CN1484770A - 用于生成相似性显示板和计算反射倾角的地震探测方法及设备 - Google Patents

Abstract

用于生成相似性显示板的方法，包括对两个或更多迹线集合进行求和。在求和处理中考虑了反射器的倾角，其防止了相似性峰值在求和处理期间变得模糊，以允许使用大量集合来生成相似性显示板。在本发明实施例中，倾角是从地震数据中确定的。作为选择，在求和处理过程中使用的反射器倾角，可以从勘测地点所需的先前存在的数据中获得，或者已经获知反射器倾角。本发明能够适用于包含来自于一个以上反射器结果的地震数据。

Description

用于生成相似性显示板和计算 反射倾角的地震探测方法及设备

本发明涉及处理地震数据的方法，且特别涉及产生相似性显示板(semblance panels)的方法。本发明还涉及用于处理地震数据的设备。

一旦在一地震勘测中获得地震数据，就对其进行处理以得到有关地球内部地质构造的信息。为了处理或者评估地震数据，必须了解地震能量的速度在地球内部的变化方式(该步骤也称为“速度场”测定)。所得到的有关地球内部信息的精度，将依赖于在处理地震数据中使用的速度场的精度。

通过地震迹线来测定或者评估地震能量速度的步骤，通称为“速度采集”。其大体上包括在地震迹线中识别特定特征，以及为该特征分配特定的地震能量路径。于是，地震能量速度能够通过产生该特征的地震能量路径长度以及地震能量的传播时间来确定。

速度采集目前是通过手工来实现。其劳动强度高，且占用了处理地震数据所需的人力资源中的相当一部分。

许多使用计算机来自动进行速度采集的技术都已出现。然而，这种自动速度采集方法的可靠性差，且需要对自动速度采集的结果进行手工的质量检查。这种质量检查所花费的时间几乎与手工速度采集所花费的时间一样长。

由此需要一种速度采集方法，该方法较现有方法降低了劳动强度，但是比现有的自动速度采集方法更加可靠。

许多现有的速度采集方法都使用“相似性显示板”。通常用于地震业的相似性显示板作为测定速度场的装置，用于进一步处理地震数据。

相似性显示板包括等高线图(contour map)，该等高线图具有时间轴和速度轴，且垂直的轴(也就是垂直于时间-速度平面的轴)表示相似性。速度采集的目的是为了定义时间-速度空间内的函数，该空间经过等高线图的最高点(同时满足诸如持续增加时间的制约以及在速度反演上的限制)。一种现有的自动速度采集方法依赖于迭代技术，该技术试图通过干扰“种子”(seed)函数来定位等高线图的最高点，如此使得该位置上移到图上山峰的侧面，并且在如此进行操作时，最大化了函数内的积分。

该现有方法存在的一个问题是使其能够定位局部极大值，有效地找到山峰的丘陵(foothill)而不是山峰自身。这种“丘陵”经常由地震数据中的噪音而被引入等高线图中。一旦自动化的速度采集方法已经将其错误定向为朝向丘陵而不是主峰，那么它将保持在丘陵，而不会定位在主峰。自动速度采集方法将由此而无法采集正确的速度，并因而需要对结果进行手工的质量检查。

一种试图改善常规的自动时间采集方法精度的现有技术是减少地震数据中的噪音。其减少了丘陵的高度，且因此减少了自动速度采集方法将定位丘陵而不是主峰的可能性。使用来自于与分析点直接相邻的其他点的数据，是增加数据量的一种方法，且可由此改善信噪比。该方法存在的问题是，如果要进行处理的地震数据是从倾斜的反射器(也就是来自不是水平的反射器)中获得的话，那么来自相邻数据点的最大相似值/就不会在同一时间出现。这就意味着当使用来自一个以上分析点的数据时，就会出现相似性峰值模糊，而此模糊将抵消由提高信噪比所带来的精度的任何提高。结果该方法已经很少使用了。此外，即便使用该方法，那么其只能在非常有限的范围内使用，因为在最大相似值出现相当地模糊之前，只有来自于非常少的相邻点的数据能够添加到一起。

本发明的首要目的在于提供一种处理地震数据的方法，该地震数据是由反射器反射地震能量而获得的，该方法包括步骤：选择第n个迹线集合以及至少一个其他的相邻迹线集合；以及从考虑到反射器倾角而选择的集合中，产生与对应于第n个集合的位置相关的相似性显示板。

在理论上，任一包含适用于相似性生成的相干能量的地震迹线集合，都能够在本发明的方法中使用。适合的迹线集合的例子包括公共中间点(CMP)集合、公共图像点(CIP)集合或公共深度点(CDP)集合。

在生成相似性显示板期间，本发明考虑到了在分析地点的位置中的反射器倾角。这防止了，或至少相当程度上减少了当来自相邻集合的数据添加到一起时相似值的模糊，改善了信噪比。对模糊的减少或去除，能够使来自更多集合的数据添加到一起(特别是，本发明能够对来自20个以上相邻集合的数据进行总计而不出现重大模糊)。这样反过来能够提高地震数据的信噪比，以便减少自动速度采集算法定位在辅峰而不是主最大值的可能性。由此，本发明改善了现有自动速度采集方法的精度，并由此减少了对自动速度采集结果进行手工检查的需要。

本发明不仅可以进行自动速度采集，而且由于人眼能够更加清楚地看清相似性峰值，因而还可以用于进行手工采集。

以下是了解本发明所提供的有益效果的另一个方面。人工速度采集器不仅使用相似性显示板，而且还可利用多重速度函数堆积(MVFS)显示板。一组MVFS显示板包括局部堆积图像，该图像从执行速度分析的位置处的集合中产生。MVFS显示板使用用于每个堆积处理的不同的速度函数，通过重复地堆积集合中的迹线来产生。用于生成MVFS显示板的速度函数所包括的速度范围，应该设计为初始速度函数上下误差范围的全包括——也就是，它应该包括被认为处于实际速度内的速度范围。由此堆积响应能够估算速度函数的范围。在接近实际地震速度函数的堆积速度函数中，已堆积的地震数据的结果将呈现出波浪形，而且显得轮廓分明。随着堆积速度函数远离真实的地震能量速度函数，已堆积数据的结果将变得越来越扩散，且最终消失。除了相似性显示板之外，人工速度采集器能够使用MVFS显示板来帮助他们采集正确的速度。

现有的自动速度采集方法不能使用MVFS显示板，而只能够使用相似性显示板。然而，本发明提供了将MVFS信息合并到相似性显示板上的方法，如此提供了有权使用它的基于相似性的自动速度采集方法。本发明在优选实施例中，通过使用倾角搜索来识别MVFS显示板上的结果以实现该方法，然后，执行求和以用来根据所确定的倾角而非现有技术中的连续时间，来生成相似性显示板。

本发明并不限于包含只来自一个信号反射器反射结果的地震数据的情况，其也能够适用于包含来自一个以上反射器的相关反射结果的地震数据。

在勘测地点的反射器倾角可以从先前存在的数据中获知。例如，可以从早期在该地点进行的地震勘测中获知倾角，或者可能源自在勘测地点所获得的先前存在的地震数据中的倾角精确值。作为选择，例如还可以通过其他数据，诸如地质数据来估算倾角。如果已获知倾角或者能够由这些方法中的一个来确定倾角，那么该倾角的信息就能够在本发明中使用。然而，在勘测地点的反射器倾角不是总能够被获知，由此本发明的优选实施例包括从地震数据中确定反射器倾角。

本发明的次要目的在于提供用于处理地震数据的设备，该地震数据是通过反射器反射地震能量而生成的，该设备包括：

用于选择接收到的地震能量迹线的第n个集合以及至少一个其他相邻迹线集合的装置；以及用于从考虑到反射器倾角而选择的集合中，产生与对应于第n个集合的位置相关的相似性显示板的装置。

在优选的实施例中，该设备包括可编程数据处理器。

本发明还提供了包含有用于上述设备的数据处理器的程序的存储媒体。

本发明其他优选特征将在所附权利要求中详细说明。

本发明优选的实施例将作为说明性的举例，并参照附图来描述，附图包括：

图1是表面地震勘测的截面示意图；

图2是举例说明依照本发明实施例的相似性显示板的生成的示意图；

图3是举例说明依照本发明实施例的相似性显示板的生成的示意图；

图4是举例说明从MVFS显示板确定倾角的示意图；以及

图5是依照本发明的装置的结构示意图。

本发明将通过从CMP集合生成相似性显示板的例子来进行描述。

图1中示出了地震勘测的一般性原理。地震数据使用一排地震源以及地震接收器来收集。例如，在陆地上实行地震勘测时，数据可以使用例如作为地震源的爆发冲击，以及作为地震接收器的地震检波器来收集。由于地震源和接收器都定位于地球表面，故而认为图1所示的地震源以及接收器的布局是表面地震勘测。

图1示意说明了一个地震源和接收器的布局。第一、第二和第三地震源1、2和3分别与第一、第二和第三接收器4、5和6合作。地震源和接收器相对于中间点7来排列。为简单起见，地震源和接收器下方的地层或岩石8假设是同向的，并包含第一和第二水平的局部反射器9和10。由第一地震源的冲击而产生的地震能量通过局部反射器9、10而反射，并由接收器4、5和6中的每一个接收。

为了简单，在此只考虑包括直接发生在中间点7之下的反射的地震能量路径。例如，我们只考虑由第一地震源1的冲击所导致的，且于中间点7之下经过反射而在第一接收器4上接收的能量，正如由于第二地震源2的冲击而将在第二接收器5上接收的能量，以及由于第三地震源3的冲击而在第三接收器6上接收的能量一样。对于图1示出的所有能量路径来说，点7是公共的中间点(Common Mid-Point)，或记做CMP。

其他的地震能量路径(图1中未示出)将不以点7作为它们的中间点。在典型的地震勘测布局中，存在大量可能的地震能量路径，并且这些路径将具有多个相关的CMP。

当已获得原始地震数据后，由于地震能量源的冲击而由每个接收器接收的反射信号(称作迹线)被处理以产生地球内部图像。在典型的地震勘测中所获得的地震数据的处理过程中，迹线最初被分类，以便使具有公共中间点的迹线被分组到一起。将共享CMP的一组迹线称为“CMP集合”。这使得地震源和接收器所在行下方的地质概况能够在多个位置上进行探测。

CMP集合在图2中以标记11示意性地示出。在图2的右侧示出了三个CMP集合，且假设它们相当于(n-1)^th，n以及(n+1)^thCMP。每个集合都包括一组地震迹线，该地震迹线表示在接收器上按照时间函数接收到的地震能量的振幅。CMP集合中的每条迹线都对应于地震勘测布局的接收器阵列中的一个接收器。图2的CMP集合中的迹线是垂直的，也就是说，垂直的轴表示时间，而水平的轴表示接收器接收到的地震能量的振幅。

相似性显示板从CMP集合11中生成。在现有技术中，第n个相似性显示板——也就是用于第n个CMP的相似性显示板，通常从第n个CMP集合中产生。在现有方法中，来自于相邻CMP集合的数据也用于第n个相似性显示板的生成，但如上文所解释的那样，所附加的数据只能从仅有少量附加的CMP集合中取得。在典型的现有技术的例子中，附加的数据从(n-1)^th以及(n+1)^th个CMP集合中取得。在该现有技术的例子中，相似性显示板使用下面的等式来生成： $\mathrm{Semb}(\mathrm{Vel},\mathrm{Time})=\frac{1}{3(M-1)}(\frac{{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=n-1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}\right)}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=n-1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}^2}-1)---\left(1\right)$

在该等式中，A_ijk是CMP集合中单独的迹线。下标j表示CMP11集合内单独的迹线，且在j上的求和是经CMP集合中从j＝1到i＝M(此处每个CMP集合11中都有M条迹线)的迹线来执行的。

下标k表示CMP集合。在该现有技术的例子中，第(n-1)^th个、第n个以及第(n+1)^th个CMP集合用于生成第n个相似性显示板，如此在k上的求和从n-1到n+1来执行的。在现有的方法中，在k上的求和是在连续的时间上执行的，而这就等于假设迹线是通过水平反射器的反射而获得的——也就是反射器的倾角是零。

最终的求和是在下标i之上进行的。这表示在地震数据中时间窗口上的采样的总和。地震信号在时间上是连续的，但是在数字系统中记录信号的处理过程中，其在一连串不连续的时间上(通常在定期的称为采样间隔的时间间隔上)被采样。由此，地震迹线Aijk作为表示在每个采样时间上，地震信号振幅的一连串数字来表示。采样i＝1到N表示每条地震迹线中的时间“窗口”。

如上所述，由于在现有的方法中，在k上的求和是在反射器具有零度倾角的假设条件下执行的，因此在相似性显示板中的峰值变得模糊之前，通常可能只包括少量的CMP集合。所以依照本发明的相似性显示板的生成过程考虑到了反射器的倾角。

原则上，在本发明的方法中能够使用两个或更多CMP集合来生成相似性显示板——对应于第n个集合位置的相似性显示板，从第n个集合以及至少一个相邻集合中产生。在优选的实施例中，使用了第n个CMP集合每一侧的p个相邻集合。由于依照本发明的相似性显示板的生成过程中考虑到了倾角，故而能够使用比现有技术更多数量的CMP集合来生成相似性显示板。使用多个CMP集合来生成相似性显示板是可能的，例如通过使用第n个CMP集合每一侧的10个相邻集合。

反射器倾角可以从地震数据中估算出，例如通过分析第n个CMP位置附近的反射结果，并且估算出的倾角可以用来生成相似性显示板。作为选择，如果有先前存在的有关勘测地点上倾角的信息，或者能够由先前存在的地震数据来确定倾角，那么这种先前存在的信息能够用来生成相似性显示板。

图3中示意性地说明了本发明的实施例。在图3的右侧示出了所选择的CMP集合11，并且假设这些集合表示相当于(n-p)^th，……(n-1)^th，n，(n+1)^th个CMP的集合。如果在第n个集合每一侧选择了10个相邻集合，那么p＝10。

图3中，在每个集合的迹线之后示出的CMP集合11，由于用来获得该迹线的地震源和接收器之间的水平变化差异(通称为“偏移量”)而已经被校正。CMP集合中的迹线将在不同的偏移量处获得，以便特定的地震结果将于不同时间不同迹线上出现。如果正确的实行校正原始地震数据至零偏移量的步骤，那么特定的反射结果就应当在同一时间的每条已校正迹线上出现。图3中CMP集合11的迹线已使用法线(或双曲线)移出校正(NMO校正)进行偏移量校正，其假设地球内部的地震能量速度是连续且同向的，但是本发明并不限于该特定的偏移量校正。

用于NMO校正的速度能够以任何常规的方式获得。例如，它可以是在同次勘测中处理地震数据的先前阶段进行速度分析的结果，或者其可以通过在该勘测地点执行的以前地震勘测的速度分析来获得。作为选择，用于NMO校正中的速度，能够基于勘测区域的其他可获得的地球物理学和/或地理学知识而更好的进行估算。

依照本发明，在下标k上的求和(也就是CMP集合上的求和)是在不连续的时间上执行的。作为替代，在k上的求和是根据通过迹线分析而确定，或者由其他方法估算的反射器倾角来执行的。

在本发明优选的实施例中，相似性显示板使用下面等式来生成： $\mathrm{Semb}(\mathrm{Vel},\mathrm{Time})=\frac{1}{(2P+1)(M-1)}(\frac{{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=n-P}{\overset{n+P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}\right)}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=n-P}{\overset{n+P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}^2}-1)---\left(2\right)$

在等式(2)中j、k和i上的求和，通常相当于公式(1)中j、k和i上的求和。然而，在公式(2)中k上的求和是根据倾角来执行的，而在现有技术例子的公式(1)中k上的求和，是在连续的时间上执行的。由此本发明在勘测显示板的生成过程中考虑了倾角。

由于本发明在相似性显示板的产生过程中考虑到了倾角，因而在相似性峰值出现模糊前，大量的CMP集合可以包含于总和中。在公式(2)中k之上的求和，是从k＝(n-p)到k＝(n+p)来执行的，相当于对第n个CMP集合每一侧的p个相邻CMP集合进行求和——也就是2p+1个集合的总和。相反，在现有技术例子的公式(1)中在对k上的求和，是从k＝(n-1)到k＝(n+1)来执行的。由于在公式(2)中使用2p+1个CMP集合来生成相似性显示板，因而在公式(2)括号外的标准化系数含有1/(2p+1)。相反，由于仅仅使用了3个CMP集合，因而公式(1)中的标准化系数含有1/3。

一旦对第n个集合的相似性显示板进行计算，就能够通过任意常规的基于相似性的自动速度采集算法来进行操作。作为选择，它还能够由从事于手工速度采集的操作员来使用。

如上所述，在本发明优选实施例中，倾角是从地震数据中确定的。现在将参照图4来说明实现此方法的一个例子。在该方法中，一组MVFS显示板从地震数据中生成，且反射器倾角由MVFS显示板来确定。

图4中举例说明的方法使用了倾角搜索(dip-search)算法。倾角搜索的目的是在每个速度分析地点确定倾角域。倾角域包括倾角值表，MVFS显示板的每个采样时间的一个倾角值。为生成信号倾角域，首先为每个MVFS显示板产生单独的倾角域。而后将这些倾角域，通过从所有的显示板中每个时间上选择最相干的结果，合并到一单独的倾角域。

图4中举例说明了在特定采样时间T处的特定显示板上倾角的确定，也就是在地震数据中的时间T处的产生反射结果的反射器倾角的确定。图4示出了一单独MVFS显示板12，在其上，在时间T处执行倾角查询。该处理在所有的MVFS显示板的所有采样时间上进行重复。

倾角搜索在“最大倾角”及“最小倾角”的限制之间执行。其表示可能出现的，以及例如从先前存在的勘测位置的地理信息中获得的倾角值的上限和下限。根据倾角的迹线采样的相似性，最初在倾角的下限，即“最小倾角”进行计算。之后增大倾角，并且重新计算相似性，由于连续增大的倾角值因此重复该处理过程，直到倾角的上限，即到达“最大倾角”。选择产生最高相似值的倾角作为时间T的倾角。相似值也用于与同一时间的在其他MVFS显示板上确定的结果的一致性进行比较，以便选择全部倾角域的倾角。

倾角搜索处理要求相当程度的运算量。因此，在图4方法的特殊实例中，上述处理不能在所有的MVFS显示板上执行，或者在其上进行确定操作的MVFS显示板的所有采样时间上来执行。这可能减少由选取MVFS显示板的有代表性的选择，以及确定在某些二次采样时间间隔上的倾角域而要求的计算量。然后，倾角域的间隔值能够进行插补计算。

为了便于说明，上述实施例中虽然已假设存在信号反射器，但实际上，地震数据将包含来自于一个以上的反射器的结果。本发明并非仅限于使用包含来自一个反射器结果的地震数据，而是能够应用包含来自一个以上反射器的反射结果的地震数据。

参照图4所述的方法，在每个采样时间上确定反射器倾角。由于来自不同反射器的结果将在不同的采样时间出现，因而，如果将该方法应用于包含来自一个以上反射器结果的地震数据，那么将确定每个在地震数据中产生结果的反射器的倾角。(如果在特定采样时间上没有可探测出的结果，或者如果在特定采样时间上没有可探测出的倾角，那么将该采样时间上的倾角设置为零。)于是，对于每个反射器已确定的倾角能够用于生成相似性显示板。

在本发明的实施例中，其中反射器倾角从先前存在的有关勘测地点的信息中确定，或从该勘测地点上所获得的先前存在的数据中确定，最好能够获得在地震数据中引发一结果的每个反射器倾角的离散值。

图5是依照本发明的数据处理设备13的结构示意图。该设备能够处理依照本发明方法所获得的地震能量迹线集合，以便获得相似性显示板。

设备13包括具有程序存储器15的可编程数据处理器14，该程序存储器例如以只读存储器(ROM)形式出现，用于存储控制数据处理器14的程序，以利用本发明的方法来处理地震数据迹线。该设备进一步包括非易失性读/写存储器26，例如用于存储在没有电源供应时必须保存的所有数据。数据处理器的“内存储器”或“暂存存储器”以随机存取存储器(RAM)17的形式给出。该设备提供了输入装置18，例如用来接收用户的命令和数据。还提供了输出装置19，例如用来显示涉及处理过程及处理结果的信息。例如，该输出装置可以是打印机、图像显示设备或输出存储器。

用于进行处理的地震数据可以经由输入装置18来提供，或者可以随意地由计算机可读存储器20来提供。

用于操作系统以及用于执行上文所述方法的程序存储在程序存储器15中，该程序存储器可以具体化为半导体存储器形式，例如众所周知的ROM类型。然而，程序也可以存储在其他任何适合的存储媒体中，例如磁性数据载体15a(诸如“软盘”)或CD-ROM15b。

Claims (15)

1、用于处理从反射器反射地震能量所产生的地震数据的方法，该方法包括步骤：

选择第n个迹线集合以及至少一个其他的相邻迹线集合；以及

从考虑到反射器倾角而选择的集合中，产生与对应于第n个集合的位置相关的相似性显示板。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

产生相似性显示板的步骤，包括对根据反射器倾角而选择的集合进行求和。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

选择步骤包括选择第n个集合，以及在第n个集合每一侧的p(p≥1)个相邻集合。

4、如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

产生相似性显示板的步骤包括求和处理： $\mathrm{Semb}(\mathrm{Vel},\mathrm{Time})=\frac{1}{(2P+1)(M-1)}(\frac{{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=n-P}{\overset{n+P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}\right)}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=n-P}{\overset{n+P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ijk}}^2}-1)$

其中，对分子和分母中的k上的求和是根据反射器倾角来执行的，A_ijk是迹线采样，M是每个集合中迹线数量，而N是时间采样的数量。

5、如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

其中p＝10。

6、如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

该方法进一步包括从地震数据中确定反射器倾角的步骤。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：

确定倾角的步骤包括从所选择的集合中确定一组MVFS显示板，并且从MVFS显示板中确定倾角。

8、如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

该方法进一步包括从先前存在的数据中确定反射器倾角的步骤。

9、如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

地震迹线集合是公共中间点的集合。

10、用于处理地震数据的设备，该地震数据通过反射器反射地震能量而获得，该设备包括：

用于选择接收到的地震能量迹线的第n个集合以及至少一个其他相邻迹线集合的装置；以及

用于从考虑到反射器倾角而选择的集合中，产生与对应于第n个集合的位置相关的相似性显示板的装置。

11、如权利要求10所述的设备，其特征在于：

该设备包括用于根据反射器倾角来对所选择的集合进行求和的装置。

12、如权利要求10或11所述的设备，其特征在于：

该设备进一步包括用于从地震数据中确定反射器倾角的装置。

13、如权利要求12所述的设备，其特征在于：

该设备包括用于从所选择的集合中确定一组MVFS显示板，并且从MVFS显示板中确定倾角的装置。

14、如权利要求10至13中任一权利要求所述的设备，其特征在于：

该设备包括可编程数据处理器。

15、一种存储媒体，包含有权利要求14中所定义的设备的数据处理器的程序。

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