新疆东天山小白石头钨(钼)矿辉钼矿Re-Os同位素年龄及成矿时代_李宁.pdf

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2019 年 1 月 January 2019 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 38,No. 1 112 -122 收稿日期 2018 -05 -25; 修回日期 2018 -07 -23; 接受日期 2018 -08 -10 基金项目 国家自然科学基金项目 41672072 作者简介 李宁, 博士研究生, 主要从事矿床学研究。E- mail 512359151 qq. com。 通信作者 杨富全, 博士生导师, 研究员, 主要从事矿床地质和成矿规律研究。E- mail fuquanyang163. com。 李宁,杨富全,李超, 等. 新疆东天山小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素年龄及成矿时代[ J] . 岩矿测试, 2019, 38 1 112 -122. LI Ning,YANG Fu- quan,LI Chao,et al. Re- Os Isotopic Age of Molybdenite from the Xiaobaishi W- MoDeposit,Eastern Tianshan,Xinjiang and Its Geological Implication[ J] . Rock and Mineral Analysis, 2019, 38 1 112 -122. 【DOI 10. 15898/j. cnki. 11 -2131/td. 201805250064】 新疆东天山小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素年龄及 成矿时代 李宁1,杨富全1*,李超2,张志欣3,杨成栋1 1. 中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037; 2. 国家地质实验测试中心,北京 100037; 3. 中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆矿产资源研究中心,新疆 乌鲁木齐 830011 摘要 小白石头钨 钼 矿床位于新疆东天山造山带中的中天山地块南缘, 该矿床是一个由黑云母花岗岩和 花岗闪长岩侵入中元古界卡瓦布拉格群形成的矽卡岩型钨 钼 矿床。辉钼矿作为其主要的矿石矿物之一, 呈不同产出状态分布于花岗闪长岩、 黑云母花岗岩、 矽卡岩和石英脉中。目前, 对于小白石头钨 钼 矿成矿 时代尚有争议, 特别是与花岗闪长岩有关的辉钼矿化形成时代缺乏精确的限定。本文选取与花岗闪长岩有 关的不同产状辉钼矿进行 Re - Os 同位素定年, 获得 Re - Os 加权平均模式年龄为245. 0 1. 7Ma, Re - Os 等 时线年龄为 245. 5 4. 3Ma。准确的 Re - Os 同位素定年限定小白石头钨 钼 矿床的成矿年龄和花岗闪长 岩的侵位年龄为 245Ma 左右, 为矿床模型建立和找矿方向确定提供了关键依据, 同时也为东天山区域成矿 规律总结提供了重要的年代学证据, 并指出新疆东天山甘肃北山地区存在一条找矿潜力巨大的三叠纪钨 钼成矿带。 关键词 东天山; 小白石头钨 钼 矿床; 辉钼矿; Re - Os 同位素年龄; 花岗闪长岩; 三叠纪 要点 1 准确的辉钼矿 Re - Os 同位素测年结果揭示了小白石头钨 钼 矿床的成矿时间为 245Ma 左右。 2 确定了小白石头矿区黑云母花岗岩和花岗闪长岩为同期岩浆事件, 其矿化为同期成矿事件。 3 指出新疆东天山甘肃北山地区存在一条三叠纪钨钼成矿带。 中图分类号 P597. 3文献标识码 A 精确测定成矿时代是探讨成矿机制、 建立矿床 模型、 总结成矿规律、 开展成矿预测的基础。随着测 试技术的发展, 越来越多的高精度测年方法被应用 于确定成矿时代, 如 Re - Os 法, 含钾矿物40Ar/ 39Ar 法[1], 锆石[2]、 榍石[3]、 石榴石[4]、 锡石[5]、 铌钽 矿[6]、 独居石[7]、 磷钇矿 U - Pb 定年等。Re - Os 同位素体系目前已经成为矿床学最重要的定年 技术之一, 它能够直接应用于矿石矿物 如硫化 物矿物或磁铁矿 测定矿物形成年龄的方法[8], 尤其是对于辉钼矿, 研究表明其初始富集 Re 且 基本上不含 Os, 辉钼矿中的 Os 全部是放射性成 因的187Os[9]。因此, 对辉钼矿进行 Re - Os 定年 是获取其成矿事件发生时间的最有效方法之一, 如江西朱溪超大型钨矿床、 新疆东戈壁超大型钼 矿床和吉林东风北山钼矿床都是应用辉钼矿确 定成矿时代[10 - 12]。 211 ChaoXing 中亚造山带是全球最大的增生造山带和全球四 大成矿域之一 [13 -14 ]。新疆东天山造山带是中亚造 山带的重要组成部分, 其位于塔里木板块和哈萨克 斯坦准噶尔板块的聚合部位, 东西长超过 550km, 南北宽超过 110km[15 ]。作为中亚造山带晚古生代 构造演化的重要组成部分, 东天山造山带从泥盆纪 到二叠纪经历了一个完整的拉张、 俯冲、 碰撞、 碰撞 后演化过程 [16 ], 以发育岩浆岩型铜镍矿、 斑岩型铜 矿、 造山带型金矿、 与海相火山作用相关的铁矿而闻 名 [17 -19 ]。近年来, 随着一系列三叠纪钨钼矿床, 如 小白石头中型钨 钼 矿、 沙东大型钨矿、 东戈壁超 大型钼矿、 白山大型钼矿等 [20 -23 ]的发现和深入研 究, 为研究东天山造山带三叠纪板内环境的成矿作 用提供了重要信息。 小白石头钨 钼 矿床位于中天山地块东部南缘, 距离甘肃新疆边界附近的星星峡断裂约 17km。矿 体沿卡瓦布拉格群与花岗闪长岩、 黑云母花岗岩接触 带产出。矿区分为5 个矿段, 主矿段 1 矿段 已控制白 钨矿 储 量 为 3. 03 万 吨 矿 体 平 均 品 位 WO3为 0.76 [ 20 ]。对于小白石头矿区与成矿密切相关的黑 云母花岗岩体的侵位时代已进行了许多研究 陈岳龙 等 [ 24 ]最早获得了该岩体的全岩 Rb - Sr 年龄 294 49Ma 和黑云母40Ar/ 39Ar 全熔年龄 227Ma ; 李华芹 等 [ 25 ]获得了矿区3 矿段似斑状中细粒黑云母花岗岩的 全岩 Rb - Sr 等时线年龄 244 5Ma ; 李鹏等 [ 26 ]测得 小白石头矿区黑云母花岗岩的 LA -MC -ICP -MS 锆 石 U -Pb 年龄为322 5Ma MSWD 3.2 ; Deng 等 [ 20 ] 指出小白石头矿区辉钼矿 Re -Os 同位素年龄为239.7 ~251.4Ma 以及钼矿化花岗岩的 LA - MC - ICP - MS 锆石 U -Pb 年龄为242 1.7Ma MSWD 0.35 , 认为 其代表了小白石头钨 钼 矿床的成矿年龄。Deng 等 [ 20 ]获得的辉钼矿 Re -Os 年龄 239.7 ~251.4Ma 可 以代表与黑云母花岗岩有关的钨钼矿形成时代, 但对 于花岗闪长岩年龄和与之有关的辉钼矿成矿时代仍然 缺乏详细研究。与黑云母花岗岩有关的矿化和与花岗 闪长岩有关的矿化是否为同一期成矿事件是一个重要 科学问题, 直接关系到成矿规律总结和进一步找矿方 向的确定。 本文在详尽野外调查及室内研究基础上, 选取了 小白石头钨 钼 矿区5 矿段与花岗闪长岩相关的辉钼 矿作为研究对象, 利用辉钼矿 Re - Os 同位素定年技 术, 精确厘定辉钼矿成矿年龄, 限定花岗闪长岩侵位时 代, 对于研究新疆东天山三叠纪钨钼成矿带成矿规律 和找矿勘查具有重要意义。 1矿床地质特征 1. 1区域地质背景 东天山造山带由北向南划分为三个主要的构造 - 岩浆单元 博格达哈尔克构造带、 觉罗塔格构造 带和中天山地块 [27 ]。小白石头钨 钼 矿床位于东 天山造山带的中天山地块东南缘, 其结晶基底为中 元古界星星峡群、 卡瓦布拉格群和新元古界天湖群 等, 岩性主要为片岩、 片麻岩、 大理岩和石英岩等绿 片岩相或角闪岩相变质岩 [26 ]。中天山地块北缘以 阿奇克库都克沙泉子断裂为界, 与觉罗塔格构造 带的阿奇山雅满苏带相邻; 南缘以红柳河断裂带 与北山构造带相邻[28 ]。中天山地块的大多数侵入 岩为Ⅰ型花岗岩 [29 ]。沿着中天山地块的北缘分布 着一系列与二叠纪超镁铁质混杂岩有关的 Cu - Ni 矿床, 如白石泉铜 - 镍矿床等 [30 ]。 1. 2矿区地质特征 矿区出露地层主要为卡瓦布拉格群, 岩性主要 为白色大理岩、 灰黑色条带状炭质灰岩、 石英片岩、 黑云母石英片岩等。矿区地层大部分向北倾斜, 构 成了北倾的单斜构造 [26 ]。矿区断裂比较发育, 主要 为北东向断裂, 多分布于 3 矿段。矿区主要侵入岩 为花岗闪长岩和黑云母花岗岩 图 1 。花岗闪长岩 主要分布在矿区中部和西部, 灰 - 灰白色, 块状构 造, 中细粒结构, 主要由斜长石 ~ 50 、 钾长石 ~10 、 石英 ~ 20 和暗色矿物 角闪石 黑 云母, ~20 构成 图 2a 和 b 。黑云母花岗岩分 布在矿区西部。 小白石头钨 钼 矿床是矽卡岩型矿床, 矿体分 布在黑云母花岗岩/花岗闪长岩与大理岩接触带中, 矿化类型主要有矽卡岩型 钨矿、 钼矿 和石英大脉型 钼矿, 以及少量云英岩型锡矿。矿区主要分为 5 个矿 段, 已圈定96 个矿体 图 1 。其中, 3 矿段为钨矿主 矿段, 钨矿赋存于黑云母花岗岩与大理岩接触带之 中;5 矿段为钼矿主矿段, 钼矿赋存于花岗闪长岩中, 其与围岩形成于矽卡岩和石英脉中。矿石中金属矿 物主要为白钨矿, 其次为辉钼矿, 少量黄铜矿、 黄铁 矿、 磁黄铁矿、 闪锌矿、 方铅矿等。非金属矿物主要为 矽卡岩矿物, 包括石榴石、 硅灰石、 透辉石、 绿帘石、 透 闪石、 阳起石、 方柱石、 石英、 萤石等。白钨矿呈半自 形浸染状或星点状分布于矽卡岩中, 或呈细脉状分布 于石英脉中。辉钼矿呈自形 -半自形浸染状、 团块状 分布于花岗闪长岩 图 2c 和 d 、 矽卡岩中 图 2e 和 f , 或呈半自形脉状分布于石英脉中 图 2g 和 h 。 岩体内蚀变主要有绢云母化、 钾长石化、 钠长石化、 绿 311 第1 期李宁, 等 新疆东天山小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素年龄及成矿时代第38 卷 ChaoXing 图 1小白石头钨 钼 矿区地质图[20 ] Fig. 1General geologic map of the Xiaobaishitou W- Mo ore district[20 ] 帘石化、 绿泥石化、 云英岩化和硅化等。岩体与碳酸 盐岩接触带主要为矽卡岩化、 萤石化、 硅化、 碳酸盐 化, 具有明显分带性。 2实验部分 2. 1样品特征及处理 5 件辉钼矿样品采集于小白石头钨 钼 矿区 5 矿段 图 1 。为保证实验精度, 采集了不同产状的 样品。其中, 3 件辉钼矿样品为辉钼矿化花岗闪长 岩 XBST16 - 142、 XBS616 - 144、 XBS616 - 145, 图 2b 和 c ; 1 件为含辉钼矿石榴石矽卡岩 XBS616 - 146, 图 2d 和 f ; 1 件为花岗闪长岩中的含辉钼矿石 英脉 XBS616 -148, 图 2g 和 h 。样品的分选工作 在河北省区域地质矿产调查研究所完成。在无污染 环境下, 将样品粉碎至 60 ~80 目, 经淘洗、 磁选和双 目镜分选, 使样品纯度达 99 以上。然后用玛瑙钵 411 第 1 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2019 年 ChaoXing a花岗闪长岩的块状构造; b花岗闪长岩的花岗结构; c花岗闪长岩中的浸染状辉钼矿; d花岗闪长岩中的自形辉钼矿; e石榴石 矽卡岩中团块状辉钼矿; f石榴石矽卡岩中的半自形辉钼矿; g花岗闪长岩裂隙中的石英脉型辉钼矿; h石英脉中的半自形辉钼矿。 Mo辉钼矿; Q石英; Hbl角闪石; Pl斜长石; Py黄铁矿; Ccp黄铜矿; Gar石榴石; Di透辉石。 图 2小白石头钨 钼 矿花岗闪长岩和辉钼矿特征 Fig. 2Characteristics of granodiorite and molybdenite in the Xiaobasihitou W- Mo deposit 511 第1 期李宁, 等 新疆东天山小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素年龄及成矿时代第38 卷 ChaoXing 研磨至 200 目, 保证用于 Re - Os 同位素测试分析 的辉钼矿质纯, 无污染。 2. 2辉钼矿 Re -Os 同位素分析测试方法 辉钼矿 Re - Os 同位素分析测试工作在国家地 质实验测试中心 Re - Os 同位素年代学实验室完 成, 测定仪器为美国 ThermoFisher 公司的 TAJ X - series 电感耦合等离子体质谱仪。化学分离、 ICP - MS 测定和数据处理遵照 Re - Os 同位素测试的实 验流程与标准执行 [31 -34 ], 主要测试分析流程如下。 1 样品分解 准确称取适量 200mg 辉钼矿样 品, 通过长细颈漏斗加入 Carius 管底部 一种高硼 厚壁大玻璃安瓿瓶 。缓慢加入液氮至有半杯乙醇 的保温杯中, 使其成黏稠状, 调节温度为 - 50℃ 至 -80℃。将已经装好样品的 Carious 管置于该保温 杯中, 用纯浓盐酸通过长细颈漏斗准确称取185Re 和190Os 混合稀释剂转入 Carius 管底部。再依次加 入 5mL 10mol/L 硝酸和 30 H2O2。 当 Carius 管底的溶液冰冻后, 用丙烷和氧气火 焰高温加热 Carius 管的细颈部分, 使之密封。擦净 表面残留的乙醇后, 将其放入两端有带孔螺旋帽的 不锈钢套管中。将不锈钢套管轻轻放入鼓风箱中, 等待回升至室温后, 再逐渐升温至 200℃, 保温 24h。 取出, 在底部冷却的情况下打开 Carius 管, 用 40mL 水将管中溶液转入蒸馏瓶中。 2 蒸馏分离铼 把装有 5mL 超纯水的 25mL 比色管放入冰水中, 准备吸收蒸馏出的 OsO4。连接 蒸馏装置, 在 105 ~ 110℃条件下蒸馏 50min。所得 OsO4溶液可直接用于 ICP - MS 测定其 Os 同位素比 值。将蒸馏残液转入 150mL 聚四氟乙烯烧杯中等 待分离铼。 3 萃取分离铼 将第一次蒸馏残留液置于电 热板上, 加热烘干。为了降低酸度, 在接近烘干时加 水重复两次。加入 5 ~6mol/L 氢氧化钠溶液 10mL, 略微加热, 使样品转为碱性介质。将样品转入聚四 氟乙烯离心管中, 加入 4 ~10mL 丙酮, 振荡 5min 萃 取铼。离心后, 用滴管取上层清液转入已经加入 2mL 水的聚四氟乙烯烧杯中。在电热板上加热至 50℃以蒸发丙酮, 后加热溶液到 120℃ 至干。加入 数滴浓硝酸和 30 H2O2, 加热蒸干以去除残留的 Os。加入数滴稀硝酸溶解残渣, 稀释到硝酸浓度为 2, 用 ICP - MS 测定 Re 同位素比值。 4 质谱测定 Re 和 Os 的测定, 均使用 TAJ X - series电感耦合等离子体质谱仪测定同位素比 值。对于铼, 选择质量数为 185 和 187, 使用 190 监 测锇; 对于锇, 选择质量数为 186、 187、 188、 189、 190 和 192, 使用 185 监测铼。 3结果与讨论 3. 1Re -Os 同位素测试结果 小白石头钨 钼 矿区 5 件辉钼矿样品的 Re - Os 同位素测试结果列于表1。本次测定的辉钼矿中 的普 Os 含量很低, 接近于零, 表明辉钼矿形成时几 乎不含187Os, 其中的187Os 由187Re 衰变形成, 说明所 获得的模式年龄能够准确反映矿化年龄。 187Re 含量 为 4454 ~ 12775ng/g, 187 Os 含量为 18. 21 ~ 52. 36 ng/g, 两者变化协调一致。5 件样品的 Re - Os 模式 年龄十分接近, 变化于 244. 0 4. 1 ~245. 6 3. 9Ma 之间, 辉钼矿 Re - Os 加权平均模式年龄为245. 0 1. 7 Ma, MSWD 0. 101 图 3a 。五 个 点 采 用 ISOPLOT 程序 [35 ]进行等时线拟合, 得到了辉钼矿 Re - Os 等时线年龄为 245. 5 4. 3Ma, MSWD 0. 19 图 3b 。 3. 2成矿时代及其地质意义 3. 2. 1小白石头钨 钼 矿成矿时代 本次研究用于 Re - Os 同位素测年的辉钼矿处 于封闭体系, 其形成年龄可代表辉钼矿形成年龄, 即 表 1小白石头钨 钼 矿床辉钼矿 Re - Os 同位素组成 Table 1Re- Os isotopic data of molybdenite in the Xiaobaishitou W- Mo deposit 样品编号 样品质量 mg Re 含量 ng/g普 Os 含量 ng/g 187Re 含量 ng/g187Os 含量 ng/g 模式年龄 Ma 测定值 2σ 测定值 2σ 测定值 2σ 测定值 2σ 测定值 2σ XBST16 -14230. 5111297870.028700.0003071005529.030.22244.93.6 XBST16 -14430. 10112221240.017700.0003070547828.730.22244.04.1 XBST16 -14510. 427087480.074530.0013744543018.210.12244.83.4 XBST16 -14650. 42120121220.000380.0087675507730.960.22245.63.9 XBST16 -14850. 19203262580.007560.008831277516252.360.40245.54.4 611 第 1 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2019 年 ChaoXing 图 3小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素加权平均 年龄 a 和等时线年龄 b Fig. 3Re- Os isotope aweighted average age and b isochrone age of molybdenites from the Xiaobaishitou W- Mo deposit 5 矿段辉钼矿形成于 245Ma 左右, 与黑云母花岗岩 有关矿化的辉钼矿加权平均年龄 244. 9 4. 2 Ma [20 ]一致, 表明与黑云母花岗岩有关的矿化和与 花岗闪长岩有关的矿化, 为同一成矿事件的产物。 本次获得的辉钼矿年龄也限定了与成矿密切相关的 花岗闪长岩侵位年龄为 245Ma 左右。该年龄数据 略早于矿区黑云母花岗岩年龄 锆石 LA - MC - ICP - MS U - Pb 年龄 246. 4 1. 7Ma, MSWD 1. 3; 未 发表数据 , 且与 Deng 等 [20 ]数据 黑云母花岗岩年 龄为 242 1. 7Ma, 钼矿化花岗岩年龄为 240. 5 2. 1Ma 十分相近, 表明黑云母花岗岩和花岗闪长岩 为同一岩浆侵入事件形成的不同侵入体。本次研究 结合 Deng 等所测数据, 限定小白石头钨 钼 矿床 的形成年龄在 245Ma 左右, 成矿时代为早三叠世。 3. 2. 2东天山三叠纪区域成矿事件 前人大量研究认为新疆东天山地区成矿作用主 要发生在晚古生代, 且主要与石炭纪到二叠纪的岩 浆侵入活动密切相关, 形成了一系列与之相关的岩 浆岩型铜镍矿、 造山型金矿和斑岩型铜矿。尽管东 天山造山带从晚古生代至中生代构造演化复杂, 成 矿时代存在一定争议, 但大多数学者认同东天山造 山带在二叠纪属于碰撞后构造环境 [36 -38 ]。研究表 明, 进入三叠纪后, 东天山地区岩石圈开始伸展并伴 随着幔源岩浆底侵 [20, 23 ]。尤其是在中 - 晚三叠世, 岩石圈进一步拆沉、 伸展和减薄, 幔源岩浆底侵下地 壳形成壳幔混合花岗岩 [22, 39 ]。这些岩浆将富集在 下地壳中的钨、 钼元素初步富集, 并沿着先期形成的 构造薄弱带上升到成矿有利部分富集成矿。 近年来, 在东天山和北山发现了多个三叠纪岩 体及相关的钨、 钼矿床 图 4 , 包括矽卡岩型钨矿 沙东大型钨矿、 小白石头中型钨 钼 矿、 绿洲泉小 型钨矿、 姜山小型钨矿、 望家山小型钨矿、 黄碱滩小 型钨钼矿等 和斑岩型钼矿 东戈壁超大型钼矿、 白 山大型钼矿 。其中, 矽卡岩钨矿形成于 239 ~ 245Ma, 斑岩钼矿形成于 233 ~246Ma 图 4 。东天 山这些矿床构成了一条东西长超过 100km 的东天 山三叠纪钨钼成矿带, 该带延伸到甘肃北山, 如红尖 兵山中型钨矿 云英岩中白云母 Ar - Ar 坪年龄为 217Ma[47 ] 、 玉山钨矿 矿石中锆石 SHRIMP U - Pb 年龄为 250Ma[48 ] 、 小狐狸山中型钼矿 辉钼矿 Re - Os年龄为 213 ~ 220Ma[49 ] 、 花黑滩中型钼矿 辉钼矿 Re - Os 年龄为 225Ma[50 ] 等。这条三叠 纪钨钼成矿带再向东可以延伸到蒙古境内。综上所 述, 在新疆东天山甘肃北山存在一条三叠纪钨钼 矿带, 其中目前已发现 12 个钨、 钼矿床, 另存在多个 疑似三叠纪矿床, 该矿带具有较大找矿潜力。 4结论 研究表明, 小白石头为矽卡岩型钨 钼 矿床, 其成矿与矿区花岗闪长岩和黑云母花岗岩的侵位密 切相关。本次获得辉钼矿 Re - Os 加权平均模式年 龄和等时线年龄分别为 245. 0 1. 7Ma 和 245. 5 4. 3Ma, 确定与花岗闪长岩有关的辉钼矿形成于 245Ma, 与前人获得的与黑云母花岗岩有关辉钼矿 年龄一致。确定了小白石头矿区与黑云母花岗岩有 关的矿化和与花岗闪长岩有关的矿化为同一期成矿 事件, 限定小白石头钨 钼 矿形成于早三叠世。 本研究获得准确的小白石头辉钼矿 Re - Os 定 年数据, 不仅对小白石头钨 钼 矿构建矿床模型有 重要意义, 而且为找矿方向的确认提供了重要依据, 同时也为东天山三叠纪成矿规律的总结提供了有利 的证据, 进一步指出了新疆东天山甘肃北山地区 存在着一条找矿潜力巨大的三叠纪钨钼成矿带。 711 第1 期李宁, 等 新疆东天山小白石头钨 钼 矿辉钼矿 Re - Os 同位素年龄及成矿时代第38 卷 ChaoXing 图 4东天山三叠纪主要矿床年代学数据 Fig. 4Summary of geochronology for the Triassic major deposits in East Tianshan 致谢 感谢新疆维吾尔自治区矿产实验研究所 杨俊杰实验员在野外工作中提供了巨大帮助; 感谢 评审专家提出了宝贵的修改意见。 5参考文献 [ 1]杨富全, 秦纪华, 刘锋, 等. 新疆准噶尔北缘玉勒肯哈 腊苏铜 钼 矿区韧性剪切变形时代 来自白云母 和黑云母 Ar - Ar 年龄的约束[J] . 大地构造与成矿 学, 2013, 37 1 1 -10. 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