浙东南石平川钼矿区构造特征及控矿机制
高原1,2, 徐厚倜3,*, 戴刚刚4, 黄小军2, 张小华2, 刘梓萱2
1.重庆地质矿产研究院,重庆 401120
2.重庆华地资环科技有限公司,重庆 401120
3.浙江省第十一地质大队,浙江 温州 325006
4.浙江省地矿科技有限公司,浙江 杭州 310007
通信作者简介: 徐厚倜(1983—),男,高级工程师,主要从事矿床学与资源开发研究工作。Email: 83344138@qq.com

第一作者简介: 高原(1984—),男,正高级工程师,主要从事矿床学与资源开发研究工作。Email: 49775907@qq.com

摘要

浙东南石平川钼矿区经过近数十年的地质勘查,累计查明钼资源量已达大型规模。为了更好地理解石平川钼矿区的控矿机制,为在老矿山外围确定新的找矿靶区提供理论依据,通过实地观测和分析矿区的层内构造、节理裂隙发育特征、石英细脉及微细脉穿切关系,利用区域构造解析法、节理统计分析法等,系统研究了石平川钼矿区的构造特征和控矿机制。钼矿床整体受到石平川火山穹窿和断裂构造的共同控制,均产于石平川火山穹隆范围内的断裂或层内构造带内,并严格受层内构造的控制,层内构造为辉钼矿脉的形成提供了运移通道和储矿空间,区域构造应力场及岩体冷凝收缩作用共同形成了矿区的层内构造。研究成果可为石平川钼矿区外围找矿靶区的筛选提供参考。

关键词: 控矿构造; 火山穹窿; 区域应力; 推覆构造; 控矿机制
中图分类号:P618.65 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2024)03-0042-09
Structural characteristics and ore control mechanism of Shipingchuan molybdenum mining area in the southeastern Zhejiang Province
GAO Yuan1,2, XU Houti3, DAI Ganggang4, HUANG Xiaojun2, ZHANG Xiaohua2, LIU Zixuan2
1. Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing 401120, China
2. Chongqing Huadi Resources and Environment Technology Co., Ltd., Chongqing 401120, China
3. The Eleventh Geological Group of Zhejiang Province, Zhejiang Wenzhou, 325006, China
4. Zhejiang Geology and Mineral Technology Co., Ltd., Zhejiang Hangzhou, 410007, China
Abstract

After decades of geological exploration in Shipingchuan molybdenum mining area in the southeastern Zhejiang, the amount of molybdenum resources has reached a large scale. In order to better understand the ore control mechanism in Shipingchuan molybdenum mining area and provide theoretical basis for determining new prospecting targets around the old mine, the authors systematically observed and analyzed the characteristics of the intra layer structure, joint and fissure measurement statistics, quartz vein cutting relationship, and micro vein cutting relationship in the mining area. Regional structural analysis method and joint statistical analysis method were used to study the structural characteristics and ore control mechanism of Shipingchuan molybdenum mining area. The molybdenum deposit was generally controlled by Shipingchuan volcanic dome and structure,and it wholely occured within the faults and intra layer structure belts in the range of Shipingchuan volcanic dome. Besides, it was strictly controlled by the intra layer structure, which provides a migration pathway and storage space for the formation of molybdenite veins. The regional tectonic stress field and the condensation and contraction of the rock mass jointly formed the intra layer structure of the mining area. The study results could provide some references for prospecting targets screening in the peripheral areas of Shipingchuan molybdenum mining area.

Keyword: ore control structure; volcanic dome; regional stress; nappe structure; ore control mechanism
0 引言

石英脉型钼矿具有重要的经济价值, 对其成矿理论的研究有助于促进该类型钼矿的勘查和开采[1]。浙江省青田县石平川钼矿区位于浙西南— 闽中裂谷铅锌多金属成矿带(武夷山成矿带)的向北延伸部分, 浙东火山岩银多金属矿成矿带的西南侧[2]。该区域内钼铅锌矿床分布广泛[3], 其成矿作用与中生代火山-侵入岩浆活动有密切的关系。在近年来的地质勘查工作中, 石平川碱长花岗岩体外围的找矿效果较好, 矿区累计查明钼资源量已达大型规模, 说明石平川岩体外围还具有良好的找矿前景[2]。前人对石平川钼矿区的研究较多, 李伟等[4]对矿区的矿床地质特征进行了详细介绍; 肖广玲等[5]通过Rb-Sr同位素、锆石206Pb /238U 测年分析了矿区钼矿的成矿时代, 通过石英流体包裹体的氢氧同位素及辉钼矿中Re的特征判断了钼矿的物质来源, 通过测试石英包裹体还原了矿区钼矿的成矿温度; 傅正园等[6]分析了石平川钼矿床的成因; 潘锦勃等[7]分析了矿区的蚀变特征。然而, 当前对石平川钼矿区的构造控矿机制研究尚显不足[8]

本文通过分析石平川钼矿区的层内构造、节理裂隙发育特征、石英细脉及微细脉穿切关系等特征, 开展钻探工程8 813 m, 有效控制矿区北侧87号隐伏钼矿脉群, 系统研究矿区构造特征及其控矿作用, 深化对成矿机制的认识。研究可为石平川钼矿的合理开发提供科学依据。

1 区域地质背景

浙东南石平川钼矿区的大地构造单元位于浙东南隆起区, 温州— 临海拗陷带, 泰顺— 青田拗断[9], 中生代火山构造属浙东南火山活动带[1], 温州— 象山火山活动亚带中段[10]。中生代时期, 石平川地区经历了长期的火山喷发活动, 且燕山晚期强烈的岩浆热液侵入使区域上形成了有利的成矿地质条件。在石平川地区及其临近区域, 火山构造和断裂构造较为发育, 包括3个火山机构: 孙坑破火山、章岙破火山及石平川火山穹窿。钼矿体的产状及规模严格受到石平川火山穹隆的制约(图1)。

图1 石平川地区区域构造格架
1.下白垩统小平田组; 2.下白垩统馆头组; 3.上侏罗统九里坪组; 4.上侏罗统西山头组; 5.中元古界芝溪头组; 6.燕山晚期第一阶段第四次碱长花岗岩; 7.燕山晚期第一阶段第三次斑状花岗岩; 8.燕山晚期第一阶段第一次石英二长闪长岩; 9.燕山晚期第一阶段二长花岗岩; 10.霏细斑岩; 11.花岗斑岩; 12.辉绿玢岩; 13.流纹岩; 14.上侏罗统潜流纹斑岩; 15.安山岩; 16.假流纹构造产状; 17.压性断裂及产状; 18.张性断裂及产状; 19.火山构造洼地; 20.破火山; 21.火山穹窿
Fig.1 Regional tectonic framework of Shipingchuan area

勘查工作在青田县石平川钼矿区内已发现百余条规模不等的钼矿体, 其中8条钼矿体的工业价值最大。钼矿体多数赋存于石平川碱长花岗岩体外接触带约600 m和内接触带约200 m的范围内, 工业钼矿体总体呈不规则环带状沿石平川碱长花岗岩体分布。

2 构造特征

浙江省地质构造演化分为6个阶段和6个构造旋回[11, 12, 13, 14, 15]。NE向、NW向、SN向、EW向等走向的断裂构造共同构成了石平川地区的区域构造格架(图1)。其中NW向断裂构造为区域上最新一期的构造, 如海溪断裂(F1)(图2)。

图2 石平川钼矿区地质简图Fig.2 Geological sketch of Shipingchuan molybdenum mining area

2.1 火山构造

石平川火山穹窿与钼矿成矿之间的关系密切。石平川火山穹窿位于石平川村南侧, NE向长约1 600 m, NW向宽约1 000 m。火山穹窿沿岩体与围岩接触带向四周倾伏, 围岩为西山头组凝灰岩, 接触面具有不同程度的波状起伏, 岩体与围岩接触产状在岩体东部和北部呈陡倾角, 一般为40~60° (图1)。岩体的侵入、冷凝收缩和区域地质应力的作用形成了一系列层内构造, 为含矿岩浆热液的运移和储存提供了通道和空间[16]。岩体为控矿构造, 但容矿空间是侵入体附近的层内裂隙和构造, 矿体产状主要受岩体附近的裂隙和构造产状所控制。

2.2 断裂构造

按照构造形迹及展布方向, 矿区内断裂构造主要为NE向断裂, EW向断裂及NW向断裂也有少量发育(图1, 图3)。石平川村附近及周边区域的断裂构造按照走向大致可分为NW向、NE向、近SN向和近EW向4种。其中, NW向断裂发育最好, 长度可达数千米至数十千米, 整体走向295° ~300° 。海溪断裂(F1)呈NWW— SEE向, 斜向贯穿整个石平川地区, 断裂带宽5~30 m, 最宽处达50 m, 断裂性质为早期拉张, 后期压缩。F1断裂内的角砾岩富集Pb、Zn、Mo等元素, 元素变化系数和离差较大, 说明有部分含矿岩浆热液进入到了断裂带内(图4(a))。

图3 石平川钼矿区AA'地质剖面
1.西山头组第二岩段第三亚段; 2.西山头组第二岩段第二亚段; 3.西山头组第二岩段第一亚段; 4.碱长花岗岩; 5.碱长花岗斑岩; 6.F8构造破碎带; 7.钻孔编号及孔口标高, m; 8.缓倾角钼矿体及编号
Fig.3 AA' geological profile in shipingchuan mdybdenum mining area

图4 石平川钼矿区主要构造及角砾岩特征Fig.4 Main structures and breccias characteristics of Shipingchuan molybdenum mining area

NE向断裂也有较多发育, 特别在石平川村附近及周边区域, 大致走向为40° ~60° , F8断裂穿过整个钼矿区。NE向断裂常切割、错断钼矿体, 如F8断裂错断了25号、85号等矿体, 错距最大达200 m(图3, 图4(b))。石平川钼矿区中F8断裂中充填有形状不规则、变化范围较大的燕山晚期花岗斑岩脉, 且被NNW向断裂切割。F14扭性断裂带宽3~5 m, 带内发育硅质胶结的构造角砾岩, 常形成乳白色的团块状石英。构造带内常见有花岗岩、辉绿岩等岩脉充填, 且岩脉或岩体发育有明显的错断现象, 位移明显, 最多可达 10 m 以上, 显示F14断裂具有多期活动特征(图4(c))。

2.3 层内构造

在石平川岩体外接触带约600 m和内接触带约200 m的垂直空间范围中, 岩浆上侵和区域地质应力对地壳的共同作用产生了似层状的层内构造。岩体的南西侧和西侧以缓倾角似层状裂隙构造为主, 倾角一般为10° ~25° (图3), 倾向受石平川岩体控制, 一般延伸长度为300~2 500 m(图5)。石平川岩体的北东部、东部以陡倾角裂隙构造为主, 倾角一般为40~60° , 倾向受石平川岩体控制, 一般延伸长度为200~1 000 m。缓倾角层内构造的构造带内岩石破碎, 构造角砾发育, 角砾岩多呈棱角状, 构造带内常见有含钼矿石英脉、碳酸岩脉、萤石矿细脉等岩脉充填(图4(d), (e), (f))。

图5 85号和5号矿脉呈平行叠瓦状展布
1.西山头组第二岩段第三亚段; 2.西山头组第二岩段第二亚段; 3.西山头组第二岩段第一亚段; 4.碱长花岗岩; 5.钻孔编号及孔口标高, m; 6.缓倾角钼矿体及编号
Fig.5 Imbricated distribution of No.85 and No.5 ore veins in a parallel pattern

2.4 节理裂隙

2.4.1 节理发育特征

分别对石平川钼矿区的乌岩尖矿段、十五石矿段、金坑矿段、横坑口矿段进行了节理裂隙统计, 统计数量分别为36条、22条、40条、35条(图6)。其中, 乌岩尖矿段和十五石矿段远离石平川岩体, 金坑矿段和横坑口矿段靠近石平川岩体。在钼矿体围岩(西山头组凝灰岩及碱长花岗岩)中, NW向的节理裂隙最为发育, 其次为NE向、近SN向和近EW向节理裂隙较发育。节理裂隙长度一般为0.5~5 m, 个别大于9 m, 裂面一般平坦、光滑、闭合, 无明显的充填物。不同矿段内的节理裂隙统计结果略有不同, 在钻孔及采坑的新鲜岩石中节理裂隙较发育, 岩石裂隙密度一般为2~6条/m。凝灰岩岩石完整性系数为77.77%~85.81%, 碱长花岗岩完整性系数为82.42%~86.98%。

图6 矿体围岩节理裂隙玫瑰花纹图Fig.6 Rose pattern of joint fissures in the surrounding rock of the ore body

乌岩尖矿段钼矿体围岩中的NW向节理最为发育, 其次为NE向节理, 近SN向节理最不发育。NW向节理走向上有两组, 一组是走向约280° , 另一组走向为300° ~310° , NE向节理走向约60° (图6(a))。十五石矿段的钼矿体围岩中NW向节理最为发育, 其次为NE向节理, 也可见少量近SN向的节理裂隙(图6(a))。金坑矿段的钼矿体围岩中NW向节理裂隙最为发育, 其次为NE向节理, 近SN向和近EW向节理少量发育(图6(b))。横坑口矿段的钼矿体围岩中NW向节理裂隙最为发育, 其次为NE向节理, 其中NW向节理有3组, 走向分别为305° 、325° 和345° (图6(b))。

2.4.2 石英细脉穿切关系

在早期碱长花岗岩体内充填了后期含辉钼矿石英脉, 辉钼矿在石英脉中呈细粒浸染状, 后期构造运动错断了石英脉, 含矿热液沿石英脉间的裂隙和接触裂隙充填, 反映了多阶段成矿特征(图7(a))。早期碱长花岗岩中充填了后期含辉钼矿石英脉, 之后经构造运动石英脉被近直立裂隙错断(图7(b))。早期流纹质晶屑玻屑灰岩中侵入乳白色石英脉(图7(c)), 该石英脉不含钼矿, 早期陡倾角石英脉经构造错断及岩浆热液重新充填形成缓倾角石英脉, 反映了矿区构造运动的多期性和岩浆热液多次活动的特征。早期流纹质玻屑凝灰岩内充填了含辉钼矿石英脉, 之后被后期含矿热液沿裂隙充填并错断前期石英脉, 反映了多阶段成矿特征(图7(d))。早期凝流纹质晶屑玻屑灰岩中侵入了乳白色石英脉, 该石英脉不含钼矿, 无矿石英脉被后期构造运动错断并沿裂隙充填辉钼矿(图7(e))。矿区内石英大脉型主矿体大多不是一次形成的, 而是多期热液作用叠加的产物, 这种现象在上述石英细脉体中有清晰表现。

图7 石平川钼矿区不同钻孔石英细脉穿切关系Fig.7 Cross cutting relationship among different drilling holes quartz veins in Shipingchuan molybdenum mining area

2.4.3 微细脉穿切关系

在钼矿体顶底板的围岩中可见绿泥石细脉和黄铁矿细脉切穿绢云母细脉、绿帘石细脉、石英细脉(图8(a))。在远离岩体的辉钼矿(化)带中可以见到绿泥石细脉、方解石细脉切穿绿帘石细脉、绿泥石细脉、石英-辉钼矿脉(图8(b)), 如岩体南西侧十五石矿段、坦铺矿段的细脉型辉钼矿体。在靠近岩体的辉钼矿(化)带中可以见到网脉状辉钼矿细脉、方解石细脉切穿钾化带、石英细脉、绢云母细脉、黄铁矿细脉(8(c)), 如岩体北东侧3号、5号等大脉型辉钼矿体。在二者之间的辉钼矿(化)带中可以见到石英脉切穿石英-钼矿脉, 绿泥石细脉切穿石英-辉钼矿脉和石英脉, 如25号、85号钼矿体。

图8 石平川钼矿区各种微细脉体穿切关系
EP.绿帘石; Kf.钾长石; Fl.萤石; Cal.方解石; Ser.绢云母; Qtz.石英; Mo.辉钼矿; Pl.斜长石; Py.黄铁矿; Chl.绿泥石
Fig.8 Cross cutting relationship among various fine veins in Shipingchuan molybdenum mining area

大多数细脉状和面状钾化带沿石英细脉围岩(流纹质晶屑玻屑凝灰岩)出现(图8(d))。钾化晕中往往可肉眼观察到微红条带状形态, 镜下仍可清晰看到原岩结构构造, 局部可以看到残留石英、长石晶屑痕迹, 大小0.4~3.0 mm不等, 多数呈次棱角状, 部分呈棱角状, 长石表面常见黏土化, 斜长石表面还可见绿帘石+石英的蚀变[3]。绢英岩化细脉在缓倾斜矿体下盘围岩中的发育宽度大于矿体上盘围岩, 绢英岩化细脉带的厚度与石英-辉钼矿体的厚度关系密切, 一般呈正相关关系, 以石英-辉钼矿体为中心向两侧对称出现。绢英岩化细脉与成矿关系密切, 常与辉钼矿体同时出现(图8(c))。

断裂带附近常见有硅化细脉和石英细脉, 野外和镜下观察结果显示, 硅化细脉和石英细脉可分为4种: ①和钾长石一起出现, 呈网脉状、脉状、细脉状及团块状, 成因为石平川岩体与围岩接触带附近的岩体发生强烈硅化蚀变, 可见斑晶被交代的现象; ②和钼矿体一起出现的石英细脉, 呈网脉状、脉状、细脉状(图8(e), (f), (g)); ③强蚀变流纹质晶屑玻屑凝灰岩围岩内出现的绢英岩化带(图8(a), (c), (h)); ④辉钼矿体成矿作用后期出现的方解石-石英脉(图8(e), (g))。

黄铁矿化在石平川矿区中最为常见, 常呈星点状、浸染状和细脉状发育。在远离矿体的围岩中黄铁矿多呈星点状出现; 断裂带中的石英脉型辉钼矿及围岩中的黄铁矿分布形态主要呈星点状和细脉状, 在少数部位能看到团块状黄铁矿自形晶体, 黄铁矿在局部呈自形微晶或碎晶, 以细脉状、浸染状出现于绢英岩化细脉等由高温产生的矿物集合体内(图8(a), (c), (h))。黄铁矿可出现于成矿的各个阶段, 尤以成矿后期最为发育, 且分布于各种地质体及围岩中, 如石平川岩体、围岩、钼矿体中及周边, 甚至在岩脉中也有出现。绿泥石和方解石细脉是成矿后期或成矿后出现的低温热液蚀变矿物(图8(f), (h)), 多见于挤压破碎带或裂隙内, 这些低温热液蚀变矿物与成矿之间的关系微弱。

3 控矿机制分析

石平川钼矿床为典型的石英大脉型钼矿床, 其形成过程受石平川火山穹窿和断裂构造共同制约, 钼矿体的产出形态严格受到层内构造控制[16]。主要石英脉型钼矿体受缓倾角层内构造控制, 25号矿体最大延伸达2 500 m, 而1号、3号、5号、87号等主要钼矿体受陡倾角层内构造控制, 87号矿脉群最大延伸长度约1 000 m。

区域构造运动的应力场特征决定了石平川地区断裂构造的产出样式, 岩浆活动期次的确定能够为区域构造应力场期次的划分提供间接依据[17, 18]。根据浙江省第十一地质大队多年来在该地区的工作进展, 分布于岩体北东侧和南西侧的断裂构造具有相似性与差异性, 具体表现在平面上多条石英脉型钼矿体组合排列呈雁列状, 剖面上多条石英大脉型钼矿体呈平行分布或叠瓦状发育。这说明石平川碱长花岗岩体在石英大脉型辉钼矿形成过程中, 由于受到区域构造应力的控制及岩体的冷凝收缩作用, 使得岩体北东侧和南西侧出现了类似的构造形态。

构造运动和石平川岩体的侵入是造成火山碎屑岩层内挤压错动并形成缓倾斜层内构造的直接原因[4], 同时岩体北东侧的放射状张性陡倾断裂构造也在这时期形成。区域上由于受压扭应力作用产生滑动, 形成了岩体北东侧的陡倾角层内构造, 这些层内构造随后被后期含矿热液充填成矿, 形成了3号、30号等矿脉(图9(a))。石平川岩体南西侧缓倾角层内含矿构造平面上呈雁列状展布, 剖面上呈似层状或叠瓦状排列。显示区域构造应力和岩体的底劈作用在岩体南北两侧的差异性特征(图9(b))。

图9 断裂控矿应力场及矿体展布示意图
a、b.(推测)NE向边界断裂; c.NW向压扭性断裂(5号、25号、85号、87号等矿体); d.NE向压扭性断裂(4号、13号等矿体); e.近EW向压(扭)性断裂(8号等矿体); f.近SN向张性断裂(1号、86号等矿体)
Fig.9 Schematic diagram of ore controlled stress field and ore body distribution

石平川岩体的内触带在冷凝收缩期间产生缓倾裂隙, 同时在岩体内外接触带附近沿层内裂隙产生虚脱, 形成较大的裂隙构造(最大达500 m以上), 为该矿区主要含矿构造, 而在离石平川岩体较远的围岩中产生微细裂隙。沿着不同岩性接触面或岩层脆弱带, 在区域上挤压应力的作用下, 石平川岩体南西端乌岩尖矿段附近的岩体与围岩呈缓倾角侵入接触关系, 在区域构造应力和岩浆冷凝收缩作用下形成推覆断裂构造(图9(c))。这些层内推覆构造为辉钼矿脉的形成提供了运移通道和储矿空间。岩体内外接触带附近往往形成石英大脉型钼矿体, 远离岩体的围岩中往往形成细脉型钼矿体(如87号矿脉群)(图10)。

图10 石平川钼矿区火山穹隆和构造控矿模式
1.西山头组第二岩性段; 2.碱长花岗岩; 3.碱长花岗斑岩; 4.花岗斑岩; 5.潜流纹岩; 6.钼矿体; 7.铅锌矿体; 8.幔源界线
Fig.10 Volcanic dome and structural ore control model of Shipingchuan molybdenum mining area

早期形成的岩体及围岩会再次受到区域上构造运动的影响及地壳深部岩浆热液的再次侵入。岩浆热液活动结束后, 含矿岩体及接触带围岩再次收缩冷凝, 导致岩体内外接触带及早期形成的石英脉型钼矿体受到拉张或挤压变形、破碎, 同时含矿热液从地壳深部经断裂等导矿构造又一次向上侵入到缓倾或陡倾的层内裂隙等容矿空间中[19], 使得早期形成的钼矿(化)体再次经历含矿热液的蚀变并进一步富集, 叠加形成高品位辉钼矿富矿体, 后期形成的辉钼矿细脉、石英细脉或蚀变细脉体穿切于早期或中期形成的石英辉钼矿体内。在距离岩体较远的区域, 围岩裂隙充填含矿热液, 产生了一系列细脉型、裂隙型钼矿细脉, 脉宽一般为0.5~5 mm, 其中以十五石矿段和坦铺矿段最具代表性, 其含矿细脉较稀疏(一般2~5条/m), 整体品位较低。在钼矿体形成晚期, 深部岩浆热液沿构造空间上侵, 形成的NE向断裂充填了花岗岩脉, 一段时间后又发生了NW向构造运动, 形成NW向断裂并切割错动NE向断裂和岩脉。这期构造可能局部存在小规模的低温热液沿导矿构造运动, 该阶段钼矿化已十分微弱, 在矿体顶底板常产生一系列辉钼矿细脉或微细脉、低温石英细脉、萤石细脉、方解石细脉等脉体, 辉钼矿体富集成矿基本完成。通过成矿晚期岩浆热液的再次活动, 使深部或远离岩体的辉钼矿体得以再次富集, 产生了十五石矿段和坦铺矿段的细脉浸染型和浸染型辉钼矿体。

4 结论

(1)石平川钼矿区的钼矿体主要呈缓倾斜度和陡倾斜度两种赋存形态, 一种出现于倾角较平缓或似层状的岩体与围岩接触带附近或层内薄弱地带, 另一种受断裂控制的钼矿体为倾角60° ~80° 的陡倾角石英脉型。

(2)石平川钼矿体受到火山穹窿和断裂构造的共同控制, 钼矿体均产于石平川火山穹隆范围内的断裂或层内构造带中, 并严格受到层内构造控制。同时, 层内构造为含矿岩浆热液的储存、运移、富集提供了有利通道和空间。

(3)区域构造应力场及岩体冷凝收缩作用共同形成了矿区的层内构造, 含矿热液向构造裂隙和减压部位运移过程中富集沉淀成矿。

(4)石平川钼矿区相同位置不同方向、不同位置不同方向的断裂控制着石英脉型钼矿体的展布形态, 表明这些断裂构造是在同一个区域应力场和岩浆热液系统的成矿作用下产生的, 这一认识可为石平川钼矿区外围找矿靶区的筛选提供了思路。

(责任编辑: 魏昊明)

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