小兴安岭二股地区晚三叠世-早侏罗世花岗质岩特征及成因研究

发布时间:2020-06-12 12:40 论文编辑:admin 价格: 所属栏目:毕业论文

摘要:小兴安岭二股地区晚三叠世-早侏罗世主要出露二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩等花岗质岩石。岩石地球化学资料显示花岗质岩具有高硅(SiO 2 =67.1%~76.8%),富铝(Al 2 O 3 =12.18%~15.33%),贫铁(TFe 2 O 3 =0.26%~1.62%),镁(MgO=0.02%~0.67%)、

摘要:小兴安岭二股地区晚三叠世-早侏罗世主要出露二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩等花岗质岩石。岩石地球化学资料显示花岗质岩具有高硅(SiO2=67.1%~76.8%),富铝(Al2O3=12.18%~15.33%),贫铁(TFe2O3=0.26%~1.62%),镁(MgO=0.02%~0.67%)、高钙(CaO=0.39%~2.5%)的特征,表现出高钾钙碱性、弱过铝质的A型花岗岩特性。稀土元素总量为∑REE为108.4×10-6~233.7×10-6,稀土元素分馏明显,(La/Yb) N介于2.53~8.35之间,具有较强的铕负异常;微量元素以富集大离子亲石元素(LILEs)Rb、K元素等和高场强元素(HFSEs)Ta、Zr、Th、Hf元素等,亏损高场强元素(HFSEs)Nb、Ti和大离子亲石元素(LILEs)Ba、Sr元素为特征。岩石地球化学特征指示,花岗岩源区物质具有亏损地幔增生的壳幔混合火成岩特性。结合区域地质资料及同期火成岩物质的时空展布规律,认为研究区晚三叠世-早侏罗世花岗质岩可能形成于古亚洲洋闭合后向滨太平洋大陆边源过渡的造山后伸展构造环境。
关键词:小兴安岭、A型花岗岩、岩石地球化学、伸展环境
 
0引言
小兴安岭地区位于兴蒙造山带东段,东北“花岗岩海”的重要组成部分[1];经历了古亚洲洋与环太平洋两大构造域转换及布列亚-佳木斯-松辽地区多微陆块拼合的过程,是研究中国东北及东北亚地区的重要构造单元。小兴安岭地区及其邻区广泛分布着中生代花岗岩类亦说明了兴蒙地区处于巨型的地壳伸展和大规模岩浆作用。而在小兴安岭伊春地区,花岗岩岩浆构造多与成矿作用有关[2-9]。依据前人研究认为该区晚三叠世和早侏罗世花岗岩成因研究并不充分,他们与相邻地区的火成岩活动期次关系,地球化学特征是否具有相似的性质,指示何种构造背景,还有待进一步研究确定。本文分析了晚三叠世与早侏罗世花岗岩的岩浆成因及其物源,同时结合区域相关资料,进一步讨论了区域上晚三叠世与早侏罗世花岗岩岩浆形成期次、成因演化及构造背景。为完整认识小兴安岭伊春地区早中生代构造岩浆演化及其环境提供了新的依据。
1区域地质背景
小兴安岭伊春地区大地构造位于佳木斯地块和松嫩地块结合部位的伊春-延寿陆缘造山带[10]。研究区内主要出露地层有古生界下寒武统铅山组、上二叠统五道岭组,中生界下侏罗统二浪河组、上侏罗统帽儿山组、下白垩统板子房组,新生界全新统河漫滩堆积层(图1)。区域上主要经历了古-中元古代前寒武纪变质结晶基底形成、古生代古亚洲洋陆缘增生和中-新生代滨太平洋大陆边缘活动等3个主要的构造发展阶段。经历了多次伸展拉张与挤压活动,使得区域内岩浆活动十分发育且具有多旋回性。二股地区作为伊春-延寿岩浆构造带的组成部分,区内岩浆岩的生成、演化无疑受到伊春-延寿岩浆构造带的活动规律影响。而岩浆构造带又受滨太平洋板块和古亚洲洋构造域构造作用特点制约,特别是到了中生代,以滨太平洋构造作用为主的机制下由松嫩-张广才岭地块和佳木斯地块发生的陆内碰撞造山作用以及滨太平洋板块离散和古亚洲洋构造域造山后的伸展作用的影响;如此,造就了该地区中生代的大规模岩浆岩活动。

图1研究区地质简图(b,图据Wu et al.,2007修改)
Fig.1 Geological Sketch diagram of study area (b, Wu et al. According to the map, 2007 modify)
2岩石及岩相学基本特征
经过QAP实际矿物图解判定出研究区内二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩的花岗质岩石组合(图2、3)。
二长花岗岩在二股地区分布范围十分广泛,岩体呈岩基状产出,出露面积约300km2,大体呈北东向展布,含细粒闪长质包体。细中粒似斑状黑云母二长花岗岩呈灰白色,具似斑状结构,块状构造。主要矿物组合为石英(25%)+斜长石(30%)+碱性长石(40%)+黑云母(2%)+微量角闪石,含少量锆石、磁铁矿、磷灰石等副矿物。
正长花岗岩分布于掉冰湖、丰林林场、红旗林场地区,大体呈北东向展布,由数十个小岩体及岩株构成,面积约100km2,侵位于奥陶系地层中。在岩体中发育有残留顶盖,岩体与围岩的边界平直或呈锯齿状,显示了明显的侵入关系。中细粒似斑状黑云母正长花岗岩呈灰白色,似斑状结构,块状构造。主要矿物组合为石英(30%)+斜长石(20%)+碱性长石(40%)+黑云母(5%)。含少量锆石、磁铁矿等副矿物。
碱长花岗岩分布于丰林林场的太平岭主脊一带,总体展布方向为北北东向,局部为近南北向,出露面积约19km2。中细粒碱长花岗岩呈灰白色,中细粒花岗结构,块状构造。主要矿物组合为石英(25%)+斜长石(7%)+碱性长石(65%)+黑云母(2%)+微量角闪石,含磁铁矿、磷灰石等副矿物。
                
似斑状黑云母二长花岗岩                 似斑状黑云母正长花岗岩                          碱长花岗岩
图2岩相学照片
Fig.2 Photomicrographs of the granite
3岩石地球化学特征
样品采自研究区东北部三个紧临且出露较好的岩体,在野外观察及岩相学研究分析基础上,对研究区晚三叠世-早侏罗世8件花岗质岩样品进行了主量元素、稀土元素、微量元素分析;分析测试由国家地质试验测试中心等离子体质谱(ICP-MS)实验室完成。
3.1主量元素
样品中的SiO2含量范围为67.1%~76.8%,平均为73.2%;Al2O3含量范围为12.18%~15.33%,平均为13.28;全碱(Na2O+K2O)为7.29%~8.88%,平均为8.37%;CaO为0.13%~2.5%,平均为1.04%;MgO为0.02%~0.67%,平均为0.44%。多数样品中K2O含量高于Na2O含量,岩石相对富钾(表1)。三种岩石固结指数(SI)范围为0.18~9.66,分异指数(DI)范围为81.88~95.92,固结指数变化较大且分异指数偏高,说明三种岩石的结晶分异程度和酸性程度都有一定的变化;里特曼指数1.68~3.02,属钙碱性系列岩石。从花岗岩的SiO2-K2O图解上可以看出,岩石样品多落入高钾钙碱性系列区(图4a)。A/CNK范围为0.95~1.08,A/CNK值均<1.1%属于弱过铝质岩石,从A/NK~A/CNK图(图4b)上看岩石具有弱过铝质性。
   图3花岗岩QAP图解                图4 SiO2-K2O图(a)和A/NK~A/CNK图(b)
Fig.3 Granite QAP diagram                  Fig.4 SiO2-K2O (a) and A/NK~A/CNK (b)
3.2微量元素
三种花岗岩在微量元素的原始地慢标准化图解上,总体表现为不同程度的富集大离子亲石元素(Rb、K元素等)和高场强元素(Ta、Zr、Th、Hf元素等),明显亏损(Nb、Sr、Ba、Ti等元素),岩石对原始地慢标准化曲线出现4个显著的低谷(图5a),这些特点与A型花岗岩十分相似。由于偏铝质酸性岩中的Sr在斜长石、磷灰石中分配系数最大,而Ba 则在黑云母和钾长石中的分配系数最大,Ti在角闪石、黑云母中的平均分配系数分别为7.1和35.5[11],所以Sr、Ba的亏损表明斜长石、磷灰石和黑云母发生了分离结晶。P和Ti的亏损说明岩浆经历了磷灰石以及榍石、角闪石、黑云母等矿物的分离结晶作用,主岩Nb的较强亏损表明岩浆应为大陆地壳来源。
3.3稀土元素
稀土元素总量∑REE为108.4×10-6~233.7×10-6,稀土元素配分曲线呈轻稀土略微富集的、缓向右微倾斜的右倾,而重稀土较为平坦,整体为重稀土较轻稀土分馏弱铕亏损的“海鸥型”(图5b)。三种花岗岩的稀土元素总量变化较大,表明岩浆分离结晶作用的存在。岩石均具有较强的铕负异常(Eu/Eu=0.05~0.55),可以确认岩浆经历了斜长石的分离结晶作用。同时w(La)/w(Yb)和Eu间存在着较明显的正消长关系,显示不同类型花岗岩之间存在着一定的分异演化关系。花岗岩的上述微量元素和稀土元素特点均与A型花岗岩,尤其是与A2型花岗岩类似[12-14]
 
 
表1二股地区花岗质岩主量元素和微量元素分析结果表
Table.1 Ergu region in granitic rocks of major and trace elements analysis results
岩性 碱长花岗岩 碱长花岗岩 正长花岗岩 正长花岗岩 正长花岗岩 二长花岗岩 二长花岗岩 二长花岗岩
样品号 GF1 GF4 GE13 GE22 GE6 GS9 GS3 GS1
SiO2 74.98 76.8 67.1 67.95 74.25 74.3 74.56 75.55
TiO2 0.14 0.08 0.53 0.52 0.15 0.17 0.33 0.09
Al2O3 12.88 12.24 15.33 14.51 13.33 13.13 12.18 12.67
Fe2O3 1.51 0.26 1.62 1.48 1.24 1.07 0.99 0.65
FeO 0.81 1.17 2.21 2.41 0.7 0.84 1.58 0.79
MnO 0.02 0.04 0.12 0.08 0.06 0.12 0.05 0.02
MgO 0.02 0.04 1.13 1.25 0.14 0.17 0.67 0.12
CaO 0.36 0.13 2.06 2.5 0.61 0.58 1.71 0.39
Na2O 4.1 4.22 4.41 3.79 3.87 4.23 3.08 3.41
K2O 4.73 4.35 4.16 4.01 4.8 4.65 4.21 4.92
P2O5 0.02 0.03 0.13 0.16 0.04 0.05 0.08 0.09
Total 100.01 100.01 100.01 99.97 100.01 100.01 99.97 99.95
K2O+Na2O 8.83 8.57 8.57 7.8 8.67 8.88 7.29 8.33
(K2O+Na2O)/CaO 24.53 65.92 4.16 3.12 14.21 15.31 4.26 21.36
A/CNK 1.028 1.03 0.987 0.954 1.051 1.006 0.951 1.077
A/NK 1.084 1.05 1.30 1.37 1.15 1.09 1.26 1.16
DI 95.06 95.92 81.88 79.45 93.77 94.2 86.85 94.62
SI 0.18 0.4 8.35 9.66 1.31 1.55 6.36 1.21
Ba 742 629 118 416 577 103 510 349
Rb 271 523 149 145 166 202 167 143
Sr 65.2 4.4 303 248 76.7 67.3 218 525
Y 25.1 55.5 30 27.2 22 26.8 26.2 13
Th 26.5 45.4 12.5 15.4 12 12.5 25 12.9
Nb 3.22 3.92 0.93 11.3 1.01 21.1 11.6 10.2
Ta 3.92 1.44 1.05 1.17 0.93 1.77 1.56 0.84
Zr 246 211 261 248 228 184 200 197
Hf 5.57 4.28 8.53 6.4 5.78 6.38 6.12 5.06
Li 3.24 140 19.7 24.6 7.08 11.4 21.7 12.5
Cs 5.66 7.84 3.56 3.21 3.84 4.08 5.14 2.76
Ga 25.8 31.6 21 18.3 17.8 17.9 18.3 21.4
Cu 2.71 2.73 7.73 4.05 2.61 5.03 11.3 9.3
Pb 20.5 18.3 14.4 19.8 46.4 38.3 37.3 46.4
Zn 117 77.2 33.3 42.8 73.03 69.3 80.5 73.03
Au 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.7 0.5 0.5
Ag 0.02 0.06 0.02 0.08 0.13 0.2 0.18 0.13
Sb 0.53 0.48 0.1 0.12 0.16 0.28 0.29 0.16
W 3.58 13.89 1.08 2.15 2.28 1.06 6.72 2.28
Sn 5.23 8.22 2.32 2.38 2.32 6.18 4.15 2.32
Bi 0.32 0.42 0.07 0.31 0.17 0.38 0.48 0.17
Mo 1.23 2.03 0.92 0.62 1.25 1.37 1.34 1.25
Gd 5.1 4.21 3.17 2.94 3.52 4.14 3.7 3.52
La 18 26.3 31.6 40.5 21.5 16.5 40.5 19.3
Ce 33.7 72.4 81.4 82.8 38 38.1 100 41.5
Pr 4.59 6.45 7.49 8.95 5.16 4.99 9.21 4.76
Nd 16.6 21.7 27.7 32.6 18.6 19.2 32.7 15.8
Sm 4.06 5.88 5.55 6.03 3.83 4.35 5.92 3.24
Eu 0.14 0.09 0.92 0.96 0.48 0.27 0.67 0.17
Gd 3.31 5.1 4.44 5.26 2.94 4.14 4.9 2.57
Tb 0.67 1.19 0.79 0.87 0.57 0.67 0.79 0.46
Dy 4.36 8.45 5.08 5.15 3.82 4.39 4.69 2.68
Ho 0.9 1.18 1.02 1.03 0.79 0.92 0.93 0.52
Er 3 6.02 3.15 3.15 2.57 2.81 2.93 1.66
Tm 0.52 0.98 0.47 0.48 0.41 0.43 0.46 0.29
Yb 4 7 3.25 3.29 2.94 3.2 3.27 2.11
Lu 0.61 0.98 0.49 0.5 0.44 0.44 0.51 0.34
σ43 2.44 2.17 3.02 2.42 2.4 2.51 1.68 2.12
ΣREE 115 212.8 195.9 218.8 118.9 123.1 233.7 108.4
LREE 72.5 126.4 147.2 171.8 82.41 83.41 189 84.77
HREE 17.37 30.9 18.69 19.73 14.48 12.86 18.48 10.63
LR/HR 4.17 4.09 7.87 8.71 5.69 6.49 10.23 7.97
δEu 0.11 0.05 0.55 0.51 0.42 0.33 0.37 0.17
(La/Yb)N 3.03 2.53 6.56 8.3 4.93 3.48 8.35 6.16
 
:氧化物质量分数单位为10-2;微量元素和稀土元素质量分数单位为 10-6( Ag 、Au的质量分数单位为10-9);A/CNK代表Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩尔比;A/NK代表Al2O3/(Na2O+K2O)摩尔比。


图5二股地区晚三叠世-早侏罗世花岗岩稀土元素配分模式图(a)和微量元素蜘网图(b)
Fig. 5 REE distribution patterns of Late Triassic epoch-Lower Jurassic granitic rocks of Xiao Hinggan Mountains (a) and trace element spider diagram (b)
4讨论
4.1花岗岩岩浆活动时代和期次
前人研究认为小兴安岭-张广才岭地区中生代主要有中-晚二叠世(266~259Ma)、早-中三叠世(244~231Ma)、晚三叠世(222~200Ma)、早侏罗世(200~170Ma)和早白垩世(145~115Ma)五次花岗岩活动[15-17]。二股地区锆石U-Pb测年分析显示,本区三种花岗岩石形成于晚三叠世-早侏罗世(175~225Ma)。就整个小兴安岭地区,区域上前人发表的(表2)早中生代花岗岩类锆石U-Pb测年统计显示(图6);本区晚三叠世开始岩浆活动有减弱趋势,到晚三叠末期出现了大范围的剧烈岩浆活动。综上所述,二股地区晚三叠世与早侏罗世花岗质岩石应为两期岩浆事件的产物,不仅与小兴安岭地区的晚三叠世与早侏罗世岩浆活动期次可以对比,区内早侏罗世还发育火山岩具有类似的年代证据[18] 。
    
图6花岗岩类锆石U-Pb测年统计图
Fig.6 Dating of zircon U-Pb dating of Granitoids
4.2岩石成因类型和物源
宏观上二长花岗岩中发育有闪长质包体,说明发生过中基性与酸性的岩浆混合作用。三种花岗岩样品分异指数(DI)和过碱指数(ANK)均偏高,反映与原始岩浆的结晶分异较强烈,符合准铝质-弱铝质的特征。三种花岗岩皆属于准铝质-弱铝制高钾钙碱性系列,高硅富碱特征。三种花岗岩均具较强Eu负异常,具有相对低的Sr/Y值和Ba含量;在10000Ga/Al-(Na2O+K20)及10000Ga/Al-Nb岩石类型关系图解(图7),显示碱长花岗岩与二长花岗岩和正长花岗岩有所区别,前者全部落在A型花岗岩区,与小兴安岭及其邻区张广才岭地区的铝质A型花岗岩稀土特征有一定的相似[19]。另外三种花岗岩的(La/Yb)N为2.53~8.35,说明不同花岗岩的轻重稀土分异演化趋势有所变化。Barbarin(1999)指出钙碱性花岗岩是壳幔混合机制的成因分类。二股地区晚三叠世-早侏罗世花岗岩类可能为下地壳岩石部

分熔融形成壳幔混合作用形成的产物,碱长花岗岩比二长-正长花岗岩的其重稀土比值要小,有可能暗示着二长-正长-碱长花岗岩幔源组分含量的增加。
 

表2小兴安岭地区三叠世-侏罗世花岗质岩侵位年龄
Table 2 Late Triassic epoch-Lower Jurassic granitic rocks emplacement age of Xiao Hinggan Mountains
岩体 岩性 侵入岩年龄 测年方法 资料来源
鹿鸣 二长花岗岩 (175.9±1.1)Ma 40Ar-39Ar 刘翠等(2014)
二长花岗岩 (176±2.2)Ma LA-ICPMS 杨言辰等(2012)
二长花岗岩 (187.1±1.2)Ma LA-ICPMS 谭红艳(2012)
霍吉河矿 黑云母二长花岗岩 (186±1.7)Ma LA-ICPMS 杨言辰等(2012)
霍吉河 二长花岗岩 (181.2± 1.8)Ma Re-Os 谭红艳(2013)
黑云母二长花岗岩 (184.92±0.91)Ma LA-ICPMS 郭嘉(2009)
黑云母二长花岗岩 (186±1.7)Ma LA-ICPMS 杨言辰等(2012)
翠宏山 二长花岗岩 (192.8±2.5)Ma
(199.0±3.1) Ma
SHRIMP 邵军等(2011)
伊春西林 二长花岗斑岩 (197±1)Ma LA-ICPMS 韩振哲(2011)
西林 二长花岗岩 (197±1) Ma LA-ICPMS 李树才等(2015)
小西林 二长花岗岩 (200±1) Ma LA-ICPMS
清水 碱长花岗岩 (222±5)Ma LA-ICPMS Wu et al(2002)
清水 碱性花岗岩 (222±5) Ma LA-ICPMS 孙德有等(2004)
朗乡 花岗闪长岩 (200±2)Ma LA-ICPMS Wu et al(2000)
铁力市朗乡 斑状二长花岗岩 (223±4)Ma Rb-Sr 孙德有等(2001)
团结 花岗闪长岩 (201±3)Ma LA-ICPMS Wu et al(2000)
石长 花岗闪长岩 (175±2)Ma LA-ICPMS
小白 二长花岗岩 (200)Ma  
密林 碱长花岗岩 (197±2)Ma TIMS Wu et al(2002)
毛家屯 碱性花岗岩 (212±2)Ma SHRIMP Wu et al(2003)
延寿 正长花岗岩 (195)Ma SHRIMP Wu et al(2000)
新华屯 正长花岗岩 (184±4)Ma   Wu et al(2003b)
东安金矿 正长花岗岩 (184±2)Ma LA-ICPMS 李碧月等(2016)
幸福林场 黑云母二长花岗岩 (176±1) Ma LA-ICPMS 徐美君等(2013)
黑云母二长花岗岩 (175±1) Ma LA-ICPMS
黑云母正长花岗岩 (183±3) Ma LA-ICPMS
黑云母正长花岗岩 (185±2) Ma LA-ICPMS
一撮毛 正长花岗岩 (177.7±1.5)Ma
(175.6±1.3)Ma
LA-ICPMS 薄军委等(2016)
寒月林场 二长花岗岩 (195±2)Ma SHRIMP 扬长江等(2010)
南岔三林场 二长花岗岩 (175±3)Ma SHRIMP
伊春红星区清水 碱性花岗岩 (222±5.0) Ma LA-ICPMS 孙德有(2004)
红旗 花岗闪长岩 (198±4) Ma SHRIMP Wu et al(2002)
小西林 花岗闪长岩 (200±3) Ma LA-ICPMS
Dafeng 二长花岗岩 (201±4) Ma SHRIMP
朗乡 花岗闪长岩 (200±2) Ma LA-ICPMS
团结 二长花岗岩 (201±3) Ma LA-ICPMS
嘉荫县红石 正长花岗岩 (210±1) Ma LA-ICPMS
伊春乌马河前进 二长花岗斑岩 (201.7±1.2) Ma LA-ICPMS 唐文龙等(2005)
铁力市小白
 
 
 
 
 
 
斑状二长花岗岩 (219±5) Ma Rb-Sr 孙德有(2001)
铁力市朗乡 斑状二长花岗岩 (223±4)Ma Rb-Sr
铁力市石长村 斑状二长花岗岩 (215±4)Ma LA-ICPMS 孙德有等(2005)
铁力市二股东山 斑状二长花岗岩 (225±0.4)Ma LA-ICPMS 韩振哲(2011)
铁力市神树金牛 正长花岗斑岩 (202.08±3.2) Ma LA-ICPMS
铁力市丰林清溪 斑状二长花岗岩 (199.4±0.6)Ma LA-ICPMS
伊春市新青 斑状二长花岗岩 (205±13) Ma Rb-Sr
伊春汤旺河 碱长花岗岩 (199.3±8.4) Ma Rb-Sr
伊春金山屯 斑状二长花岗岩 (207±2)Ma LA-ICPMS
金山屯
 
 
斑状二长花岗岩 (207±2)Ma
(197±1)Ma
LA-ICPMS 牛延宏等(2012)
 
 
 
 


图7二股地区花岗岩成因类型判定图
Fig.7 Determination of genetic types of granites in ergu region
4.3构造背景
已有研究表明,兴蒙造山带东段西伯利亚板块与华北板块最后碰撞拼合发生在二叠纪末期(250Ma左右)[16、19],而造山后伸展作用出现在230Ma之后(造山后A型花岗岩时代为230~200Ma)[17]
晚三叠世-早侏罗世花岗质岩石多为浙闽型和南岭型(图8),形成的深度相对较浅、压力相对较低,多形成于减薄地壳或正常地壳,是造山后处于伸展构造背景下花岗质岩石的代表[20],暗示该期花岗质岩石可能形成于伸展背景下;这与造山后A型花岗岩的研究得出大约在230Ma之后,研究区己结束碰撞拼合历史且进入造山后伸展阶段的认识一致;且在小兴安岭区内也有同期A型流纹岩存在,同样形成于陆内伸展环境。所以笔者认为晚三叠世花岗质岩石是在古亚洲洋消失,南、北两大板块是在晚二叠世-早中三叠世碰撞拼合后的构造背景下形成的,属于造山后伸展构造环境,与前人认识一致[19]


图8二股地区花岗岩Sr-Yb图
Fig.8 Sr-Yb diagram of granites in ergu region
5结论
(1)二股地区三种花岗岩形成于晚三叠-早侏罗的小兴安岭岩浆多期活动作用。
(2)二股地区三种花岗岩石属于高钾钙碱性、弱过铝质的A型花岗岩岩石。依据三种花岗岩地球化学特征,认为二股地区晚三叠世-早侏罗世花岗质岩石多属浙闽-南岭型。
(3)结合兴蒙造山带东端小兴安岭地区火成岩侵入构造区域演化,认为二股地区花岗质岩的多期侵入可能与古亚洲洋闭合造山后岩石圈伸展体制有关。

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