沉积作用和沉积环境.docx

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沉积作用和沉积环境

陆源碎屑物和化学物质沿着不同的途径汇入海洋，在海洋水动力（浪、流、潮等）及物理化学和生物条件作用下，进行搬运、扩散、分解，并在适宜的环境下沉积，构成海底沉积物类型分布图式。

同时，先期沉积的物质还将经受各种海洋水动力和物理、化学、生物作用的再造形成新的沉积物。

因此，海洋沉积物类型及其分布，乃是漫长沉积作用的地质记录。

3.1现代沉积作用

渤中区处于半封闭内海－渤海的南部，包括黄河口、渤海中部和莱州湾，沿岸有较众多的河流注入，但水量、沙量较大的河流不多，其中以黄河入海的水、沙量最大。

陆源碎屑沉积物是区内的主要沉积物，其类型和分布受陆源物质、海底地形和水动力条件等因素控制，主要的类型有砂砾、细砂、粘土质细砂、粉砂、砂－粉砂－粘土、粘土质粉砂和粉砂质粘土（图3－1、表3.1），以后三种类型为主，广泛分布于渤中区内，占调查站位的66％，砂砾仅出现在老铁山附近的个别站位，各类型沉积物的分布情况详见底质图（图3－2）。

根据各类型沉积物特征、分布状况和沉积环境的差异，大致可分为六个沉积区，即：

Ⅰ、近代黄河三角洲沉积区；Ⅱ、渤中及渤海湾浅海沉积区；Ⅲ、莱州湾东部海湾沉积区；Ⅳ、滦河口－曹妃甸沿岸沉积区；Ⅴ、渤海海口潮流沉积区；Ⅵ、辽东湾口浅海沉积区。

其中近代黄河三角洲沉积区按近代黄河三角洲的发育与变迁进一步划分为Ia,黄河现代河口三角洲沉积和Ib,黄河废弃河口三角洲沉积。

详见附图3－3渤海南部的沉积分区图。

表3.1渤中区表层沉积物类型及其粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

数量

粒度组成（％）

粒度参数

砂（-2-4Ф）

粉砂（4－8Ф）

粘土（＞8.0）

MdФ

δI

SKI

砂砾

砂48.2

砾26.5

11.0

14.1

1.65

2.46

3.54

0.38

0.82

细砂

74.5-86.4

4.7-10.7

8.8-14.5

3.23

3.73

1.69

0.59

3.71

粉砂

0.4-9.6

75.2-92.7

5.1-23.3

4.92

5.32

1.30

0.56

2.60

砂－粉砂－粘土

24.0-47.8

20.9-43.0

20.6-41.5

5.42

5.83

2.64

0.25

0.62

粘土质粉砂

0.2-12.1

47.8-74.9

22.7-49.2

6.89

7.00

1.91

0.22

0.79

粉砂质粘土

0.1-15.9

20.9-43.0

46.2-62.7

8.11

7.76

1.99

-0.21

0.96

3.1.1表层沉积物特征与粒度组成

粒度是碎屑沉积物的主要特征和分类依据，对所采集的表层沉积物进行了全面的粒度分析，能区分上下层的分别分析。

共分析91个站位107个样品。

按Ф值标准（Ф＝－log2DD粒径mm）进行粒径分级，＜4Ф（＞0.063mm）颗粒用1Ф间隔筛分，＞4Ф（＜0.063mm）用吸管法间隔1Ф分级。

根据各粒级的重量百分含量，用优势粒级分类法按F.P.Shepard三角图解进行沉积类型分类。

现将各沉积区出现的沉积物的特征和粒度组成分述如下：

3.1.1.1近代黄河三角洲沉积区（Ⅰ）

黄河是注入本区最大的河流，自1855年改道入本区以来，尾闾和河口几级变迁，发育形成了巨大的近代黄河三角洲。

1976年黄河改道清水沟入海至今，形成了现代河口三角洲，与已被废弃正在遭受海洋动力改造的废弃河口三角洲，二者在沉积环境和沉积特征上都有很大差异。

a、黄河现代河口三角洲（Ia）:

该区是现代黄河入海泥沙直接沉积的地区，海底地形较平坦，水深小于15m，沉积物颗粒细。

河口附近沉积粉砂向海渐变为粉砂质粘土和粘土质粉砂，围绕河口呈环带状分布。

沉积物表面被高含水量、呈流塑状的黄褐色浮泥覆盖，厚度大于10cm。

浮泥下沉积物含水量突然减小，呈半流塑状。

粉砂和粘土物质为其主要组份，占95％以上。

粘土质粉砂和粉砂质粘土中，粉砂的含量分别为64.4和40％（平均值），MdФ分别为6.23Ф和8.15Ф（表3.2），概率曲线（图3-4.a）均为两段式，悬移组份为主，截点分别为5Ф和6Ф，频率曲线以单峰（图3-4.b）为主，少有双峰，粗端显示较好的分选，众数分别为4.5Ф和5.5Ф。

表3.2黄河现代河口三角洲表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

粘土质粉砂

2.56

64.4

33.0

6.23

6.63

1.98

0.25

0.80

粉砂质粘土

0.3

40.0

54.5

8.15

7.83

1.90

-0.31

0.90

b、黄河废弃河口三角洲（Ib）:

1976年黄河改道入莱州湾以前，区内曾发育多期黄河河口三角洲，河口废弃后，三角洲遭受海洋动力改造，原三角洲沉积物普遍发生粗化，粒度组成较现代河口三角洲粗。

粉砂成为主要沉积物，向海变细过度为粘土质粉砂，平行海岸呈带状分布。

表面常覆有黄褐色浮泥，厚度小于5cm，含水量大，流塑状。

粉砂和粘土质粉砂中粉砂粒级的含量均在70％以上，MdФ分别为4.9Ф和6.03Ф,分选中等（δI为1.17和1.78）（表3.3）,频率曲线峰形明显，众数为4.5和5.5Ф左右（图3－5.b），分别与现代河口三角洲的粘土质粉砂和粉砂质粘土接近，概率曲线（图3－5.a）亦为两段式，以跃移组份为主，截点亦在5Ф和6Ф。

表3.3黄河废弃河口三角洲表层沉积粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

粉砂

0.5

82.3

12.8

4.90

5.33

1.17

0.57

2.81

粘土质粉砂

0.5

71.8

27.4

6.03

6.57

1.78

0.25

0.82

3.1.1.2渤中及渤海湾浅海沉积区（Ⅱ）

渤中中部和渤海湾浅海，水深小于30－20m,海底地形平坦，在有历史记载以来，黄河多次流入本区。

区内直接或间接地接受了黄河入海扩散细粒泥沙的沉积，为渤海最大的细粒泥沙沉积区，沉积物为粉砂质粘土和粘土质粉砂。

海底表面浮泥厚度大，一般大于5－10cm,近代黄河三角洲一侧呈黄褐色，渤中中部多为褐灰色，含水量大，呈流塑状。

粉砂质粘土和粘土质粉砂为褐灰－灰色，半流塑状。

粘土物质含量高，多数超过40％，砂含量极少，均小于5％，MdФ为8.04Ф和7.14Ф（表3.4）。

概率曲线为两段，悬浮组份超过50％，最高可达95％，分选差（图3－6.a）。

频率曲线，粉砂质粘土分布平坦，不显峰态，粘土质粉砂呈现低峰，众数5.5Ф左右（图3－6.b）。

表3.4渤中浅海表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

粘土质粉砂

1.9

57.1

41.0

7.14

7.21

1.86

0.05

0.79

粉砂质粘土

3.5

43.8

52.6

8.04

7.77

1.96

-0.81

3.1.1.3莱州湾东部海湾沉积区（Ⅲ）

海湾西部为黄河现代河口三角洲所在，泥质沉积物分布广，但海湾东部平坦的海底则广布粉砂沉积。

与渤中和渤海湾不同，泥质沉积物稀少，仅与其邻近地带沉积物中粘土含量才有所增高，可为粘土质粉砂。

海底表面浮泥薄，小于3－5cm。

粉砂呈褐灰－灰色，密实，纯净，分选好，粉砂含量大多在80％以上，平均82.3（表3.5），仅浮泥中时含有较多的粘土，但其粉砂含量仍超过70％，MdФ平均4.96Ф。

概率曲线（图3－7.a）无滚动组份，跃移组份大于65％，频率曲线（图3－7.b）主峰峰形明显，众数处于4.5Ф左右，在一些站位样品中呈现次峰，其众数大致为5.5Ф左右。

表3.5莱州湾东部海湾表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

粉砂

2.09

82.3

15.7

4.96

5.13

1.34

0.54

2.50

3.1.1.4滦河口－曹妃甸沿岸沉积区（Ⅳ）

由于受沿岸地形及河流迳流的影响，沉积物类型比较复杂，特别是滦河带来多量的碎屑物质，在沿岸海流的作用下，使沉积物平行海岸呈带状分布，出现的沉积物类型有：

细砂和砂－粉砂－粘土（表3.6）。

粒度分布概率曲线和频率曲线示于图3－8.a.b。

表3.6滦河口－曹妃甸沿岸表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

细砂

81.2

7.0

11.7

2.93

3.65

1.84

0.52

3.92

砂－粉砂－粘土

37.5

24.4

37.9

5.98

5.97

2.84

0.03

0.65

a、细砂:

分布于滦河口北，水深小于15m近岸地带，与秦皇岛沿岸细砂相连。

细砂含有较多的粘土，分选较好，粗端峰形明显，众数2.5Ф左右。

b、砂－粉砂－粘土:

在区内分布于水深15-20米间，水下岸坡下部，平行海岸成带状，自东北向西南延伸。

表面有黄褐色浮泥，厚2－3cm。

砂－粉砂－粘土呈褐灰色，软塑，砂、粉砂、粘土的含量变化较大，平均值分别为37.5%、24.4%和37.9%，MdФ5.98Ф，分选差，δI为2.84。

概率曲线为两段式，悬浮组份大于60%，频率曲线略显双峰。

3.1.1.5渤海海口潮流沉积区（Ⅴ）

分布于渤海海峡以西，海口中、北部，该区水深、流急，是渤海涨潮时的进潮通道，水动力活跃，海底发育脊沟并向辽东湾呈掌状幅散，地形复杂。

邻近老铁山水道深水冲刷区分布砾砂，海口内侧北部是潮流作用的主要沉积区，分布细砂，间杂砂－粉砂－粘土和粉砂质粘土，西南地形平坦，水深较浅的边缘区分布砂－粉砂－粘土，构成自海口向内呈扇形分布的巨大涨潮潮流三角洲。

各类沉积物的粒度特征列于表3.7，粒度分布概率和频率曲线示于图3－9.a.b。

表3.7渤海海口潮流沉积表层沉积物粒度组成和粒度参数

位置

沉积物类型

样品个数

粒度组成（％）

粒度参数

砾

砂

粉砂

粘土

MdФ

MzδI

δI

SKI

海口

砾砂＊

26.5

48.2

11.0

14.1

2.10

2.46

3.54

0.38

0.82

中部

细砂

粘土质砂

76.2

58.3

58.8

25.1

4.7

10.7

16.4

21.8

56.4

43.0

12.6

25.3

18.5

51.8

3.40

3.66

3.89

4.57

8.10

4.07

5.14

5.15

5.54

7.44

1.72

2.49

2.28

2.04

2.77

0.58

0.77

0.13

0.63

-0.31

2.66

0.62

0.86

1.14

0.65

西南边缘

砂－粉砂－粘土

39.6

32.0

28.1

4.75

5.65

2.41

0.45

0.64

＊粒度分析时清除大砾石和石块

a、砾砂:

仅在M2－9站采到，该站位于老铁山水道西端，水深69m,砾石、砂、粘土混杂，砾石成分复杂，颜色多样，以石英岩为主，最大可达4×5×10cm，半棱角状，长形，片状和块状，间有浑圆状，贝壳碎片、砂和粘土混杂其间，清除粗大砾石、石块后砾、砂的含量仍高达75％（表3.7），分选很差，概率曲线可见大量滚动组份，其量达45％，频率曲线上2.5－3.5Ф间峰形明显，两侧低平无甚分选。

从粒度特征和该站所处的环境分析，是属水道强流冲刷的产物。

b、细砂:

分布海口内侧，外海进潮流向渤海内的幅散区。

细砂呈灰褐－褐灰色，间杂贝壳碎片。

砂粒含量（平均）76.2%,粉砂和粘土分别为10.7和12.6％，MdФ4.07,具有一定的分选性（δI＝1.72），概率曲线为两段式，跃移组份占65％左右，截点为4Ф，频率曲线为单峰，众数为3Ф左右。

此外还间杂粘土质砂，区内西北，沟槽内还有砂－粉砂－粘土分布。

c、砂－粉砂－粘土:

分布于前述细砂沉积区的西南，处于渤中泥质沉积的过渡带，表面覆有黄褐－灰褐色浮泥。

砂－粉砂－粘土呈褐灰色，软塑。

砂、粉砂、粘土的含量分别为39.6、32.0和28.1%，分选差（δI＝2.41）,MdФ4.75Ф。

概率曲线两段式，跃移组份占50％，截点与细砂一致4Ф左右，频率曲线呈现单峰，众数3.5Ф左右，有些站位有双峰出现。

3.1.1.6辽东湾口浅海沉积区（Ⅵ）

是辽东湾口泥质沉积向西南的延伸。

区内分布粘土质粉砂和粉砂质粘土，并与渤中浅海泥质沉积相连，粒度特征相似。

粘土的含量平均45.8－55.6%（表3.8），概率曲线为两段式，悬浮组份大于70％，频率曲线上粘土质粉砂呈现单峰，粉砂质粘土峰形不显（图3－10.a.b）。

表3.8辽东湾口浅海表层沉积物粒度特征

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

δI

SKI

粘土质粉砂

5.9

47.8

45.8

7.26

7.16

2.28

-0.24

0.68

粉砂质粘土

4.3

40.0

55.6

8.19

7.78

2.14

-0.33

0.88

3.1.2表层沉积物的矿物组成

利用X射线衍射多相分析，对区内30个站位表层沉积物样品的主要矿物（造岩矿物）组份进行了研究，了解其矿物组成特征。

分析样品经烘干磨碎至小于200目后，在同一实验条件下以标准粉末法进行，Cu靶Kα、石墨滤波、管压40Kv、管流80ma、接受狭缝0.3mm、步宽0.02°2θ、扫描范围3－60°。

矿物特征鉴定峰（鉴定窗口）和强度因子参照DSDP资料，从衍射图谱和数据中，识别出石英、钾长石、斜长石、伊里石、方解石、绿泥石、高岭石、白云石、角闪石等矿物，据鉴定峰的强度与该矿物的强度因子，计算各矿物的重量百分含量。

鉴定结果，平均含量超过5％的矿物有：

石英（25.9%）、钾长石（22.5%）、斜长石（22.8%）、伊里石（17.7%）、方解石（5.3%），其累计含量达94.2%，其中钾长石和斜长石的含量为45.3%。

绿泥石一般小于4.0%，平均2.6%，个别站位较高，可达4.6%和5.8%。

高岭石、白云石和角闪石大多小于2.0%,平均为1.0%、1.1%和1.2%。

各沉积区不同类型沉积物的主要矿物组成列于表3.9，并分述如下。

3.1.2.1黄河现代河口三角洲前缘沉积区

分析样品仅涉及河口三角洲及前三角洲的粘土质粉砂和粉砂质粘土。

石英（平均18.4%）、钾长石（11.5%）、斜长石（22.9）含量在渤中区内属偏低。

伊里石在粘土质粉砂中含量为19.2%～28.8%，粉砂质粘土中大量聚集，高达44.4%。

方解石在渤中区内属最高，且河口南高于河口北，前者平均12.9%，后者平均8.0%。

绿泥石含量与其它区比较属高者，平均4.0%。

鉴于黄河现代河口三角洲是黄河入海泥沙直接沉积，并在不断建造和发展的过程中，其沉积物中矿物含量组合的特点，基本上反映了黄河入海泥沙的矿物组合特征。

3.1.2.2黄河废弃河口三角洲

沉积物经过改造粗化，与现代河口三角洲比较发生了明显的变化，粉砂中钾长石（26.0%）、斜长石（33.3%）含量增高，处于其外缘的粘土质粉砂长石含量无明显差异。

但是二者的方解石（4.7－4.5%）、绿泥石（1.4－3.9%）都明显的低于现代河口三角洲。

另外主要出现在粘土粒级中的伊里石在本区的两类沉积物中含量均高于粘土粒级的含量，二者的比值粉砂为1.03，粘土为1.28，表明河口三角洲改造过程中，矿物颗粒（主要是长石）遭受强烈风化，有新生伊里石附着于颗粒状矿物的表面或呈其假象存在。

3.1.2.3渤中（及渤海湾）浅海沉积区

区内分布粉砂质粘土和粘土质粉砂，均富含粘土物质，其伊里石含量（21.2－30.2%）平均值（25.7%）在全区最高，易风化的斜长石（14.7－27.3%）最低，平均21.2%，稳定矿物石英（26.3－34.5%）平均值（29.1%）高于全区的平均值（25.9%）。

与黄河现代河口三角洲的同类沉积物比较不难发现，稳定性介于石英与斜长石之间的钾长石的平均含量（10.3%）与黄河现代河口三角洲一致，后者的平均含量为11.5%，除此之外，绿泥石、方解石、白云石、角闪石几乎均具有相近的含量，另外尽管伊里石具有较高的含量，但其与粘土粒级含量的比值（平均0.60）却与黄河现代河口三角洲同类沉积物（0.62）一致，由此不难看出区内的沉积物主要来自黄河，是黄河入海物质向海扩散沉积的结果。

3.1.2.4莱州湾东部海湾沉积区

粉砂是湾内的主要沉积颗粒，在粉砂和粘土质粉砂沉积物中粘土的含量均不超过25％，与前述三区同类沉积物比较，伊里石含量（粘土质粉砂中11.1－15.2%，粉砂中6.1－13.2%）低；石英（25.9%－31.9%，平均29.9%）和钾长石（19.6%－29.3%，平均25.2%）含量高；斜长石的含量在粘土质粉砂中（24.2－26.6%）高，在粉砂中（18.0－26.2%）比较接近。

另外方解石含量平均为5.0%，在粉砂中无明显差异，而在粘土质粉砂中明显偏低。

因而本区在矿物含量的组合上与前述三区有一定的差异，反映物质来源的不同。

3.1.2.5滦河口－曹妃甸沿岸沉积区

该区是跨区域的沉积区，所分析的沉积物－泥质砂和细砂中，石英（25.9－32.6%）、钾长石（35.8－40.4%）含量都属于较高者，尤以钾长石更为明显，斜长石含量（20.4－24.1%）的平均值与全区相近。

伊里石含量不超过9.0%，值得一提的是，伊里石与粘土粒级含量比值小于0.40，平均0.26，表明粘土粒级中有大量非粘土矿物的微粒存在。

3.1.2.6渤海海口潮流沉积区

区内所分析的两类沉积物（细砂和砂－砂粉－粘土）石英的含量（22.9－33.5%）无甚差别，在区内均属高者，平均29.6%。

钾长石含量细砂中（34.0－39.2%，平均36.6%）高于砂－粉砂－粘土（11.0－32.6%，平均21.1%），斜长石相反，砂－粉砂－粘土中（25.8－38.5%,平均31.7％）高于细砂（24.5－29.5%，平均27.3%）。

伊里石在砂－粉砂－粘土中含量为8.0－12.2%，细砂中只有2.0－5.2%，二者平均为6.9%。

与曹妃甸沿岸沉积物相同，伊里石在粘土粒级中的含量很低，其比值一般小于0.40，平均为0.29。

3.1.2.7辽东湾口浅海沉积区

所分析的两个站位均为粉砂质粘土，由其所在位置不同矿物的含量存在着较大的差异。

北部邻近辽东湾的M1－4站，石英（24.6%）、钾长石（21.5%）、斜长石（25.2%）和伊里石（20.7%）接近于全区的平均含量。

南部接近渤中的M3－3站，钾长石含量（44.4%）在调查区内最高，斜长石（13.2%）、石英（20.7%）低于全区的平均含量。

与曹妃甸沿岸、渤海海口潮流沉积相似，伊里石与粘土粒级的比值低，小于0.44，两站平均为0.35。

3.1.2.8综合分析比较各地区沉积物中矿物组份的含量与变化后，可归纳得出：

a、区内的沉积物均属富含长石的沉积物，由于物源区的不同，同类沉积物之间矿物含量存在着一定的差异。

b、渤中中部浅海和近代黄河三角洲沿岸，沉积物富含方解石和伊里石，伊里石与粘土粒级的比值大于0.45，在黄河废弃河口三角洲可大于1.0，说明伊里石在粘土粒级中的含量超过45%,甚至在非粘粒级中还有伊里石存在。

另外与易风化的长石含量比较，比值大（大于0.44），最高可达2.64，说明长石大多转化为伊里石。

二者均说明这些地区的沉积物质是经过了长距离搬运，风化程度高，结合方解石含量这一特点，可认为沉积物主要来自黄河。

c、莱州湾东部海湾，主要矿物的含量和伊里石与粘土粒级的比值，与渤中中部、渤海湾浅海和近代黄河三角洲沿岸相近，但伊里石的含量与长石的比值（0.12－0.33）低，表明沉积物的风化程度远不及前述区域，从入湾河流的分布情况可看出，物质主要来自邻近的鲁北平原，显然其来源物的风化程度不及来自黄河的物质。

d、曹妃甸－滦河口沿岸、渤海海口和辽东湾口，石英、长石含量一般在75％以上，其中长石占1／3左右，伊里石、方解石含量均低，伊里石与粘土的比值平均0.29，粘土粒级中非粘土矿物的微粒含量很高，从图3－11中还可看出二者具有很好的相关关系，说明伊里石直接产生于矿物和岩屑搬运、破碎、分解的过程中。

另外伊里石与长石的比值也低，平均0.19，这也说明来源物的风化程度低，多属近源沉积。

3.1.3现代沉积速率

现代沉积速率是利用箱式取样器，采取不受扰动的表层（0－50cm）样品，通过天然210Pb放射性强度衰变的方法进行测定。

同时还引用了国家海洋局环境保护研究所1983、1984渤海沉积速率研究的部分成果1）和中科院海洋研究所1989年近代黄河三角洲演变研究的成果2）。

3.1.3.1210Pb放射性强度的重向分布

渤中区内共选取9个站位箱式取样品进行210Pb放射性强度测定。

测定时按5cm深度间距，切取2cm样品，烘干、磨碎、称样后，加入208Po示踪剂，6NHCI浸取3小时，离心后在80°水浴中自镀3小时，在α谱仪（核工业部核仪器厂，FH－451型1024道幅度分析仪）上，用Ф20金硅面垒探测器测定20小时。

沉积速率计算时，删除个别异常数据，扣除本底，据210Pb剩余放射强度的自然对数值与深度回归求取的斜率，结合210Pb半衰期（λ＝0.0311年）计算求得。

210Pb放射强度的测定结果列于表3.10－16，随深度的变化情况示于图3.12－18。

其重向分布情况可分为二类。

表3.10M2－7站210Pb放射性强度（dpm/g）

深度（cm）

沉积物类型

210Pb总

210Pb余

备注

褐色粉砂

3.28

2.34

2.30

1.51

2.37

1.43

1.39

0.60

灰色泥

质砂

0.89

0.98

0.86

（1.24）

本底0.91相关系数-0.94沉积速率（cm/a）0.27

表3.11M4－3站210Pb放射性强度（dpm/g）

深度（cm）

沉积物类型

210Pb总

210Pb余

备注

黄褐色粘土质

粉砂

6.31

5.14

5.41

（5.32）

3.25

2.88

2.04

2.02

1.89

4.33

3.56

3.43

1.27

0.9

本底1.59相关系数-0.98沉

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