張秦華

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，西安　710068)

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涇陽(yáng)縣北部地區(qū)地裂縫地質(zhì)災(zāi)害分布特征與形成條件分析

張秦華

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，西安710068)

涇陽(yáng)縣北部地區(qū)是地裂縫災(zāi)害發(fā)育的地區(qū)，地裂縫主要分布在山前沖洪積扇區(qū)，發(fā)育在全新世地層中,平面形態(tài)上為直線型、雁列型、鋸齒型和彎曲形，在分布上有方向性和群集性，在范圍上從北到南呈逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。本文在對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境論述的基礎(chǔ)上，總結(jié)了區(qū)內(nèi)地裂縫的發(fā)育特征和分布特征，分析了該區(qū)地裂縫的形成條件。作者認(rèn)為其主要影響因素為土體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地震、降雨和灌溉入滲。

涇陽(yáng)縣；地裂縫；發(fā)育特征；分布特征；形成條件

涇陽(yáng)縣位于關(guān)中平原腹地涇河下游，渭北中部，區(qū)內(nèi)總體地勢(shì)為西北高，東南低，呈現(xiàn)由西北向東南階梯狀傾斜的地貌特征。該縣面積792 km2，有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)93處，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)60處，其中地裂縫55處，占總數(shù)的59.1%。值得注意的是，沿王橋鎮(zhèn)-橋底鎮(zhèn)以北的北部地區(qū)，地裂縫最為發(fā)育，有52處(圖1)。目前，地裂縫已導(dǎo)致68戶村民481間房屋64.73 hm2耕地受損。地裂縫災(zāi)害已威脅該縣北部地區(qū)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全并阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在地質(zhì)構(gòu)造作用下，該危害有增強(qiáng)趨勢(shì)。

圖1　涇陽(yáng)縣地裂縫災(zāi)害分布圖

1　區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

1.1地形地貌

北部地區(qū)地貌主要分為基巖山區(qū)、山前洪積扇、黃土臺(tái)塬、沖洪積平原及河流階地5種地貌單元[1]。而地裂縫主要分布在山前沖洪積扇區(qū)。

1.2氣象

該縣多年平均降水量481.9 mm，降水在空間變化上為自東南向西北逐漸減少[1]。地裂縫災(zāi)害的發(fā)生與災(zāi)害性天氣暴雨密切相關(guān)，興隆-口鎮(zhèn)-安吳一帶為暴雨中心。

1.3地層巖性

區(qū)內(nèi)地層區(qū)劃屬陜甘寧盆地邊緣分區(qū)和汾渭分區(qū)，前第四系主要出露于北部基巖山區(qū)，地層主要為古生界寒武-奧陶系(∈-O)、下二疊系(P1)；第四系地層分布廣泛，自下更新統(tǒng)至全新統(tǒng)有沖積、沖洪積、洪積、沖湖積、風(fēng)積等多種成因。

1.4地質(zhì)構(gòu)造與地震

該縣位于鄂爾多斯臺(tái)塬褶皺帶與渭河地塹的接觸部位，而前者為張家山斷裂和口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂以北地區(qū)，后者為縣內(nèi)除北部基巖山區(qū)外，廣大的平原區(qū)。北部地區(qū)的斷裂有口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂、張家山褶皺與斷裂、龍泉-拓趙斷裂、禮泉-富平斷裂[1-2]。

該縣北部基巖山區(qū)地殼穩(wěn)定性較強(qiáng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，近期以緩慢上升為主，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不活躍；河谷各級(jí)之間高差不大，第四紀(jì)以來(lái)以垂直升降為主而強(qiáng)度不大，且有多次強(qiáng)弱間歇的地殼運(yùn)動(dòng)。而黃土臺(tái)塬和沖洪積平原處于渭河地塹之內(nèi)，相對(duì)沉降活動(dòng)較強(qiáng)，新生代以來(lái)具有較明顯的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。其表現(xiàn)主要有近東西向的局部隆起、斷裂帶的強(qiáng)烈形變、第四系沉降厚度的變化、地表裂隙、水系的反常流向，以及溫泉的出露等。

縣內(nèi)地震活動(dòng)總體上不強(qiáng)，歷史上發(fā)生的破壞性地震較少，而且震級(jí)低，近期地震活動(dòng)強(qiáng)度不高。在1990～2004年，根據(jù)儀器測(cè)定：咸陽(yáng)地區(qū)有22次地震，震級(jí)1.4～4.8，以1998年涇陽(yáng)永樂店4.8級(jí)地震為最大。區(qū)內(nèi)基本地震烈度為Ⅶ度。

1.5巖土體基本特征

區(qū)內(nèi)有巖體和土體兩大類。按巖土體類型和工程地質(zhì)特征的差異可分為厚層狀堅(jiān)硬碳酸鹽巖類，層狀次堅(jiān)硬-次軟質(zhì)碎屑巖類，砂礫石、砂土類，粘性土類，黃土類5個(gè)工程地質(zhì)巖組[1]。

2　地裂縫分布特征

2.1發(fā)育特征

(1) 規(guī)模特征

區(qū)內(nèi)發(fā)育的地裂縫長(zhǎng)短不一，單條最長(zhǎng)者為1 500 m，短者為50 m，以小型為主[1]。寬度一般在0.04～1.5 m之間。貫穿深度不一，淺者0.2～0.5 m，較深的2～6 m，更多的是深不見底[3-4]。1999年7月發(fā)生在安吳鎮(zhèn)沙溝村地裂縫，目前單條長(zhǎng)度1 500 m，為本區(qū)最長(zhǎng)者，寬度達(dá)0.3～0.6 m，可見深度4 m左右。另外，少數(shù)地裂縫伴隨有塌陷坑出現(xiàn)。如沙溝村地裂縫的東側(cè)，在下大暴雨時(shí)出現(xiàn)深約2 m、寬0.6 m的塌陷坑，把小牛犢掉了進(jìn)去。同時(shí)，四鑼溝地裂縫(在2000年4月澆地時(shí)出現(xiàn))因澆地在耕地中出現(xiàn)大小不一串珠狀的塌陷坑，呈長(zhǎng)條形。小坑長(zhǎng)25～45 cm，寬15～25 cm，深10～20 cm；大坑長(zhǎng)2 m，寬1.5 m，深3～5 m，澆地時(shí)有把人掉進(jìn)去的現(xiàn)象。

(2) 平面形態(tài)特征

一種是單條出現(xiàn)，平面上呈直線形、鋸齒狀和彎曲形延伸，這種情況，在區(qū)內(nèi)居多；另一種呈帶狀，一條主干裂縫和數(shù)條伴生地裂縫組成地裂帶，如1999年出現(xiàn)的沙溝村1組地裂縫，在其中部?jī)蓚?cè)就伴隨有小的裂縫產(chǎn)生；再者為首部相接而尾部延伸方向不同的直線形雁列式，如2015年6月13日口鎮(zhèn)村3組出現(xiàn)的由西向東平行的地裂縫(走向依次為280°、300°、320°)；還有串珠狀塌陷坑等。

(3) 剖面形態(tài)特征

剖面上呈平面狀或波狀，裂口上寬下窄呈楔形向下延伸。裂面粗糙，呈近直立態(tài)，偶見裂面上有下滑擦痕，但一般位移很小，無(wú)位移者居多。從沙溝村路家組地裂縫的TC03探槽中(圖2)，可見以上剖面特征。同時(shí)，地裂縫的主縫方向?yàn)榻鼥|西向，與口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂方向一致，而且地裂縫未引起南北兩側(cè)地層有大的位移。探槽底部的古土壤層，北邊比南邊高2 cm。

1.耕植土；2.素填土；3.黃土狀粉土；4.黃土；5.古土壤；6.地裂縫。f1.構(gòu)造地裂縫，出露于探槽側(cè)壁及底部，寬度19～125 cm不等，產(chǎn)狀：352°∠85°，裂縫兩壁見水沖刷痕跡圖2　探槽TC03工程地質(zhì)展示圖

(4) 走向和發(fā)育程度

據(jù)地質(zhì)詳查野外調(diào)查資料顯示，區(qū)內(nèi)地裂縫的走向以近EW向居多，還有SN、NE-SW、和NW-ES向[2]。走向在NE0°～49°、NW0°～NW60°的地裂縫，發(fā)育程度好；走向?yàn)镹E60°～89°、NW60°～89°的地裂縫，發(fā)育程度較好；走向?yàn)镹E50°～59°的地裂縫，發(fā)育程度差(圖3)。

2.2分布特征

(1) 隨時(shí)間的遞增性[4]

區(qū)內(nèi)地裂縫集中發(fā)生在20世紀(jì)80～90年代和21世紀(jì)初期。據(jù)調(diào)查，自1983年4月后，涇陽(yáng)縣Ⅲ度左右的小地震不斷，且最多一次為日震9次月震44次。同時(shí)，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了較多的地震地裂縫。其中80年代產(chǎn)生29處(38條)地裂縫，90年代產(chǎn)生20處(42條)地裂縫。但震后幾年內(nèi)沒有地裂縫出現(xiàn)，直到2000年，該地區(qū)地裂縫明顯增多。從2000年后，新增地裂縫26處(50條)?？梢哉f，本區(qū)地裂縫分為80年代、90年代和21世紀(jì)初期3期，無(wú)論從數(shù)量上或規(guī)模上均隨時(shí)間呈明顯遞增關(guān)系，其危害日趨嚴(yán)重。

(2) 地域的擴(kuò)展性

關(guān)于全球LNG市場(chǎng)的幾個(gè)問題——費(fèi)氏（FGE）第17屆亞太天然氣/LNG研討會(huì)參會(huì)思考王新哲，趙堂玉，單衛(wèi)國(guó) 3 48

地裂縫的分布范圍由北向南呈逐擴(kuò)大趨勢(shì)。20世紀(jì)50～70年代，地裂縫只在口鎮(zhèn)和安吳鎮(zhèn)零星分布。據(jù)涇陽(yáng)縣2002年區(qū)劃報(bào)告，共有4處(4條)。80年代后，云陽(yáng)鎮(zhèn)和興隆鎮(zhèn)開始有地裂縫出現(xiàn)。到2000年，橋底鎮(zhèn)也有地裂縫出現(xiàn)。此后，在三渠鎮(zhèn)、涇陽(yáng)縣城附近有較短的地裂縫產(chǎn)生。表現(xiàn)在地貌單元上為：從北部沖洪積扇區(qū)向南部的黃土臺(tái)塬和沖積平原擴(kuò)展。

(3) 方向性、群集性

方向性：區(qū)內(nèi)地裂縫主要發(fā)育走向?yàn)镹E0°～19°、NE20°～49°、NE60°～85°、NW1°～29°、NW30°～59°、NW60°～89°。發(fā)育程度由大到小依次為：NW60°～89°、NW30°～59°、NE60°～85°、NE20°～49°、NE0°～19°、NW1°～29°。地裂縫走向分布玫瑰花圖如圖3。

圖3　涇陽(yáng)縣地裂縫走向玫瑰花圖

群集性：地裂縫發(fā)育集中，有群集群發(fā)的特點(diǎn)，以口鎮(zhèn)和安吳鎮(zhèn)為中心的群集地裂縫，在2002年時(shí)，地裂縫群24處，共計(jì)111條。

(4) 反復(fù)出現(xiàn)與持續(xù)活動(dòng)

區(qū)內(nèi)較多地裂縫常在原來(lái)發(fā)生的地方重復(fù)出現(xiàn)，并有延伸現(xiàn)象。如沙溝村1組地裂縫分別于1976年、1996年、1999年3次重復(fù)出現(xiàn)；四鑼溝村周北組地裂縫也在1988年、1996年、2000年3次重復(fù)出現(xiàn)。在每年的春秋兩季，只要澆地，裂縫填埋處會(huì)下陷，形成塌陷坑。同時(shí)，山莊村西北1、2、3、4、5、6組，在地里的地裂縫也在1988年和1999～2000年兩次出現(xiàn)，并在春秋兩季澆地時(shí)裂縫開裂，水體全部下滲；山莊村東北1、2、3組，地里的地裂縫也有以上現(xiàn)象；羅圈巖村中梁組地裂縫在2011年11月出現(xiàn)，使得村子后排4戶村民房屋開裂，村子后面街道路面有細(xì)裂紋；2014年11月又在村子前排出現(xiàn)裂縫，6戶村民房屋有裂縫和開裂現(xiàn)象，村子前面街道路面向南滑移。

3　地裂縫形成條件

3.1土體結(jié)構(gòu)是地裂縫發(fā)生的基礎(chǔ)條件

第四系黃土在區(qū)內(nèi)分布最為廣泛，中上更新統(tǒng)黃土成巖性差，土質(zhì)疏松，為支架——大孔結(jié)構(gòu)和鑲嵌——微孔結(jié)構(gòu)，含砂量高，成分以粉砂質(zhì)為主，富集了可溶鹽類物質(zhì)，垂直節(jié)理發(fā)育，孔隙比大，遇水體積膨脹，易崩解，濕陷性強(qiáng)，為地裂縫的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。分布于河漫灘、一級(jí)階地和沖積平原區(qū)的砂礫卵石層、粉質(zhì)粘土、含礫粉細(xì)砂、粉土，具有大孔隙，易滲水，為地裂縫的形成提供了通道。

3.2地裂縫產(chǎn)生受地質(zhì)構(gòu)造的影響

(1) 區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化使黃土構(gòu)造節(jié)理開啟

該縣位于鄂爾多斯臺(tái)塬褶皺帶與渭河地塹的接觸部位。早第三紀(jì)以來(lái),受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響,渭河地塹內(nèi)中生代隆起構(gòu)造破裂解體。由于控制盆地帶南緣邊界斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng), 導(dǎo)致了盆地帶內(nèi)部和另一側(cè)的斷裂活動(dòng)，表現(xiàn)出以北東東-南西西擠壓應(yīng)力作用的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征[7]。有資料表明: 渭河盆地主要活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)方式，在2001～2004年表現(xiàn)為左旋張性運(yùn)動(dòng), 其后成反向運(yùn)動(dòng),即為右旋壓性運(yùn)動(dòng)。這個(gè)結(jié)果與涇陽(yáng)-渭南斷裂和扶鳳-三原斷裂活動(dòng)性質(zhì)是吻合的, 表明渭河盆地相關(guān)構(gòu)造有應(yīng)力集中和應(yīng)變積累的跡象。渭河盆地從早第三紀(jì)至第四紀(jì)在不斷裂陷與擴(kuò)張，是一個(gè)十分活動(dòng)的構(gòu)造單元。雖鄂爾多斯盆地是個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造單元，但它隨周圍應(yīng)力場(chǎng)的變化也有變化。涇陽(yáng)北部地區(qū)黃土構(gòu)造節(jié)理以緊密閉合狀態(tài)，隱伏于黃土之中，隨著區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化，使隱伏閉合的黃土構(gòu)造節(jié)理開啟張口成縫，為地裂縫的發(fā)生創(chuàng)造了良好的構(gòu)造條件。

(2) 斷層活動(dòng)是地裂縫發(fā)育的主要原因

從區(qū)域而言，渭河盆地地帶北緣由多條近于平行的北東向斷層組成，斷層多傾向盆內(nèi),規(guī)模不大。口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂是北緣斷裂帶中部的一條近EW向斷裂。據(jù)田勤儉、申旭輝等研究中表明，口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂在S1古土壤沉積之前曾有強(qiáng)烈活動(dòng),S1古土壤沉積期間及以后,活動(dòng)性明顯減弱。另外，1976年唐山地震后，口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂、龍泉-拓趙斷裂和富平-扶風(fēng)斷裂活動(dòng)頻繁，使斷裂附近應(yīng)力相對(duì)集中。應(yīng)力的集中和增強(qiáng)又促使活斷層蠕滑，并在靠近斷層一側(cè)形成蠕滑型地裂縫。同時(shí)牽動(dòng)了上覆黃土地層，使其中隱伏閉合的黃土構(gòu)造節(jié)理開啟成縫，這就是地裂縫沿?cái)嗔褞鄬?duì)密集成帶的原因。據(jù)涇陽(yáng)地震臺(tái)1986～2005年口鎮(zhèn)-關(guān)山斷層定點(diǎn)形變觀測(cè)資料顯示：1986～1994年以及1999～2005年斷裂活動(dòng)比較強(qiáng)烈，而在該階段地裂縫出現(xiàn)也相對(duì)集中。據(jù)詳查野外調(diào)查，3個(gè)斷裂附近目前共發(fā)育地裂縫災(zāi)害31處。

3.3地震形成地裂縫并加劇了地裂縫的發(fā)育

本縣屬華北地震區(qū)汾渭地塹系地震帶，地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻率高，現(xiàn)代地震活躍。地裂縫發(fā)生時(shí)間與小震活動(dòng)基本同步(也有滯后現(xiàn)象)，呈現(xiàn)出比較明顯的周期性。將該縣1958年以來(lái)確認(rèn)發(fā)生的74次地裂事件綜合于圖4中，發(fā)現(xiàn)57 a來(lái)共有9次地裂縫集中發(fā)生期，分別在l976、1987、1988、1995、1998、1999、2000、2001、2008各年。同時(shí)，將該縣1958年以來(lái)小地震活動(dòng)作統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)小震活動(dòng)也存在階段性起伏，其高潮分別在1971、1976、1982、1983、1984、1987、1995各年，與該縣地裂縫活動(dòng)高潮期基本同步。地震與地裂縫相伴而生者并不少見。1983年4月27日和10月25日涇陽(yáng)發(fā)生兩次小震群，震后在同年10月至12月安吳鎮(zhèn)岳家村出現(xiàn)一走向NW45°、長(zhǎng)400 m的張扭性地裂縫，左旋走滑 2 cm。1998年1月5日，永樂店發(fā)生4.8級(jí)地震，烈度6度，伴隨著地震，地裂縫頻繁發(fā)生，且沿構(gòu)造斷裂帶延展方向呈帶狀分布。具有明顯的方向性、成帶性和區(qū)域性，多具有明顯的定向水平錯(cuò)位，顯張扭性，延展長(zhǎng)度多在100～1 000 m之間，連通性好。如山莊村東南和西北組產(chǎn)生了9處地裂縫，薛家村有6處地裂縫出現(xiàn)。以上表明，該區(qū)地裂縫與小震常相伴而生，兩者密切相關(guān)。與此同時(shí)，地震使得原有地裂縫變寬或變長(zhǎng)。

圖4涇陽(yáng)縣北部地區(qū)地裂縫直方圖

3.4降水、灌溉入滲使地裂縫顯露于地表[4]

區(qū)內(nèi)降雨多集中在7～9月，暴雨來(lái)勢(shì)猛，雨量大，雨水來(lái)不及滲入地下，于是形成了沖蝕力很強(qiáng)的地表徑流。第四系全新統(tǒng)洪積層及上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土在山前直接與基巖接觸，強(qiáng)降雨時(shí)，雨水通過基巖與黃土的接觸面或黃土中的節(jié)理、動(dòng)物洞穴、植物根孔等入滲并沿節(jié)理延伸方向產(chǎn)生沖刷侵蝕，最終形成地裂縫。在口鎮(zhèn)，基巖山地與第四系黃土的接觸帶，發(fā)現(xiàn)大量的黃土陷穴、暗穴，它們極易匯集雨水，并成為下滲侵蝕的通道。詳查野外調(diào)查表明，一些地裂縫是在強(qiáng)降雨時(shí)，自基巖山前開始出現(xiàn)，然后隨水流下瀉，迅速向南(東南或西南)延伸穿過農(nóng)田和村莊，并在較高的黃土陡坎、沖溝壁或當(dāng)?shù)鼐用竦母G洞中涌出。洪流在裂開的縫內(nèi)翻滾洶涌，使裂縫不斷加寬加深。降水和地表水的入滲、沖刷、潛蝕加速了地裂縫在淺部地表的顯現(xiàn)。

區(qū)內(nèi)的灌溉多集中在春秋兩季。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，灌溉成為長(zhǎng)期的事情。只要?dú)夂蚋珊担迕窬瓦M(jìn)行灌溉。而且灌溉放水時(shí)間較長(zhǎng)，少為半個(gè)月，多則40 d左右。因黃土、砂礫石土本身為大孔隙，深部開啟縫向上分散位移被吸收，從而消失未能傳至地表。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間水滲入地下后，帶走鹽類物質(zhì)和大量粘土，并順開啟的黃土構(gòu)造節(jié)理縫流失，使節(jié)理兩壁擴(kuò)寬并向上延至地表成為地裂縫。如四鑼溝村周北組地裂縫、口鎮(zhèn)村3組地裂縫、山底河村6組和8組地裂縫、橋底村6～8組地裂縫、山莊村西北1～7組地裂縫、山莊村東北1～3組地裂縫。

4　結(jié)論

(1) 涇陽(yáng)縣北部地區(qū)有5種地貌類型，出露從古生界、下二疊系到第四系的地層，構(gòu)造復(fù)雜，巖土體類型較簡(jiǎn)單。

(2) 涇陽(yáng)縣地裂縫55處，以小型為主，在平面上呈直線形、鋸齒狀、彎曲形和雁列式延伸。地裂縫的走向以近EW向居多，其中走向在NE0°～49°、NW0°～NW60°的地裂縫，發(fā)育程度好。地裂縫發(fā)育集中，有群集群發(fā)的特點(diǎn)，以口鎮(zhèn)和安吳鎮(zhèn)為中心的群集地裂縫。

(3) 地裂縫的形成土層結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)條件，并受地質(zhì)構(gòu)造的影響。另外，地震可以產(chǎn)生地裂縫。同時(shí)，在降水、灌溉入滲作用下使其形成并顯露于地表。

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THE DISTRIBUTION CHARACTERS AND FORMING CONDITIONS OF GROUND FISSURE DISASTER OF NORTHERN REGION IN JINGYANG COUNTY

ZHANG Qin-hua

(Geological survey of Shaanxi Province，Xi’an710068，China)

Northern region is the ground fissure disaster development in Jing Yang County. Ground fissures are mainly distributed the piedmont diluvial area and developt in the holocene stratum。 Planar shape has linear model, en echelon, zigzag and bending shape, direction and cluster in distribution. From north to south has wide trend in the range. Based on the description of the geological environment in the area, it summarizes the development characteristics and distribution characteristics of the ground fissures, it analyzes the forming conditions of the ground fissures in this paper. The main influence factors have the soil structure, geological structure, earthquake, rainfall and irrigation infiltration.

Jing Yang County；ground fissure；distribution；developmental characteristics, distribution characteristics; formation conditions

1006-4362(2016)03-0030-05

2016-05-10改回日期：2016-06-15

《陜西省地質(zhì)調(diào)查院關(guān)于下達(dá)2015地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查任務(wù)的通知》(陜地調(diào)院函[2015]17號(hào))

TU478

A

張秦華(1979-)，女，漢族，陜西岐山人，碩士，2006年畢業(yè)于西安科技大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)方面的工作。

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