2012年9月第32卷增刊 四川地质学报 Vo1.32 Supp1.Sep.,2012 中国锰矿地质特征与勘查评价 薛友智 (四川省冶金地质勘查院,成都 61 0051) 摘要:冶金地质部门为了保障国家冶金工业的可持续发展,坚持把锰矿作为重要的勘查对象。冶金地质科 技人员对扬子地台周边锰矿成矿规律进行了开拓性研究,并对锰矿资源前景进行了科学评价,取得突破性进展。 锰矿科研与勘查的密切结合,尤其在新一轮国土资源大调查、国家科技支撑项目中,取得重大进展。文章最后 对我国锰矿科研及勘查工作,提出了若干建议。 关键词:中国锰矿;地质特征;勘查评价 1我国锰矿资源格局 锰矿石是发展国家钢铁工业的重要矿产,它同铁、铬矿石一起,被人们称为钢铁冶炼三大基本矿物 原料。通过全国性的矿产资源供求分析业已查明,铁、铬属于“难以保证”二十一世纪国民经济发展需 求的矿种。由此,人们很自然地对我国锰矿石资源状况给以特别的关注。 我国有记载的陆地锰矿产出地(矿床、矿点、矿化点)约840余处,已在24个省、市、自治区发现 并勘查了锰矿。据统计,截止2005年,我国已查明锰矿产地295处,累计探明锰矿资源/储量7亿余吨, 其中储量/基础储量2亿余吨,资源量5亿余吨。 我国已探明锰矿资源有以下主要特点:一是贫矿多,富矿少。平均品位22%,低于世界平均品位10 个百分点,品位≥48%的国际商品级富锰矿石完全缺乏。达到我国制订的富锰矿石标准(氧化锰≥30%,碳 酸锰≥25%1的资源,也仅占探明资源/储量的6.7%,我国已探明锰矿的70%为难以利用的贫碳酸锰矿石。 二是产地多,规模小。全国已发现和勘查的锰矿区,绝大部分是小型矿床,资源/储量超过1亿吨的仅1 处,大于2000万吨的5处,200~2000万吨的中型矿床54处,其余均为小型矿床。三是矿石质量差。高 硅、高磷、高铁的锰矿石占较大的比例。矿石结构复杂、粒度细、难选冶。四是锰矿的地理分布极不均匀。 我国锰矿资源的86%集中于中南区和西南区,广西、湖南、贵州、重庆、云南和辽宁6(区)占全国储量 约90%。五是利用条件差。我国锰矿规模偏小,难以充分利用现代化工业技术采掘,适合露采的矿区69 处,需地下开采的原生矿大多矿层薄、倾角缓、埋深大。我国大部分锰矿石产自县办及民采矿山。 由于我国锰矿资源已探明的可采储量有限,且矿石品位低、质量差,国产锰矿石满足不了冶金工业 发展需要。虽然一段时期以来,我国锰矿石产量平均年增长率高达10%以上,年产量一度居于世界前列, 但因为查明资源限制,2000年以来,产量一直徘徊在350万吨/年左右。由于钢铁工业的迅猛发展。对锰 矿石的需求急剧增长,国产锰矿石供不应求,加上国产商品矿石品位偏低,自1983年开始,从国外进口 富锰矿石(粉)。进入新世纪后,锰矿石进口量急剧上升,从2001年的171.1万吨,到2010年达到创纪 录的1160万吨(“干矿”,折算“净矿”为51O万吨)。当年我国白产锰矿石310万吨(“净矿”),对外矿 的依存度达62%。严重依赖外矿的局面持续,将势必危及国家的经济安全。 同时,也应注意到,近年来我国锰矿石采选冶技术进步,对改善我国锰矿资源格局开始产生积极影 响:一是锰产品深加工技术进步扩展了锰产品品种及品质,在国民经济中的应用领域加大,刺激了广泛 的需求;二是锰矿石选矿技术进步,在经济可行的前提下,降低了对矿石品位、品质的要求,使一些原 来难以利用的呆矿复活,增加了可利用资源量;三是锰矿山采矿技术进步,使原来一些难以开采的缓倾 斜、薄层矿体,可以采出,一并不断提高回采率、资源利用率,降低矿石贫化率。 2中国锰矿地质特征 全球锰矿床的地史分布,具有“一老一新”的鲜明特点。其中,元古代地层的锰资源量占全球总量 收稿日期:201 2 08一O8 作者简介:薛友智(1940一),男,四川金堂人,教授级高级工程师,研究方向:金属矿产地质与勘查 ..14.. 中国锰矿地质特征与勘查评价 的66.91%,侏罗纪一古近纪地层中的锰资源量占全球总量的27.5%。中国地台由于其特殊的大地构造发 展演化历史,上述“一老一新”两个时段的海相地层分布局限,含锰性差。中国南方元古界加侏罗一古 近系赋存的锰资源量仅占全区的1.43%,而69.78%的锰资源量分布在海西一印支构造阶段,28.79%的锰 资源分布在加里东构造阶段。我国锰矿资源的地史分布,表现为“不老不新”的特点。再者,全球锰的 成矿期持续时间长,从早元古代大量富集,到始新世仍然大量成矿,时间跨度达2000 Ma以上。而中国 原生锰矿的成矿期从1400 1000Ma前的中晚元古代开始,到200 Ma左右的晚三叠世基本结束,时问跨 度仅为1000Ma左右。 我国锰矿资源的地史分布同全球之间的巨大差异,必然引发出一系列相关问题:我国锰矿资源是否 存在可期望的潜力?若有潜力,我国的锰矿资源是否存在特有的赋存规律?采用什么样的科学方法探明 深埋地下的锰矿? 中国冶金地质科技工作者以先进地质科学理论为指导,对中国锰矿成矿条件、分布规律、资源前景 及勘查技术方法进行了系统的研究与总结。重点探讨了海相沉积锰矿沉积构造环境、成锰盆地性质、成 矿物质来源、成矿机理、优质锰成矿条件、时空分布规律并建立成矿模式,总结勘查评价准则,为我国 锰矿资源勘查评价提供科学依据。 我国的锰矿地质特征(由于我国锰矿主要分布在南方,所以中国南方锰矿特征也基本代表了中国锰 矿特征)是: 1)扬子地台周边锰矿成矿及时空演化规律受控于中国南方古大陆边缘构造演化进程,并受大陆边缘 海域性质和成锰盆地环境的支配。 2)扬子地台周边锰矿成矿时代经历了中一晚元古代、震旦纪一早古生代、晚古生代一早中生代三大地 史阶段。优质锰矿主要发育在中一晚元古代、中一晚奥陶世、中一晚三叠世的含锰层位中。 3)沉积建造学与层序地层学的研究,揭示了长期持续的板块构造活动与沉积作用的相关关系,确认 次稳定型建造是扬子地台周边最重要的含锰建造系列。主要含锰建造多出现在低速率、欠补偿的拉张断 陷盆地中。许多重要含锰层位常常出现在最大海泛期形成的“凝缩层”段。中国南方锰矿与一系列地质 事件之间存在成生联系。 4)扬子地台周边成锰盆地主要形成于离散环境,可划分成拗拉槽、被动陆缘裂谷、转换一拉张裂谷、 内克拉通盆地、残留洋盆地、弧前盆地、弧后盆地、弧间盆地等8种主要成锰盆地,其基底多为过渡型 地壳。板块之间的背向拉张和深断裂带的转换拉张活动引起的离散作用是成锰盆地形成的主要动力学机 制,多数具有工业意义的锰矿床分布在离散型成锰盆地中。 根据含锰岩系形成的构造一沉积环境、岩石组合及地球化学特征,将各成锰时代形成的锰矿层及其 所赋存的含锰围岩,划分为6种含锰岩系,优质锰矿主要赋存在含锰杂色泥质岩系、含锰硅质/硅泥灰质 岩系、含锰碳酸盐岩系、含锰火山一沉积岩系中 5)根据成锰作用的时空演化特点,将扬子地台周边锰矿划分为5大成矿域,即:①晋宁期扬子地台 增生边缘锰矿成矿域;②加里东期扬子地台被动大陆边缘锰矿成矿域;③海西一印支阶段扬子一华南被动 大陆边缘锰矿成矿域;④扬子地台西缘特提斯构造锰矿成矿域;⑤喜山期华南表生氧化锰矿成矿域。按 成矿环境、成矿条件和地质特征等因素,将锰矿床成因类型划分为沉积、变质/受变质、氧化等3大类, 11个亚类。 6)通过含锰岩系地质地球化学特征、岩石、矿石中微量元素组合、稳定同位素组成和稀土元素配分 形式等多种地质地球化学信息的综合研究,表明扬子地台周边多数锰矿床具有“内源外生”特点。 7)Mn、P分离的热力学计算及实验表明:物源区岩石受热液、热水、海水、地表水等浸取时,溶 液的pH值是决定Mn、P分离的主要因素。沉积海盆中含Mn溶液pH值的周期变化,是Mn、P分离与 沉淀的决定因素。磷和菱锰矿的沉积,具有不同的物化条件,当pH=4.46时,磷酸钙开始沉淀,pH=7 时,溶液中80%以上P(以胶磷矿和磷灰石的形式)沉淀。而菱锰矿只有pH=7.78时才开始沉淀。因此, 中性和弱碱性环境是Mn、P分离、沉淀的有利条件,而Eh值对矿物共生组合具有一定的控制作用。 8)在研究锰质来源、成矿环境、成矿机理的基础上,根据成矿时代、构造位置、沉积海域和盆地性 质、含矿岩系特征、矿床系列、元素组合、矿床成因类型、矿床吨位规模、优质锰矿产出状态、矿床矿 一15— 2012年9月第32卷增刊 四川地质学报 Vo1.32 Supp1.Sep.,2012 带的区域分布在等要素分别建立了晋宁阶段、加里东阶段、海西一印支阶段海相沉积锰矿的区域成矿模 式,在重点成矿区带建立了典型矿床成矿模式。 9)根据区域成矿环境、成矿地质条件和矿床矿带的时空分布规律,将扬子地台周边划分为5个I级 成矿域,13个Ⅱ级成矿区和30个Ⅲ级成矿带。并据已有综合地质信息,运用逻辑信息法和勃尔法数字 模型对各成矿区(带)进行了锰矿资源潜力和总量评估,得出全区锰矿资源总量估计值。 扬子地台周边锰矿地质勘查和科学研究在关于大陆边缘构造活动发展演化对锰矿成矿和时空分布规 律的控制作用,Mn、P分离机制,优质锰矿成矿机理,“内源外生”成因模式的建立等方面,取得了重 大突破 3近年锰矿地质调查进展 冶金地质部门在积极组织实施重点科技项目的同时,全面部署优质锰矿的地质勘查工作,加强锰矿 地质科研与锰矿地质勘查的密切结合,取得一系列重要的找矿成果。 1990年代,冶金地质部门首次在中缅边境发现与印度中央邦锰榴英岩相似成因类型的“勐宋式”锰 矿。这是我国境内唯一的产自冈瓦纳古陆的火山一沉积变质锰矿床。这类矿床一经证实,规模巨大。处 在热带自然地理环境中的这种成因类型锰矿胚层,次生富集后,往往形成品位很高,品质优良的氧化锰 矿石,经济价值可观。 冶金地质部门在湖南成功评价“桃江式”优质锰矿,是“八五”锰矿地质勘查的又一重要成就。位 于湘中的安化一桃江成矿带,含锰盆地面积千余平方千米。盆地走向同控锰裂陷槽走向斜交,给地质勘 查带来很大困难。科技人员在全面收集原始资料的基础上,认真进行构造一岩相分析,掌握了矿体的展 布规律,仅在三个矿段中即探获低磷、低铁优质锰矿千余万吨,继续工作后,可望达到大型矿床规模。 冶金地质科技人员,通过锰、铁、磷分离试验、理论计算及现场考查,对中国南方震旦系的高磷锰 矿带中可能赋存低磷锰矿进行大胆预测。预测的理论依据是:锰与磷在总体上共生,但是两者在时问上 和空间上表现 一定的自然分离趋势。锰磷分异的地球化学机制是pH值的控制作用。磷与锰在沉积区 的分离,对于降低P/Mn比值,形成低磷锰矿至关重要。据此,冶金地质科技人员在城口大渡溪、修齐、 上山坪等地,改进勘查评价技术方法,发现大量优质(富)锰矿,在湖南花垣高磷锰矿中圈出数百万吨 的低磷锰矿。这些找矿成果为南方震旦系锰矿勘查评价提供了新的思路。 1999年起,国家开始新一轮国土资源大调查。冶金地质部门积极应对,几经蕴酿,组织专家论证, 提交“中国优质锰矿资源调查评价立项建议书”,终将“优质锰”纳入“新一轮国土资源大调查实施方案” 矿产资源评价工程的主攻矿种目录。受中国地质调查局委托,中国冶金地质总局于2001年编制“全国优 质锰矿‘十五’期间矿产资源调查评价工作部署方案(2001~2005年)”。在中国地质调查局统筹安排下, 1999~2002年四年共安排优质锰矿调查评价项目18项,调查评价工作取得重大进展,同时还丰富了对 优质锰矿的理论认识和勘查工作方法: 1)海相沉积型锰矿床勘查取得重大成果,发现了一批新的矿产地,共获碳酸锰矿资源量7000余万 吨; 2)进一步证实我国北纬23。带是形成氧化锰矿最有利地区,共获氧化锰矿资源量近7000万吨; 3)氧化铁锰矿调查取得重大进展,湘南成锰盆地探获氧化铁锰(铁锰)资源量逾亿吨; 4)桂西南一滇东南地区锰矿勘查取得重大进展,在桂西南地区的广西百色市发现下石炭统含锰岩系; 5)含锰磷质岩系中碳酸锰矿石的可选性试验获得成功。 通过国土资源大调查,冶金地质部门首次建立了比较完整的“中国锰矿产地数据库”,为此后锰矿地 质科研与勘查提供了全新的工作平台。 2004 2011年开展的“全国危机矿山接替资源找矿项目”,在福建、湖南、陕西、云南等省陆续设立 了8个涉锰项目。其中,湖南湘潭锰矿、陕西宁强锰矿、陕西天台山锰矿等,新增 (333)及其以上级别 锰矿资源量,都已达到中型规模,取得不俗成果。说明在一些老锰矿山深部或边部,仍然存在可观的找 矿前景 一16— 中国锰矿地质特征与勘查评价 4国家科技支撑项目中锰矿科技工作的新成就 在国家“十一五”科技支撑项目“中西部大型矿产基地综合勘查技术与示范”下,中国冶金地质总 局开展了“桂西一滇东南大型锰矿勘查技术与评价研究”课题工作。课题的总体目标是:以盆地分析、 热水成矿理论为指导,研究桂西南一滇东地区锰矿成矿规律;利用已知矿区地、物、化和遥感信息,建 立锰矿找矿模型,并应用于示范区锰矿找矿靶区的优选、预测锰矿远景资源量,最终建立一套大型锰矿 勘查技术系统。 ‘ 通过五年(2006—2010年)辛勤工作,课题研究取得一系列新的成就: 4.1对锰矿形成的古环境有了新认识。通过对典型锰矿床含锰岩系和岩石建造的岩石学、古生物学、 元素地球化学的系统研究,认为锰矿床形成于浅水富氧的条件下,一般水深8O~150m。浅层海水富集氧 气有利于溶解状态的Mn2 发生氧化,形成难溶高价态锰的氧化物,从而沉淀于海底富集形成锰矿床。在 以氧化锰为主原生锰矿层中,矿石的品位随着矿石中Mn“/Mn。 比值升高而升高。这种环境一般位于古海 盆地的边缘,桂西一滇东南晚古生代海盆地中发育“台一盆一丘一槽”古地理格局,因此在孤立碳酸盐台地 周边可能是形成锰矿床更加有利的环境。 4.2对主要成矿作用有利时间有了新的认识。桂西一滇东南地区晚古生代一三叠纪地层基本都有锰矿化, 但主要成矿时代为晚泥盆世和早中三叠世。因为晚古生代一三叠纪右江一南盘江盆地经历多次的海侵海 退,含锰层为均位于二级层序中的海侵体系域和最大海泛面之间。主要成矿时代还与大的缺氧事件在时 间密切相关,如晚泥盆世的F—F生物灭绝事件和二叠世末一三叠世初的生物灭绝事件。因为锰矿沉积富 集成矿要经过盆地水体中的初始富集和Fe—Mn的分离作用,分层海水中富有机质还原水体具有提高Mn 溶解度和促使Fe—Mn分离的功能,海平面升高或区域性缺氧事件都有利于锰质在海盆地中的初始富集。 4-3确认热水活动参与了锰矿沉积作用。本次研究系统地研究了右江一南盘江地区典型含锰建造、锰 矿石的矿物学和地球化学特征,产于晚泥盆世地层中下雷式锰矿床含锰岩系中富含硅质成分,早期一些 研究者也认为热水作用参与了这些锰矿床的形成。课题对含锰岩系中的硅质岩开展了微量元素和稀土元 素特征研究,反映了矿区硅质岩具有热水沉积的特点。对锰矿石中鲕粒(球粒)进行了结构和矿物学的 研究表明,这种球粒具有非常明显的环带构造,环带有3~6层,不同的环带主要由硅酸锰(主要为蔷薇 辉石、锰橄榄石)、菱锰矿、锰白云石和方解石的含量不同而形成的,最为典型的是以蔷薇辉石为主和以 菱锰矿为主两个不同的层组成的环带构造。鲕粒中蔷薇辉石环带是在锰质沉淀过程中,受到间歇性活动 海底热液作用影响,当热液活动强烈时,海水带来丰富的SiO ,有利于含锰硅酸盐的形成,当热水活动 减弱时,锰与海水中CO3=形成菱锰矿。 4.4首次将GIS技术应用于锰矿勘查。①建立了面向锰矿资源定量预测评价的、“纵向分层、横向分 块”层次结构的GIS锰矿多元地学空间数据库及其管理系统,为锰矿成矿规律、找矿模型与综合评价研 究提供了信息支撑。②针对信息不对称、地质信息提取不充分等锰矿找矿综合定量评价的特技术问题, 在现有GIS平台与GIS评价算法基础上,提出了成矿信息场分析模型、基于数学形态学的空间形态分析 模型和组合作用域信息集成模型,研究开发了锰矿GIS评价专有算法与软件。③采用组合作用域线性回 归分析和证据权重法,以桂西一滇东南地区锰矿综合找矿预测评价指标集数据为基础,构建了基于GIS 的具有资源定位、定量评价功能的锰矿找矿综合定量评价模型,开展了研究区基于GIS的锰矿成矿有利 度和锰矿资源量的定量预测评价,提出了6个预测远景区,新增远景资源量约3亿吨。 4-5化探方法应用于示范区找矿试验获得成功。对化探方法能否应用于Mn矿床的找矿勘查工作,历 来少有报道。本次研究在示范区分别开展了1:5万水系沉积物、大比例尺土壤和岩石地球化学测量。在 龙邦一下雷示范区圈出12个锰矿化异常,为寻找找矿靶区提供了依据。在龙邦一下雷示范区、岩子脚一斗 南示范区分别开展1:1000和1:2000的土壤地球化学和岩石地球化学剖面测量,对隐伏矿体有非常好 的指示作用,认为Mn—Ag组合是锰矿化最重要的指标。 4.6确认物探方法对于寻找隐伏矿体有一定指示意义。在示范区开展了地面高精度磁测、大功率激电 和瞬变电磁(TEM)探测试验,优质锰矿带(脉)与围岩在体效应的影响下,在物性参数断面中的差异 虽没有标本物性参数测定中的差异那么大,但还是存在一定的物性差异:锰矿带(脉)的磁性较弱,一 般为一30nT~30 nT,围岩的磁性与其有较明显的差别,一般情况其磁性比锰矿带(脉)高,在磁性断面上 一17— 2012年9月第32卷增刊 I;7tJll ̄质学报 Vo1.32 Supp1.Sep.,2012 锰矿带(脉)的磁性呈现相对较低的反映;锰矿带(脉)的导电性能较好,电阻率较围岩小,一般在几 十欧姆・米至200欧姆・米,在电阻率断面上呈现低阻反映;锰矿带(脉)较之围岩良好的导电性,决定 了其在充电率断面上的高异常反映。基于锰矿带(脉)电、磁方面的异常反映,使用地球物理方法勘探 优质锰矿,可建立地球物理综合方法找矿模型;高密度、大比例尺的地面高精度磁测与高分辨率、大比 例尺的大功率激电相结合的地球物理方法,利用优质锰矿带(脉)在磁性断面上相对低磁性异常,同时 在电性断面上呈现低电阻率、高充电率的特征异常,推断优质锰矿的可能性,从而达到找矿目的。 4.7进行了有效的锰矿遥感地质勘查试验。对示范区控矿构造、含锰岩系和矿化异常进行遥感解译, 建立锰矿化信息的遥感解译标志,建立锰矿化的遥感找矿模型,提供找锰矿预测靶区。利用K—L变换、 灰度共生矩阵和特征信息阈值提取,不仅有效地进行数据的降维处理,提高运算速度减少存储容量,而 且还有效提高了地质构造解译精度。综合利用门限阈值法、SAM光谱角制图法和像元分解法等完全基于 光谱特征的方法对氧化锰矿化的遥感专题信息进行提取,对每个像元的典型地物含量进行分解,从而得 到最可能含有锰矿化信息的区域。 4.8建立了大型锰矿综合勘查技术系统。通过区域成矿条件研究和示范区找矿勘查试验,建立桂西一 滇东南地区大型锰矿床综合勘查技术系统,首先利用区域地质方法、遥感技术和GIS技术相结合,寻找 成矿远景区;其次利用1:5万水系沉积物地球化学测量、1:5万地质调查和地质图修编等方法,对远 景区进行研究,进一步确定找矿靶区;接着利用1:2000~1:1000土壤地球化学剖面测量、岩石地球化 学剖面测量和地球物理测量对锰矿体进行定位;最终采用槽探、坑探和钻探方法验证找矿效果。这一找 矿勘查方法在示范区找矿过程中获得的较好效果。 4.9通过锰矿综合勘查技术应用,在研究区提出了6个预测远景区,包括I类远景区2个,Ⅱ类远景 区2个,Ⅲ类远景区2个。在示范区提出了10个找矿靶区,一级找矿靶区5个,二级找矿靶区3个,三 级找矿靶区2个。提交(333+334)锰矿资源量约1亿吨。 5对我国优质锰矿科研及勘查工作的建议 5.1关于锰矿调查评价 依循“统一规划、全面部署、分层次安排、分步实施”和“区域展开、重点突破”的原则,在全国 范围内部署锰矿资源调查评价工作。 根据不同地区工作进展,将锰矿资源调查评价划分为四个不同层次。第一层次是全国锰矿资源潜力 评价(即全国锰矿资源潜力综合研究评价),第二层次是重要成矿区带的找矿评价,第三层次是锰矿富集 区的预查评价,第四层次是锰矿资源富集地段普查评价(整装勘查)。 5.2关于锰矿勘查评价方法 常规勘查评价方法一般适用于对锰矿的勘查评价。但由于优质锰矿的特殊性,在选择有效勘查评价 方法时,应该有所斟酌: 1)应从成矿作用机理分析出发进行岩相古地理分析; 2)要注意物化探方法的适用性; 3)对于磷锰在剖面上纵向分异的矿区,要特别注意采样方法; 4)应注意对矿石选冶、加工技术条件及可行性的概略研究; 5.3关于锰矿地质科研工作 锰矿地质科研工作对锰矿地质勘查的推动作用,从“八五”以来冶金地质锰矿科研一勘查联合作业 取得重大成功中得到证实。在今后的锰矿勘查部署中,应该同时部署锰矿地质科研工作。锰矿地质科研 工作,应该从全国着眼,从有利成矿区带着手,从勘查实践中确定题目,着重解决勘查中碰到的难题。 大量的找矿工作,已经获得丰富的地质一矿产信息,有一些是人们现有的知识难以园满解释的,这就要 求我们科技人员从本质及客观规律的高度给予阐明。 锰矿地质科研工作留下不少基础理论问题,需要人们去回答。诸如生物在成锰过程中的作用,热水 沉积成锰同正常海相沉积锰矿在成矿机理和判别标志的差异,水一岩作用及锰在成岩过程中的演变等, 需要我们在进一步的研究和试验中不断补充资料加深认识,给出合理的解释。 中国锰矿地质特征与勘查评价 锰矿地质科研要密切关注现代科学技术的飞速发展,吸收相关学科的滋补,推动中国锰矿地质学的 不断进步和优质锰矿地质勘查工作,以满足我国钢铁工业和国民经济发展对锰矿资源的需求。 参考文献: [1]r ,薛友智,等.扬子地台周边及其邻区优质锰矿成矿规律及资源评价[R].成都:西南冶金地质勘查局科学研究所,1995. 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