澳大利亚维多利亚板底戈顺迪宝拉背斜之褶皱与断层对控制金矿化的相对作用Word下载.docx
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William和Wilkinson将班底戈金矿田划为两个构造域:
西部为金矿田构造域,特点是主要露Bendigonian(Be2-Be4)和Chewtonian地层单位,发育不对称的尖楞褶皱,其波长300-400m,翼角40°
,组成复向斜。
东部构造域的东界为Whitelaw断层所限,特点是出露Bendigonian(Be1)等生物地层单位,形成紧闭不对称褶皱,褶皱包络面向西倾斜。
德宝拉背斜
本文着重讨论的德宝拉背斜位于班底戈金矿区的金矿田构造域内,包括生物地层单位Be2-Be4(图3和4)。
此为一NNW走向,两端倾伏的背斜,长度大于10公里,宽度200-300米(即从相邻的向斜量起)。
褶轴面向NEE陡倾。
采矿集中在北部3-4公里处,即在背斜穹形顶端,地表出露岩石为生物地层单位Be3。
德宝拉背斜北端与一小向斜相连,两者成为东面较大的GardenGully背斜的附属褶皱(图3)。
德宝拉背斜东面与Sheephead背斜相邻,并且位于班底戈区域主金矿生产背斜的中心。
背斜本身又被一系列东倾和西倾的的逆断层截割,其中包括上德宝拉和德宝拉断层。
图4
含金构造和石英脉
沿德宝拉背斜有3种主要石英与含金构造,即如班底戈金矿田順沿大多数其他背斜的情况那样:
(1)平行层理的脉和伴生的鞍状矿体;
(2)逆断层和(3)断层改造的鞍状矿体(或称颈矿体)。
沿德宝拉背斜这些含石英构造被划分为两大组,第一组(Q1)包括内矿脉和外矿脉(鞍状矿体)以及上德宝拉断层;
第二组(Q2)有Kingsley矿脉、Rowe脉(逆断层改造的鞍状矿体)、德宝拉断层(逆断层和伴生的石英脉)和德宝拉后(一东倾的复活的顺层石英脉)。
一系列不同类型的脉体构成这些矿区尺度的构造(图6),包括顺层脉、鞍状矿体、陡倾的张性脉顺劈理脉、断层脉、极缓倾的张性脉和雁行状脉。
此等脉体后面将于详细讨论,本文重点放到第二组(Q2)。
文和图中使用了井下工作中地点和水平的缩写字(即L13ND=北德宝拉矿13水平,CD=中部德宝拉矿,D=德宝拉矿)。
野外工作是在中部德宝拉,北德宝拉和德宝拉竖井之间约800米走向长度进行的(图3,5),集中在近背斜枢纽处之主含金构造。
德宝拉矿以南的构造资料则取自于钻孔岩芯。
图5
图6
断层
拉齐兰褶皱带内至少有三级断层,构造带的边缘断层如Heathcote断层和Avoca断层(图1)属于第一级。
带内断层,如Whitelaw断层和Sebastian断层(图2)属于第二级。
单个背斜内的断层,如德宝拉断层属于第三级,为班底戈金矿田矿化作用主体。
沿德宝拉背斜的矿区尺度的断层可归并为3个部分:
(1)平行于顺层石英脉的断层;
(2)通常与层理平行,但比较稀疏,不与顺层脉体相伴,且常常位于易剥裂的板岩层与粘合的砂岩之间界面的断层;
(3)截割层理的断层。
沿德宝拉背斜的主断层是德宝拉断层,其局部与改造的鞍状矿体,即Kingsley矿脉相伴生(图4)。
上德宝拉断层与德宝拉断层规模同等,位于外矿脉之上(图4)。
沿得宝拉背斜的断层,或向东倾,或向西倾,都具有逆断层动向,这些断层使S1劈理变形,又错动了张性石英脉,但很少错动煌斑岩脉。
向西倾的断层及有关构造通常被东倾断层错动呈阶梯状。
角砾岩及碎裂岩带多在一些层状石英脉和煌斑岩脉的边缘,角砾岩带中有板岩、砂岩、变形石英和碳酸盐脉的粗碎块(0.5mm)。
基质为碳酸盐岩。
未变形石英和碳酸盐岩沿边缘的存在,表明有开放空间存在着。
断层面上的擦痕与面的最大倾斜近乎平行,表明倾向滑动为主运动方向。
同一层状石英脉中不同石墨层,具不同方位的擦痕,表明其滑动历史中断层位移方向略有变化。
西倾的断层面上至少有三组方向的擦痕:
北、南及西倾伏。
在非顺层断层面上很少有这些不同方位的擦痕,仅见于三处。
断层面上擦痕的不同方向的倾伏,表明一些断层在倾向滑动运动期间或其后受到走向滑动运动的影响(图7)。
缓倾擦痕被认为代表斜-逆运动,因为顺得宝拉背斜的断层都没有正断层滑动迹象。
如果如此,这种近乎水平的线理,应当记录了右行和左行两者的动向。
在中部维多利亚,Gay和Willman(1991)报道过,在主断层带中及其附近,从叠复的折劈理确定有右行走向滑动和左行走向滑动。
图7-图8-图9
母岩组构的发育
班底戈地区浊流沉积的特征为发育紧闭直立尖楞褶皱和轴面劈理。
地层具南北走向,倾角18°
至88°
,通常为60°
(图8A)。
得宝拉背斜中最早的构造组构(S0)早于为折劈构造主轴面组构(S1)(图9A)。
很多情况下,大白云母颗粒近乎与层理平行排列,而与S1之间呈一定角度(图9B)。
主要透入性构造S1虽为主褶皱的轴面构造,但在本区两种主要岩石之中,其形态有所不同。
板岩和泥岩中,S1为紧密的透入性劈理,由白云母、石墨和碳酸盐矿物表现出来,这组劈理的倾斜在砂岩和板岩中有很大变化,倾角45°
到90°
不等(图8B)。
砂岩中的劈理通常不太明显,面的间距大,常常不连续。
板岩与砂岩之间劈理折射现象显著(可达40°
)。
邻近于逆断层和煌斑岩脉的板岩中,有发育一种密集劈理(S2)的迹象,其形态和方位均有明显变化,这表明非区域性变形事件,而是局部断层活动的结果。
班底戈-巴拉拉特带经受了一个主变形期,而组构形成与金矿化相对时间关系尚不清楚。
Forde(1991)FordeandBell(1994)在班底戈与巴拉拉特之间鉴定出4个组构,并将金矿化与东-西走向且近直立的劈理(他们称S4)的生成相联系。
我们对此不予支持,我们鉴定出一个主变形组构(S1)和两个不占主要的组构。
得宝拉背斜的S0与层理近乎平行,并非透入性的,表明其与局部的冲断或主褶皱事件起始时的弯曲(buckling)有关(e.g.,Fowler1996)。
主含金构造的特征
下面部分涉及得宝拉背斜第2组含石英构造(Q2)以内的构造(图4,5),这些构造,或者是褶皱控制的,或者是断层为主的,但大多是二者的结合。
许多情况下,石英矿脉是由一列构造组成,且顺走向又有变化。
与断层伴生的石英,其体积要比与褶皱伴生者大。
以下将讨论关于脉的生成以及金的淀积等问题。
Kingsley矿脉
Kingsley矿脉为一复式构造,是由鞍状脉、复活的顺层脉、平行劈理脉以及陡倾张性脉组成。
一些部分,德宝拉断层强烈控制着Kingsley矿脉。
组成Kingsley矿脉的构造从南德宝拉竖井至北德宝拉竖井以北约300米处,延伸达1200米(图5)。
南德宝拉竖井附近的钻孔DFDDH02处,Kingsley矿脉是由两新月形顺层石英脉构成,与断层无关。
钻孔BD4处(图10),一西倾断层起于上脉(upperlode)之西翼,其于钻孔DFDDH01(图10)处变为非常显著,被起于东翼的东倾断层截割。
Kingsley矿脉在北德宝拉矿之14a和13b水平以及德宝拉矿的12和13水平出露,并被德宝拉断层截割。
主构造为Kingsley西腿(Westleg)(复活之顺层脉)和伴生的东倾张性脉,以及厚达40cm之近直立平行劈理脉。
至少有3条东倾的断层错动了Kingsley西腿,使这一小区复杂化。
图10
Rowe矿脉
Rowe矿脉出露于北和中德宝拉矿的较低水平。
在北德宝拉矿14水平,一西倾的层状石英脉部分的受一东倾断层的“牵引”而破碎成块状石英(达30mm),此断层顺Rowe东腿(Rowe'sEastleg)复活(图6B)。
原来西倾的顺层脉(达30cm厚),然后又被小的东倾逆断层(达1m长)截错。
主东倾断层在进入枢纽带时分散为许多缓倾断层,金则集中分布于东倾的层状石英脉和断层之中。
德宝拉后脉(DeborahBackvein)
德宝拉后为一断层复活的顺层脉,出露于北和中德宝拉矿区的中到下水平(图10)。
中德宝拉矿区之15水平之上,枢纽部位有块状石英脉,此处主构造为较薄的东倾顺层脉。
北德宝拉矿的13水平,陡倾的张性脉位于德宝拉后(DeborahBack)之内侧。
大面积被采掉这一事实表明,这些张性脉还有顺层脉本身必定含金很富。
德宝拉背斜范围的德宝拉后与其他主含金构造不同,在枢纽部位没有伴生的鞍状矿脉,也不与斜交的逆断层伴生。
德宝拉断层
德宝拉断层为逆断层,在顺其走向800米长度,成为Kingsley建造(板岩)和德宝拉后砂岩中的主要构造。
不同于Rowe矿脉和Kingsley矿脉,伴随德宝拉断层的石英脉化是一个斜切的西倾断层的结果。
Rowe矿脉和Kingsley矿脉两者均为鞍状脉,被东倾和西倾断层截割。
在南德宝拉竖井(图10A),钻孔资料表明,在这一范围,德宝拉断层不是以断层形式存在,而是一顺层石英脉(-30cm)与伴生的张性脉,并为一东倾断层截错。
更向北,钻孔BD4(图10)打到此构造,德宝拉断层在得宝拉背斜东翼变为不连续的斜切断层。
在其上盘有许多新月形顺层石英脉,被东倾断层的分支阻断。
DFDDH01处(德宝拉竖井之北),德宝拉断层至少由2个分支构成(图10C),上分支陡(倾角-70°
),其下盘含有极大量的石英(4-5米厚),而在背斜东翼的下分支则倾角平缓,无大量石英伴生(图10C)。
在北德宝拉竖井,德宝拉断层与Kingsley矿脉密切伴生。
中德宝拉矿17水平以上,似乎德宝拉断层发起于Rowe矿脉,这里还出现一个东倾断层。
北德宝拉矿之13水平,德宝拉断层与Kingsley矿脉密切伴生,当在12水平断层接近于枢纽区时,德宝拉断层形成分支,并且变缓。
在这一水平上,块状、斜列的张性石英脉与德宝拉断层相伴生。
缓的(-25°
)和较陡的(-45°
)东倾石英脉分布于德宝拉断层的下盘,并与断层作用是同时的。
更缓倾的脉体似乎被褶皱。
斜列的脉体有向东倾有向西倾。
在背斜东翼范围内,德宝拉断层又变为分立的构造,然后终止。
在北德宝拉矿12水平北端,德宝拉断层至少受2个东倾断层截错。
与褶皱相关的脉体
顺层脉
顺层脉(图11A,B)约5至30cm厚,大多在板岩单位或在板岩与砂岩接触面。
这些脉中的母岩残体呈平直细层状(<1mm),或者呈厚度不规则的波状缝合构造。
顺得宝拉背斜至少可鉴别出顺层脉有4种形态变化类型,即:
(Ⅰ)平面薄层状;
(Ⅱ)近薄层状至缝合线状;
(Ⅲ)大块-角砾状;
(Ⅳ)板状碳酸盐(图12A-D)。
前三者是按这一时间顺序形成,可见于同一脉中。
平直薄层常被缝合线截割,两者又被角砾化。
板状碳酸盐顺层脉通常不予别的形态类型伴生。
图11
图12
类型Ⅰ:
此类顺层脉为薄页状脉,具有平直规则的薄页及极少缝合线(图12A)。
薄页密集时,石英为细粒状(0.01-0.3mm),有他形晶的碳酸盐与之伴生。
若薄页较为稀疏时,石英均为粗粒的(达20mm),所有石英颗粒均不同程度变形,有波状消光、亚颗粒和变形纹等现象。
这些脉中的薄页有两个不同的方向(图12E),第一组较第二组厚,平行于脉壁,常常含有清楚的片状硅酸盐颗粒,片状硅酸盐片体排列方向与薄页本身呈大致45°
。
第二组薄页与第一组呈约30°
,很薄(<0.1mm)。
粗石英颗粒排成线状延入与薄页呈约30°
的变形纹之中,其边缘在薄页处被截错。
错开情况显示顺层脉上的逆向运动。
平直薄页的块体受较晚块状石英的导入和角砾化而分开和旋转。
后来的溶解作用形成缝合线常断开薄页。
类型Ⅱ:
最常见的顺层脉类型为粗略薄页至缝合线脉(图12B),通常也都被角砾岩化。
薄页厚度有变化(0.1-0.5mm),呈不规则状及波状(图12F)。
石英颗粒边缘与缝合线小层吻合,但在薄页脉中,石英颗粒在穿过薄页时是连续的。
母岩包体中缺乏石英,但石墨很多,似表明在平行于脉缘方向被石香肠化了。
毒砂及少量黄铁矿很常见,并在沿富石墨缝合线小层与碳酸盐伴生。
类型Ⅲ:
顺层脉(Ⅰ)和(Ⅱ)两种类型沿走向可被包容于同一脉中,而且两者有含一些缝合线或裂隙-封闭(crack-seal)薄页的厚(可达30cm)粗颗粒块状石英周期性导入,这构成了类型Ⅲ顺层脉(图12C)。
母岩包体通常被3-4mm厚的铁白云石和粗毒砂的断层泥包围。
类型Ⅳ:
板状富碳酸盐顺层脉较少,比其他类型的顺层脉含较高百分数的片状(石墨)物质(图12D)。
富含碳酸盐,少石英,易劈裂,很薄(小于5cm),无毒砂,黄铁矿呈1-2mm之自形晶颗粒。
还没有看到此类型脉与其他顺层脉类型相伴生。
其他组构:
许多顺层脉中,母岩包体和溶解小层内有S-C组构。
凡有此类组构的顺层脉,其一组面(α)平行于脉壁,另一组(β)则与脉壁呈15°
至30°
角(图12G)。
这些都与平面状薄页脉体的母岩薄页具大致相同的方位,不同点在于有这些组构的标本,其β面之间有细粒石英(图11H),而正常平面状薄页脉体的包体痕迹则被包含在粗粒石英部分内。
鞍状矿脉
块状石英脉,传统上称“鞍状矿脉”,产生于背斜枢纽的扩张部位,这是尖楞褶皱作用过程中砂岩与页岩强度对比所引起。
鞍状矿脉和顺层矿脉通常是总体构造的一部分。
确实如此,未受错断的鞍状矿脉位于顺德宝拉背斜的Q1内(内矿脉和外矿脉,图3,4)。
Kingsley矿脉为一主要鞍状矿脉,在其走向长度内的不同地点均未受后来的逆断层的错断和改造(图10)。
顺层脉体未发展成为鞍状脉的例子,可见于中德宝拉矿之2、3水平,此处地层倾斜较缓(40°
),褶曲翼角为100°
(图11)。
虽然鞍状脉具完美的新月形而含有金,但也非主要含金构造,而受后来断层改造的更趋于三角形的鞍状矿脉,含金更高。
陡的和中等倾斜的张性脉(BC脉)
与褶皱有关的张性脉历来被维多利亚金矿田称为“马刺”脉(“spur”vein)。
此种脉3到20cm厚,呈块状,缺乏母岩薄页及碎块。
脉的长度与厚度之比很高,平缓至陡倾均有(图11C,B),或为单个脉出现,或为一组近于平行的脉,常常在砂岩单位的外弧。
虽然此等脉一般都呈平面状未受变形,也有的呈现开阔褶皱至肠状褶皱形态。
张性脉的方位有些变化,从西倾到西南倾,东倾到北倾,倾角均陡,然而,有时倾角也可低达15°
(图11D)。
此等脉的方位通常与地层近于垂直,取决于其是否受后来收缩作用的影响。
中等倾斜的张性脉通常都呈肠状褶皱。
根据观测,如援引Hancock(1985)的命名,可将此等脉叫做“BC脉”。
张性脉大多分布于背斜枢纽部位,但也并非局限于这一范围。
其与顺层脉伴生,向背斜核心方向变仄并收敛。
与褶皱伴生的张性脉中,石英颗粒甚粗,硫化物和蚀变矿物均少。
石英颗粒直径可达10mm,中等至强烈变形,显示波状消光,但没有顺层脉中的石英的变形那样强烈。
石英颗粒无纤维状,有拉长现象,有线状排列的微弱迹象。
具轻微重结晶。
东-西走向脉(AC脉)
北德宝拉矿之12水平,北倾的脉很多,走向与主褶皱褶轴面垂直,倾角60°
到80°
未被充填向北陡倾(60°
-80°
)的AC裂隙,亦有出现。
别的张性脉通常都呈楔形,这种脉却很直很规则,厚度无多少变化,不超过10cm。
中德宝拉矿之2、3水平,东-西走向脉可达30cm厚,并在背斜两侧受顺层脉阻截。
平行劈理脉
近于直立的平行劈理脉(图11E)也见于背斜核部的板岩中,此处劈理非常发育。
在北德宝拉矿之14a和13水平,此类脉最显著,并与Kingsley矿脉相伴生(图11E)。
平行劈理脉的厚度5-50cm,个别脉厚度变化形成网状外观。
石英颗粒粗,硫化物矿物包括磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和方铅矿均常见,且与菱铁矿及铁白云石共生。
斜列脉
与褶皱有关的具S形斜列脉,在德宝拉背斜很少见,但见于一些砂岩单位。
在中德宝拉矿的2水平,其呈20mm厚,达30cm长之单个脉,出现于枢纽部位。
包含平面组,但非S形的斜列脉,发育于中德宝拉矿之2水平。
此等脉中,碳酸盐为最多的副矿物,无金。
与断层相关的脉体
颈脉和块状平行断层脉
直接与断层伴生的脉呈部分薄页脉存在于主逆断层下盘(图13A),以及被称为颈矿脉的脉体,这些都是延伸于鞍状矿脉之上的块状石英范围。
块状的至部分薄页状的脉体也平行断层分布,但其未与鞍状矿脉相交。
这些脉含有缝合线和母岩残留,其中之石英大多移出。
有时具网状外观的块状脉分布于北德宝拉矿之12水平和12i水平,此处其含母岩残块达50cm长。
在本矿的13A水平,一个块状的1m厚的石英脉与中等倾斜的逆断层(倾斜-50°
)平行。
10cm厚1m长的剪切脉很少,仅在本矿13水平见到其极近中等倾斜的逆断层(倾角40°
-50°
)并与之近乎平行。
图13
中等至缓倾斜的张性脉体
与逆断层有关的张性脉倾角变化大(17°
-82°
,图14B),但大多都是中等到平缓倾斜,且常见于断层下盘(图13B)。
北德宝拉矿之12水平,此等脉10-30cm厚,可达3m长,成组出现,向东和向西缓倾。
在顺层脉被复活处,例如在Rowe矿脉,亦见到此等脉。
图14
于断层有关的斜列脉均2-20cm厚,可达2m寛,常呈阶梯状阵列。
此等脉順走向延长可达10m长,其包络面方位变化大,厚度和密集度也有变化(图13C)大多的斜列脉出现于北德宝拉矿13水平与12水平之间,德宝拉断层于此处交切德宝拉背斜枢纽(图4)。
与断层相关的两类斜列脉沿德宝拉背斜出现,其分类是依Hodgson(1989)。
S形斜向剪切脉均略呈弯曲,少见的蜈蚣脉则呈S形,密集排列,一个中央脉加入进来(图13D)。
蜈蚣脉具直立的包络面,可能与分散的直立断层相邻。
未变形的碳酸盐脉(略)
脉体形成机制
与褶皱有关脉体
顺层脉体:
顺层脉的形成是至今研究和争论的问题。
Jesselletal(1994)基于手标本和显微构造观察,提出了Bendigo-Castlemaine地区两类顺层石英脉,第Ⅰ类脉主要由非纤维状石英构成,含少量次生矿物,构成包体表面痕迹。
第Ⅱ类脉具不规则形态,含大量母岩物质,不含包体表面痕迹。
分别相当于本文分类中的平面薄页类(Ⅰ类)和大致的薄页-缝合线类(Ⅱ类)。
Fowler(1996)也在Bendigo-castlemaine地区报道两类顺层脉,其第Ⅰ类是由顺层包体痕迹构成,他解释为其追踪脉的张开方向及包括顺层剪切。
其第Ⅱ类脉是由同脉垂直的张开分量而形成,由缝合线状围岩细层分开的石英条带组成。
班底戈的顺层薄页状石英脉与褶曲作用同时生成,是弯滑和流体的同时导入的结果。
顺层脉中密集程度不同,且具一定方向的薄页和块状石英的存在,就表明这些脉体记录了流体压力与重复的滑移和扩张引起的剪应力的变化历史。
顺层脉的形成经过了断层-活门过程(fault-valveprocess),此中包括了剪应力、流体压力和渗透性的周期性变化。
当剪应力增强,物质在断层带中淀积,渗透性就会减低,导致流体压力增高。
当断层发生,剪应力释放,流体压力骤降,于是滑动和扩张发生。
毫米尺度的暗色富石墨物质的薄页代表在断层破裂的各个时期分割出的母岩的劈裂片,这表明有与持续张开周期相反的裂隙-封闭过程(crack-sealprocess)发生。
缝合线的出现,表明溶解作用与前述的淀积和扩张过程之间的较量。
顺层脉体中心有褶曲的、不连续的和断开的薄页同块状石英(Ⅲ类型)的出现,则表明很多薄页石英脉在逆断层滑动过程中有多次的复活。
复活作用与垂直于层理的扩张及块状石英(±
碳酸盐)的导入相伴生,并使先存的薄页和缝合线角砾化。
Ⅳ类板状碳酸盐脉的成因尚不十分清楚。
有些顺层脉主要由块状石英组成,在其边缘有角砾状的、变形的碳酸盐薄页,这一事实说明,它们原始可能是Ⅳ类脉,受后来断层作用而复活了。
顺层脉的S-C组构可能是脉开始形成时的韧性剪切作用和后期的复活作用的结果。
班底戈地区一些薄页状石英脉围绕一背斜分布,并进入另一向斜之中,这说明至少其部分的早于主褶皱期。
如果因弯滑造成足够的扩张,则顺层脉将发育到枢纽部位的鞍状矿脉。
中德宝拉矿2水平的金存在于薄页状石英脉,此脉受到与褶皱有关的扁平化而褶皱弯曲,但并未于后来发生脆性变形,这就说明一些金是在逆断层介入前的褶皱作用过程中淀积的。
许多情况下,顺层脉的厚度在背斜两翼并不相同,通常脉体在一翼的厚度比在另一翼者大,因其位于逆断层复活位置而再次扩张并有块状石英导入。
此作用过程可以如下事实说明,Kingsley西腿(Westleg)在一些范围内至少30cm厚,并与德宝拉断层相符合。
据对比,在另一翼上的东倾顺层脉最多10cm厚,且含金甚少。
顺层脉只有在受后来逆断层影响的部分,才具有可观的厚度和含金量,这可能与有较大量含金流体导入有关。
金的淀积始于褶皱作用时,淀积的增加则是由于逆断层的开始发育而使顺层脉的活化作用。
金矿化作用开始于褶皱作用时,在弯滑过程中有薄页状脉发育。
当褶皱封闭,断层展布时,金矿化作用变强。
与褶皱有关的张性脉:
张性脉大多在砂岩中,是由外弧引张所致,即如Ramsay的解释。
张性脉大多被褶皱,说明其发育于褶皱作用过程的不同时期,有的则因持续的收缩作用和褶曲扁平化而弯曲。
劈理平行脉:
此种脉仅见于褶曲枢纽部位的板岩单位之中,此处劈理甚发育,表明脉的生成与先存的软弱空间有关。
劈理平行脉与陡倾的张性脉之间互相截割关系显示,它们大致同时生成。
与西澳依尔冈克拉通矿脉对比,彼处脉平行于一组面理,与最大主应力方向(σ1)垂直,被解释为由于先存软弱空间的复活作用而生成。
图15
与断层有关脉体
现今关于造山的金矿床的论文中,对中温热液金矿床都强调了高(超地压)流体压力与高角度逆断层之间相互依赖关系(Sibso
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