)淺水三角洲沉積主要以細砂巖、粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層沉積為主，砂巖厚度最大為6～8 m，泥巖顏色主要為灰色，少量為灰綠色。發(fā)育三角洲平原相帶和前緣相帶，且以后者為主要沉積環(huán)境。三角洲前緣相帶以典型的反旋回為特征，發(fā)育少量的河口壩沉積，向上為鐘型的水下分流河道沉積。由于水體較淺、地形平坦，淺水三角洲與正常三角洲相比表現(xiàn)出特有的沉積特征(見圖2)，表現(xiàn)為水下分流河道砂巖相對發(fā)育、河口壩沉積不甚發(fā)育、席狀砂分布廣泛、垂向沉積層序不連續(xù)、類似于三角洲沉積的砂體形態(tài)等，以淺湖相為主的前三角洲沉積較少發(fā)育重力流性質(zhì)的砂體。在凸起區(qū)或斜坡區(qū)，由于湖泊水體較淺，三角洲受河流作用影響大，河道化特征明顯；在凹陷區(qū)，由于水體相對較深，河流作用明顯減弱，砂體沉積和形態(tài)受湖泊及波浪作用改造增強，表現(xiàn)出浪控三角洲的沉積特征，三角洲前緣席狀砂、砂壩等砂體分布范圍較廣，與湖相泥巖構(gòu)成良好的儲蓋組合條件，呈現(xiàn)連片含油。在凸起區(qū)、凹陷區(qū)和斜坡區(qū)，構(gòu)成淺水三角洲的分流河道砂體、河口壩等骨架砂體，具有較好的連續(xù)性和連通性，展布面積大，油氣聚集豐度高。

圖2 研究區(qū)淺水三角洲砂體沉積特征Fig.2 The lithological and electrical characteristics of the extremely shallow water delta

2.2 巖性圈閉類型及分布

渤海海域新近系淺水三角洲巖性油氣藏分布于凸起區(qū)、斜坡區(qū)和凹陷區(qū)。根據(jù)巖性油氣藏發(fā)育特征，主要集中于晚期斷裂活躍帶附近，具有正向構(gòu)造背景(如洼中隆起帶、構(gòu)造脊等)的區(qū)帶分布，以及明顯的“沿脊匯聚”的特點，將淺水三角洲巖性油氣藏劃分為兩類:河道型和砂壩型。已發(fā)現(xiàn)的河道型砂巖油氣藏主要分布于斜坡傾沒端、凸起區(qū)，如墾利9-5油田、渤中26油田，多為上傾尖滅或側(cè)向尖滅型巖性油氣藏。河道型砂巖油氣藏多呈寬度窄、狹長的條帶狀，發(fā)育于三角洲平原分流河道沉積，橫向變化大，油水關(guān)系復雜。在寬緩斜坡的構(gòu)造背景和油氣運移通暢的情況下，深部油氣可運移到淺層的河道砂體中并聚集成藏[18]。各砂層呈枝狀、透鏡狀零星分布，向河道兩側(cè)砂體厚度減薄至慢慢消失。砂壩型巖性油氣藏主要受構(gòu)造—巖性控制，洼中隆起帶、斜坡帶和部分凸起區(qū)多有發(fā)育，多與晚期新構(gòu)造運動有關(guān)。如黃河口凹陷洼中隆起區(qū)的渤中28-34構(gòu)造帶、斜坡帶的渤中29-35構(gòu)造帶等。砂壩型油氣藏多呈朵葉狀，發(fā)育于淺水三角洲前緣相帶，砂體分布范圍廣，形成多期疊加連片的巖性油氣藏。

3 巖性油氣藏成藏主控因素

渤海海域新近系不具備生烴能力，運移是淺層油氣聚集成藏的關(guān)鍵。油氣輸導體系被稱為連接烴源巖和圈閉的橋梁和紐帶，控制油氣的優(yōu)勢運移路徑和運移效率，影響油氣成藏的規(guī)模[20-23]。在新構(gòu)造運動分析的基礎(chǔ)上，梳理巖性油氣藏油氣運移輸導體系，明確控制渤海海域淺水三角洲巖性油氣藏成藏主控因素，主要包括斷裂性質(zhì)及活動性、斷裂—砂體耦合程度、大型砂巖體輸導元等3個方面。

3.1 斷裂性質(zhì)及活動性

斷層對淺層油氣成藏有重要的作用[24]。渤海海域新構(gòu)造運動主要發(fā)育走滑斷裂與伸展斷裂體系，斷層的性質(zhì)對油氣成藏起到不同的作用。張性應(yīng)力環(huán)境下形成的伸展斷裂深切油源斷層開啟性較好，有利于油氣垂向運移并在淺層聚集成藏；壓扭性應(yīng)力環(huán)境下形成的走滑斷裂雖然也深切油源，但開啟性差，不利于油氣向淺層大規(guī)模運移聚集[25]，更有利于形成有效圈閉。如在黃河口凹陷地區(qū)，郯廬走滑斷裂西支在渤南段發(fā)育兩條以上走滑斷層，受多條走滑斷層共同作用的影響，形成在構(gòu)造變形中為保持區(qū)域上縮短量或伸展量守恒的調(diào)節(jié)構(gòu)造帶。在走滑轉(zhuǎn)換帶，多條走滑斷層重疊區(qū)域形成疊覆型走滑轉(zhuǎn)換帶，如黃河口凹陷中部渤中28-34油田群和靠近墾東凸起的墾利9-1油田，多發(fā)育走滑轉(zhuǎn)換帶，右行左階和右行右階的“雙階”模式共存，控制擠壓和伸展區(qū)域的形成。右行左階斷裂的疊覆區(qū)一般為擠壓背景，派生斷層具有壓扭性質(zhì)，不利于油氣運移。右行右階斷裂疊覆區(qū)一般為拉張背景，派生斷層具有拉張性質(zhì)，有利于油氣向淺層運移。

斷裂活動的差異性控制區(qū)帶層面的優(yōu)勢運移方向[26]，斷裂活動強、數(shù)量多的區(qū)域是油氣運聚的主要方向。在渤海海域走滑斷裂帶，受晚期新構(gòu)造運動影響形成大規(guī)模的深切油源斷裂及異常發(fā)育的調(diào)節(jié)斷層，成為最為富集的淺層油氣聚集帶。渤海已發(fā)現(xiàn)的淺層大型油氣田主要分布于斷層活動強烈的區(qū)域，斷裂活動的差異控制縱向上成藏部位的差異，如在石臼坨凸起秦皇島33構(gòu)造區(qū)，主要發(fā)育北東東向伸展斷裂體系，斷裂延伸較短，具有明顯的分段性(見圖3(a))。根據(jù)油氣統(tǒng)計結(jié)果，秦皇島33構(gòu)造區(qū)西部的秦皇島33-1南、秦皇島33-2構(gòu)造發(fā)現(xiàn)的油氣主要位于明下段Ⅰ、Ⅱ油組；東部的秦皇島33-3構(gòu)造發(fā)現(xiàn)的油氣主要位于明上段和明下段0、Ⅰ油組，油氣聚集層位明顯偏淺，油氣縱向聚集層位差異明顯(見圖3(b))。統(tǒng)計F1、F2、F3、F4、F5、F6等6條斷層明化鎮(zhèn)組下段活動性，靠近秦皇島33-3構(gòu)造的F2、F3、F6斷層的活動性，明顯大于靠近秦皇島33-1南、秦皇島33-2構(gòu)造的F1、F4、F5斷層(見圖3(c))，來自于同一凹陷的油氣沿斷裂垂向充注能力更強，油氣聚集層位更加靠上。

圖3 研究區(qū)明下段斷裂活動性對成藏層位的控制

3.2 斷裂—砂體耦合程度

圖4 研究區(qū)斷裂砂體接觸長度與烴柱高度關(guān)系Fig.4 The relationship between the contact length of fault-and body and the oil column height in study area

斷層作為油氣垂向運移的主要通道，與淺層砂體耦合的發(fā)育程度直接影響新近系明化鎮(zhèn)組的油氣成藏。砂體與油氣運移斷層的接觸程度控制巖性圈閉內(nèi)油氣的充滿程度[27-28]。石臼坨凸起秦皇島33-1S、秦皇島33-1、秦皇島33-2、秦皇島33-3等4個構(gòu)造淺水三角洲砂體，以及油氣運移斷層的接觸長度、油氣藏烴柱高度的半定量統(tǒng)計分析表明，斷裂—砂體接觸長度在一定程度上與烴柱高度呈正相關(guān)關(guān)系，但存在成藏閾值和峰值，當斷裂—砂體接觸長度為1～5 km時，烴柱高度一般為10～35 m(見圖4)。當斷裂—砂體接觸長度大于5 km時，烴柱高度在20～30 m之間，兩者沒有明顯的正相關(guān)關(guān)系。因此，分布規(guī)模較大的河口壩和水下分流河道砂體往往能與油源斷裂形成有效的接觸長度，形成較好的斷裂—砂體耦合關(guān)系，有利于油氣向砂體充注成藏，形成高豐度油氣藏。

3.3 大型砂巖體輸導元

館陶組沉積時期，渤海海域發(fā)育的辮狀河砂礫巖層及深大斷裂附近發(fā)育的近源砂礫巖體，可以形成良好的油氣運移通道，有利于油氣的橫向運移[29]，對淺層的油氣成藏有重要的控制作用。

洼中隆起帶，油氣除沿通源斷裂高效直接向淺層明下段圈閉充注外，館陶組良好的構(gòu)造背景也為油氣的運聚提供保障，使洼中隆起帶的成藏條件更有利。如黃河口凹陷洼中隆起帶的、渤中28-34油田群的、明下段淺水三角洲油氣藏與館陶組砂礫巖體構(gòu)造背景具有良好的疊合性，油氣通過深大斷層先運移到館陶組網(wǎng)毯層，再通過館陶組區(qū)域砂礫巖層進行橫向輸導，最后通過晚期的垂向斷裂再分配，向明下段圈閉里充注并聚集成藏。在沿館陶組區(qū)域厚層砂礫巖橫向疏導的過程中，油氣優(yōu)先選擇構(gòu)造背景好的低勢區(qū)高速運移。

在斜坡斷階帶，大型同沉積斷裂下降盤發(fā)育“中轉(zhuǎn)站”砂體[30]，“中轉(zhuǎn)站”砂體的發(fā)育程度對油氣的優(yōu)勢運移方向產(chǎn)生影響，砂體越發(fā)育，越有利于油氣向淺層運聚成藏。如黃河口凹陷南斜坡墾利3-2油田群的、沉積大斷裂附近的、沙河街組具有大型“中轉(zhuǎn)站”砂體，是淺層大規(guī)模巖性油氣藏發(fā)育原因之一，使油氣沿大斷裂向上高效運聚，在淺層富集成藏。

對于遠離油源的凸起區(qū)，油氣無法直接垂向充注到淺層圈閉，館陶組的構(gòu)造背景更加重要。如石臼坨凸起淺層油氣勘探已證實，明下段油氣成藏受館陶組構(gòu)造背景控制明顯(見圖5)，油氣主要分布于館陶組構(gòu)造背景較好的秦皇島32和秦皇島33構(gòu)造區(qū)，而相對較低幅度的秦皇島27構(gòu)造區(qū)不利于捕獲油氣，油氣發(fā)現(xiàn)相對較少。

圖5 石臼坨凸起館陶組頂部構(gòu)造背景Fig.5 Tectonic setting at the top of the Guantao formation in Shijiutuo uplift

4 巖性油氣藏差異成藏模式

渤海海域淺水三角洲巖性油氣藏具有晚期快速成藏的特點，綜合油氣成藏的控制因素，結(jié)合區(qū)帶斷裂發(fā)育特征及構(gòu)造背景，總結(jié)渤海海域不同構(gòu)造位置淺水三角洲油氣藏3種差異成藏模式。

4.1 洼陷帶走滑—伸展復合區(qū)垂向強注型

洼陷帶走滑—伸展復合區(qū)垂向強注型成藏模式主要發(fā)育在生油洼槽內(nèi)，處于斷裂活動強烈區(qū)，以黃河口中央構(gòu)造脊渤中28-34油田群為最典型(見圖6)。該區(qū)走滑斷裂繼承性活動，且晚期構(gòu)造活動強烈，貫通淺層和烴源巖的長期活動性斷裂比較發(fā)育，成為油氣高效垂向輸導的通道。受走滑斷裂的影響，渤中28-34構(gòu)造區(qū)處于凹中反轉(zhuǎn)帶，具有明顯的構(gòu)造脊特征，淺層繼承發(fā)育，館陶組發(fā)育的大套厚層砂礫巖可以形成良好的油氣運移通道，良好的構(gòu)造脊構(gòu)造背景更有利于油氣的匯聚及再分配。新近紀沉積的淺水三角洲砂體可作為良好的儲集層，發(fā)育三角洲前緣沉積砂體，以水下河道、河口壩砂體為主，儲層連通性較好，淺水三角洲規(guī)模比較大，且與晚期新構(gòu)造運動形成的大量斷裂匹配良好：一方面新構(gòu)造運動形成大量的晚期斷層，切割封堵砂體，形成斷層—巖性圈閉；另一方面新構(gòu)造運動產(chǎn)生強烈的反轉(zhuǎn)作用，改變砂體傾向而形成巖性圈閉。黃河口地區(qū)渤中28-34構(gòu)造區(qū)油源充足，油氣主充注期為5.1 Ma，具有晚期快速充注的特點[20]，有利于油氣在構(gòu)造—巖性、巖性圈閉內(nèi)充注[28]?？傊?，大量溝通油源斷裂的長期繼承性發(fā)育和淺水三角洲砂體耦合控制淺層油氣藏的富集。

圖6 洼陷帶走滑—伸展復合區(qū)垂向強注型成藏模式(位置見圖1剖面A)Fig.6 Hydrocarbon vertical strong injection model in strike slip-stretching compound area within the source of sub-sag belt(the specific location is shown in section A of fig.1)

4.2 斜坡帶走滑—伸展復合區(qū)“H”型

走滑—伸展復合區(qū)“H”型油氣成藏模式主要發(fā)育于黃河口凹陷南斜坡區(qū)域，受兩條NE向展布的走滑斷裂和東西向延伸的大型伸展斷裂的控制，在平面上表現(xiàn)為“H”型的構(gòu)造樣式(見圖1)。以黃河口凹陷南部斜坡帶墾利9-1、9-5和9-6明下段淺水三角洲巖性油田群為典型代表。由于遠離生烴洼陷，油氣的大規(guī)模側(cè)向運聚是關(guān)鍵。受兩條走滑斷層的影響，形成的構(gòu)造擠壓區(qū)和伸展區(qū)影響區(qū)域的油氣成藏。走滑—伸展復合區(qū)油氣運移通道良好，可規(guī)模聚集，而走滑—擠壓復合區(qū)斷層具有較好的封堵性，油氣難以運移成藏。生油洼陷的油氣首先通過深大斷層運移到館陶組網(wǎng)毯層，再通過館陶組區(qū)域砂礫巖層進行橫向輸導，優(yōu)先選擇館陶組構(gòu)造背景好的低勢區(qū)高速運移，最后通過晚期的垂向斷裂再分配，向明下段走滑—伸展復合區(qū)的圈閉里充注并聚集成藏(見圖7)。因此，晚期活動的大型伸展斷裂良好的構(gòu)造背景，以及淺水三角洲砂體展布方向共同控制油氣藏的富集。

圖7 斜坡帶走滑—伸展復合區(qū)“H”型成藏模式(位置見圖1剖面B)Fig.7 "H" type of hydrocarbon accumulation model in strike slip-stretching compound area outside of slope belt source(the specific location is shown in section B of fig.1)

4.3 凸起帶走滑疊加區(qū)“格子雙晶”型

圖8 石臼坨凸起帶秦皇島33構(gòu)造區(qū)“格子雙晶”型斷裂特征(位置見圖5)Fig.8 The characteristics of "lattice double crystal" fracture in 33 tectonic zones of Qinhuangdao of Shijiutuo uplift(the specific location is shown in fig.5)

走滑疊加區(qū)“格子雙晶”型油氣成藏模式主要發(fā)育于石臼坨凸起區(qū)，受郯廬斷裂和張家口—蓬萊兩組斷裂的影響，新近紀構(gòu)造活動主要表現(xiàn)為近北東向(顯性斷裂)和近北西向(隱性斷裂)兩組方向的斷裂活動[31]，在平面上表現(xiàn)為近90°相交，呈“格子雙晶”狀分布(見圖8)。受走滑疊加作用的影響，石臼坨凸起區(qū)形成多個具有背斜形態(tài)的構(gòu)造背景，成為油氣側(cè)向運聚的優(yōu)勢指向區(qū)，來自于凹陷烴源巖的油氣通過凸起邊界斷裂向上運移到館陶組后，沿網(wǎng)毯砂礫巖體向具有背斜形態(tài)的區(qū)域側(cè)向運聚。石臼坨凸起主要發(fā)育河道型淺水三角洲，由于新近紀受近北東向(顯性斷裂)和近北西向(隱形斷裂)兩組方向斷裂活動的影響，網(wǎng)格狀斷裂與淺水三角洲砂體耦合控制凸起區(qū)的構(gòu)造、構(gòu)造—巖性和巖性圈閉及油氣藏的形成。進而形成館陶組網(wǎng)毯砂礫巖體和明下段淺水三角洲大面積砂體的有效溝通，最終油氣主要在明下段富集成藏(見圖9)。

圖9 源外走滑疊加區(qū)“格子雙晶”型成藏模式(位置見圖1剖面C)Fig.9 "Lattice double crystal" type of advantage hydrocarbon accumulation model of the superposition of strike-slip area outside source(the specific location is shown in section C of fig.1)

5 結(jié)論

(1)渤海海域新近系淺水三角洲巖性油氣藏分布于凸起區(qū)、斜坡區(qū)和凹陷區(qū)，主要集中分布于晚期斷裂活躍帶附近、具有正向構(gòu)造背景(如洼中隆起帶、構(gòu)造脊等)的區(qū)帶，具有明顯的“沿脊匯聚”的特點。主要發(fā)育河道型和砂壩型巖性油氣藏，前者主要分布于斜坡傾沒端、凸起區(qū)，后者主要分布于洼陷帶和斜坡帶。

(2)斷層性質(zhì)和活動性控制油氣向淺層垂向運移能力和油氣富集層位，活動性強的張性斷裂有利于油氣向越淺的層位富集。斷裂—砂體耦合程度控制油氣的充滿度，斷裂—砂體接觸長度可作為控制烴柱高度的閾值，當接觸長度為1～5 km時，烴柱高度可達10～35 m，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，當接觸長度大于5 km時，相關(guān)關(guān)系不明顯；館陶組古構(gòu)造脊及辮狀河砂礫巖層、深大斷裂附近發(fā)育的近源砂礫巖體等大型輸導元有利于油氣橫向運移。

(3)渤海海域湖盆萎縮期淺水三角洲巖性油氣藏發(fā)育3種差異成藏模式，主要為洼陷帶走滑—伸展復合區(qū)垂向強注型、斜坡帶走滑—伸展復合區(qū)“H”型和凸起帶走滑疊加區(qū)“格子雙晶”型。

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