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《中南大学》 2003年
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三维电阻率/极化率有限元正演模拟与反演成像

黄俊革  
【摘要】:随着找矿程度的不断深入,浅部易于发现和利用的矿产日趋减少,对寻找深部有色金属矿藏的快速定位预测方法的研究己构成当今整个地质界的重要研究课题之一。直流电阻率法是矿产资源勘查及水文地质和环境地质调查中,十分有效和应用相当广泛的物探方法之一。近年来,其应用领域不断拓宽,观测空间从地表发展到地下、水下;直流电阻率法正朝着高密度、高精度方向发展,对直流电阻率法的资料解释也提出了新的要求。虽然采用二维反演方法可以解决一些野外实际问题,但与实际三维介质相比其计算精度和整体反演效果仍然不能满足实际的需要。目前,三维正反演的研究由于计算精度和速度等关键问题未能解决,在实际工作中很难得到应用和推广。 本文从三维地电断面电位满足的微分方程出发,介绍三维地电断面点源场总电位和异常电位的边值、变分问题;然后讨论有限单元法求解三维电场变分问题所用的六面体网格剖分、插值方法。对有限单元总电位法和异常电位法的正演计算结果进行对比分析;提出了齐次边界的正演模拟方法,即通过简化三维地电断面点源场的边界条件来提高正演模拟的计算速度的方法,使三维地电断面有限单元数值模拟的计算时间由原来的二十多小时缩短为现在的15分钟;经过大量的剖面计算试验,通过与解析解的对比分析,确定计算区域的边界距离以保证正演计算精度。正演计算实例证明,齐次边界的正演模拟方法精度高,计算速度快,使基于有限单元法的三维地电断面的正演计算由理论研究走向实用化。 利用齐次边界条件下三维地电断面有限单元法数值模拟技术对坑道中、水下等复杂条件下的视电阻率法进行正演计算;讨论了坑道、水下各种电阻率法装置的异常形态、特点;分析坑道中、水中的各种影响因素和校正办法,选择合适的探测手段和方法,为特定条件下电阻率法的工作提供了有力支持。 根据Seigel的理论中地下介质视极化率响应与偏导数矩阵之间的关系得到的三维地电断面视极化率正演模拟结果,与等效电阻率法相比,计算速度提高了近一倍。 在极化率正演计算和电阻率反演成像中,偏导数矩阵的计算是 比较关键的问题。一维反演常用的偏导数矩阵计算方法是差分法, 对于二维和三维反演,尤其是三维反演,如若用差分法求解,则计 算工作量相当巨大;本文提出从有限单元异常电位算法出发推导的 偏导数矩阵计算方法,计算精度和速度都有较大提高,使三维电阻 率反演技术的精度和速度得到保障。 最后,本文详细介绍了三维地电断面电阻率/极化率的最小二 乘反演技术。以有限单元法中的异常电位正演方法为前提求解三维 地电断面反演问题,与总电位法相比,由于电源点附近的拟合误差 很小,正演精度高,从而提高了反演精度;利用体积因子作为先验 信息,加入到最小二乘反演方法中,可以有效解决三维电阻率反演 中的病态问题,使反演更符合实际,提高了深部网格电阻率的分辨 能力。针对有限单元法反演中电阻率变化不能过大的限制,采用将 实测电阻率和预测模型正演数据分别取对数的办法,提高了反演稳 定性;模型修正量采用指数形式进行叠加,修正了模型电阻率可能 得到负值的缺陷并减少了迭代次数;将三维地电断面的全域反演改 为局域反演,大大提高了三维反演的速度,迭代一次的计算时间由 原来的4.5小时左右减少到巧分钟。对比两种方法的计算结果, 局域反演的效果要好于全域反演。在得到电阻率反演结果的同时, 极化率的反演只需极少的工作量便可完成。从矿山生产实例的反演 结果来看,反演解释与已知地质断面的吻合非常好,反演方法可以 应用到实际中。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P631.3

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨晓弘;何继善;;频率域激发极化法有限元数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年04期
2 刘海飞;柳建新;郭荣文;邓小康;阮百尧;;起伏地形三维激电连续介质模型快速反演[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年04期
3 汤井田;肖晓;杜华坤;王武;;ANSYS在直流电法正演中的应用[J];地球物理学进展;2006年03期
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10 顾观文;吴文鹂;高艳芳;梁萌;徐建宇;;电阻率/激电测深二维人机交互正演模拟[J];物探化探计算技术;2007年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
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9 王玉玲;重金属污染场地电阻率法检测数值模拟及反演研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 黄松;体极化激电异常水平微分特性正演模拟[D];中南大学;2007年
8 赵斌;基于ANSYS的激发极化法中地形影响问题的数值模拟[D];中南大学;2007年
9 刘杰;起伏地形电阻率剖面异常研究[D];中南大学;2008年
10 幸娟;三维井—地多参数电法数值模拟及对比研究[D];吉林大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 毛先进,鲍光淑,宋守根;半空间中多个三维体电阻率响应的边界积分方程模拟[J];地球物理学报;1996年06期
10 谭义东,周京涛;边界单元法在电法资料解释中的应用[J];地质与勘探;1993年10期
【共引文献】
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4 周丽;吴鸣;;聚焦电流法超前预报的有限元模拟[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2012年01期
5 张平松;吴健生;刘盛东;;隧道壁后注浆质量高密度电法测试的可能性[J];地下空间与工程学报;2008年02期
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7 李忠;武强;周仁安;张丽娟;;高精度电磁频谱技术及其在矿产勘探中的应用[J];北京科技大学学报;2007年06期
8 金伟其,周立伟,倪国强,方二伦;一种计算轴对称磁场的边界元-有限元混合法的研究[J];北京理工大学学报;1991年04期
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10 李长伟;;“地球物理反演”课程的教学实践探索[J];才智;2012年13期
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2 张银芳;李继超;丁守良;张沛垚;王富群;;物探高磁、双频激电方法组合在探测磁铁矿中的应用[A];河南地球科学通报2009年卷(下册)[C];2009年
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4 吕少辉;周四春;吴丽荣;王自运;;KLM金矿区综合物化探找矿思路研究及找矿预测[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
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7 杜科让;陈安文;李清林;;电阻率成像在洛宁七里坪多金属矿勘探中的应用[A];《环球人文地理·理论版》2011.08下[C];2010年
8 刘福平;杨长春;;孔隙度敏感系数的数值计算[A];中国科学院地质与地球物理研究所二○○三学术论文汇编·第四卷(油气资源)[C];2003年
9 李帝铨;王光杰;底青云;付长民;石昆法;李英贤;;大功率激发极化法在额尔古纳成矿带中段找矿中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
10 刘星;石桂;;综合物探方法在地质灾害评价中的应用[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冯兵;鄂尔多斯盆地自然电场及石油地质意义[D];中国地质大学(北京);2010年
2 鲁晶津;地球电磁三维数值模拟的多重网格方法及其应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 毛海涛;无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究[D];新疆农业大学;2010年
4 刘俊昌;大地电磁测深时间域拓扑处理去静态方法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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7 梁盛军;复电阻率法三维正反演问题研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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10 张凌云;高密度电阻率勘探反演的非线性方法研究[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周磊;振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究[D];河南理工大学;2010年
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4 徐义洪;渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 陆学村;激电二次场衰减分布规律实验研究[D];河北工程大学;2010年
6 王玉兴;内燃机薄壁件噪声和密封性能的仿真分析及结构优化设计[D];浙江大学;2010年
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9 于海燚;EH4及磁法对个旧西区落水洞铅锌矿区隐伏构造分析研究[D];昆明理工大学;2010年
10 王金芳;电法在山西五台东腰庄金矿找矿中的应用研究[D];石家庄经济学院;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩长生;欧国喜;蒋其胜;;大极距激电方法在姚家岭铜铅锌矿床深部找矿中的应用[J];安徽地质;2008年04期
2 尹骏;柳云龙;;上海市城郊土壤重金属空间分布及其污染评价[J];现代农业科技;2010年10期
3 王琦,艾永富;内蒙古白音诺铅锌矿床富锰单斜辉石与矿化的关系[J];北京大学学报(自然科学版);1995年02期
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6 王祥春;刘学伟;;起伏地表三维声波方程地震波场模拟(英文)[J];Applied Geophysics;2007年01期
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8 吴至善 ,林君琴;边界单元法在电法勘探中的应用[J];长春地质学院学报;1989年04期
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10 王丰,王兴泰,于万瑞;改进的模拟退火方法及其在电阻率图像重建中的应用[J];长春科技大学学报;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 程培生;廖梦奇;;大兴安岭多金属成矿带北段成矿规律初探[A];加强地质工作促进社会经济和谐发展——2007年华东六省一市地学科技论坛论文集[C];2007年
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3 葛为中;吕玉增;吴国富;;直流电法中梯断面成像方法的研究[A];中国地球物理·2009[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张东良;起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟[D];吉林大学;2011年
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7 张辉;复电阻率三维电磁场正反演研究[D];吉林大学;2006年
8 强建科;起伏地形三维电阻率正演模拟与反演成像研究[D];中国地质大学;2006年
9 韩立华;电阻率法在污染土评价与处理中的应用研究[D];东南大学;2006年
10 于生宝;不接触电极探测方法及仪器研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王咏涛;一种新型永磁球形多自由度电机的研究[D];河北科技大学;2011年
2 于文福;高密度电阻率法正、反演模拟及其应用[D];成都理工大学;2011年
3 孙亚坤;铬污染土壤电学特性及电阻率法监测技术研究[D];西北农林科技大学;2011年
4 佘红伟;二维区域网格剖分算法研究[D];西北工业大学;2003年
5 马宇;基于小波分析的TEM快速成像方法研究[D];长安大学;2003年
6 李智明;三维电阻率层析成像研究及应用[D];中国地震局地球物理研究所;2003年
7 王汉芝;基于模糊神经网的沙尘暴预报模型[D];天津大学;2004年
8 毛立峰;大地电磁概率成像方法研究[D];成都理工大学;2004年
9 刘百红;高精度磁测资料处理与反演方法研究[D];成都理工大学;2004年
10 刘海飞;高密度电阻率法数据处理方法研究[D];中南大学;2004年
【二级引证文献】
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1 张继锋;汤井田;喻言;刘长生;;基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年05期
2 张善法;孟令顺;杜晓娟;;瞬变电磁法在山东某金矿尾矿库安全隐患排查中的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年05期
3 林家勇;汤井田;丁茂斌;杨晓弘;杨树云;;复杂地形条件下激发极化有限单元法三维数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年05期
4 刘海飞;柳建新;郭荣文;邓小康;阮百尧;;起伏地形三维激电连续介质模型快速反演[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年04期
5 童孝忠;柳建新;刘颖;甘佳雄;张连伟;;利用有限单元法模拟二维MT倾子响应[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年S1期
6 汤井田;辛会翠;王冉;;点电源下复杂角域地形影响及校正[J];吉林大学学报(地球科学版);2012年01期
7 彭淼;熊杰;;基于Matlab的直流电阻率三维数值模拟及可视化[J];成都大学学报(自然科学版);2010年03期
8 徐顺强;刘文超;李清林;陈治国;王石;秦建增;何永波;;复杂条件下三维高密度电阻率CT在工程勘察中的应用[J];CT理论与应用研究;2011年01期
9 尹极;王晓东;程邈;李振宇;;高密度电阻率法在果香峪溶洞勘查中的应用效果分析[J];CT理论与应用研究;2011年03期
10 周峰;潘和平;文国军;李志华;;基于有限差分的井中激发极化三维正演[J];电波科学学报;2010年04期
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1 何文勇;俞仁泉;;高密度电法在山区高速公路地质灾害勘察中的应用[A];贵州省岩石力学与工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
2 何文勇;黄玉鹏;;三维直流电法在岩溶地区桥基勘察中的应用[A];贵州省岩石力学与工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
3 张振勇;;矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用[A];煤矿水害防治技术研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2013)[C];2013年
4 韩德品;石学锋;李丹;;积水老窑采空区直流电法超前探测异常特征[A];陕西地球物理文集(十)--资源与灾害地球物理[C];2011年
5 马炳镇;李貅;;井下直流电法超前探测-巷道影响研究[A];陕西地球物理文集(十)--资源与灾害地球物理[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁晶津;地球电磁三维数值模拟的多重网格方法及其应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 张帆;基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
3 梁盛军;复电阻率法三维正反演问题研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 朱超;大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
5 张东良;起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟[D];吉林大学;2011年
6 李天成;电阻率成像技术的二维三维正反演研究[D];中国地质大学(北京);2008年
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9 赵广茂;带地形的复电阻率2.5维电磁场正反演研究[D];吉林大学;2009年
10 马捷;各向异性扩散及其在电磁数据处理中的应用研究[D];中南大学;2009年
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1 蔡明锋;矿井工作面突水力电耦合场数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
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5 王冉;复杂地电模型的2.5-D直流电阻率边界单元数值模拟[D];中南大学;2011年
6 肖波;固定点源激电测深二维正演模拟与反演成像[D];中南大学;2011年
7 陈发裕;大地电磁正则化反演及其应用研究[D];中南大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王兴泰;高密度电阻率法及其应用技术研究[J];长春地质学院学报;1991年03期
2 阮百尧,村上裕,徐世浙;激发极化数据的最小二乘二维反演方法[J];地球科学;1999年06期
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4 阮百尧,徐世浙;电导率分块线性变化二维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J];地球科学;1998年03期
5 陈明生,严又生;二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算[J];地球物理学报;1987年02期
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10 毛先进,鲍光淑,宋守根;半空间中多个三维体电阻率响应的边界积分方程模拟[J];地球物理学报;1996年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 喻振华;冯德山;戴前伟;何继善;;复杂地电模型的探地雷达时域有限差分正演[J];物探化探计算技术;2005年04期
2 王志美;畅永刚;;射线追踪与波动方程正演模拟方法对比研究[J];科技资讯;2007年12期
3 翁爱华;王雪秋;;高精度地面核磁共振数据正演计算[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年03期
4 詹应林;昌彦君;曹中林;;基于UPML吸收边界的探地雷达数值模拟研究[J];资源环境与工程;2008年02期
5 曹志勇;杨德义;;陷落柱的高斯射线束法模拟[J];中国煤炭地质;2008年06期
6 汪勇;;基于正演模拟的横向变速介质叠加速度误差分析[J];石油天然气学报;2008年06期
7 杨晓东;杨德义;;煤田陷落柱特殊波对陷落柱解释的影响[J];物探与化探;2010年05期
8 张霖斌;刘迎曦;赵振峰;;有限差分波动方程正演模拟震源处理[J];石油地球物理勘探;1993年01期
9 沈飚;何继善;;电磁波拟地震波波动方程理论及正演模拟[J];石油地球物理勘探;1993年04期
10 王小六,李振春,曹文俊;广角地震采集综述[J];勘探地球物理进展;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢雄耀;于超;赵永辉;覃晖;;山岭隧道空洞病害雷达探测图像影响因素的正演模拟研究[A];2010年全国工程地质学术年会暨“工程地质与海西建设”学术大会论文集[C];2010年
2 张慧;李振春;;基于非均质储层的双变网格正演模拟算法[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
3 戴前伟;王洪华;冯德山;;探地雷达正演模拟中的有限单元法研究[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
4 王玲玲;魏建新;;碳酸盐岩溶洞正演模拟方法的对比分析[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
5 张翔宇;赵华;;月球结构探测中的TEM正演模拟结果初探[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
6 张金海;王卫民;赵连锋;姚振兴;;黏声波介质傅里叶有限差分法正演模拟[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
7 张少梅;臧胜涛;张军华;郭见乐;傅金荣;;高精度有限差分瑞雷面波正演模拟[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
8 朱振宇;王小六;宋亮;赵伟;;船速对深水高精度地震资料影响的正演模拟[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
9 高林;杨勤勇;;正演模拟和信息技术在油气储层地震精确预测中的作用[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
10 姜宇东;彭代平;;碳酸盐岩溶洞型储层VSP资料正演模拟与处理[A];中国地球物理·2009[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 黄璜;西南石油局博士后科研工作站5名博士出站[N];中国石化报;2009年
2 严建文 汪华南;基础研究破解复杂地质勘探难题[N];中国石化报;2006年
3 通讯员 朱彦彬 刘雪军;东方物探引进俄罗斯勘探软件[N];中国石油报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张建伟;变速介质三维地震叠前深度域成像与应用研究[D];成都理工大学;2004年
2 邓靖武;磁电法正演理论研究[D];中国地质大学(北京);2005年
3 张慧;非均质储层双变网格正演模拟和弹性逆时偏移方法研究[D];中国石油大学;2011年
4 冯德山;基于小波多分辨探地雷达正演及偏移处理研究[D];中南大学;2006年
5 孙怡;陡坡带砂砾岩体地球物理储层预测方法应用研究[D];中国石油大学;2008年
6 曹丹平;多尺度地震资料正反演方法研究[D];中国石油大学;2008年
7 熊高君;复杂构造波动方程波场模拟及成像新方法研究[D];电子科技大学;2000年
8 喻振华;工程井间地震波正演模拟及层析成像技术研究[D];中南大学;2008年
9 杨晓弘;频率域激电参数的有限单元法数值模拟研究[D];中南大学;2009年
10 陈冬;地震多属性分析及其在储层预测中的应用研究[D];中国地质大学(北京);2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘志伟;地震波方程时间域边界元法数值模拟[D];吉林大学;2004年
2 蒋先勇;东濮凹陷深层3D地震采集技术研究[D];中国地质大学(北京);2006年
3 白杰;射线追踪正演模拟及应用[D];中国地质大学(北京);2007年
4 陈启艳;复杂侵入带感应测井的正演计算及环境影响讨论[D];吉林大学;2007年
5 孙月成;多相介质多波AVO正演模拟对比研究[D];中国地质大学(北京);2006年
6 熊祥斌;探地雷达图像分析技术在水工混凝土结构检测中的应用[D];中国水利水电科学研究院;2006年
7 汪谋;公路隧道衬砌地质雷达正演数值模拟和室内模型试验的研究[D];同济大学;2007年
8 张朝霞;高斯射线束在工程物探中的应用及研究[D];成都理工大学;2007年
9 高秋菊;沾化凹陷西部地层圈闭地震预测技术研究[D];中国海洋大学;2009年
10 谢辉;电磁场有限元法在GPR正演模拟中的应用[D];郑州大学;2003年
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