郭文秀　趙明坤　盧積堂

摘要：洛陽市盆地傳導型和隆起山地對流型兩種類型地熱田以宜陽—偃師斷層為分界線。NNW向的襄縣—郟縣斷裂和魯山—三門峽斷裂之間的澠池—確山陷褶斷束為一完整的地熱系統(tǒng)，兩大斷裂為其控熱斷裂構造，與之平行的次級斷裂和其它走向斷裂為導熱斷裂構造。其以汝州溫泉街、龍門伊河濕地和新安暖泉溝3處溫泉的出露為特點，并于龍門西山雙高地熱井和伊川錦繡龍都地熱井等水溫異常井的發(fā)現(xiàn)為楔機，分析認為其熱源很可能與汝陽—伊川一帶新生代構造裂隙火山噴發(fā)活動有關，是其火山活動的深部余熱熱源。

Abstract： The two types of geothermal fields in the convective type and the uplifted mountainous area of Luoyang City are divided into Yiyang-Yanshi fault. The Dianchi-Queshan depression to NNW is a complete geothermal system between the Xiangxian-Jiaxian fault and the Lushan-Sanmenxia fault，? and the two major faults are their thermal-controlled fracture structures， and the secondary fractures and other strike faults parallel to them are thermally fractured structures. It is characterized by the exposure of three hot springs in Ruzhou Hot Spring Street， Longmen Yihe Wetland and Xin'an Warm Spring Ditch， and the water temperature anomaly wells such as the Longmen Xishan Double High Ground Hot Well and the Yichuan Jinxiu Longdu Geothermal Well are used as wedge machines. The analysis suggests that the heat source is likely to be related to the Cenozoic tectonic fissure volcanic eruption activity in the Ruyang-Yichuan area， and it is the deep residual heat source of its volcanic activity.

關鍵詞：地熱田;控熱構造;導熱構造;地熱通道;熱源

Key words： geothermal field;heat control structure;heat conduction structure;geothermal channel;heat source

中圖分類號：P314.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）28-0255-04

1? 洛陽市地熱資源類型

洛陽市地熱資源勘查研究表明，洛陽市具有沉積盆地傳導型和隆起山地對流型兩種地熱田類型。宜陽—關林（亦稱宜陽—偃師）斷層（F3）為洛陽市兩類地熱田的分界斷層，以北為沉積盆地型地熱田，以南為隆起山地型地熱田。我們認為這一界線是合理的，目前，沉積盆地型地熱田內除洛河以北市區(qū)內的地熱井外僅見2個地熱開采井，其一，張莊地熱田探采結合井，井深1500m，熱儲層為古近系砂礫巖，終孔時水頭壓力+28.1m，自流量5.59m3/h，井口水溫60.2℃，水化學類型為Cl、SO4—Na型水，礦化度9.61g/L，F(xiàn)：2.2mg/L，Br：15.02mg/L，I：3.75mg/L。其二，關林地調一隊地熱井，井深1600m，熱儲為古近系砂礫巖（底部見三疊系），降深100m，涌水量65m3/h左右，井口水溫54.5℃，礦化度大于6.0g/L。因此，高礦化度是該地熱田的主要特征，涌水量一般較小，為低溫溫熱水地熱資源類型。

宜陽—偃師斷層以南為隆起山地型地熱田，已施工探采結合井及其它開采地熱井較多，井深不一，從幾十米到數(shù)百米，最深2352m（棕櫚泉小區(qū)地熱井，水溫65℃），井深一般較淺。除玉隆苑園區(qū)966m深井，水溫98.5℃，出水量96m3/h和洛陽風翔溫泉1200m深井，水溫91℃，出水量120m3/h，水溫較高（夢桃源2眼井水溫95℃）、出水量較大外，其余水溫均低于60℃，為中溫及低溫地熱資源類型。該地熱田水化學類型以SO4·Cl-Na型水為主，礦化度多在1.0-1.5g/L之間，偏硅酸與F-含量較高。風翔溫泉2號井偏硅酸含量達156mg/L之間，F(xiàn)-含量7.2mg/L。該地熱田具有中溫和低溫溫熱水兩種地熱資源類型，且礦化度較低，偏硅酸和F-含量高的地熱資源特點。

2? 洛陽龍門西山隆起山地型地熱資源形成條件

洛陽市龍門西山地熱資源屬隆起山地對流型地熱田，具有中溫和低溫溫熱水兩種地熱資源類型。我們認為，龍門西山和龍門一帶（合稱為龍門地熱田），雖然地貌類型不同，熱儲層也有差異（龍門一帶熱儲層以寒武系為主，龍門西山為三疊系、石炭系和寒武系），但地熱流體賦存與運移均嚴格受斷裂構造控制，其地質構造和水熱活動具有內在聯(lián)系。因此，應將龍門西山和龍門一帶地熱資源作為統(tǒng)一的地熱田進行系統(tǒng)分析。我們對“控熱構造和導熱構造”的概念理解為：所謂的控熱構造是與熱源有密切聯(lián)系的斷裂構造帶，也是一級導熱構造，具有延伸長、切割深、規(guī)模大的特點;所謂的導熱構造是該斷裂構造與熱源并無直接聯(lián)系，其中的地熱流體來自控熱（或一級導熱）構造中，只是地熱流體的二次或三次傳導作用。導熱構造可能是控熱構造的次級派生構造，也可能是與控熱構造相互交接、切截的其它斷裂構造，也可能是巖石中的構造裂隙和層面裂隙等，一般規(guī)模較小。這一概念的提出，可以比較合理地解釋隆起山地型地熱資源的水溫、水量復雜多變的賦存、運移和形成的客觀情況。

故此，我們認為僅以洛陽一帶構造特征來分析論證龍門西山地熱田地熱資源形成條件是困難的。因此，我們根據(jù)洛陽一帶的地質構造與區(qū)域地質構造的聯(lián)系性和相關性，以及區(qū)域地熱、溫泉出露的地質特點和龍門以南伊川—汝陽一帶新生代構造裂隙火山噴發(fā)活動、演化，將研究區(qū)域適度放大來進行分析論證。

2.1 區(qū)域及龍門西山地質構造特征

區(qū)域上，研究區(qū)域為華熊臺緣坳陷構造單元中的澠池—確山陷褶斷束構造單元，NNW向、NE向、NWW向、近EW向斷裂構造發(fā)育，不僅構造單元與洛陽一帶相同，而且斷裂“樣式”也基本相近。其中，NNW向襄、郟斷裂是嵩箕臺隆的邊界斷裂，NNW向魯山—三門峽斷裂是澠池—確山陷褶斷束與崤山—魯山拱褶斷束的邊界斷裂，兩斷裂均為區(qū)域性大斷裂，兩大斷裂東西相望，平行展布，成為澠池—確山陷褶斷束的邊界，兩大斷裂之間NNW向、NE向斷裂裂隙發(fā)育，其中NNW向斷裂可能是兩大斷裂的次級斷裂或派生斷裂，從NE向斷裂多處切錯兩大斷裂推斷，NE向斷裂生成時間可能晚于NNW向斷裂，也可能是后期活動所致。兩組斷裂相互切割，在該構造單元內形成眾多三角形、菱形或不規(guī)則形小斷塊。該構造單元內前新生界地層以三疊系為主，在臨汝鎮(zhèn)以北，伊河以南的汝陽、伊川境內，多處分布新近系上新世“大安組”陸內裂隙火山噴出巖。

洛陽市一帶位于澠池—確山陷褶斷束構造單元內，據(jù)前期勘查研究NE向、NNW向、近EW向斷裂發(fā)育，與區(qū)域斷裂樣式近似。其中洛陽北部的近EW向朝陽—偃師斷裂和南部的宜陽—偃師（也有稱宜陽—關林）斷裂均規(guī)模較大、斷距較大（在千米以上），是洛陽盆地的南北邊界斷裂。龍門南部的魏灣斷層與草店斷層平行展布，相距500m，均呈NNW向展布，傾向SW，為落差2000m以上的正斷層，多數(shù)地質工作者認為這兩條斷層是呂店斷裂（也有稱襄、郟斷裂）的組成部分，并有可能向北西延伸達新安縣城。因此，魏灣、草店斷層無論從其生成規(guī)模還是與區(qū)域構造相關性來看，無疑是龍門或龍門地熱田的控熱一級導熱斷裂構造。區(qū)內的NE向或近EW向的斷層應為二級或三級導熱斷裂構造。據(jù)河南省地球物理工程勘察院對洛陽新區(qū)80km2面積的地球物理勘查研究，區(qū)內共查明9條NE、NW向斷層，其中NE向5條，NW向4條，延伸長度1-10km，斷距38-500m不等，傾角61-82°之間。表明洛陽一帶不僅NE、NW向斷層發(fā)育，而且密度較大。

有專家認為：地震對熱儲的形成具有一定貢獻，同樣地，新構造尤其是斷裂新構造活動對熱儲形成和地熱流體賦存、運移更具有重要意義。在區(qū)域上，汝陽、伊川等地在新近系上更新統(tǒng)構造裂隙火山噴發(fā)巖（大安組玄武巖）和溫泉出露均是新構造活動的有力證據(jù)，有關地震資料及前期勘查研究成果均認為洛陽一帶各方向的斷層都有新構造活動的跡象，如NW向的曹店斷層F1、魏灣斷層F2于燕山運動早期發(fā)育，并經(jīng)歷了多期構造復合迭加。1921年甘肅山丹（永登）大地震曾誘發(fā)F1斷層的活動，據(jù)洛陽地震臺的觀測，F(xiàn)1斷層為迄今仍在活動的深斷裂。北東向的滑動構造HF3形成于喜山運動早期，滑動方向自北向南、滑面向北傾，滑面傾角6-40°，切割深度50-500m。我們完全認同這一認識，盧積堂在2012、2013年兩次參與了洛陽風翔山莊深水井和熱水井的物探定井工作，地面調查中多處見到第四紀斷層。風翔溫泉位于洛陽市區(qū)南部與伊川交界處，洛伊公路西側的張溝行政村境內，地貌類型為由新近系與下更新統(tǒng)為主體的崗狀丘陵，上更新統(tǒng)僅在沖溝或洼地中呈不連續(xù)分布。斷層位于新近系與下更新統(tǒng)地層中，以地層不連續(xù)和局部地層變陡為特征，走向以NE向居多。另一新構造活動形式為龍門西山抬升，調查發(fā)現(xiàn)在張溝村一帶新近系和下更新統(tǒng)地層中伊河古河道形成的礫卵石透鏡體眾多，由此推測，伊河在早更新世以前是由該地呈SW—NE向進入洛陽盆地的，現(xiàn)今的伊河在其東部的龍門近南北向橫切寒武系灰?guī)r進入洛陽盆地，有欺硬怕軟現(xiàn)象（斷層作用）。一方面說明龍門西山在早更新世后期或中更新世為急劇上升運動，同時也說明龍門峽谷可能為一NNE向活動斷層形成的破碎帶（相當新華夏系斷層），龍門西山第四紀斷層及抬升運動在時間上很可能是同時的。該地區(qū)強烈的新構造活動對龍門溫泉出露、龍門街及龍門西山地熱田的形成以及地熱流體賦存、運移是極為有利的。

2.2 地熱地質特征

研究區(qū)區(qū)域地熱顯示以溫泉（群）出露為特征。臨汝鎮(zhèn)溫泉街溫泉群（有7個泉眼）出露于澠池—確山陷褶斷束西緣的魯山—三門峽大斷裂帶內，龍門溫泉群（有19個泉眼）出露于該陷褶斷束東緣襄、郟斷裂北延帶內，暖水溝溫泉（有2個泉眼）出露于魯山—三門峽大斷裂的分支斷裂伊川—新安斷裂（也稱呂店或新安—半坡斷裂）帶內，3處溫泉群的出露明顯受兩大斷裂控制。我們認為，此3個溫泉群同處于一個構造單元之內，它們的出露與形成并非是孤立或偶然的，應具有一定的內在聯(lián)系，是一個較為完整的地熱系統(tǒng);它們在形成上很可能具有同時性，而且共同擁有一個熱源（即新生代構造裂隙火山活動的深部余熱）。

2.3 熱儲特點

2.3.1 地熱流體、溫度空間分布的不均一性

隆起山地型地熱田嚴格受斷裂構造控制。斷裂構造活動形成的次級斷層、各類構造裂隙、層面裂隙以及構造巖是地熱流體儲存、運移的空間，熱儲一般呈帶狀展布（局部呈線性），而且具有較陡的傾角。無論控熱斷裂構造還是導熱斷裂構造，由于規(guī)模、性質以及局部應力的不同，其形成的次級斷層、構造裂隙以及構造巖的空間分布、發(fā)育程度、密度的不均一性，加上后期充填物、充填程度以及構造巖巖性、成巖程度的差異，其熱儲的導熱、導水能力千差萬別，從而造成同一地熱田中不同地段的勘查、開采地熱井鉆井涌水量和井口溫度的極大差異。龍門南河床中2-Ⅱ、2-Ⅰ地熱井相距僅4.9m，深49m的2-Ⅱ井水溫度高于深135m的2-Ⅰ井10℃以上。同期施工27個勘探孔，其中4個勘探孔因水溫低、水量小而不能成井。這種不均一現(xiàn)象在魯山五大溫泉地熱田中也普遍存在。故此，有學者提出“地熱通道”的概念，并指出“兩組斷層交匯部位、斷層拐彎部位以及斷層起始端部有利于“地熱通道”的形成。同時，在隆起山地型地熱田中并不完全服從地熱增溫率，在同一地熱田中，開采井只要施工在“地熱通道”上，較淺的井也可獲得較高溫度和大水量的地熱資源;反之，開采井再深也不一定能獲得較高溫度和大水量的地熱資源。2006年洛陽玉隆苑園區(qū)966m地熱井井口出水溫度98.5℃，水量96m3/h和2013年洛陽風翔溫泉施工的1200m地熱井井口出水溫度91℃，水量120m3/h，因此，我們推斷龍門西山這兩眼雙高地熱井很可能與宜陽—偃師斷層和魏灣斷層交匯形成的地熱通道有關。

2.3.2 具有深淺兩類不同性質的熱儲

隆起山地型地熱田熱儲的形成嚴格受斷裂構造控制，一般位于深大斷裂帶上盤的斷裂帶上，呈帶狀或線狀展布，并具較陡的傾角;其上延部分可能接近地表，并無良好的蓋層。這一特征在魯山五大溫泉地熱田中即是很好的例證，通過對魯山五大溫泉地熱地質特征研究，我們認為，隆起山地型地熱田熱儲層可劃分為深部熱儲層和淺部熱儲層兩類熱儲層。深部熱儲層地熱流體形成相似于灶與鍋（或壺）及水的關系，熱儲圍巖（相當鍋或壺）對進入其中的涼水有加熱增溫效應，是地熱流體或溫泉形成的本質。而淺部熱儲相似于水與保溫瓶關系，它只是深部形成的地熱流體（或熱水）在淺部的儲存、運移場所，熱儲圍巖（或保溫瓶）對其中的水無增溫效應。魯山堿場地熱田最早施工的深80m左右的地熱開采井，無論井深、水溫、出水量是該地熱田中其它開采井無法相比的，是原先主要地熱開采井。2010年調查已成涼水井停采，該熱水井變?yōu)闆鏊脑蚩赡苁堑責崃黧w壓力降低，涼水侵入造成的。說明淺部熱儲當有地熱流體供給時即成熱儲，無地熱流體供給時則變成“冷儲”，我們稱該類熱儲為“水熱型熱儲”，該類熱儲不適于回灌補源管理措施。

洛陽龍門及龍門西山地熱田與魯山五大溫泉地熱田具有相似性和差異性，相似性主要表現(xiàn)在同屬淺部熱儲或稱“水熱型熱儲”;差異性表現(xiàn)在：①龍門地熱田熱儲地層以寒武系為主，局部為石炭、二迭或三疊系地層，而魯山五大溫泉熱儲巖層為花崗巖或火山巖;②魯山五大溫泉淺部熱儲無蓋層，而龍門地熱田大部有不同厚度的蓋層;③龍門地熱田熱儲層位于控熱構造魏灣、草店斷層的下盤而不在上盤，與深部熱儲有不對應地偏離錯位現(xiàn)象，這一現(xiàn)象可能是該地熱田地熱流體溫度偏低（均小于60℃）、涌水量偏小的主要原因。龍門地熱田形成的概念模型見圖1。

2.4 熱源和補給源分析

2.4.1 熱源

地熱專家一致認為：“能夠形成大型地熱田的熱源類型包括地幔柱、老源巖漿熱、地殼放射性元素生熱、新生代火山熱源、板塊擠壓殼內磨擦熱、裂谷盆地幔源熱等”。

牛志剛等、李宏偉等、馮躍封（2004）、苗冬寒（2014）、楊國華等以及龐平等對龍門地熱田形成的熱源進行了分析，大致有兩種意見。牛志剛等、李宏偉等和馮躍封（2004）、苗冬寒（2014）認為龍門地熱田的熱源是巖漿的熱作用，牛志剛等采用地熱流體中的U（鈾）、Tn（釷）、K（鉀）、Ra（鐳）、F（氟）等水文地球化學資料分析成果證實深部加熱區(qū)有巖漿體（大型酸性巖基）的存在。此外，早期李清林等經(jīng)地球物理勘查成果認為龍門山一帶地下存在隱伏巖體。楊國華等及龐平等認為放射性元素生熱構不成龍門地熱田的特殊熱源，而熱源主要來自地下水的對流深循環(huán)或地殼較深部位。同時，楊國華等利用二氧化硅地熱溫標計算熱儲溫度為120℃左右，并以地熱增溫率7.3℃/100m計算出地下水溫度的循環(huán)深度至少在1400m深。

我們認同牛志剛等、李宏偉等和馮躍封（2004）巖漿余熱熱源的認識，但其隱伏巖體為基性侵入巖的可能性大，應為地幔巖漿沿構造裂隙侵入形成的巖株或巖墻，而非大型酸性巖基（花崗巖）。其理由有二：一是從區(qū)域地熱地質分析，溫泉街溫泉群、龍門溫泉群以及暖水溝溫泉同處于澠池—確山陷褶斷束構造單元內，3處溫泉群的出露嚴格受NNW向兩大邊界斷裂的控制，它們同屬一個地熱系統(tǒng)，3處溫泉群的出露或形成并非孤立的，具有一定的內在聯(lián)系，故在形成上很可能具有同時性，并共同擁有一個熱源;在兩大斷裂之間的汝陽、伊川及汝州境內，多處分布有新近系上新統(tǒng)陸內構造裂隙火山噴發(fā)巖（大安組玄武巖）。本文作者之一在1971年前后，曾參與臨汝鎮(zhèn)附近一項軍工建設，在臨汝鎮(zhèn)東北部山前一帶農村民用水中發(fā)現(xiàn)有火山巖作為含水層夾于中、下更新統(tǒng)粘性土地層中。由此，該區(qū)域的火山巖（活動）在第四紀的早、中更新世有可能還有活動。因此，我們認為臨汝鎮(zhèn)以北至伊河以南構造裂隙火山噴發(fā)活動的深部余熱很可能成為3處溫泉群地熱形成的共同熱源。其二是大量地熱流體水化學分析表明，沉積盆地型地熱田地熱流體F含量一般較低，多小于2mg/L;而隆起山地型地熱田地熱流體中F及可溶性SiO2含量較高，魯山五大溫泉F含量一般在5-24.85mg/L，欒川湯池寺F含量為13mg/L、盧氏湯河泉F含量為18.75mg/L、嵩縣湯池溝F含量為9.5mg/L、汝州溫泉街為7.8mg/L，龍門溫泉與暖水溝溫泉F含量低很可能是涼水混入影響造成的，洛陽風翔溫泉地熱井溫度較高，F(xiàn)含量為7.2mg/L。我們認為，溫泉中高F含量來源于深部，也是巖漿活動的產物。因此，高F地熱流體可作為巖漿活動一個標志。洛陽風翔溫泉地熱井F含量為7.2mg/L，可作為龍門及龍門西山地熱田地熱流體F含量的代表，它與溫泉街溫泉地熱流體比較接近，從而也預示了這兩地地熱流體的同源地熱特征。

據(jù)有關地質資料，洛陽以南新生代的構造裂隙火山噴發(fā)活動可以確定下來的火山熔巖噴出口自南往北有汝陽大虎嶺火山口、大安東側火山口（2個）、伊川何村、吳起嶺火山口，其中，距離龍門地熱田最近的火山口是最晚期噴發(fā)的伊川何村、吳起嶺火山口，其距離龍門山直線距離只有26km。另據(jù)該地區(qū)地表水和地下水的總體流向，其也是龍門地熱田的補給區(qū)，因此，洛陽以南新生代的火山活動對龍門地熱田的形成從“熱源”條件分析值得地熱地質工作者去進一步勘查證實和研究。該區(qū)域新生代沿深大斷裂發(fā)生的大規(guī)模火山噴溢活動是河南省地質歷史上最近的一個重大熱事件，也為喜馬拉雅運動對河南省的影響提供了最直接的證據(jù)。至于其火山活動的噴發(fā)期次、演化過程和火山機構及其周邊斷裂構造的發(fā)育情況，隱伏侵入巖體以及該區(qū)域的新構造活動等有待進一步研究和認識。

2.4.2 補給區(qū)

地熱地質學家一致認為，無論沉積盆地型還是隆起山地型地熱田地熱流體的補給均來自大氣降水。沉積盆地型地熱田熱儲中的地熱流體以熱傳導方式增溫，服從地熱增溫的規(guī)律，而且需要一定厚度的蓋層以保熱儲溫度。因此，熱儲埋藏一般較深，故當?shù)亟邓灰籽a給，以地下緩慢逕流補給為主。故地熱流體形成年齡較長，補給區(qū)一般較遠。

隆起山地型地熱田嚴格受斷裂構造控制，多呈帶狀展布，且具較陡傾角，其上部熱儲有時接近地表，甚至無蓋層。因此，具有當?shù)亟邓苯友a給和遠處經(jīng)過深大斷裂對流深循環(huán)形成地熱流體的大氣降水補給兩種方式。當?shù)亟邓a給只能補給淺部熱儲，可增大淺部熱儲地熱流體資源量，但也可降低淺部熱儲地熱流體溫度的作用，稱為“涼水混入”。而經(jīng)過斷裂深循環(huán)形成地熱流體的遠處大氣降水補給應該為隆起山地型地熱田研究的重點內容，其研究方法是采用穩(wěn)定同位素和放射性同位素兩種研究方法，由于該區(qū)域缺乏相關這方面的分析測試資料，本文不予討論。

多數(shù)地熱地質工作者認為魏灣、草店斷層是龍門地熱田的控熱構造，我們認同這一觀點，但同時我們認為龍門地熱田的地熱資源主要是來自控熱構造的地熱資源通過二次導熱構造補給形成的。因此，魏灣、草店斷層應該成為龍門地熱田的補給邊界，其補給方式很可能是與魏灣、草店斷層相交的其它走向斷層、構造裂隙、層面裂隙形成的通道完成的，其補給源區(qū)、補給能力和補給強度應是今后地熱勘查、研究的重要內容和方向。

3? 洛陽市地熱資源勘查、開發(fā)利用建議

近十多年來，洛陽市進行了“龍門地熱田勘查”，“洛陽市地熱地質調查”、“洛陽市張莊地熱田勘查”、“洛陽新區(qū)地熱資源綜合研究”等勘查項目，雖然取得了大量地熱地質資料，對地熱資源進行了初步評價，但其研究范圍和深度有待加大、加強的必要。在范圍上，北部邙山和魏灣斷裂以南地熱勘查資料極少，尤其是魏灣深大斷裂為龍門地熱田的控熱構造，應加強對其的進一步勘查。在勘查深度上，應加強熱儲層孔隙率、有效孔隙度、滲透系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、壓力傳導系數(shù)等測試或試驗，為地熱資源評價提供可靠的參數(shù)。地熱熱源和地熱流體的補給是地熱資源形成的基本條件，也是地熱資源潛力評價的基礎，應在預測位置，尤其區(qū)域上應適當投入相應勘探方法和工作量。

從目前看，洛陽市地熱資源相對豐富，但是龍門西山中溫地熱資源的利用方式較為原始低效，其地熱能的利用功效有待借鑒研究。為此，建議進一步加強龍門地熱資源的勘查和開發(fā)利用研究及管理，對地熱資源開采量進行調查統(tǒng)計，并對其溫度、壓力、單井涌水量進行觀測，根據(jù)其動態(tài)變化調整開采地段或開采量，充分保護該區(qū)域地熱資源的合理開發(fā)利用。

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