时间:2024-06-19
林玉祥,王玉伟,孟 彩,韩继雷
(山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛266590)
潍北凹陷输导体系及其对油气成藏的控制作用
林玉祥,王玉伟,孟 彩,韩继雷
(山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛266590)
输导体系作为油气运移的通道,对油气成藏具有重要作用。通过对潍北凹陷断层及其活动、沉积体系与不整合面特征等的分析,提出研究区存在砂体、断层和不整合面等多种输导体系要素,并组成断层-不整合及断层-不整合-砂体等复合输导体系。潍北凹陷主要有2个供烃区,发育于北部洼陷带和灶户断鼻带;灶户断鼻带断裂构造比较发育,北部洼陷带断裂构造较少;潍北凹陷主要发育6个不整合面,其中Ng/Es4(Ng/Ek1)及Ek2下/Ek3为区域性不整合面,它们均导致不同地区的输导体系类型及分布有所不同。通过对潍北凹陷油气藏类型和输导体系特征进行分析,总结了不同输导体系类型对油气成藏的控制作用。潍北凹陷砂体输导体系有利于形成岩性尖灭油气藏和砂岩透镜体油气藏;断层输导体系有利于形成地层不整合-断层油气藏、断块油气藏和构造-岩性油气藏;断层-不整合输导体系有利于形成断块油气藏、岩性油气藏及断层-岩性油气藏;断层-不整合-砂体输导体系有利于形成岩性尖灭油气藏、地层不整合油气藏、断块油气藏和断层-岩性油气藏。该研究结果对明确输导体系控藏模式和指导潍北凹陷油气勘探均具有借鉴作用。
输导体系;砂体;断层;不整合面;油气藏;潍北凹陷
输导体系是贯穿油气运移与聚集过程的重要纽带。作为连接生油层与储层之间的“桥梁”,输导体系是油气成藏机理研究的重要内容。许多学者对输导体系做了大量研究[1-2],对其基本要素和类型都进行了较全面的总结和划分。但在油气地质研究领域中,针对输导体系的研究仍相对薄弱,近几年来才逐渐受到重视。
潍北凹陷现有探井119口,其中45口获得工业油流,16口获得工业气流,主要含油气层系为孔店组(Ek)。潍北凹陷孔二段(Ek2)烃源岩石油资源量达1.22亿t,天然气资源量达175亿m3。目前仅探明石油储量1 431万t,探明天然气储量5.79亿m3,油气探明率均较低[3]。潍北凹陷受郯庐断裂带活动的影响,构造活动强烈,各区块表现出不同的沉积与沉降特征,油气地质要素与不同地质作用相匹配,造就了复杂的输导体系,控制着该区的油气成藏模式及油气分布规律[4]。随着勘探思路的转变,潍北凹陷的油气勘探重点已向北部深洼带倾斜,输导体系的研究显得日益重要。前人对潍北凹陷输导体系做了大量研究,阐述了潍北凹陷油气的主要运移路径[5],并提出了潍北凹陷油气的主要成藏模式[6]。笔者通过总结前人研究成果,并分析潍北凹陷的地质特征,对其输导体系进行系统分类。
图1 潍北凹陷地质特征简图Fig.1 The sketch map of geological characteristics of Weibei Sag
潍北凹陷位于山东省昌邑与潍县的北部,面积约880 km2,是以古近系始新统分布为主的二级构造单元[3](图1)。东侧以昌邑—大店断裂与鲁东隆起为界,西侧以鄌郚—葛沟断裂与昌北凸起及侯镇凹陷分界,北部以古城—潍河口断层与昌北凸起相邻,南部与潍县凸起毗邻。由于北部古城—潍河口断裂的长期活动,使研究区呈北断南超的箕状凹陷。根据地层沉积特点与构造特征等因素,可将潍北凹陷分为北部洼陷带、瓦城断阶带、灶户断鼻带和南部斜坡带。
沉积地层以古近系和新近系为主,自下而上依次为王氏组(Kw)、孔店组(Ek)、沙河街组四段(Es4)、馆陶组(Eg)和明化镇组(Em)。孔店组可以分为3段:孔一段(Ek1)分上、中与下3个亚段,孔一上亚段(Ek1上)与孔一中亚段(Ek1中)均以泥岩为主,孔一下亚段(Ek1下)为砂泥岩互层;孔二段(Ek2)也分为3个亚段,孔二上亚段(Ek2上)以灰色泥岩为主,夹薄层砂岩,孔二中亚段(Ek2中)为砂泥岩互层,砂岩比较发育,孔二下亚段(Ek2下)以暗色泥岩为主;孔三段(Ek3)主要为玄武岩段。烃源岩主要发育于E k2,属于较好—好烃源岩[7]。目前,在Ek3玄武岩、E k2砂砾岩和Ek1粉—细砂岩中均发现了工业油气藏。从纵向上看,油气藏埋深具有北深南浅的特点,北部主要为Ek2油气藏,中部为Ek2上—中和Ek1下油气藏,南部斜坡带主要为Ek1中—下油气藏;平面上,油气分布不均,从北部洼陷带到南部斜坡带均分布了不同类型的油气藏[8],灶户断鼻带是目前发现油气最富集的地区。
潍北凹陷油气输导体系要素主要包括砂体、断层和不整合面。
2.1 砂体
砂体既可以作为油气的储集空间,也可以作为油气运移的通道。砂体的空间展布特征决定了油气的运移路径,构造背景从根本上决定了油气的运移方向,油气常在砂体的高部位聚集成藏。以砂体作为运移通道的油气藏,一般形成于距烃源岩较近或与烃源岩相邻的地层[9]。影响砂体输导能力的因素主要有砂体厚度、孔隙度和渗透率等[10]。形成输导砂体的有利沉积相带主要有三角洲、近岸水下扇和滩坝[11](图2)。它们形成的前缘主河道、河口坝、滩坝主体及生物碎屑滩砂体单层厚度大、分布广、物性好、输导能力强。
图2 潍北凹陷昌64—昌37—昌36—昌25连井剖面Fig.2 Well-tie section across Chang 64,Chang 37,Chang 36 and Chang 25 well in Weibei Sag
2.1.1 孔渗性
对潍北凹陷39口取心井主要储层的物性进行统计与分析[5],结果表明:Ek2中储层孔隙度较小,一般为15%~25%,且有部分样品孔隙度小于10%,渗透率小于10 mD;Ek1中和Ek1下储层孔隙度相近,一般为20%~30%;Ek1中渗透性较差,平均渗透率为10~50 mD,Ek1下渗透性较好,平均渗透率为100~500 mD(表1)。随着埋藏深度增加,砂岩孔隙度有减小的趋势,孔隙度大于10%的储层主要分布于埋深小于3 000 m的范围内。研究区孔隙度小于10%的储层主要分布于北部洼陷带的北西部。埋深小于2 000 m的砂岩,其渗透率较大,埋深大于2 000 m的砂岩,其渗透率较小,但仍有部分孔隙存在,可作为油气输导的通道。研究区胜科1井5 000 m以下Ek1仍有较多的微孔隙和粒间孔与溶孔等宏孔隙(图版Ⅰ)。
表1 潍北凹陷孔店组物性数据统计Table1 The statistics of reservoir properties of Kongdian Formation in Weibei Sag
2.1.2 沉积相
扇三角洲砂体主要分布于潍北凹陷东部和南东部,北部和西部扇三角洲有靠近山口的特征[12]。从层系上看,扇三角洲主要发育于Ek2上—中和Ek1中—下。目前北部洼陷带发现的扇体基本上均属于扇三角洲沉积体系,如央5与央6井钻遇的扇三角洲前缘砂体。扇三角洲平原亚相是泥石流与碎屑流成因的杂砾岩沉积,分选较差,杂基含量较高,不利于油气的运移。扇三角洲前缘亚相杂基含量较低,具有较好的油气输导能力。前扇三角洲亚相砂体呈薄层—透镜状,油气输导能力一般。
近岸水下扇是Ek2中—下发育的一种沉积体系类型,主要发育于北部洼陷带。自东向西有昌11、央5、央1、昌参1、央3和央斜4等井区7个较大的近岸水下扇砂砾岩体[5]。这些扇体由北向南延伸,砂体逐渐尖灭于洼陷带内的半深湖—深湖亚相暗色泥岩中。
2.2 断层
断层在油气藏的形成过程中具有两重性,断层开启时可以作为油气运移的通道,封闭时又可以对油气运移进行遮挡,形成圈闭。其影响因素[13-15]主要有:①断层面倾角、断层性质及断距大小。②断层两侧对接的岩性情况。如果是砂岩与砂岩对接,则断层主要起通道作用,如果是砂岩与泥岩对接,则断层主要起封闭作用。③断层面的泥岩涂抹作用。泥岩涂抹因子值越大,其封闭性越好。④活动期的断层封闭性较差,静止期的断层封闭性较好。⑤断层类型及组合形式。相同情况下,逆断层封闭性比正断层好,走滑断层封闭性比逆断层好,地堑型断层封闭性比地垒型断层好。构成运移通道的断层主要是向下进入烃源岩体及继承性活动的断层。这些断层向上到达储集层,向下切入烃源岩层中,成为沟通储层与烃源岩的主要通道。
张克鑫等[16]认为,潍北凹陷东西两侧的断层为郯庐断裂带的一部分,在剖面上是近直立的走滑断层。北部的古城—潍河口断层是一条伸展断层,新近纪以前,它是郯庐断裂带活动派生出来的雁列断裂带;新近纪以后,它东西贯通,形成一条铲式正断层,并成为控制潍北凹陷沉降的主边界断层之一。北部洼陷带次级断裂发育较少,而中部构造坡折带为北部洼陷带与南部斜坡带的过渡带,发育了一系列与主边界断层近平行的次级断裂。
2.3 不整合面
沉积盆地中,不整合面常常代表了沉积间断或剥蚀。通常情况下,不论不整合面类型如何,不整合面及其上下岩层均可分为3层结构:不整合面之上的底砾岩、风化黏土层及半风化岩石。不整合面之上的底砾岩是粗碎屑沉积,连续性好,具有较好的孔渗性;不整合面之下的风化黏土层主要为泥岩,孔渗性较差,具有较好的封盖性;风化黏土层之下是受风化作用而形成的具有一定孔隙度和渗透率的半风化岩石。底砾岩和半风化岩石发育的孔隙空间,对油气的横向运移非常重要[17],风化黏土层可将底砾岩和半风化岩石分隔,使其构成双重运移通道,组成区域性的运移通道网络。由于不整合面的分布往往具有区域性,能够连通相互独立的砂体,所以它是油气远距离运移的重要通道,对油气成藏具有一定的控制作用[18]。
潍北凹陷主要存在6个不整合面,即Nm/Ng,Ng/Es4(Ng/Ek1),Es4/Ek1,Ek2上/Ek2中,Ek2下/Ek3和Ek3/Kw。其中,Ng/Es4(Ng/Ek1)及Ek2下/Ek3为区域性不整合面,其余为局部不整合面[5]。Ek2上/Ek2中不整合面分布于灶户鼻状构造带,其上部为Ek2上底部为灰色炭质泥岩和油页岩,下部为Ek2中上部含砾砂岩和砾质砂岩,孔渗性较好,油气易沿不整合面下部运移。Ek2下/Ek3不整合面分布于柳疃断层以北,在地震剖面上表现为超覆尖灭现象,表明在Ek2沉积初期,昌邑—大店断裂的走滑作用使灶户地区发生挤压,地层抬升并遭受剥蚀。Ek3上部玄武岩由于受风化剥蚀作用而形成风化岩溶带,其孔隙度较大,渗透性较好,是油气运移的良好通道。
油气从烃源岩到圈闭的过程可能包含各种不同的输导体系基本要素,几个基本要素可以任意组合,使油气在地层中以不同距离及不同方向进行立体运移,构成复杂的油气运移立体输导网络。潍北凹陷输导体系类型多样[10],根据地层沉积、构造及油气成藏特点,其输导体系可分为砂体输导体系、断层输导体系、断层-不整合输导体系和断层-不整合-砂体输导体系等4种类型。根据对潍北凹陷输导体系类型、成藏模式和油气藏类型[6,19]的分析,发现油气在运移过程中经过的输导体系不同,受其控制形成的油气成藏模式也不同[20]。
3.1 砂体输导体系
砂体输导体系分布较广泛,在北部洼陷带和灶户断鼻带均有分布,是潍北凹陷最重要的输导体系类型。
3.1.1 砂体输导体系特征
潍北凹陷Ek2地层由南东向北西逐渐增厚,暗色泥岩分布广泛,主要分布于北部洼陷带和灶户断鼻带。因此,潍北凹陷供烃区主要分布于北部洼陷带和灶户断鼻带2个区域。在这2个区域中,孔隙度和渗透率均较好的Ek2上—中和Ek1中—下扇三角洲沉积砂体广泛发育,北部洼陷带的Ek2中—下近岸水下扇砂体由南向北展布,储集砂体与成熟烃源岩互层大面积分布,油源充足,烃源岩生成的油气经初次运移进入砂体中,在孔隙度和渗透率均较好的砂体中侧向运移,砂体常尖灭于Ek2暗色泥岩中,易于形成自生自储油气藏。北部洼陷带的断裂发育较少,油气主要通过砂体进行运移。
3.1.2 砂体输导体系的控制作用
砂体主要发育于凹陷或盆地中的古隆起斜坡上,生烃凹陷生成的油气经初次运移进入砂体中,通过砂体侧向运移,在岩性尖灭圈闭、地层超覆圈闭或断层遮挡圈闭中聚集成藏[20],主要形成岩性尖灭-不整合油气藏和砂岩透镜体油气藏。潍北凹陷砂体输导体系形成的油气藏主要分布于北部洼陷带和灶户断鼻带的Ek2砂砾岩中,砂体孔隙度和渗透率均较好,并呈透镜状尖灭,便于油气在砂体中运移并聚集成藏。如北部洼陷带的央5井区,断裂构造较少,Ek2烃源岩生成的油气经初次运移进入砂体中进行二次运移,砂岩储集体四周被泥岩所限,呈透镜状,发育砂岩透镜体油气藏(图3)。潍北凹陷Ek1地层沉积后,凹陷南部抬升并遭受剥蚀,使各层砂岩尖灭于沙四段或馆陶组之下,易形成岩性尖灭-不整合油气藏。
图3 潍北凹陷央5井砂岩透镜体油气藏Fig.3 The sand lens reservoir of yang 5 well in Weibei Sag
3.2 断层输导体系
断层作为油气运移的通道,对油气的垂向运移至关重要。
3.2.1 断层输导体系特征
潍北凹陷断层输导体系主要发育于灶户断鼻带,是南部斜坡带最主要的输导体系。潍北凹陷以伸展变形为主,断裂构造主要发育正断层,存在2个伸展变形期,即Ek3—Ek2沉积期和Es4沉积期[5]。灶户断鼻带断裂构造非常发育,鼻状构造轴向为北西向,向南东抬高,被北东、北西和近东西向的3组次级断层切割。断块破碎,使构造复杂化。此处又发育供烃区,烃源岩在Ek沉积末期大部分已进入生烃门限[5],Ek2生油层被断层切割,生成的油气易沿处于伸展变形期的正断层运移,并在有利部位储集成藏。南部斜坡带发育众多近东西走向的断层,而柳疃断层南部的缓坡带也具备供烃条件[21]。断层可作为有效的油气运移通道,如疃3井已获得工业油流,此处Ek2生油层被活动性正断层切割,油气通过断层向上运移,在Ng/Ek1不整合面附近聚集成藏,断层为其主要的运移通道(图4)。
图4 潍北凹陷疃3井断层-地层不整合油气藏Fig.4 The fault-unconformity reservoir of Tuan 3 well in Weibei Sag
3.2.2 断层输导体系的控制作用
潍北凹陷深层生成的油气通过断层向上运移至浅部形成断层-地层不整合油气藏、断层油气藏和构造-岩性油气藏等[21]。例如疃3井区,断层切穿Ek2和Ek1,Ek2烃源岩生成的油气经过断层运移至Ng/Ek1不整合面聚集成藏,形成断层-地层不整合油气藏。在凹陷南部地区,有些岩层的倾向与断层倾向相反,由于Ek1向上砂岩逐渐减少,泥岩增多,Ek1上几乎全为泥岩,使得下降盘对上升盘形成遮挡,并形成断层油气藏。昌3与昌90井区,在鼻状构造背景下,Ek2有利相带上的砂体被断层切割,油气经断层运移至高部位的砂体中形成构造-岩性油气藏。
3.3 断层-不整合输导体系
断层与不整合面组成的输导体系是油气在地层中进行垂向-侧向运移的立体输导网络,这种输导体系受断层与不整合面的双重控制,只有在断层与不整合面同时具有输导能力时油气才能在其中进行运移。
3.3.1 断层-不整合输导体系特征
潍北凹陷Ek3玄武岩遍及全区。潍北凹陷在古近纪始新世早期受郯庐断裂带走滑作用的影响[5],火山活动强烈,玄武岩发育。在Ek3沉积末期,受郯庐断裂带走滑挤压作用影响,研究区地层抬升并遭受剥蚀,发育玄武岩顶部溶蚀性储层,之后裂陷拉张,其上沉积了Ek2烃源岩。潍北凹陷,尤其是灶户断鼻带断裂构造发育,断层切穿Ek2,与Ek3连通,使得Ek2烃源岩生成的油气沿不整合面上部粉砂岩运移,途经活动性断层并沿其向下运移至Ek3玄武岩,受反向断层的控制形成玄武岩油气藏(图5)。如昌14、昌36、昌39和昌81井等油气藏就是通过断层-不整合输导体系在玄武岩顶面形成的。
图5 潍北凹陷昌36井油藏断层-不整合输导体系Fig.5 Fault-unconformity pathway system of Chang 36 well in Weibei Sag
3.3.2 断层-不整合输导体系的控制作用
生烃凹陷生成的油气通过断层和不整合面组成的输导体系运移至有利相带并聚集成藏,主要形成断块油气藏、岩性油气藏及断层-岩性油气藏等[22]。潍北凹陷受断层-不整合输导体系控制形成的油气藏主要分布于灶户断鼻带。目前,潍北凹陷自北向南共发育有10条较大的反向断层,控制着油气的分布[5]。昌14、昌36、昌25、昌39和昌81井区分别位于反向断块上,这几个井区Ek2烃源岩生成的油气经过Ek2下/Ek3不整合面及断层,运移至Ek3或Ek1中形成断块油气藏和地层不整合油气藏(图6)。在灶户断鼻带,Ek2—Ek2沉积期,凹陷东侧发育了大型扇三角洲沉积体系,扇三角洲沉积砂体向断鼻方向推进,超覆于鼻梁两侧并形成上倾尖灭,而灶户断鼻带断裂比较发育,同时灶户断鼻带发育了局部性的Ek2上/Ek2中不整合面。因此,在断鼻两翼,Ek2烃源岩生成的油气经过断层和不整合面运移至Ek2上或Ek1,从而形成岩性油气藏和构造-岩性油气藏[3]。
3.4 断层-不整合-砂体输导体系
图6 潍北凹陷昌25井断块油气藏Fig.6 The fault-block reservoir of Chang 25 well in Weibei Sag
断层、不整合面和砂体组成的输导体系是油气在地层中进行更复杂和更远距离运移的立体通道网络,它们可以输导埋藏较深或侧向运移较远的油气,使油气在地层中能够向不同方向、沿不同路径和以不同距离进行立体远距离运移,具有较强的输导能力。
3.4.1 断层-不整合-砂体输导体系特征
潍北凹陷中,该种输导体系主要发育于灶户断鼻带。灶户断鼻带发育有局部性的Ek2上/Ek2中不整合面,不整合面之下发育有扇三角洲砂体和滨浅湖粉砂岩,孔隙度和渗透率均较高,具有较好的输导能力,此外北西走向的⑦号断层与北部洼陷带供烃区相通,与砂体和不整合面构成的阶梯状输导体系使北部洼陷带生成的油气能够远距离运移至灶户断鼻带并聚集成藏。
3.4.2 断层-不整合-砂体输导体系的控制作用
生烃凹陷生成的油气经断层的垂向运移、不整合面的斜侧向运移及输导砂体的侧向运移,至有利相带聚集成藏,可形成各种类型的油气藏[23]。潍北凹陷中,该种成藏模式形成的油气藏主要有岩性尖灭油气藏、地层不整合油气藏、断块油气藏和断层-岩性油气藏。灶户断鼻带⑦号断层与北部洼陷带供烃区相通,与砂体和不整合面构成的复合输导体系可将北部洼陷带生成的油气远距离运移至灶户断鼻带,形成各种油气藏,包括灶户断鼻带主要的构造油气藏、岩性尖灭油气藏和构造-岩性油气藏。
(1)潍北凹陷经过多期构造运动,发育了砂体、断层和不整合面等输导体系要素。砂体和不整合面是油气侧向运移的主要通道,断层是油气垂向运移的主要通道。
(2)潍北凹陷的输导体系要素相互组合,形成的输导体系主要有砂体输导体系、断层输导体系、断层-不整合输导体系和断层-不整合-砂体输导体系。
(3)北部洼陷带断裂构造较少,主要存在砂体输导体系;灶户断鼻带断裂构造发育,存在断层输导体系,南部斜坡带该种输导体系也有发育;断层-不整合输导体系可以遍及全区,形成Ek3玄武岩油气藏;断层-不整合-砂体输导体系主要发育于灶户断鼻带,可使北部洼陷带生成的油气远距离运移至断鼻带并聚集成藏。
(4)油气输导体系控制了油气成藏模式。潍北凹陷中砂体输导体系控制的油气成藏模式主要有岩性尖灭油气藏和砂岩透镜体油气藏;断层输导体系控制的油气成藏模式主要发育地层不整合-断层油气藏、断块油气藏和构造-岩性油气藏等;断层-不整合输导体系控制的油气成藏模式主要有断块油气藏、岩性油气藏及断层-岩性油气藏等;断层-不整合-砂体输导体系控制的油气成藏模式主要有岩性尖灭油气藏、地层不整合油气藏、断块油气藏和断层-岩性油气藏等。
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图版Ⅰ
(本文编辑:李在光)
Pathway system and its controlling on hydrocarbon accumulation in Weibei Sag
LIN Yuxiang,WANG Yuwei,MENG Cai,HAN Jilei
(College of Earth Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,Shandong,China)
As the passageway of hydrocarbon migration,the pathway system is very important for hydrocarbon accumulation.In terms of the research of fault and its activity,depositional system and unconformity in Weibei Sag, we put forward that there are three kinds of pathway system factors including sand body,fault and unconformity surface.They formed fault-unconformity pathway system and fault-unconformity-sand body pathway system.Weibei Sag has two hydrocarbon source areas which are located at the northern depression belt and eastern Zaohu faultednose belt.The eastern Zaohu faulted-nose belt developed lots of complex fracture structure,but the northern depression belt developed little faults.Weibei Sag developed six unconformity surfaces,among which Ng/Es4or Ng/ Ek1and lower Ek2/Ek3are regional unconformity surfaces.For these reasons,different regions developed different pathway system in Weibei Sag.Based on the analysis of reservoirs in Weibei Sag and the characteristics of pathway system,we concluded the controlling of different passage system on hydrocarbon migration and accumulation.We find that sand body pathway system may control the forming of lithologic pinchout reservoirs and sand lens reservoirs, fault pathway system may control the forming of unconformity-fault reservoirs,fault-block reservoirs and structural-lithologic reservoirs,fault-unconformity pathway system may control the forming of fault-block reservoirs,lithologic reservoirs and fault-lithologic reservoirs,and fault-unconformity-sand body pathway system may control the forming of lithologic pinchout reservoirs,unconformity reservoirs,fault-block reservoirs and fault-lithologic reservoirs.The study result is favorable for reservoir exploration and prediction in Weibei Sag.
pathwaysystem;sand body;fault;unconformity;reservoir;Weibei Sag
TE122.1
A
1673-8926(2014)06-0075-08
2014-04-04;
2014-06-20
国家自然科学基金面上项目“沁水盆地煤层气与致密砂岩气共生成藏机理研究”(编号:41172108)、国家油气专项“十二五”课题“沁水盆地煤系地层游离气成藏机制与分布研究”(编号:2011ZX05033-04)和中国石油“十二五”科技攻关课题“断陷盆地油气输导与储集体系表征、演化及其分布规律”(编号:2011A-0203)联合资助
林玉祥(1963-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事油气地质勘探方面的研究工作。地址:(266590)山东省青岛市经济技术开发区前湾港路579号山东科技大学地球科学与工程学院。E-mail:sdkdlyx@126.com。
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