Seismic reflection characteristics and formation mechanism of Cenozoic igneous rocks in the Xisha Islands
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摘要:
南海西北部新生代以来发育了丰富的岩浆活动，记录了南海构造演化及其深部动力学过程的重要信息，然而南海西北部西沙岛礁区新生代岩浆岩地球物理特征研究相对薄弱。本研究通过地震剖面分析，结合前人地质和地球物理研究成果，识别了西沙岛礁区新生代岩浆岩反射特征和形态，圈定了研究区及其邻区新生代岩浆岩的分布范围并划分了期次，探讨了该地区新生代岩浆岩的形成机制。研究发现，西沙岛礁区发育了大量的新生代岩浆岩，以圆锥形的火山和岩浆侵入体为主，同时发育了丰富的以层状和碗状形态存在的火成岩席；相比于岛礁区东部，新生代岩浆岩在岛礁区西部及其外缘部分布较广，并受控于基底断裂的展布。根据地层与岩浆岩的接触关系,本研究将西沙岛礁区及其周缘的新生代岩浆活动划分为5个时期，包括裂陷期（23 Ma之前）、裂后期Ⅰ期（23～16 Ma）、裂后期Ⅱ期（16～5.5 Ma）、裂后期Ⅲ期（5.5～2.6 Ma）和裂后期Ⅳ期（2.6 Ma之后）。其中裂陷期岩浆活动十分薄弱，可能源自于裂陷期软流圈地幔减压熔融；而裂后期Ⅲ期和Ⅳ期岩浆活动极为强烈，这可能与哀牢山-红河断裂带及其向海延伸在5.5 Ma时期发生走滑反转和裂后期深部地幔岩浆物质上涌的综合作用有关。
Abstract:Magmatic activities are well developed in the northwestern South China Sea since the Cenozoic, which record important information on the tectonic evolution of the South China Sea and its deep dynamic processes. However, the studies of geophysical characteristics of the Cenozoic igneous rocks in the Xisha Islands of the northwestern South China Sea are still poor. Through analyzing seismic profiles and previous geological and geophysical results, we identified the seismic reflection characteristics and geometries of the igneous rocks, specified their distribution and active periods, and discussed their formation mechanisms. Results show that a large number of Cenozoic igneous rocks have developed in the Xisha Islands. These rocks are primarily consists of conical volcanoes and magmatic intrusives as well as abundant igneous sills, layered or bowl-shaped, and are more widely distributed in the western part and its outer edges of the islands region than those in the eastern part, along mostly the basement faults. According to the contact relationships between strata and igneous rocks, the Cenozoic igneous activities in the study region could be divided into five periods, i.e., the syn-rift period (before 23 Ma), post-rift period Ⅰ (23～16 Ma), post-rift period Ⅱ (16～5.3 Ma), post-rift period Ⅲ (5.3～2.6 Ma), and post-rift period Ⅳ (after 2.6 Ma). The magmatism in the syn-rift period was very weak and probably derived from the decompression melting of the asthenosphere during the rifting, while in the post-rift Ⅲ and Ⅳ periods were very intensive. We proposed that the significant igneous activities since the Pliocene in the Xisha region was probably cause by the interaction of the strike-slip reversal of the Ailao Shan-Red River fault zone and its seaward extension into the sea at ca. 5.5 Ma and the deep mantle upwelling during the post-rift period.
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上升流是指海水由中、深层向海表的垂直运动，通常伴随有表层海水低温、高盐等特征，夏季普遍存在于我国沿岸海域[1-2]。沿岸上升流是近岸环流的重要组成部分，通过垂向输运可将深层海水中的营养物质带至真光层，影响海区的初级生产力，是渔场形成的重要动力环境，也与赤潮等事件密切相关[3-4]；同时，上升流的存在对于沿岸海区生物、化学等要素的分布和悬浮泥沙的输运也有重要影响[5-7]。
我国沿岸上升流的研究始于20世纪60年代，主要集中在东海和南海沿岸，包括长江口外及浙江沿岸上升流[4, 8]，粤东、闽南沿岸上升流[9-11]和琼东沿岸上升流[1, 12]等。对于黄海的上升流则报道较少，而且已有的研究主要针对陆架潮汐锋及表层冷水现象。夏季黄海表层存在多个冷水斑块，其分布具有地点选择性，发生在山东、辽东半岛顶端、苏北浅滩外侧和朝鲜半岛西岸，近岸水温较外海低约2～5 ℃[13-15]。夏综万和郭炳火将其解释为潮流绕半岛形成的上升流[14]；赵保仁将其归因于潮混合作用，由底层低温水体和表层高温水体混合形成，锋面处伴有锋面上升流[13, 16]；吕新刚通过数值模拟的方法认为该现象由潮致上升流和垂向混合效应共同作用形成，并给出了黄海夏季上升流的分布及其潮生机制[15, 17]。
前人对于夏季黄海上升流的研究主要集中在其分布特征和机制解释方面，采用的实测资料多基于20世纪80年代的调查成果，缺乏高精度、高分辨率的现场数据和同步的海面风场、潮流观测资料，相对于南海和东海沿岸，对黄海上升流缺乏系统的研究，对其空间结构、演变、对海面风场的响应和水体浊度的影响等鲜有论及。黄海是典型的高浊度陆架海区，受黄河、长江等大型河流入海物质的影响，发育有多个全新世泥质沉积体[18-19]，夏季冷水斑块发生的地方往往也是悬浮体的高浓度区[20]，因此研究黄海上升流及其对悬浮体运移的影响具有重要意义。
2018年夏季，中国海洋大学在威海湾及邻近海域进行了海洋水文综合调查，发现威海湾存在上升流现象。本文根据2018年7—8月的实测海水温度、盐度、浊度、潮流等水文资料，结合海面风场和同期遥感SST数据，讨论分析了夏季威海湾上升流现象及对悬浮体输运的影响。
1. 研究区概况
威海湾位于山东半岛东北部，濒临北黄海，平均水深7 m，面积约60 km2，近似属于半开敞型海湾[21-22]。刘公岛将海湾湾口分为南北两部分（图1），北侧口门较窄，约1.8 km，水深为8～20 m；南侧口门较宽阔，宽约3.8 km，水深为12～16 m。海湾的潮流运动受北黄海左旋潮波控制，平均潮差1.3 m，属于不正规半日潮[23]。北侧口门流速较大，潮流运动形式为往复流，南侧口门以旋转流为主，流速较小[24]。湾内的沉积物以黏土质粉砂为主，中值粒径为5.7～6.7Φ，约占整个海湾的80%；以砂为主的粗粒沉积主要分布在近岸破波带内，中值粒径为2.3～2.9Φ[23]。威海湾地处东亚季风区，夏季盛行东南风，冬季以西北风为主。注入威海湾最大的河流为风林河，全长10 km，属于季节性雨源河流，年输沙量约1.02万t[25]。
2. 资料来源与方法
大面站海水温度、盐度、浊度剖面数据取自2018年夏季在威海湾及邻近海域进行的水文要素的走航观测结果，共包括87个站位，设7条主要断面，观测时间为2018年7月31日至8月4日。调查期间采用美国TRDI公司生产的CTD-NV温盐深仪（温度数据精度为±0.005 ℃，电导率精度为±0.009 mS/cm，压力精度为±0.05%）和英国AQUATEC公司生产的Logger 210TY浊度计（量程0～2 000 FTU）获取水体剖面温盐和浊度数据，采样频率分别为5 Hz和1 Hz，垂向分辨率一般小于0.5 m。调查期间以南风为主，风速小于5 m/s。调查站位布设见图1。
水位、潮流和近底温度数据取自2018年夏季布放于威海湾南北两个口门中部的座底三角架观测系统（布设位置见图1），T1、T2的平均水深分别为13.5 和15.5 m，观测时间为2018年8月5—15日。搭载仪器包括一台美国LinkQuest公司生产的600 kHz ADCP、一台挪威Nortek 公司生产的6 MHz ADV和一台CTD-NV温盐深仪。其中ADCP用于测量垂向海流剖面，流速精度为±0.25%或±2.5 mm/s，垂向分辨率为1 m，向上发射脉冲；近底流速数据由ADV获得，流速精度为±0.5%或±1 mm/s，用于弥补由于ADCP换能器高度及盲区造成的底层数据缺失；CTD用于观测近底海水温度和水位变化。为便于分析海湾水体交换情况，对潮流矢量进行了垂直口门方向和平行口门方向的分解，T1、T2站位垂直口门方向分别为与正北夹角28°和66°。所有仪器采样间隔均为60 min，三角架观测系统仪器布设情况见表1。
表 1 三角架观测系统仪器布设及参数设定情况Table 1. Summary of instruments and sampling parameters at tripod stations仪器名称 距底高度/m 采样时间/间隔 测量参数 观测时间 Nortek 6 MHz ADV 0.7 300 s/60 min 近底流速 2018年8月5-15日 Teledyne RD Instruments CTD-NV 1.2 300 s/60 min 底层水温、水位 FlowQuest 600 kHz ADCP 1.8 100 s/60 min 潮流 海面上空10 m处的风场数据获取自美国环境预测中心（NCEP）提供的第二代气候预报系统（CFSv2），空间分辨率为0.2°×0.2°，时间分辨率为1 h。本文选取座底三角架观测系统所在站位的风场数据进行分析，数据下载网址为https://rda.ucar.edu/。海表温度（SST）数据选用全球高分辨率海表面温度（GHRSST）项目提供的融合网格化日平均海表温度数据，其空间分辨率为0.01°×0.01°，时间分辨率为1 d。数据下载网址为https://www.ghrsst.org/ghrsst-data-services/services/。
3. 结果
3.1 威海湾的上升流现象
图2和图3分别为2018年7月31日至8月4日大面站调查期间研究区的海水温盐平面分布及典型断面温度分布图。由图2a可以看出，表层（海面下2 m）出现2处孤立的冷水斑块，较周围水温低约4～5 ℃，分别位于威海湾内和研究区东侧靠近成山头处。威海湾内表层水温低于23 ℃，冷水中心温度约为20 ℃，2条低温水舌近似垂直于口门向湾外扩展，于口门处形成较强的温度锋面，变化梯度可达0.6～0.8 ℃/km。表层温度由近岸向海逐渐升高，湾外普遍高于25 ℃，研究区中部高于27 ℃。底层水温由陆向海逐渐降低（图2b），湾内为19～20 ℃，湾外最低可至15.5 ℃，研究区西侧底层水温明显低于东侧。
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图 2 2018年夏季大面站调查期间研究区温度、盐度平面分布a、b为表底层温度平面分布，c、d为表底层盐度分布。Figure 2. Plane distributions of temperature in the surface (a), bottom layers (b) and salinity in the surface (c), bottom layers (d) over the study area during the grid stations cruise![]()
图 3 2018年夏季大面站调查期间研究区断面Ⅱ（a）、断面Ⅲ（b）水温断面分布（图中蓝线代表口门位置）Figure 3. Vertical distributions of temperature at transect Ⅱ, Ⅲ during the grid stations cruise(The blue line represents the location of the bay mouth)研究区海水盐度分布较为均匀，表层盐度为31.72～32.41PSU，其分布特征与温度类似，湾内和研究区东侧盐度相对较高，由陆向海逐渐减小（图2c）。底层盐度较表层略有降低（图2d），为31.86～32.08 PSU，近岸浅水区和离岸深水区无明显差异，分布较为均匀。
为说明研究区水文要素的垂直分布特征，选取2条典型断面进行分析，断面Ⅱ、Ⅲ近似垂直于岸线，分别横穿北侧、南侧口门由湾内延伸至湾外约40 km（图1）。海底地形自湾内向外海逐渐下倾，湾内海底坡度较大，湾外相对平缓。由于研究区盐度变化较小，本文仅选取温度进行讨论。由图4可以看出，温跃层出现在海面以下10～15 m处，等温线有由海向陆沿地形逐渐抬升的趋势，如断面Ⅱ中21 ℃等温线由WH30站位处的−13 m抬升至WH21站位处的−1.5 m。两条断面的等温线均在口门处呈尖锥状向上拱起，具有冷水涌升的特征，其两侧呈下凹趋势，其中断面Ⅱ北侧口门处湾内与湾外水体存在一明显的温度锋面。
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图 4 三脚架观测期间威海湾局地风场变化情况Figure 4. Winds vector during the tripod observation at Weihai Bay夏季表层低温高盐现象及等温线的向岸抬升是上升流存在的重要特征[11, 17]。结合图2、3可知2018年7月31日至8月4日观测期间，威海湾内存在明显的上升流现象。湾内被温度小于23 ℃的冷水占据，其源头来自湾外的中底层水体，上升流中心区域位于口门处，22 ℃等温线可穿透至海表，南侧口门上升流强度大于北侧口门。
3.2 威海湾上升流的时空特征
为了解威海湾上升流的时空变化特征，选取与座底三脚架观测同步的日平均SST遥感数据和海面风场数据，分析上升流的短期变化特征。观测期间威海湾局地风场变化情况如图4所示。2018年8月6—8日，威海湾盛行西南风，在8月8日转为西北风并持续至8月11日，8月11—15日，风向又转至夏季盛行的东南风。
由图5a可以看出，8月6日山东半岛东部近岸海域存在明显的表层冷水现象和多个独立的冷水中心，分别位于威海湾内、威海湾东侧和成山头附近。威海湾内表层水温低于26 ℃，湾外水温大于28 ℃，口门处存在较强的温度锋面。8月9日研究区转为西北风后，威海湾内仍然被低温水体占据，但表层水温有所升高，温度锋面明显减弱（图5b）。至8月11日北风持续作用3天后，由图5c可以看出，威海湾内已被高于28 ℃的暖水覆盖，与湾外温度接近，上升流几乎消失。8月13日，随着西北风转为东南风，湾内再次被小于27 ℃的低温水体占据，上升流逐渐恢复（图5d）。
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图 5 2018年8月山东半岛东部近岸海域GHRSST海表温度（SST）平面分布a: 8月6日，b：8月9日，c：8月11日，d：8月13日。Figure 5. Plane distributions of sea surface temperature (SST) obtained from GHRSST off the eastern tip of Shandong Peninsular in August, 2018a: Aug 6, b: Aug 9, c: Aug 11, d: Aug 13.综上所述，随着局地风场的变化，观测期间威海湾上升流呈现稳定、减弱、消失、恢复的阶段性变化。
4. 讨论
4.1 威海湾上升流的控制因素
以往研究表明[2, 14-16]，诱生和影响沿岸上升流的主要动力机制包括风应力驱动的沿岸上层海水Ekman离岸输运、海底地形对海流的抬升作用、强潮流引起的潮混合及锋面环流、潮流绕半岛的离心运动等。由于海区特征的复杂性和海水运动的多样性，诱导局地上升流的控制因素往往是多因子的共同作用[10, 15]。
（1）局地风场对威海湾上升流的影响
就全国范围来看，夏季沿岸上升流通常是西南季风驱动的。根据经典埃克曼漂流理论，当盛行风与岸线平行时，有利的风向会驱使表层海水离岸输运，外海深层海水向岸输送进行补偿，从而在沿岸形成上升流。Tomczak[26]指出，在近岸的海湾、岬角等曲折岸线区域，有利于诱发上升流的风向是垂直海岸而不是平行海岸。根据3.2节分析，威海湾上升流的变化特征与风向密切相关，为了探讨局地风场对上升流的影响，本文利用座底三脚架观测系统获取的底层水温、水位、潮流时间序列进行分析。水温、水位数据通过低通滤波去除潮信号的影响，潮流数据经调和分析得到各层余流。由于滤波器的原因会导致起始阶段结果失真，因此选取2018年8月6—15日的结果进行解释。
底层水温可以有效地反映上升流的强度变化[1, 27]。由图6可以看出，8月6—8日，在持续的西南风作用下，两个站位的底层水温维持在20 ℃左右并逐渐降低，说明上升流处于较为强盛的阶段且比较稳定。8月8—11日，威海湾被偏北风控制，上升流强度逐渐减弱甚至被破坏，对应的底层水温迅速升高，由20 ℃升至23 ℃。8月11—15日，局地风场转为东南向后，底层水温开始缓慢下降，说明上升流逐渐恢复。
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图 6 2018年8月三角架观测系统T1、T2站位风速矢量、底层水温、水位变化和垂直口门余流剖面时间序列Figure 6. Time series of winds, near-bed water temperature, water level and across-mouth components of residual currents at site T1 and T2 in August, 2018从水位变化曲线（图6e、f）可以看出，8月6—8日、11—15日期间，受偏南风的影响，威海湾内水位逐渐上升；偏北风作用期间（8—11日），湾内水位总体呈下降趋势。为说明湾内水体的运动规律，探讨上升流水体的来源，选取垂直口门方向的余流变化进行分析讨论。图6g、h分别为北侧口门和南侧口门处的余流剖面，图中正值表示海水流出口门方向，从中可以看出，两个站位的余流受风向的影响较为显著。在偏南风的作用下，上层海水（3～5 m以浅）均以离岸运动为主，在偏北风时转为向岸运动。而中下层水体表现出不同的运动趋势，T1站位的中下层余流均指向湾外，T2站位呈两层结构，表底余流方向相反。由此可知，威海湾上升流水体主要来源于湾外的中下层冷水，在偏南风的作用下，表层水体离岸输运，外海中下层冷水主要从南侧口门进入威海湾，造成水位升高，过剩的水体则通过北侧口门流出湾外。
综上，威海湾上升流主要是由夏季偏南风驱动产生的，Ekman效应带来的上层海水离岸输运是其形成的重要因素。威海湾夏季上升流是间歇性的，与风向密切相关。
（2）海底地形对威海湾上升流的控制作用
海底地形对上升流的分布和结构特征具有一定控制作用[28]。为说明地形对威海湾上升流的影响，选取断面Ⅰ、Ⅳ与断面Ⅱ、Ⅲ进行对比分析。断面Ⅰ地形较为复杂，由陆向海水深先变浅再逐渐变深，如图7a所示，10 m以深的等温线随地形由WH09站位向WH03站位逐渐抬升，具有冷水爬坡的特征，由于WH03-WH01站位之间水深变深，阻碍了外海冷水向近岸的继续入侵。断面Ⅳ地形变化较小，由陆向海逐渐下倾，坡度较缓，对应的等温线由WH79站位向WH72站位缓慢抬升。
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图 7 2018年夏季大面站调查期间研究区断面Ⅰ（a）、断面Ⅳ（b）水温断面分布Figure 7. Vertical distributions of temperature at transect Ⅰ, Ⅳ during the grid stations cruise等温线向岸抬升的高度可以代表上升流的强弱[29]。与断面Ⅱ、Ⅲ相比，断面Ⅰ、Ⅳ等温线虽有向近岸抬升的趋势，但抬升高度明显较小，说明上升流强度较弱。以往研究表明，上升流中心多集中在地形急剧变化处[8]，从断面Ⅱ、Ⅲ（图3）可以看出，威海湾口门处地形坡度较大，等温线呈尖锥状向上凸起，上升流较强而且能够到达海表。而断面Ⅰ、Ⅳ地形坡度较缓，受宽缓地形底摩擦作用的影响[30]，上升流强度较弱，无法到达10 m以浅的位置（图7a）。因此，威海湾上升流是局地风场和地形共同作用的结果，夏季偏南风是上升流产生的先决条件，而海底地形则对上升流的强度具有重要影响。威海湾口门附近地形起伏较大，有利于形成较强的上升流。
4.2 上升流对悬浮体输运的影响
前人研究发现，中国陆架海的泥质沉积与上升流的位置有很好的对应关系，并进一步提出“陆架上升流会形成泥质斑块沉积”的理论[7]，尽管这一理论未得到进一步证实，却使上升流区的悬浮体输运和沉积过程受到广泛关注[5, 31]。威海湾位于山东半岛东北部，其外侧海域是黄河入海泥沙通过渤海海峡向黄海输运的通道，在该海域发育有山东半岛近岸泥质区[18, 32]。流入威海湾的河流均为短小的山溪性雨源河流，仅在夏季输沙，输沙量较小且主要为粗粒沉积物，而湾内沉积物以黏土质粉砂为主，钻探结果表明其沉积厚度可达14 m[23]。威海湾内无大型河流注入，湾内却发育有较厚的细粒沉积，其主要沉积物来源可能来自于湾外。
水体浊度可以有效地反映悬浮体浓度信息。图8为断面Ⅱ、Ⅲ的浊度分布，从中可以看出，高浊度水体主要集中在温跃层以下，湾外的水体浊度大于湾内，底层高于表层。浊度分布与水温分布特征较为一致，等值线在口门处凸起，具有向上涌升的趋势，北侧口门处亦存在明显的浊度锋面，与图3a中的温度锋面相对应。选取WH19-WH23、WH53-WH58站位相同水深的浊度和温度数据进行相关性分析，结果表明水体浊度与温度具有高度相关性，相关系数分别为0.81和0.85。以上分析表明上升流区的悬浮体分布明显受到海水温度结构的影响。上升流可能对威海湾的悬浮体输运起到重要作用。一方面，数值模拟结果表明上升流的流速与悬浮泥沙的沉降速度量值相当[31]，上升流水体的涌升能够减缓悬浮体的沉降速度，泥沙得以在水体中保持悬浮，进而在潮流的作用下进行输运；另一方面，泥沙输运主要发生在底部边界层[33]，上升流的存在能够驱动外海底层海水的向岸输送，如王爱军等[34]发现台湾海峡西南部海域沉积物有向岸输运的趋势，并通过有机碳与氮原子的比值，将悬浮体的向陆输运归因于上升流的作用。与沿岸流相比，近岸上升流的量级甚小，其沉积效应和对悬浮体的输运机制需要结合数值模拟进一步深入研究。
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图 8 2018年夏季大面站调查期间研究区断面Ⅱ（a）、断面Ⅲ（b）浊度断面分布（图中蓝线代表口门位置）Figure 8. Vertical distributions of turbidity at transect Ⅱ, Ⅲ during the grid stations cruise(The blue line represents the location of the bay mouth)黄河作为世界上含沙量第二高的大河，是影响渤黄海沉积格局的主要物质来源。一般认为，黄河入海泥沙主要通过渤海海峡南部向北黄海输运，部分沉积在山东半岛北部，其余部分绕过成山头成为南黄海泥质区的主要物源之一[18, 32]。210Pb测年数据表明成山头东北端为沉积速率的低值区[35-36]，同时，沉积物粒度较南北两侧变粗，砂含量明显增加[37]，说明在强水动力作用下再悬浮作用强烈。Zhong 等[38]近期研究成果表明夏季威海湾南侧口门悬浮泥沙浓度变化受控于平流输运，其输运方向指向湾内。成山头附近海域是悬浮体浓度的高值区，再悬浮的沉积物可在潮流作用下进入威海湾沉积，成为现代湾内泥质沉积的主要来源之一，而上升流的存在可为底层海水提供向岸运动的分量。
5. 结论与展望
（1）实测海水水温和盐度数据表明夏季威海湾内存在明显的上升流现象，其中心位于口门附近。威海湾夏季上升流是间歇性的，与风向密切相关，观测期间随着局地风场经历西南风、西北风和东南风的转变，上升流呈现稳定、减弱、消失、恢复的阶段性变化。
（2）威海湾上升流主要由夏季偏南风驱动产生，在风应力的作用下，上层海水以离岸运动为主，外海中下层冷水主要通过南侧口门进入湾内，造成底层水温降低，水位升高，过剩的水体主要通过北侧口门流出湾外。同时，海底地形对上升流的强度具有重要影响。
（3）研究区水体浊度的分布状态与海水温度场具有高度相关性，浊度等值线在口门处凸起，具有向上涌升的趋势。成山头附近海域再悬浮的泥沙可能是威海湾内泥质沉积的主要来源之一，上升流的存在一方面可以减缓悬浮体的沉降速度，另一方面为底层海水提供向岸运动的分量。
（4）由于上升流流速甚小，目前无法通过仪器直接观测证实。在本文研究的基础上，下一步将开展数值模拟工作，为类似海湾中的上升流问题提供理论支撑，并对其沉积效应和对悬浮体的输运机制进行进一步深入探讨。
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图 4 穿过西沙岛礁区的北西-南东向地震剖面L1（a）和解释结果（b）以及局部位置放大图（c-f）
测线位置见图2。
Figure 4. Regional seismic profile (a) and its interpretation (b) across the Xisha Islands in NW-SE direction and detailed views of local areas (c-f)
Please see Figure 2 for the location.
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图 6 西沙岛礁区局部地震剖面解释结果
测线位置见图2。
Figure 6. Interpretations of local seismic profiles located in the Xisha Islands
Please see Figure 2 for the locations.
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图 5 穿过西沙岛礁区的南西-北东向地震剖面L2（a）和解释结果（b）以及局部位置放大图（c-f）
测线位置见图2。
Figure 5. Regional seismic profile (a) and its interpretation (b) across the Xisha Islands in SW-NE direction and detailed views of local areas (c-f)
Please see Figure 2 for the location.
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图 7 西沙岛礁区新生代岩浆岩分布图
黑色虚线表示北礁-玉琢礁-浪花礁分界线，划分了岛礁区岩浆岩在分界线两侧的分布特征。断裂展布改自文献[29,55]。
Figure 7. Distribution map of the Cenozoic igneous rocks in the Xisha Islands
Black dashed line represents the Beijiao-Yuzhou-Langhua Atolls borderline and the distribution of igneous rocks in the Xisha Islands on both sides of the borderline. The distribution of faults are modified from references [29,55].
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图 8 南海西沙岛礁区新生代岩浆活动形成机制示意图
Figure 8. The formation mechanism sketch map of the Cenozoic igneous activities in the Xisha Islands of the South China Sea
表 1 岩浆岩类型、几何形态和反射特征[54]
Table 1 Types, geometries, and seismic reflection features of the igneous rocks [51]
类型 几何模型 反射特征 火山 
出露海底，顶部呈圆锥或者尖顶状，内部杂乱反射，与周边地层层状反射区分明显，地层反射轴向上被明显牵引。 岩浆侵入体 
上覆岩层可呈圆锥、纺锤状或者桶状等，内部杂乱反射，与周边地层层状反射区分明显，上覆岩层被拱起形成背斜。 火成岩席 层状 
平行于或斜穿地层，具有强反射、高振幅和不连续的反射轴。 碗状 
呈碗状，具有强反射、高振幅和不连续的反射轴。 碟状 
呈碟状，具有强反射、高振幅和不连续的反射轴。 
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[1] Planke S, Symonds P A, Alvestad E, et al. Seismic volcanostratigraphy of large‐volume basaltic extrusive complexes on rifted margins[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2000, 105(B8):19335-19351. doi: 10.1029/1999JB900005
[2] Yan P, Deng H, Liu H L, et al. The temporal and spatial distribution of volcanism in the South China Sea region[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2006, 27(5):647-659. doi: 10.1016/j.jseaes.2005.06.005
[3] Jones D W R, Katz R F, Tian M, et al. Thermal impact of magmatism in subduction zones[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 481:73-79. doi: 10.1016/j.jpgl.2017.10.015
[4] Zhang Q, Wu S G, Dong D D. Cenozoic magmatism in the northern continental margin of the South China Sea: evidence from seismic profiles[J]. Marine Geophysical Research, 2016, 37(2):71-94. doi: 10.1007/s11001-016-9266-3
[5] Magee C, Muirhead J, Schofield N, et al. Structural signatures of igneous sheet intrusion propagation[J]. Journal of Structural Geology, 2019, 125:148-154. doi: 10.1016/j.jsg.2018.07.010
[6] Lüdmann T, Wong H K. Neotectonic regime on the passive continental margin of the northern South China Sea[J]. Tectonophysics, 1999, 311(1-4):113-138. doi: 10.1016/S0040-1951(99)00155-9
[7] Shi X B, Burov E, Leroy S, et al. Intrusion and its implication for subsidence: a case from the Baiyun Sag, on the northern margin of the South China Sea[J]. Tectonophysics, 2005, 407(1-2):117-134. doi: 10.1016/j.tecto.2005.07.004
[8] 石学法, 鄢全树. 南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2011, 31(2):59-72 SHI Xuefa, YAN Quanshu. Geochemistry of Cenozoic magmatism in the South China Sea and its tectonic implications[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2011, 31(2):59-72.]
[9] Gao J W, Wu S G, McIntosh K, et al. The continent-ocean transition at the mid-northern margin of the South China Sea[J]. Tectonophysics, 2015, 654:1-19. doi: 10.1016/j.tecto.2015.03.003
[10] Gao J, Wu S G, McIntosh K, et al. Crustal structure and extension mode in the northwestern margin of the South China Sea[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2016, 17(6):2143-2167. doi: 10.1002/2016GC006247
[11] Gao J W, Bangs N, Wu S G, et al. Post-seafloor spreading magmatism and associated magmatic hydrothermal systems in the Xisha uplift region, northwestern South China Sea[J]. Basin Research, 2019, 31(4):688-708. doi: 10.1111/bre.12338
[12] Fan C Y, Xia S H, Zhao F, et al. New insights into the magmatism in the northern margin of the South China Sea: spatial features and volume of intraplate seamounts[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(6):2216-2239. doi: 10.1002/2016GC006792
[13] 夏少红, 范朝焰, 孙金龙, 等. 南海北部晚新生代岩浆活动的发育特征与构造意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2017, 37(6):25-33 XIA Shaohong, FAN Chaoyan, SUN Jinlong, et al. Characteristics of late Cenozoic magmatic activities on the northern margin of South China Sea and their tectonic implications[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2017, 37(6):25-33.]
[14] Zhao M H, He E Y, Sibuet J C, et al. Postseafloor spreading volcanism in the central east South China Sea and its formation through an extremely thin oceanic crust[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2018, 19(3):621-641. doi: 10.1002/2017GC007034
[15] Zhao F, Berndt C, Alves T M, et al. Widespread hydrothermal vents and associated volcanism record prolonged Cenozoic magmatism in the South China Sea[J]. GSA Bulletin, 2021, 133(11-12):2645-2660. doi: 10.1130/B35897.1
[16] 祝嵩, 姚永坚, 李学杰. 南海及邻区岩浆岩时空分布特征及机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2021, 41(4):87-115 ZHU Song, YAO Yongjian, LI Xuejie. Spatio-temporal distribution pattern of magmatic rocks and mechanism in the South China Sea and adjacent areas[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2021, 41(4):87-115.]
[17] 阎贫, 刘海龄. 南海及其周缘中新生代火山活动时空特征与南海的形成模式[J]. 热带海洋学报, 2005, 24(2):33-41 YAN Pin, LIU Hailing. Temporal and spatial distributions of Meso-Cenozoic igneous rocks over South China Sea[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2005, 24(2):33-41.]
[18] Song T R, Li C F, Wu S G, et al. Extensional styles of the conjugate rifted margins of the South China Sea[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2019, 177:117-128. doi: 10.1016/j.jseaes.2019.03.008
[19] Li G, Mei L F, Pang X, et al. Magmatism within the northern margin of the South China Sea during the post-rift stage: an overview, and new insights into the geodynamics[J]. Earth-Science Reviews, 2022, 225:103917. doi: 10.1016/j.earscirev.2022.103917
[20] 高金尉, 付腾飞, 赵明辉, 等. 三沙永乐蓝洞成因机制初探[J]. 热带海洋学报, 2022, 41(1):171-183 doi: 10.11978/2021077 GAO Jinwei, FU Tengfei, ZHAO Minghui, et al. Preliminary study on formation process of Sansha Yongle Blue Hole[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2022, 41(1):171-183.] doi: 10.11978/2021077
[21] 孙嘉诗. 南海北部及广东沿海新生代火山活动[J]. 海洋地质与第四纪地质, 1991, 11(3):45-67 SUN Jiashi. Cenozoic volcanic activity in the northern South China Sea and Guangdong coastal area[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1991, 11(3):45-67.]
[22] 刘昭蜀. 南海地质[M]. 北京: 科学出版社, 2001: 31-63 LIU Zhaoshu. Geology of the South China Sea[M]. Beijing: Science Press, 2001: 31-63.]
[23] Wang H L, Zhao Q, Wu S G, et al. Post-rifting magmatism and the drowned reefs in the Xisha Archipelago domain[J]. Journal of Ocean University of China, 2018, 17(1):195-208.
[24] Gao J W, Wu S G, Lüdmann T, et al. Extensional structures and Cenozoic magmatism in the northwestern South China Sea[J]. Gondwana Research, 2023, 120:219-234. doi: 10.1016/j.gr.2022.09.005
[25] 冯英辞, 詹文欢, 孙杰, 等. 西沙海域上新世以来火山特征及其形成机制[J]. 热带海洋学报, 2017, 36(3):73-79 FENG Yingci, ZHAN Wenhuan, SUN Jie, et al. The formation mechanism and characteristics of volcanoes in the Xisha waters since Pliocene[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2017, 36(3):73-79.]
[26] 汪斯毓, 王仕胜, 刘艳锐, 等. 中沙海槽盆地构造与沉积作用及其对远端裂陷盆地演化的启示[J]. 地球科学, 2022, 47(3):1094-1106 WANG Siyu, WANG Shisheng, LIU Yanrui, et al. Tectonics and sedimentation of the Zhongsha Trough Basin: implications to the basin evolution in distal rifting margin[J]. Earth Science, 2022, 47(3):1094-1106.]
[27] 黎雨晗, 黄海波, 丘学林, 等. 中沙海域的广角与多道地震探测[J]. 地球物理学报, 2020, 63(4):1523-1537 LI Yuhan, HUANG Haibo, QIU Xuelin, et al. Wide-angle and multi-channel seismic surveys in Zhongsha waters[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2020, 63(4):1523-1537.]
[28] Zhang Y, Yu K F, Qian H D, et al. The basement and volcanic activities of the Xisha Islands: evidence from the kilometre-scale drilling in the northwestern South China Sea[J]. Geological Journal, 2020, 55(1):571-583. doi: 10.1002/gj.3416
[29] Wang C, Sun Q L, Morley C K, et al. Post-rift magmatism controlled by detachment faults in a microplate, northwestern South China Sea[J]. GSA Bulletin, 2024, 136(3-4):1553-1568.
[30] Qiu X L, Ye S Y, Wu S M, et al. Crustal structure across the Xisha Trough, northwestern South China Sea[J]. Tectonophysics, 2001, 341(1-4):179-193. doi: 10.1016/S0040-1951(01)00222-0
[31] 孙珍, 钟志洪, 周蒂, 等. 南海的发育机制研究: 相似模拟证据[J]. 中国科学 D辑: 地球科学, 2006, 36(9): 797-810 SUN Zhen, ZHOU Di, ZHONG Zhihong, et al. Research on the dynamics of the South China Sea opening: evidence from analogue modeling[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2006, 49(10): 1053-1069.]
[32] 董冬冬, 吴时国, 张功成, 等. 南海北部深水盆地的裂陷过程及裂陷期延迟机制探讨[J]. 科学通报, 2008, 53(19): 2342-2351 DONG Dongdong, WU Shiguo, ZHANG Gongcheng, et al. Rifting process and formation mechanisms of syn-rift stage prolongation in the deepwater basin, northern South China Sea[J]. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(23): 3715-3725.]
[33] 李春峰, 宋陶然. 南海新生代洋壳扩张与深部演化的磁异常记录[J]. 科学通报, 2012, 57(20): 1879-1895 LI Chunfeng, SONG Taoran. Magnetic recording of the Cenozoic oceanic crustal accretion and evolution of the South China Sea basin[J]. Chinese Science Bulletin, 2012, 57(24): 3165-3181.]
[34] Sun Q L, Wu S G, Cartwright J, et al. Focused fluid flow systems of the Zhongjiannan Basin and Guangle Uplift, South China Sea[J]. Basin Research, 2013, 25(1):97-111. doi: 10.1111/j.1365-2117.2012.00551.x
[35] 赵明辉, 袁野, 张佳政, 等. 南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂研究新进展[J]. 热带海洋学报, 2024, 43(2):173-183 ZHAO Minghui, YUAN Ye, ZHANG Jiazheng, et al. New developments on the rift-breakup of the continent-ocean transition zone in the northern margin of the South China Sea[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2024, 43(2):173-183.]
[36] Leloup P H, Arnaud N, Lacassin R, et al. New constraints on the structure, thermochronology, and timing of the Ailao Shan-Red River shear zone, SE Asia[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2001, 106(B4):6683-6732. doi: 10.1029/2000JB900322
[37] Morley C K. A tectonic model for the Tertiary evolution of strike-slip faults and rift basins in SE Asia[J]. Tectonophysics, 2002, 347(4):189-215. doi: 10.1016/S0040-1951(02)00061-6
[38] Sun Z, Zhou D, Zhong Z H, et al. Experimental evidence for the dynamics of the formation of the Yinggehai basin, NW South China Sea[J]. Tectonophysics, 2003, 372(1-2):41-58. doi: 10.1016/S0040-1951(03)00230-0
[39] Fyhn M B W, Boldreel L O, Nielsen L H. Geological development of the Central and South Vietnamese margin: implications for the establishment of the South China Sea, Indochinese escape tectonics and Cenozoic volcanism[J]. Tectonophysics, 2009, 478(3-4):184-214. doi: 10.1016/j.tecto.2009.08.002
[40] Lei C, Ren J Y, Clift P D, et al. The structure and formation of diapirs in the Yinggehai-Song Hong Basin, South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2011, 28(5):980-991. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2011.01.001
[41] Savva D, Meresse F, Pubellier M, et al. Seismic evidence of hyper-stretched crust and mantle exhumation offshore Vietnam[J]. Tectonophysics, 2013, 608:72-83. doi: 10.1016/j.tecto.2013.07.010
[42] 李林, 王彬, 雷超, 等. 西沙海域盆地构造格局及其差异演化过程分析[J]. 地球科学, 2021, 46(9):3321-3337 LI Lin, WANG Bin, LEI Chao, et al. Tectonic framework in the Xisha area and its differential evolution[J]. Earth Science, 2021, 46(9):3321-3337.]
[43] 陈俊仁. 我国南部西沙群岛地区第四纪地质初步探讨[J]. 地质科学, 1978(1):45-56 CHEN Junren. A preliminary discussion on Quaternary geology of Xisha Qundao Islands of South China[J]. Scientia Geologica Sinica, 1978(1):45-56.]
[44] 高战朝. 西沙群岛与邻近海域地质构造特征及地壳性质的转化[J]. 海洋科学, 1986, 10(4):51-54 GAO Zhanchao. Geological structure characteristics and transformation of crustal properties of the Xisha Islands and adjacent sea areas[J]. Marine Sciences, 1986, 10(4):51-54.]
[45] 张峤, 吴时国, 吕福亮, 等. 南海西北陆坡火成岩体地震识别及分布规律[J]. 大地构造与成矿学, 2014, 38(4):919-938 ZHANG Qiao, WU Shiguo, LV Fuliang, et al. The seismic characteristics and the distribution of the igneous rocks in the northernwest slope of the South China Sea[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2014, 38(4):919-938.]
[46] 赵强. 西沙群岛海域生物礁碳酸盐岩沉积学研究[D]. 中国科学院研究生院(海洋研究所)博士学位论文, 2010: 1-157 ZHAO Qiang. The sedimentary research about reef carbonatite in Xisha Islands Waters[D]. Doctor Dissertation of Institute of Oceanology, Chinese Academy of Science, 2010: 1-157.]
[47] 张重远, 王振峰, 范桃园, 等. 西沙群岛石岛浅部基底地壳应力测量及其地球动力学意义分析[J]. 地球物理学报, 2015, 58(3):904-918 doi: 10.6038/cjg20150318 ZHANG Chongyuan, WANG Zhenfeng, FAN Taoyuan, et al. Crustal stress measurement in shallow basement of Shidao of Xisha Islands and analysis of its geodynamic significance[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(3):904-918.] doi: 10.6038/cjg20150318
[48] Wu S G, Yuan S Q, Zhang G C, et al. Seismic characteristics of a reef carbonate reservoir and implications for hydrocarbon exploration in deepwater of the Qiongdongnan Basin, northern South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2009, 26(6):817-823. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2008.04.008
[49] 李学林, 张汉羽, 刘刚, 等. 西沙孤立碳酸盐台地的地震层序及演化模式: 以永乐环礁为例[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(5):87-96 LI Xuelin, ZHANG Hanyu, LIU Gang, et al. Seismic sequence and evolution model of isolated carbonate platform: a case from Yongle Atoll, Xisha Islands[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(5):87-96.]
[50] Liu G, Wu S G, Gao J W, et al. Seismic architecture of Yongle isolated carbonate platform in Xisha Archipelago, South China Sea[J]. Frontiers in Earth Science, 2023, 11:1100675. doi: 10.3389/feart.2023.1100675
[51] Vu A T, Fyhn M B W, Xuan C T, et al. Cenozoic tectonic and stratigraphic development of the Central Vietnamese continental margin[J]. Marine and Petroleum Geology, 2017, 86:386-401. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2017.06.001
[52] Su M, Xie X, Xie Y H, et al. The segmentations and the significances of the Central Canyon System in the Qiongdongnan Basin, northern South China Sea[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2014, 79:552-563. doi: 10.1016/j.jseaes.2012.12.038
[53] 罗威, 张道军, 刘新宇, 等. 西沙地区西科1井综合地层学研究[J]. 地层学杂志, 2018, 42(4):485-498 LUO Wei, ZHANG Daojun, LIU Xinyu, et al. A comprehensive stratigraphic study of well XK-1 in the Xisha area[J]. Journal of Stratigraphy, 2018, 42(4):485-498.]
[54] Song X X, Li C F, Yao Y J, et al. Magmatism in the evolution of the South China Sea: geophysical characterization[J]. Marine Geology, 2017, 394:4-15. doi: 10.1016/j.margeo.2017.07.021
[55] Savva D, Pubellier M, Franke D, et al. Different expressions of rifting on the South China Sea margins[J]. Marine and Petroleum Geology, 2014, 58:579-598. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2014.05.023
[56] Vail P R. Seismic stratigraphy interpretation using sequence stratigraphy: Part 1: seismic stratigraphy interpretation procedure[M]//Bally A W. Atlas of Seismic Stratigraphy. Tulsa: AAPG, 1987: 1-10.
[57] van Wagoner J C, Mitchum R M Jr, Posamentier H W, et al. Seismic stratigraphy interpretation using sequence stratigraphy: Part 2: key definitions of sequence stratigraphy[M]//Bally A W. Atlas of Seismic Stratigraphy. Tulsa: AAPG, 1987: 11-14.
[58] 杜同军. 琼东南盆地层序地层和深水区沉积充填特征[D]. 中国海洋大学博士学位论文, 2013: 1-126 DU Tongjun. Sequence stratigrphic and deep water sedimentary characteristic in the Qingdongnan basin[D]. Doctor Dissertation of Ocean University of China, 2013: 1-126.]
[59] 张明书, 何起祥, 业治铮, 等. 西沙生物礁碳酸盐沉积地质学研究[M]. 北京: 科学出版社, 1989: 1-117 ZHANG Mingshu, HE Qixiang, YE Zhizheng, et al. Geological Study of Carbonate Sediments in the Xisha Reef[M]. Beijing: Science Press, 1989: 1-117.]
[60] 米立军, 王东东, 李增学, 等. 琼东南盆地崖城组高分辨率层序地层格架与煤层形成特征[J]. 石油学报, 2010, 31(4): 534-541 MI Lijun, WANG Dongdong, LI Zengxue, et al. High-resolution sequence stratigraphic framework and coal-forming features in Yacheng Formation of Qiongdongnan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2010, 31(4): 534-541.]
[61] 魏魁生, 崔旱云, 叶淑芬, 等. 琼东南盆地高精度层序地层学研究[J]. 地球科学-中国地质大学学报, 2001, 26(1):59-66 WEI Kuisheng, CUI Hanyun, YE Shufen, et al. High-precision sequence stratigraphy in Qiongdongnan Basin[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2001, 26(1):59-66.]
[62] Wang P X, Huang C Y, Lin J, et al. The South China Sea is not a mini-Atlantic: plate-edge rifting vs intra-plate rifting[J]. National Science Review, 2019, 6(5):902-913. doi: 10.1093/nsr/nwz135
[63] Li C F, Xu X, Lin J, et al. Ages and magnetic structures of the South China Sea constrained by deep tow magnetic surveys and IODP Expedition 349[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2014, 15(12):4958-4983. doi: 10.1002/2014GC005567
[64] Li C F, Li J B, Ding W W, et al. Seismic stratigraphy of the central South China Sea basin and implications for neotectonics[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2015, 120(3):1377-1399. doi: 10.1002/2014JB011686
[65] Xia S H, Zhao F, Zhao D P, et al. Crustal plumbing system of post-rift magmatism in the northern margin of South China Sea: new insights from integrated seismology[J]. Tectonophysics, 2018, 744:227-238. doi: 10.1016/j.tecto.2018.07.002
[66] Xia S H, Zhao D P, Sun J L, et al. Teleseismic imaging of the mantle beneath southernmost China: new insights into the Hainan plume[J]. Gondwana Research, 2016, 36:46-56. doi: 10.1016/j.gr.2016.05.003
[67] Larsen H C, Mohn G, Nirrengarten M, et al. Rapid transition from continental breakup to igneous oceanic crust in the South China Sea[J]. Nature Geoscience, 2018, 11(10):782-789. doi: 10.1038/s41561-018-0198-1
[68] Zhang G L, Luo Q, Zhao J, et al. Geochemical nature of sub-ridge mantle and opening dynamics of the South China Sea[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 489:145-155. doi: 10.1016/j.jpgl.2018.02.040
[69] Yu X, Liu Z F. Non-mantle-plume process caused the initial spreading of the South China Sea[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1):8500. doi: 10.1038/s41598-020-65174-y
[70] Zou H B, Fan Q C. U-Th isotopes in Hainan basalts: implications for sub-asthenospheric origin of EM2 mantle endmember and the dynamics of melting beneath Hainan Island[J]. Lithos, 2010, 116(1-2):145-152. doi: 10.1016/j.lithos.2010.01.010
[71] Wang X C, Li Z X, Li X H, et al. Identification of an ancient mantle reservoir and young recycled materials in the source region of a young mantle plume: implications for potential linkages between plume and plate tectonics[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2013, 377-378:248-259. doi: 10.1016/j.jpgl.2013.07.003
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