王宏語，張峰，蔡雨薇

中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

塞內(nèi)加爾盆地是位于非洲西北海岸地區(qū)的一個巨大的裂谷-被動大陸邊緣疊合盆地（圖1）。盆地包括陸上和海上兩部分，東西寬約400～800 km，南北長 1 500 km，盆地面積 938 748 km2，以主要轉(zhuǎn)換斷層為界從北向南依次劃分為毛里塔尼亞次盆、北部次盆和卡薩芒斯次盆[1-3]。近年來該盆地油氣勘探發(fā)現(xiàn)不斷，顯示出了巨大的油氣勘探潛力[2,4-8]。

該盆地面積巨大，在不同區(qū)段，構(gòu)造與沉積演化特征也顯示出了明顯的差異性；其中北部次盆在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)發(fā)育多種陸坡類型，形成巨厚、面積較大的碳酸鹽巖陸架沉積，而大西洋沿岸盆地普遍發(fā)育的鹽巖構(gòu)造在這里則相對較少，規(guī)模較小，顯示出了其在大西洋沿岸盆地中的特殊性。本文基于前人區(qū)域地質(zhì)研究背景，以二維、三維地震資料與代表性的鉆井資料為基礎(chǔ)，分析北部次盆南段在被動大陸邊緣發(fā)育期的沉積演化特征，探討其主控因素；一方面為全面揭示該盆地發(fā)育特征、明確中大西洋被動大陸邊緣型盆地的演化規(guī)律提供支撐，另一方面也為該區(qū)的油氣成藏地質(zhì)條件評價提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 盆地構(gòu)造演化階段

塞內(nèi)加爾盆地屬于典型的大陸裂谷和被動陸緣盆地形成的疊合盆地（圖2），盆地的形成與中生代以來大西洋裂谷作用及后期持續(xù)擴(kuò)張密切相關(guān)[9-11]。盆地的演化主要經(jīng)歷了前裂谷期、裂谷期、被動陸緣期等3個階段；前裂谷期主要指中生代之前，其區(qū)域構(gòu)造主要受控于北非板塊構(gòu)造演化；裂谷期主要發(fā)育于三疊紀(jì)中晚期—侏羅紀(jì)早期，受控于非洲板塊與北美洲板塊的分離作用；盆地在中晚侏羅紀(jì)進(jìn)入被動大陸邊緣漂移期，從古近紀(jì)開始盆地整體進(jìn)入沉降階段[3,10,12-14]。

1.2 區(qū)域地層與沉積特征

前裂谷層系主要是古生界的志留系和泥盆系，僅在盆地東部的陸地區(qū)域有局限殘留，其與裂谷層系的三疊系—下侏羅統(tǒng)碎屑巖和鹽巖呈不整合接觸[3,15]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)單元劃分與研究區(qū)位置圖 （據(jù)文獻(xiàn) [3]修改）Fig.1 Geotectonic map showing regional geological units and the study area （modified from reference [3]）

圖2 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南段地層剖面模式圖 （剖面位置見圖1中的a-b，據(jù)文獻(xiàn)[9,10]修改）Fig.2 A stratigraphic section of the north sub-basin （see a-b in fig.1 for location of the section,modified from references [9,10]）

在中晚三疊世，與早期的中大西洋擴(kuò)展相伴隨，西北非的大西洋沿岸發(fā)育了一系列的北北東向半地塹，斷層與下伏的古生代構(gòu)造走向近于平行。塞內(nèi)加爾地區(qū)的地塹在裂谷早期主要發(fā)育河流、湖泊和三角洲相沉積；在裂谷后期，海水從東面（古特提斯洋）和北面（原始大西洋）侵入，盆地的北、西北和南部，較遠(yuǎn)的物源區(qū)只提供少量的碎屑進(jìn)入盆地，導(dǎo)致在這種受限很強(qiáng)的局限海中沉積了巨厚鹽巖，而且沉積持續(xù)到早侏羅世[12,15-16]。

距今約180～170 Ma的中侏羅世早期，西北非與南、北美洲開始張裂，塞內(nèi)加爾盆地開始處于被動大陸邊緣背景[12-13,17-18]，主要發(fā)育正斷層以及與火山活動和鹽活動相關(guān)的構(gòu)造等。此后，盆地范圍不斷擴(kuò)大，地層沉積厚度范圍從東部至沉積中心為幾米至10 km（圖2）。其中在中侏羅世至早白堊世，盆地大部分地區(qū)發(fā)生海侵，在現(xiàn)今的陸架外緣及其附近形成了巨厚的碳酸鹽巖沉積，陸坡以西為深海環(huán)境，陸架邊緣向陸發(fā)育碳酸鹽巖和生物礁建造。早白堊世晚期，陸坡以西以粉砂巖和頁巖為主，而在東部以淺海相及河流相砂礫巖為主。到晚白堊世Turonian期，海侵范圍達(dá)到最大，盆地海域大部分地區(qū)沉積富有機(jī)質(zhì)的頁巖；Santonian期盆地開始進(jìn)入海退旋回，至Maastrichtian末期海退幅度達(dá)到最大[2,4-5,13]。古近紀(jì)阿爾卑斯造山運(yùn)動導(dǎo)致非洲板塊與伊比利亞（Iberian）板塊發(fā)生碰撞，漸新世和中新世強(qiáng)烈的火山活動導(dǎo)致 Cape Verde 等島嶼的形成[10,12]。

2 白堊紀(jì)被動大陸邊緣沉積演化特征

2.1 沉積古地貌演變特征

西北非的大西洋沿岸地區(qū)自晚侏羅世以來始終處于被動大陸邊緣的構(gòu)造古地貌發(fā)育背景之中，且不同的區(qū)段其陸架與陸坡的發(fā)育存在著較大差異[19-20]。地震、鉆井資料綜合解釋表明（圖3，圖4，圖5），研究區(qū)被動陸緣期的陸坡-陸架邊緣古地貌存在3個演化階段。

（1）臺地邊緣斜坡期

在中—晚侏羅世，研究區(qū)受下覆裂谷盆地地層展布及斷層傳導(dǎo)的影響，在裂谷盆地邊緣地區(qū)發(fā)育陸架邊緣坡折斜坡帶（圖4A，圖5A）；該時期斜坡區(qū)的坡度較緩，其分布受下伏隱性斷層的影響較大。進(jìn)入早白堊世Neocomian期，中大西洋持續(xù)擴(kuò)展[9,21-22]，陸架邊緣碳酸鹽巖臺地區(qū)與陸坡以外深海泥質(zhì)沉積區(qū)的沉積速率差異增大，造成陸坡的坡度持續(xù)增加、斜坡落差增大，陸坡位置向大陸有所遷移，成為碳酸鹽巖臺地邊緣斜坡（圖4B）。

（2）同沉積斷層斜坡期

Neocomian期末期，陸架邊緣區(qū)發(fā)生地層掀斜、錯斷，碳酸鹽巖臺地接受不均衡剝蝕（圖3），同時臺地邊緣斜坡也開始具有顯著的斷坡特征。在此后的Aptian期，小幅度的地層掀斜與斜坡邊緣錯斷呈幕式多期發(fā)生；其中地層掀斜、抬升、陸坡錯斷規(guī)模最大的一次發(fā)生于Aptian末期，它促成了陸架邊緣碳酸鹽巖臺地喀斯特現(xiàn)象沿陸架邊緣局限分布以及地層削蝕不整合（圖3）。該階段陸架邊緣斜坡坡度較陡，具同沉積斷坡性質(zhì)（圖4C，圖5B）。

在Albian期，陸架邊緣發(fā)育具典型前積序列的碎屑巖沉積（圖4D），在較為陡傾的陸坡上也形成了大小不一的下切沖蝕溝谷（圖5C，圖6A）。在此后的Cenomanian-Turonian期，陸坡邊緣溝谷持續(xù)下切，且向陸地方向的延伸距離增加（圖5D，圖6B）；此期間陸坡基本形態(tài)穩(wěn)定，但溝谷規(guī)模不斷增加。

在Coniacian-Santonian的初期，陸架邊緣區(qū)經(jīng)歷一次較大規(guī)模的地層掀斜、陸坡錯斷，陸坡也由早期的傾陡斷坡變?yōu)橄露干暇徧卣?，然后形態(tài)基本定型（圖4F）。

（3）沉積坡折斜坡期

在Campanian-Maastrichtian期，西北非地區(qū)進(jìn)入晚白堊世—古近紀(jì)的第二構(gòu)造活動期[10,23]，陸地區(qū)域褶皺造山，物源供給增強(qiáng)，沉積物充填斜坡溝谷并將原斷坡完全覆蓋，形成寬緩的大陸沉積斜坡（圖4G，圖6C）。進(jìn)入古近紀(jì)以后，該區(qū)大陸邊緣斜坡形態(tài)與類型基本穩(wěn)定。

圖3 研究區(qū)白堊系地震-測井特征及地質(zhì)解釋 （剖面位置見圖1的 c-d）Fig.3 Cretaceous seismic-logging section and geological interpretation （see c-d in Fig.1 for section location）

2.2 沉積充填演化特征

井、震資料綜合解釋表明，白堊紀(jì)被動陸緣期存在碳酸鹽巖建設(shè)期、斷坡-碎屑巖分離式沉積期、斜坡-碎屑巖沉積期等3個構(gòu)造-沉積演化階段（圖7）。

（1）碳酸鹽巖陸架建設(shè)期

早白堊世Neocomian期，陸架邊緣地區(qū)地貌平緩，以碳酸鹽巖沉積為主，偶夾薄層泥巖沉積；形成的地層橫向展布穩(wěn)定，最大累計厚度達(dá)到3 000 m（圖3，圖5A），表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、中頻、中—高連續(xù)性、平行—亞平行的地震反射特征。在陸坡之外的深海地區(qū)，地層厚度較薄，以泥質(zhì)沉積為主，顯示為強(qiáng)振幅、中低頻、高連續(xù)性的地震反射特征。

早白堊世Aptian期，陸架邊緣碳酸鹽巖臺地建設(shè)速率較快，形成了厚 2 000～3 000 m 的碳酸鹽巖沉積，在臺地之上發(fā)育多個淺海水道，充填少量碎屑巖。在研究區(qū)北側(cè)的陸架邊緣，存在陸源碎屑的供給，以碎屑巖沉積為主（圖5B）。在該時期，全球海平面處于上升階段[24-25]，陸坡之外深海區(qū)域的可容納空間持續(xù)增大，在碳酸鹽巖臺地之下由于缺乏陸源碎屑的供給，形成了大套的泥巖夾灰質(zhì)泥巖沉積；而在研究區(qū)北側(cè)的碎屑巖陸坡外緣，則發(fā)育了同沉積的楔形體。

（2）斷坡-碎屑巖分離式沉積期

在Aptian末期，全球海平面快速下降[24-25]；同時由于中大西洋的持續(xù)張裂，區(qū)內(nèi)發(fā)生較大規(guī)模的地層掀斜作用，造成Aptian階的抬升、掀斜，接受剝蝕，并在陸坡邊緣區(qū)形成了較為典型的喀斯特巖溶。進(jìn)入Albian早期，陸源供給開始增強(qiáng)，在原碳酸鹽巖臺地之上發(fā)育了一套典型的三角洲建造（圖3,圖4D,圖5C）。三角洲扇體延伸至陸架邊緣，沉積物在陸坡坡折帶形成下切谷，并在坡下形成近坡的滑塌扇體。在Albian期沉積中晚期，海平面持續(xù)上升，物源供給有所減少，發(fā)育一套淺海偏泥質(zhì)沉積，在地震相上表現(xiàn)為中等振幅、中頻、連續(xù)的平行、亞平行反射特征。在陸坡之外的深海區(qū)，F(xiàn)1井揭示了Albian階下部為砂泥互層，向上砂巖含量逐漸減少，變?yōu)樯钏鄮r偶夾薄層粉砂巖的巖相組合，表現(xiàn)為由深海滑塌扇沉積為主向深海泥巖沉積為主的轉(zhuǎn)變過程。

由于海平面持續(xù)上升，陸源供給相對缺乏，Cenomanian期沉積向陸后退，沉積物以碎屑巖夾碳酸鹽巖為主，并在退后的沉積斜坡邊緣發(fā)育生物礁（圖4E）。在陸坡以西深海區(qū)域，由于物源供給的匱乏，地層較薄，以泥巖夾灰?guī)r沉積為主，超覆在陸坡坡腳區(qū)，在地震相上表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅、連續(xù)反射，上超接觸于下伏地層之上（圖3）。

Cenomanian后期，全球海平面又一次地快速下降（圖7），造成整個陸架區(qū)暴露，在陸架邊緣區(qū)形成了更為發(fā)育的下切溝谷和不整合（圖3）。此后的Turonian 期，海平面快速上升，海泛達(dá)到白堊紀(jì)以來最大規(guī)模，陸緣三角洲再次后退（圖4F），在研究區(qū)內(nèi)，泥巖充填陸架溝谷并覆蓋陸架邊緣區(qū)域。而在研究區(qū)北側(cè)，Turonian早期大陸仍有遠(yuǎn)源供給，經(jīng)過海灣坡度相對較緩的陸坡向深海平原輸送，并經(jīng)過洋流改造，在陡坡帶外側(cè)形成了北東—南西向的長軸近岸復(fù)合扇體（圖5D）。這些扇體在東西向地震剖面上呈現(xiàn)中等振幅、紊亂或側(cè)積特征，并下切充填于較為寬緩的近陸架深海斜坡之上（圖3）。

圖5 研究區(qū)構(gòu)造-沉積平面演化特征a.晚侏羅世—早白堊世 Neocomian 期；b.早白堊世 Aptian 期；c.早白堊世 Albian 期的早期；d.晚白堊世 Cenomanian—Santonian 期。Fig.5 Tectono-sedimentary evolution of the study area a.From Late Jurassic to Neocomian Age of Early Cretaceous; b.Aptian Age; c.the early period of Albian Age; d.Cenomanian and Turonian Ages.

圖6 研究區(qū)陸架邊緣及陸坡地貌演變特征Fig.6 Geomorphologic evolution characteristics of the shelf edge in the study area

在此后的Coniacian期至Santonian期，海平面相對穩(wěn)定，而陸源供給有所增強(qiáng)，沿岸形成了加積至弱進(jìn)積為特征的三角洲沉積（圖4G）；而在陸架淺海及陸緣斜坡區(qū)域，后期沉積物與水流多期沖刷、切割下部地層，在溝谷中形成了較薄且不等厚的Turonian階、Coniacian階與Santonian階，其中殘留的Santonian階以中等振幅、較連續(xù)、亞平行的地震反射為特征，而Coniacian階與Santonian階則以弱振幅、較差連續(xù)性地震反射為特征。在陸架外的深海區(qū)域以泥巖與灰質(zhì)泥巖沉積為主，發(fā)育一些斜坡扇（圖8），但下切水道現(xiàn)象減少、規(guī)模減小。

圖7 研究區(qū)構(gòu)造-沉積演化綜合柱狀圖巖性資料來自區(qū)內(nèi)鉆井與參考文獻(xiàn)[3]；海平面變化資料來自于參考文獻(xiàn)[24,25]。Fig.7 Integrated stratigraphic column showing lithology,sea level fluctuation,tectono-sedimentary stage,and deep-sea fan types of the study area Lithologic data come from wells and reference 3,the sea level change data come from references [24,25].

從Albian期到Santonian期，研究區(qū)以陸源碎屑巖建造為主，陸坡具有斷坡特征，陸架淺海與深海平原橫向不連續(xù)沉積，具有被動大陸邊緣的斷坡、坡上與坡下分離式沉積樣式。

（3）同沉積緩坡-碎屑巖沉積期

進(jìn)入白堊紀(jì)末的Campanian-Maastrichtian期，全球海平面雖穩(wěn)中有升，但西北非開始進(jìn)入第二構(gòu)造活動期，陸源供給持續(xù)增強(qiáng)，在沿岸形成了以進(jìn)積為特征的三角洲體系（圖4G），陸源碎屑沉積覆蓋了早期的整個陸架淺海區(qū)以及陸架邊緣斜坡區(qū)。在深海區(qū)域則發(fā)育多個較大規(guī)模的斜坡扇體，并伴隨較為明顯的寬緩溝谷下切現(xiàn)象。位于斜坡中下部的區(qū)內(nèi)鉆井大多揭示為大套泥巖偶夾粉砂巖的巖性組合。

在該階段，研究區(qū)持續(xù)接受陸源物質(zhì)，地層在陸架斜坡上橫向展布穩(wěn)定，具有被動大陸邊緣寬緩斜坡地貌、橫向連續(xù)沉積樣式。

圖8 研究區(qū)三維工區(qū)Coniacian-Santonian階均方根振幅屬性與地質(zhì)解釋Fig.8 RMS amplitude attribute and geological interpretation of Coniacian-Santonian

3 控制因素

在塞內(nèi)加爾盆地被動大陸邊緣發(fā)育階段，全球海平面變化、古氣候、構(gòu)造運(yùn)動與物源供給是沉積充填特征的控制因素，但在北部次盆研究區(qū)內(nèi)，這些因素又顯示了不同的控制特征。

3.1 全球海平面變化

被動大陸邊緣盆地屬于向海開放式沉積盆地，海平面的變化直接制約著盆地可容納空間的變化、沉積斜坡地貌的變化以及陸源供給的進(jìn)退，控制著盆地沉積建造的類型與格局。在白堊紀(jì)，特別是其中晚期，全球海平面大幅度上升并間隔發(fā)育的快速升降變化（圖7），直接影響了本區(qū)沉積物在空間上的組合特征。

在陸架淺海區(qū)的Albian期-Cenomanian早期，相對海平面持續(xù)上升，可容納空間增大，造成三角洲建造退縮，Albian階表現(xiàn)為典型的由三角洲前緣向前三角洲、淺海泥巖退積的三段式縱向演化特征。而到Cenomanian早期，物源持續(xù)退縮，發(fā)育碳酸鹽巖及生物礁沉積。Cenomanian末期的海平面快速下降造成該區(qū)發(fā)育下切溝谷及不整合面。Turonian期海平面的快速上升，再次造成沉積物以泥巖為主，并在縱向上呈退積特征。

陸架以下深海區(qū)域雖然始終處于海平面以下，但間接受到由于海平面變化而距離大陸物源區(qū)遠(yuǎn)近、供給性質(zhì)與規(guī)模的影響，從而在縱向上也呈現(xiàn)以泥巖為主、向上沉積物粒度變細(xì)的沉積組合特征。

3.2 構(gòu)造運(yùn)動

塞內(nèi)加爾盆地處于西北非沿岸的中南段，其發(fā)育與盆地北側(cè)的阿尤恩-塔爾法亞盆地以及摩洛哥沿岸盆地的構(gòu)造背景具較高相似性，這些盆地區(qū)段與北美大陸的美國佛羅里達(dá)-加拿大南部的沿岸區(qū)段相對應(yīng)[10,13]。在中大西洋的擴(kuò)展過程中，這些盆地內(nèi)部發(fā)育一系列的近北東走向正斷層系（圖9），這些斷層大多具有較大的斷距，但延伸距離并不長。在盆地及次盆間由于大洋擴(kuò)展速率的差異以及方向的變化，也發(fā)育一些近東西向的轉(zhuǎn)換斷層[3]，但這些盆地整體顯示受近東西方向的拉張應(yīng)力背景控制，為典型的被動大陸邊緣盆地。其與盆地南側(cè)的塞拉利昂-利比里亞盆地、科特迪瓦盆地等轉(zhuǎn)換斷層比較發(fā)育的盆地具有明顯的構(gòu)造-沉積演化差異性[11,14]，兩者屬于不同區(qū)域應(yīng)力背景。

研究區(qū)位于北部次盆的中南部，距離盆地及次盆邊緣的轉(zhuǎn)換斷層帶較遠(yuǎn)。在早白堊世的被動大陸邊緣發(fā)育期，由于處于拉張應(yīng)力環(huán)境，導(dǎo)致陸架邊緣地層多期次的錯斷、掀斜，一方面形成多個碳酸鹽巖臺地內(nèi)部以及Aptian末期的不整合，另一方面也造就了該期碳酸鹽臺地邊緣陸坡的“同沉積斷坡”性質(zhì)。

圖9 塞內(nèi)加爾盆地主要斷層與現(xiàn)今河流分布圖 （斷層數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[3]）Fig.9 Distribution map of major faults and current rivers in Senegel Basin （fault data from reference [3]）

晚白堊世末期—古近紀(jì)，受西北非大陸板塊內(nèi)部的活動以及與歐洲板塊的碰撞，西北非地區(qū)特別是摩洛哥沿岸進(jìn)入了造山運(yùn)動階段[10,23]，研究區(qū)受到影響也進(jìn)入了第二個構(gòu)造活動階段，在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為陸源碎屑供給增強(qiáng)，陸架淺海區(qū)發(fā)育一系列斷層，在緊鄰陸緣斜坡的深海區(qū)域地層發(fā)生褶皺（圖4G），三維工區(qū)北側(cè)火山巖發(fā)育。

3.3 古氣候與物源供給

古氣候作為背景條件往往能影響盆地沉積充填演化的多個方面，一方面它可影響沉積物來源的類型、供給速率，另一方面還能影響海/湖平面的變化以及水動力條件，這些都直接影響盆地內(nèi)的沉積體系類型與空間格局。前人研究表明，塞內(nèi)加爾盆地在三疊紀(jì)—白堊紀(jì)都處于亞熱帶干旱氣候區(qū)[26]，這不利于陸地母源區(qū)物質(zhì)的大量剝蝕、搬運(yùn)，也造就了塞內(nèi)加爾地區(qū)物源供給的相對匱乏，進(jìn)而促成陸架邊緣碳酸鹽巖十分發(fā)育。

白堊紀(jì)Aptian末期，全球氣候聚變進(jìn)入冰期（圖7），一方面造就全球海平面的快速下降，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖臺地的暴露、剝蝕與巖溶現(xiàn)象的發(fā)生；另一方面，氣候的變冷也改變了研究區(qū)炎熱干旱的氣候條件，促進(jìn)了陸源碎屑物質(zhì)的供給。這應(yīng)該是除了構(gòu)造因素外，造成碳酸鹽巖臺地建設(shè)停止，進(jìn)入Albian期三角洲體系碎屑巖建設(shè)的另外一個重要因素。

在塞內(nèi)加爾盆地的整個演化過程中，陸源碎屑供給速率相對較低；除了氣候因素外，另外一個原因可能是供給大陸邊緣的陸源剝蝕區(qū)面積較為局限且缺乏大規(guī)模物質(zhì)搬運(yùn)通道[20,27]。在塞內(nèi)加爾盆地陸地區(qū)的現(xiàn)今河流體系中，僅發(fā)育塞內(nèi)加爾河、岡比亞河與卡薩芒斯河等長度200～400 km的河流（圖9）；母源區(qū)較局限、大規(guī)模運(yùn)輸通道欠發(fā)育的特征仍有體現(xiàn)。

4 結(jié)論

（1）塞內(nèi)加爾盆地是一個上覆于古生代盆地之上的裂谷-被動大陸邊緣疊合盆地，中侏羅世進(jìn)入典型的被動大陸邊緣盆地發(fā)育期。受構(gòu)造、沉積作用的綜合影響，研究區(qū)陸坡在白堊紀(jì)經(jīng)歷了臺地邊緣斜坡、同沉積斷坡、寬緩沉積斜坡等階段，坡度經(jīng)歷由緩變陡、再變緩的變化過程。

（2）研究區(qū)在白堊紀(jì)被動大陸邊緣盆地發(fā)育階段經(jīng)歷了早白堊世Neocomian-Aptian期的碳酸鹽巖臺地建設(shè)期、Albian-Santonian期的斷坡-碎屑巖陸坡內(nèi)外分離式沉積期、Campanian-Maastrichtian期的碎屑巖緩坡沉積期等3個構(gòu)造-沉積演化階段，并在各階段形成了不同的沉積格局。

（3）全球海平面變化、陸源碎屑供給相對欠發(fā)育是造就本區(qū)被動大陸邊緣盆地沉積特征的重要因素。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動與應(yīng)力特征對該區(qū)白堊紀(jì)陸坡地貌的演化、不整合的發(fā)生、物源的進(jìn)退有著直接的控制作用，古氣候與物源供給條件則間接影響著盆內(nèi)沉積物的類型、規(guī)模與空間格局。

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