鐘延秋

(大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

隨著國(guó)家核電發(fā)展目標(biāo)的進(jìn)一步明確，對(duì)鈾的需求在不斷增長(zhǎng)，鈾資源勘查工作也越來(lái)越得到國(guó)家的高度重視，鈾礦地質(zhì)勘查工作得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。中國(guó)北方一些中—新生代盆地的鈾礦勘查工作取得了較快的進(jìn)展和重要成果。如伊犁、吐哈、鄂爾多斯、二連和松遼等盆地，相繼發(fā)現(xiàn)了一些大型或超大型砂巖型鈾礦床(張金帶等，2007;張成勇等，2012)。特別是遼河油田于松遼盆地西南隆起區(qū)錢家店凹陷內(nèi)的姚家組發(fā)現(xiàn)了大型鈾礦床，其上的嫩江組、四方臺(tái)組、明水組見(jiàn)到了多口礦化井，展示了松遼盆地良好的鈾礦勘查前景。

松遼盆地為一北北東向的菱形盆地，面積26×104km2。盆地基底為古生代和前古生代變質(zhì)巖系，沉積蓋層主要由侏羅系、白堊系、上下第三系和第四系組成(楊萬(wàn)里，1985)，最大厚度達(dá)1×104m。盆地內(nèi)部的區(qū)域隆起、坳陷為盆地的一級(jí)構(gòu)造單元，他們組成了盆地地質(zhì)構(gòu)造的基本格架(大慶油田石油地質(zhì)志編寫(xiě)組，1987)。六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元為中央坳陷區(qū)、西部斜坡區(qū)、北部?jī)A沒(méi)區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)和西南隆起區(qū)。大慶長(zhǎng)垣是松遼盆地中央坳陷區(qū)內(nèi)的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

多年來(lái)，石油勘探工作者對(duì)松遼盆地，特別是對(duì)大慶長(zhǎng)垣的地層發(fā)育、構(gòu)造形態(tài)、油氣富集規(guī)律等進(jìn)行了大量細(xì)致的研究工作，在油氣勘探上取得了許多可喜的成果。如大慶油田的主體采油區(qū)即為大慶長(zhǎng)垣內(nèi)的喇嘛甸、薩爾圖、杏樹(shù)崗、高臺(tái)子、太平屯、葡萄花和敖包塔等7個(gè)構(gòu)造上。與此同時(shí)，在油氣勘探過(guò)程中，一些探井在自然伽馬測(cè)井中發(fā)現(xiàn)了放射性異常，有的井在伽馬能譜測(cè)井中鈾含量值較高，這些異常井多數(shù)分布在大慶長(zhǎng)垣的周邊，鑒于此種情況，筆者對(duì)大慶長(zhǎng)垣的一些探井鈾異常發(fā)育層位、分布范圍、含鈾異常巖性等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合對(duì)大慶長(zhǎng)垣反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征進(jìn)行了研究，對(duì)砂巖型鈾礦成礦遠(yuǎn)景進(jìn)行了探討，得出了幾點(diǎn)初步認(rèn)識(shí)，希望能對(duì)該地區(qū)的鈾礦勘查工作有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地是在前中生代基底之上發(fā)育起來(lái)的晚中生代盆地。它位于蒙古地塊東部，蒙古地塊北界為西伯利亞板塊，以南為華北板塊，以東為那丹哈達(dá)嶺一錫霍特阿林陸緣增生帶。

圖1 松遼盆地北部構(gòu)造單元區(qū)劃圖Fig.1 Composition of tectonic unit of the northern Songliao Basin

松遼盆地北部的基底主要為石炭系-二疊系淺變質(zhì)巖系及不同時(shí)期的侵入巖體。據(jù)盆地內(nèi)探井和盆地周邊露頭巖性標(biāo)定及重磁資料預(yù)測(cè)結(jié)果，基底巖性以泥質(zhì)板巖、千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r等淺變質(zhì)巖為主，其次為片巖、片麻巖和中酸性侵入巖(侯啟軍等，2008)。

松遼盆地北部蓋層由中、新生界組成(大慶油田石油地質(zhì)志編寫(xiě)組，1987)(圖2)。盆地內(nèi)砂巖型鈾礦找礦重點(diǎn)層位是泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組，大慶長(zhǎng)垣地區(qū)找礦目的層主要是青山口組、嫩江組、四方臺(tái)組。

泉頭組(K1q)巖性主要為一套棕紅、暗紫紅色泥質(zhì)巖與紫灰、灰綠、灰白色砂質(zhì)巖組成的較粗粒紅色陸相碎屑巖，局部夾灰綠、灰黑色泥巖及凝灰?guī)r薄層。碎屑由下往上逐漸變細(xì)，具有明顯的旋回特征，由盆地邊緣向內(nèi)部逐漸變細(xì)，即由礫巖－砂巖－粉砂巖－泥巖組成，沉積物顯示了河道、濱湖、淺湖相序列的沉積特點(diǎn)。厚度變化較大，盆地邊部一般厚為0～100 m。

青山口組(K1qn)總體上為一潮濕環(huán)境下形成的湖相沉積物，巖性為一套黑色、綠色泥巖和砂巖，下部以泥巖為主，上部夾砂質(zhì)巖，厚度一般為0～300 m。

嫩江組(K1n)是松遼盆地白堊系中最發(fā)育、分布最廣的地層。巖性和厚度較穩(wěn)定，為一套深湖相、淺湖相及淺灘相細(xì)粒碎屑巖。巖性主要由灰黑色泥巖、頁(yè)巖與油頁(yè)巖、灰綠色泥巖夾灰白色、灰色粉、細(xì)砂巖組成。盆地邊部厚度一般為0～500 m。

四方臺(tái)組(K1s)主要分布在盆地的中部和西部，東部?jī)H在綏化地區(qū)有局部分布。其巖性下部為磚紅色含細(xì)礫的砂、泥巖夾棕灰色、灰綠色砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，呈正韻律層，中部為灰白色、灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與磚紅色、紫紅色泥巖互層。上部主要為紅色紫紅色泥巖為主，夾少量灰白色、灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。厚度一般為0～400 m。

明水組(K2m)主要分布在盆地的中部和西部，東部缺失，與下伏四方臺(tái)組為假整合接觸。巖性主要為灰綠、灰黑、棕紅色泥巖與灰、灰綠色、少量雜色砂巖組成。厚度一般為0～200 m。

大慶長(zhǎng)垣是大慶油田的主力產(chǎn)油區(qū)，在該地區(qū)的油氣勘探過(guò)程中，有100多口油氣探井在測(cè)井中發(fā)現(xiàn)了高自然伽馬異常，其值一般為500～1000 API，礦化層位都集中在青山口組、嫩江組、四方臺(tái)組，并且成環(huán)狀分布在大慶長(zhǎng)垣周邊。

2 盆地演化特征

松遼盆地的形成與發(fā)展，是中新生代板塊運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物(關(guān)德范，1981)，且具有多期次的構(gòu)造活動(dòng)特點(diǎn)。受燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，從晚侏羅世開(kāi)始，受古太平洋板塊的俯沖-碰撞作用對(duì)中國(guó)東北部構(gòu)造演化產(chǎn)生了重要作用，其在俯沖方向、俯沖速率、俯沖角度等要素上隨時(shí)間是不斷變化的(李娟等，2002)。松遼地區(qū)自始自終不同程度地受其影響，在發(fā)展過(guò)程中燕山晚期的構(gòu)造活動(dòng)造成下部斷陷地層與上部坳陷地層的角度不整合，也是松遼盆地坳陷時(shí)期地層的形成，造成白堊系與下第三系(明水組與依安組)之間的角度不整合，這是坳陷地層褶皺構(gòu)造主要形成時(shí)期之一。喜山早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成上下第三系(依安組合大安組)之間的角度不整合(林景曄等，2004)。據(jù)地質(zhì)和古地磁、地震等資料綜合分析認(rèn)為，松遼盆地的形成演化可分為五個(gè)階段(高瑞祺等，1997):

圖2 松遼盆地北部地層年代、油層及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分期圖Fig.2 Stratum age，oil reservoirs and stage of tectonic movement in the north of Songliao Basin

(1)成盆先期褶皺階段(P2-T)。古生代末期歐亞板塊與太平洋板塊碰撞，造成大陸向海洋方向的傾斜，使整個(gè)中國(guó)東北和日本諸島發(fā)生大規(guī)模褶皺，松遼地區(qū)大范圍抬升，伴隨有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，有大規(guī)模的花崗巖侵入。

(2)初始張裂階段(J2-J3)。中晚侏羅世，地表經(jīng)前期剝蝕，巖石圈變薄，深部莫霍面向上隆起，上地幔造成局部異常，產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致盆地早期的初始張裂，形成規(guī)模不等的裂陷。

(3)裂陷階段(K11)。早白堊世早期，盆地中部莫霍面拱起使異常地幔作用加強(qiáng)，造成持續(xù)拉張。此時(shí)裂陷沉降速度快、物源多、水動(dòng)力強(qiáng)，沉積補(bǔ)償作用好，沉積物以較粗碎屑類復(fù)理石建造為主，并形成目前盆地的雛形。

(4)沉降階段(K21-K31)。早白堊世中期，由于巖石圈逐漸變冷，產(chǎn)生熱收縮，此時(shí)在全球板塊控制作用下，地殼呈不均一的整體下沉，盆地進(jìn)入裂陷基礎(chǔ)上的疊覆沉陷。地殼運(yùn)動(dòng)平面上的差異造成沉陷的不均一性，表現(xiàn)為前期有東部和中部?jī)蓚€(gè)沉降中心，中后期東部沉降中心逐漸消失，造成東部發(fā)育早期斷陷，中部多數(shù)發(fā)育穩(wěn)定凹陷，西部為穩(wěn)定的斜坡帶，大面積緩慢沉降，地層逐層超覆。

(5)萎縮平衡階段(K23-Q)。該階段盆地深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸趨于調(diào)整均衡，盆地全面上升，湖面規(guī)模收縮。擠壓運(yùn)動(dòng)一方面使先期地層發(fā)生褶皺，另一方面使盆地邊緣差異性隆起、盆地中心差異沉降。因此在總體上升的背景下，盆地東部差異性抬起，沉積中心再次西移，沉降速度緩慢。在擠壓應(yīng)力的作用下，形成了一些有利于鈾礦成礦的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

第三系、第四系是在侵蝕夷平的基礎(chǔ)上沉積的一套磨拉石建造，此時(shí)活動(dòng)變?nèi)酰璧爻尸F(xiàn)出漸趨消亡的特征。

3 大慶長(zhǎng)垣的形成及特征

現(xiàn)今的大慶長(zhǎng)垣西翼地層傾角陡(11°～18°)，東翼地層傾角緩(2°～7°)，由下而上傾角減小。長(zhǎng)垣北部以北西向正斷層為主，斷層走向延伸較平緩，多發(fā)育在構(gòu)造的頂部和構(gòu)造的陡翼;中部斷層分布與構(gòu)造部位關(guān)系不很密切;南部除北西向斷層外，尚有南北向、北東向斷層發(fā)育，斷層在平面上呈弧形。巖層厚度由兩翼向頂部減薄，巖性由兩翼向頂部變粗，頂部嫩江組上部遭受剝蝕，四方臺(tái)組沉積變薄，缺失明水組。

大慶長(zhǎng)垣是一個(gè)多成因復(fù)合形成的構(gòu)造帶，主要受三個(gè)構(gòu)造期次的影響，一次是早白堊嫩江期晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了長(zhǎng)垣的雛型，晚白堊明水期晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使其發(fā)育成完整的背斜，早第三紀(jì)末左行壓扭使長(zhǎng)垣進(jìn)一步加強(qiáng)而形成整體形態(tài)(圖3)。

圖3 大慶長(zhǎng)垣構(gòu)造演化史剖面圖Fig.3 Tectonic evolution profile of Daqing Placantieline

登婁庫(kù)組沉積時(shí)期，大慶長(zhǎng)垣位于沉降的中心部位，在侏羅紀(jì)-早白堊世營(yíng)城子組的基礎(chǔ)上繼承性的發(fā)育一系列小型斷陷，沉積較厚的砂礫巖、粗砂巖。

泉頭組沉積時(shí)期，盆地處于坳陷初期的坳陷穩(wěn)定期的過(guò)渡階段，其沉積特征與上覆和下伏地層有明顯差別。此時(shí)大慶長(zhǎng)垣位于古坳陷的中心部位，沉積較厚，松基六井厚達(dá)1 267 m，葡1井為1 063 m，青山口組-嫩江組沉積時(shí)期，盆地處于坳陷深陷期，是松遼古湖盆發(fā)展的全盛期，湖區(qū)廣闊，沉積范圍大。這兩個(gè)時(shí)期氣候溫?zé)岢睗瘢璧胤€(wěn)定沉降，沉積速度較慢，補(bǔ)償條件較差，形成了巨大的深湖靜水體，沉積了一套富含有機(jī)質(zhì)的半深-深湖相黑色泥巖。嫩江組末期，在區(qū)域壓扭應(yīng)力場(chǎng)作用下，大慶長(zhǎng)垣東側(cè)的黑魚(yú)泡-頭臺(tái)斷裂帶左行走滑，抬升隆起使嫩江組頂部地層遭受剝蝕，與此同時(shí)在大慶長(zhǎng)垣上發(fā)育了喇嘛甸、薩爾圖、葡萄花、敖包塔、高臺(tái)子、太平屯、杏樹(shù)崗等七個(gè)局部扭動(dòng)構(gòu)造，形成了大慶長(zhǎng)垣的雛型。

四方臺(tái)組和明水組沉積時(shí)期，經(jīng)歷嫩江組末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使嫩江組頂部遭受剝蝕，部分地層裸露在地表，發(fā)生了短時(shí)間的沉積間斷期。明水組末期，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)近東西向，長(zhǎng)垣東側(cè)黑魚(yú)泡-頭臺(tái)斷裂帶控制了深層斷陷的北北東和近南北向基底斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn)(圖4)，上盤地層的隆升，在坳陷層序中形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造，反轉(zhuǎn)斷層上延方向逐漸演化形成逆斷層，所造成的局部構(gòu)造形態(tài)也表現(xiàn)為反轉(zhuǎn)斷層一側(cè)陡峭，另一側(cè)平緩的不對(duì)稱型。如現(xiàn)今的喇嘛甸、薩爾圖、杏樹(shù)崗、葡萄花等局部構(gòu)造。深層斷陷兩側(cè)斷層同時(shí)反轉(zhuǎn)，上部中淺層就形成頂部平緩兩翼均陡的箱型褶皺，如高臺(tái)子局部構(gòu)造。大斷裂帶的整體反轉(zhuǎn)作用改變了嫩江組末期形成的扭動(dòng)背斜，正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的有機(jī)結(jié)合形成了大慶長(zhǎng)垣的整體背斜，早晚第三紀(jì)之間的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使其形成統(tǒng)一的圈閉線。這兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層大幅抬升隆起，長(zhǎng)垣東西兩翼地層傾角變陡，長(zhǎng)垣頂部四方臺(tái)組和明水組地層大范圍遭受剝蝕形成構(gòu)造天窗，沉積間斷時(shí)間大約32 Ma(圖5)。

4 構(gòu)造對(duì)砂巖型鈾礦成礦的控制作用

松遼盆地是中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，嫩江組末期、明水組末期和早第三紀(jì)末期的構(gòu)造期次形成了大慶長(zhǎng)垣整體背斜，從而改變了淺部蓋層的構(gòu)造形態(tài)、巖石物理性能、地下水的循環(huán)方式等，為后生改造成礦提供了條件。

圖4 大慶長(zhǎng)垣喇嘛甸正反轉(zhuǎn)構(gòu)造剖面圖Fig.4 Positive and inversion structure profile of Lamadian in Daqing Placantieline

(1)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使背斜頂部遭受剝蝕形成構(gòu)造天窗，有利于含鈾含氧水滲入地下巖層。大慶長(zhǎng)垣頂部缺失明水組和部分四方臺(tái)組，有長(zhǎng)達(dá)18 Ma的剝蝕期，其軸部地層直接裸露地表，形成了剝蝕天窗(圖3)，大氣降水可以在剝蝕天窗處沿著單斜巖層的出露處毫無(wú)阻擋地滲入到巖層中，源源不斷地補(bǔ)給承壓含水層。這些大氣降水飽含氧氣，滲入巖層在流動(dòng)過(guò)程中可形成局部層間氧化帶。同時(shí)大氣降水可在蝕源區(qū)氧化環(huán)境中把鈾帶入流動(dòng)水中，匯入到剝蝕天窗處，滲入巖層在氧化還原過(guò)渡帶富集成礦(張振強(qiáng)等，2006)。

(2)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改變了地層產(chǎn)狀，使地下水從滯流狀態(tài)變?yōu)檠h(huán)狀態(tài)。有關(guān)松遼盆地北部古水動(dòng)力場(chǎng)的演化前人曾作過(guò)大量的研究，認(rèn)為青山口組和嫩江組的兩套泥巖是全盆地良好的區(qū)域隔水層，它將盆地中淺層分為上、中、下三套水文地質(zhì)旋回，即四方臺(tái)組-明水組、姚家組-嫩江組、泉頭組-青山口組。其中中部水文地質(zhì)旋回由于封閉條件好，屬于較高礦化度的弱水文交替帶和水交替停滯帶，但盆地邊緣局部地區(qū)有淡水滲入，可形成邊緣水交替帶;上部水文地質(zhì)旋回缺少區(qū)域性蓋層，形成低礦化度交替帶;下部水文地質(zhì)旋回為中等礦化度的弱水交替帶和水交替停滯帶，盆地邊部隆起可形成水交替帶(高瑞祺等，1997)。從前人研究成果中可得出，上部水文地質(zhì)旋回中的四方臺(tái)組-明水組，存在良好的水交替帶，為地下水的循環(huán)創(chuàng)造了條件。

大慶長(zhǎng)垣頂部缺失明水組和四方臺(tái)組，大量巖層裸露地面，可使大氣降水順暢地滲入到巖層中。故整個(gè)長(zhǎng)垣頂部是一個(gè)很好的層間承壓水的供水區(qū)。長(zhǎng)垣西翼地層較陡傾角為11°～18°，東翼地層較緩傾角為2°～7°，在同一巖層內(nèi)它又具備了流動(dòng)的重力差，這就為地下水從滯留狀態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)、形成局部或區(qū)域性的層間承壓水補(bǔ)-徑-排的循環(huán)機(jī)制提供了先決條件。大慶長(zhǎng)垣西側(cè)發(fā)育有齊西-敖古拉-哈拉海斷裂帶，該斷裂帶北起泰康，南至大安，自北而南劃分為三段，即齊西斷層帶、敖古拉斷層帶、哈拉海斷層帶，各斷層帶長(zhǎng)度一般20～30 km，斷面大多西傾，斷距由下向上減小，中淺層垂直斷距為10～100 m，斷裂帶內(nèi)斷層呈左行雁列狀排布。東側(cè)發(fā)育黑魚(yú)泡－頭臺(tái)斷裂帶，該斷裂是孫吳-雙遼殼斷裂的一部分，斷裂南斷長(zhǎng)50 km，北斷長(zhǎng)195 km。兩個(gè)斷裂帶走向與大慶長(zhǎng)垣軸向基本一致，與長(zhǎng)垣東西兩翼的地層相垂直，因此，這些斷裂發(fā)育帶中的一些繼承性、直達(dá)地表的斷層，作為層間水外泄的通道以群泉或溢出帶形式將層間水泄入到上覆巖層或地表，如長(zhǎng)垣西側(cè)的龍虎泡、月餅泡等都是地下層間承壓水的很好排泄源。

(3)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改善了地層和巖石的物理性質(zhì)，增加了巖石的滲透性。大慶長(zhǎng)垣地區(qū)經(jīng)受了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在強(qiáng)大擠壓、剪切力作用下，壓扭、伸展活動(dòng)又頻繁轉(zhuǎn)化，不斷的改造沉積層的結(jié)構(gòu)，增加巖石內(nèi)的裂隙，極大的改善了巖層的性能，提高了巖石的孔隙度和滲透率，在背斜頂部尤為發(fā)育，這些裂隙是地下水流通的良好通道，為含氧水的滲入和暢流提供了的條件，同時(shí)也拓展了容砂空間，提高了巖石的容礦能力。

(4)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了新斷裂或激活了早期斷層，是深部還原性烴類流體上升的通道。前面已經(jīng)論述了大慶長(zhǎng)垣是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力必然要對(duì)地層造成破壞，產(chǎn)生一些規(guī)模較大的斷裂或使早期斷層重新活動(dòng)，這就溝通了深部青一、二段和嫩二段的生油巖與淺層的含礦儲(chǔ)集層，起到了油氣運(yùn)移通道的作用。由于地層埋深大、壓力大，油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移比沿地層側(cè)向運(yùn)移容易，因此斷層是深部還原性烴類流體上升的最佳通道，如大慶長(zhǎng)垣東西兩翼的黑魚(yú)泡－頭臺(tái)斷裂帶、齊西－敖古拉－哈拉海斷裂帶就可起到深部還原性烴類流體上升的通道作用(圖6)，為鈾成礦作用提供了充足的還原劑。

5 結(jié)論

(1)受喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響大慶長(zhǎng)垣頂部形成得天獨(dú)厚的巨大構(gòu)造天窗，為含鈾含氧水的滲入創(chuàng)造了良好條件。

(2)大慶長(zhǎng)垣地區(qū)青一、二段和嫩二段是大慶油田主要生油巖，其兩翼的斷裂帶即是良好泄水通道又是深部原性烴類向上運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層的通道。

(3)大慶長(zhǎng)垣與盆地西南隆起區(qū)錢家店凹陷(黃凈白等，2007)具有類似的構(gòu)造條件，兩者又有相同的鈾源條件(大興安嶺蝕源區(qū))，大慶長(zhǎng)垣周邊100多口探井中自然伽馬異常的發(fā)現(xiàn)，展示了大慶長(zhǎng)垣兩翼找到類似于錢家店類型的隱伏的后生層間氧化砂巖型鈾礦床的良好前景。

圖5 松遼盆地北部橫穿大慶長(zhǎng)垣Gu302-L3249測(cè)線地震剖面Fig.5 The Gu302-L3249 Line of Seismic Profile cross the Daqing Placantieline in the north of Songliao Basin

圖6 松遼盆地北部斷裂帶與構(gòu)造關(guān)系圖Fig.6 Fault belts and structural belts in the north of Songliao Basin

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