CN201732173U - 一种非零炮检距地震信号能量校准装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非零炮检距地震信号能量校准装置及系统，其中，装置包括：采集地震信号参数的采集单元；根据所述地震信号参数获取所述地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据所述均方根速度和均方根厚度获取所述地震信号的能量补偿因子的获取单元，与所述采集单元连接；根据能量补偿因子补偿所述采集单元接收到的地震信号能量的补偿单元，与所述获取单元连接。在本实用新型实施例中，通过采集到的地震信号参数，得到地震信号的能量补偿因子以对地震信号能量值进行校正，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

Description

一种非零炮检距地震信号能量校准装置及系统

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术，特别涉及一种非零炮检距地震信号能量校准装置及系统。

背景技术

油气田勘探、开发和开采的过程中，通常利用地质层的叠前地震资料振幅随偏移距变化(Amplitude Versus Offset，AVO)分析、AVO反演分析等于段，在碎屑岩中寻找石油、天然气等矿物。

AVO理论是简单明了，首先在地面上激发地震信号，地震信号向地下各岩层进行传播，然后经过各岩层之间的交界面上的反射和折射等过程，由检波器接收，在碎屑岩孔隙内含天然气时，会明显降低岩石地震信号的纵波(P波)速度，而地震信号的横波(S波)速度相对保持不变。也就是说当地层中含油或水时，会造成纵、横速度比值的变化，这种变化必然导致在不同炮检距的反射振幅的分布情况有着不同的表现。由于AVO分析、AVO反演分析主要是利用叠前地震资料中振幅随偏移距变化的信息，因此用于上述分析的叠前道集中的地震信号振幅信息是否保真显得尤为重要。

一方面，由于地震波在传播过程中能量随着传播距离的增加，能量会逐渐衰减；另一方面，地震勘探中采用的检波器接收到的地震信号主要为地震信号的垂直分量，而地震信号在非垂直出射时会与检波器形成一定的夹角，检波器接收到地震信号的能量的与实际的地震信号的能量有一定的差别，导致地震信号的能量的失真，影响AVO分析与AVO反演分析的准确性。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种非零炮检距地震信号能量校准装置及系统，用于解决现有技术中非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真的问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种非零炮检距地震信号能量校准装置，其中包括：

采集地震信号参数的采集单元；

根据所述地震信号参数获取所述地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据所述均方根速度和均方根厚度获取所述地震信号的能量补偿因子的获取单元，与所述采集单元连接；

根据能量补偿因子补偿所述采集单元接收到的地震信号能量的补偿单元，与所述获取单元连接。

其中还包括：

存储采集到的地震信号参数以及获取得到的能量补偿因子的存储单元，分别与所述采集单元、获取单元和补偿单元连接。

其中还包括：

输出所述补偿单元补偿后的地震信号能量的输出单元，与补偿单元连接。

本实用新型实施例又提供一种非零炮检距地震信号能量校准系统，其中包括：

激发产生地震信号的激发装置；

检测地震信号的能量的检波器，与所述激发装置连接；

非零炮检距地震信号能量校准装置，与所述检波器连接；

所述非零炮检距地震信号能量校准装置包括：

采集地震信号参数的采集单元；

根据所述地震信号参数获取所述地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据所述均方根速度和均方根厚度获取所述地震信号的能量补偿因子的获取单元，与所述采集单元连接；

根据能量补偿因子补偿所述采集单元接收到的地震信号能量的补偿单元，与所述获取单元连接。

其中，所述非零炮检距地震信号能量校准装置还包括：

存储采集到的地震信号参数以及获取得到的能量补偿因子的存储单元，分别与所述采集单元、获取单元和补偿单元连接。

其中，所述非零炮检距地震信号能量校准装置还包括：

输出所述补偿单元补偿后的地震信号能量的输出单元，与补偿单元连接。

在本实用新型实施例中，通过采集单元采集地震信号参数，获取单元获取地震信号的均方根速度和地质层的均方根厚度，然后再通过补偿单元根据地震信号的均方根速度和地质层的均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子以对地震信号能量值进行校正，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置的工作流程图；

图4为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置采集地震信号参数的地质层结构示意图；

图5为本实用新型实施例第一仿真试验的地质层模型示意图；

图6为本实用新型实施例第一仿真试验中共炮点道集的地震信号能量波形图；

图7为本实用新型实施例第一仿真试验中共炮点道集的补偿后地震信号能量波形图；

图8为本实用新型实施例均方根法和试射法得到的能量补偿因子的对比图；

图9为本实用新型实施例第二仿真试验中第一层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图；

图10为本实用新型实施例第二仿真试验中第二层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图；

图11为本实用新型实施例第二仿真试验中第三层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图；

图12本实用新型实施例第二仿真试验中各交界面补偿前后的反射系数；

图13为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准系统具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步地详细描述。

本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例一

图1为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例一的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置包括采集单元101、获取单元102和补偿单元103，其中，采集单元101与获取单元102连接，用于接收地震信号参数，地震信号参数包括炮检距x、第i层地质层的厚度h_i、地震信号在第i层地质层中的传播速度V_i以及检波器接收到的地震信号的能量，获取单元102用于根据地震信号参数获取地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据均方根速度和均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子，补偿单元103与获取单元102连接用于根据获取单元102获取到的能量补偿因子来补偿所述采集单元采集到的地震信号能量。

本实用新型实施例通过采集单元采集地震信号参数，通过获取单元获取地震信号的均方根速度和均方根厚度，再根据地震信号的均方根速度和均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子，然后通过补偿单元将检波器检测到的地震信号的能量通过补偿因子进行校准，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例二

图2为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例二的结构示意图。如图2所示，本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置还包括存储单元104，存储单元104分别与采集单元101、获取单元102和补偿单元103连接，用于存储采集单元101从接收检波器采集到的地震信号参数、存储获取单元102获取到的地震信号的能量补偿因子、以及存储补偿单元103补偿前后的地震信号能量波形图等数据。

进一步的，本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置还包括输出单元105，输出单元105与补偿单元103连接，用于输出补偿单元补偿后的地震信号能量，输出单元105连接到用户端的显示器或打印机，以将补偿后的地震信号能量波形图显示给用户。

图3为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置的工作流程图。如图3所示，本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置的具体工作步骤包括如下：

步骤301、采集单元采集地震信号参数。

图4为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置采集地震信号参数的地质层结构示意图。在本实用新型实施例中，以如图4所示的地质层结构为例来介绍本实用新型实施例的技术方案，地震信号参数包括炮检距x、第i层地质层的厚度h_i、地震信号在第i层地质层中的传播速度V_i和地震信号的能量X(x，t)。首先测量出炮点位置O处和检波器位置S处之间距离长度，即炮检距的长度x，以及测量出本地各个地质层的厚度h_i，并获取地震信号在第i层地质层中的传播速度V_i等地震信号参数。然后在地表上进行人工激发出地震信号，地震信号经过地下各地质层的折射和反射后到达地面上的检波器，检波器接收地震信号并检测出地震信号的能量，根据斯涅耳公式可得公式(1)如下：

$\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{V_1}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_2}{V_2}=\·\·\·=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1}{V_1}=\·\·\·=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_n}{V_n}=P---\left(1\right)$

其中，θ_i为在第i层地质层中地震信号与法线的夹角，P为常数，V_i为地震信号在第i层地质层中的传播速度。

在实际应用中，检波器接收到的地震信号主要为地震信号的竖直分量，在本实用新型实施例中，由图4可知，检波器与接收到的地震信号的夹角为θ₁，所以，检波器接收到的地震信号的能量是实际能量的cosθ₁倍，采集单元101接收检波器检测出地震信号的能量后，进入步骤302。

步骤302、获取单元根据地震信号参数获取地震信号的均方根速度和均方根厚度。

由图4可知，炮检距x与各地质层的厚度h_i之间的关系满足公式(2)：

$x=2\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_i---\left(2\right)$

地震信号从炮点位置O处和经过各地质层的折射和反射之后到达检波器位置S的时间t、炮检距x以及各地质层的厚度h_i之间的关系满足公式(3)：

$t=2\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i{V}_i}---\left(3\right)$

其中，t_i为地震信号在第i层介质中双程传播时间。

获取单元102根据公式(1)、(2)和(3)，计算得到如下所示的公式(4)和(5)：

$t=\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{t_i}{\sqrt{1-P{V}_i^2}}---\left(4\right)$

$x=\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P{t}_i{V}_i^2}{\sqrt{1-P{V}_i^2}}---\left(5\right)$

根据均方根速度和均方根厚度的定义，获取单元102分别计算得出如下均方根速度V_rms公式(6)和均方根厚度h_rms公式(7)，

$V_{\mathrm{rms}}=\sqrt{\frac{\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{V}_i^2}{\underset{i=i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i}}---\left(6\right)$

$h_{\mathrm{rms}}=\sqrt{\left(\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{V}_i^2\right)\left(\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i\right)}---\left(7\right)$

根据微分中值定理，可以将公式(5)写成如下公式(8)：

$x=\frac{P\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{V}_i^2}{\sqrt{1-P^2{V}_{\mathrm{rms}}^2}}+o\left(\mathrm{\Δ}\right)---\left(8\right)$

当Δ足够小时，公式(8)可近似等于如下公式(9)

$x=\frac{P\underset{i=l}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{V}_i^2}{\sqrt{1-P^2{V}_{\mathrm{rms}}^2}}---\left(9\right)$

根据公式(9)可以得到公式

$P=\frac{x}{V_{\mathrm{rmx}}\sqrt{x^2+h_{\mathrm{rms}}^2}}---\left(10\right)$

经过获取单元102的上述运算之后，进入步骤103。

步骤303、获取单元根据均方根速度和均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子。

在本实用新型实施例中，检波器接收到的地震信号的能量X(x，t)是实际能量Y(x，t)的cosθ₁倍，因此，检波器接收到的地震信号的能量补偿因子应该为

根据公式(1)可得公式(11)：

$\sin {\mathrm{\θ}}_1=\frac{x{V}_1}{V_{\mathrm{rmx}}\sqrt{x^2+h_{\mathrm{rms}}^2}}---\left(11\right)$

根据公式(11)即可计算得到能量补偿因子C

$C=\frac{1}{\cos {\mathrm{\θ}}_1}=\frac{V_{\mathrm{rms}}\sqrt{x^2+h_{\mathrm{rms}}^2}}{\sqrt{V_{\mathrm{rms}}^2(x^2+h_{\mathrm{rms}}^2)-x^2{V}_1^2}}---\left(12\right)$

获取单元102通过公式(12)得到能量补偿因子C后，进入步骤104。

步骤304、补偿单元通过能量补偿因子补偿地震信号能量。

补偿单元103根据公式(12)得到的能量补偿因子

检波器检测到的地震信号能量进行校准，如公式(13)所示，

$Y(x,t)=X(x,t)\frac{V_{\mathrm{rms}}\sqrt{x^2+h_{\mathrm{rms}}^2}}{\sqrt{V_{\mathrm{rms}}^2(x^2+h_{\mathrm{rms}}^2)-x^2{V}_1^2}}---\left(13\right)$

根据公式(13)，可以对检波器对地震信号能量值进行校准，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

根据上述装置进行仿真实验的验证，设计一个具有三层介质的地质层模型进行仿真试验。图5为本实用新型实施例第一仿真试验的地质层模型示意图。如图5所示。第一层介质纵波速度V_p为：3846m/s，横波速度V_s为：1686m/s，密度ρ为：2.34g/cc；第二层介质纵波速度V_p为：3704m/s，横波速度V_s为：2303m/s，密度ρ为：2.26g/cc；第三层介质纵波速度V_p为：4000m/s，横波速度V_s为：2343m/s，密度ρ为：2.37g/cc。采用全波场的波动方程数值模拟技术进行模拟产生地震信号，并提取地震信号(即通常所用的经过各地质层折射和反射后的地震信号)Z分量上的能量。对于水平分布的地质层，共炮点道集与共中心点道集的地震信号能量的损失反映的问题是一样的，所以，在本实用新型实施例中，以对共炮点道集的地震信号的能量进行补偿为例来介绍技术方案，炮点在1000m处，检波器以40m的间距摆放。

通过检波器采集共炮点道集的地震信号的能量，得到如图6所示共炮点道集的地震信号能量的波形图。图6为本实用新型实施例第一仿真试验中共炮点道集的地震信号能量波形图。由图6可知，三个地质层之间的第一层交界面和第二层交界面的地震信号的能量振幅随着偏移距的增大而逐渐减弱，其中非零炮检距接收引起部分能量损失。

根据公式(6)、(7)和(12)获取能量补偿因子，再根据公式(13)对如图4所示的共炮点道集的地震信号能量进行补偿，以得到如图7所示的补偿后地震信号能量的波形图，图7为本实用新型实施例第一仿真试验中共炮点道集的补偿后地震信号能量波形图。图8为本实用新型实施例均方根法和试射法得到的能量补偿因子的对比图。如图8所示，在本实用新型实施例中通过公式(13)得到的第一层交界面和第二层交界面的地震信号的能量补偿因子与通过试射法计算得到的能量补偿因子基本一致。图6、7或图9、10和11所示的地震信号的能量波形图可以通过输出单元105输出到显示器或打印机，以将补偿后的地震信号能量波形图显示给用户。

在本实用新型实施例中，通过采集到的地震信号参数，得到地震信号的均方根速度和地质层的均方根厚度，然后再通过地震信号的均方根速度和地质层的均方根厚度得到地震信号的能量补偿因子以对地震信号能量值进行校正，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

为进一步验证本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置的技术效果，以具有4层介质的地质层模型为了来进行第二仿真试验，4层介质的岩性、密度ρ、厚度h和地震信号在相应介质的纵波速度V_p和横波速度V_s如表1所示：

表1

其中，第一层介质和第二层介质之间的交界面为第一层交界面，第二层介质和第三层介质之间的交界面为第二层交界面，第三层介质和第四层介质之间的交界面为第三层交界面。图9为本实用新型实施例第二仿真试验中第一层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图。第一层交界面(浅层)反射的地震信号能量在补偿前后的共中心点道集(CMP)的地震信号的振幅的对比如图9所示，在补偿前，随着偏移距的增大地震信号的振幅增加趋势并不明显，尤其是在炮检距较大时振幅随偏移距的变化已非常微弱，而在利用本实用新型实施例的校准装置对地震信号的振幅进行补偿之后，地震信号的振幅随偏移距的变化趋势变得明显，从补偿前后对比来看，在偏移距较大处的地震信号的振幅明显增强，AVO现象更加明显。

图10为本实用新型实施例第二仿真试验中第二层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图。如图10所示，在补偿前，随着偏移距的增大地震信号的振幅增加趋势并不明显，尤其是在炮检距较大时振幅随偏移距的变化已非常微弱，而在利用本实用新型实施例的校准装置对地震信号的振幅进行补偿之后，地震信号的振幅随偏移距的变化趋势变得明显；但相对图9，地震信号的振幅的增幅有所减弱，这是由于随着交界面深度的增加，地震信号的出射角减小引起的。

图11为本实用新型实施例第二仿真试验中第三层交界面共中心点道集地震信号补偿前后的能量波形图。第三层交界面反射的地震信号能量补偿前后的共中心点道集(CMP)的对比情况如图11所示，相同炮检距处补偿后的振幅能量比补偿前只有很少的提高，这是由于第三个反射交界面反射最大出射角只是第一交界面反射最大出射角的一半左右，同时由于地震信号透射时能量损失等原因引起的本身能量较低而引起。但是，在地震信号的能量得到补偿之后，能更加真实的分析AVO现象，从而更加准确的预测储层。

在本实用新型实施例中，为更好的说明补偿前后的差异，我们根据公式(11)把偏移距转化为出射角，定量的显示出三个反射交界面反射振幅补偿前后的能量随入射角的变化，图12本实用新型实施例第二仿真试验中各交界面补偿前后的反射系数，如图12所示，随着交界面的加深，地震信号出射角度越小，补偿前后能量变化也越小，也就是说，非零炮检距引起的能量损失在浅层较严重。

其中，交界面的反射系数R的计算公式(14)如下所示：

$R=\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}$

R₁和R₂分别表示地震信号在第一层介质和第二层介质中的阻抗，其中，地震信号是从第一层介质进入第二层介质，经过第二层介质反射后又重新进入第一层介质中，阻抗为介质的密度与地震信号在相应介质中的传播速度的乘积。

在本实用新型实施例中，通过获取到的能量补偿因子对检波器检测到的地震信号的能量值进行校正，避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演等的地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准系统具体实施例

图13为本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准系统具体实施例的结构示意图。如图13所示，本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准系统包括：激发装置20、检波器30和非零炮检距地震信号能量校准装置10，其中，激发装置20用于激发产生地震信号；检波器30用于采集并检测地震信号的能量；非零炮检距地震信号能量校准装置10可以采用上述非零炮检距地震信号能量校准装置任一实施例的结构，在本实用新型实施例中，非零炮检距地震信号能量校准装置10采用本实用新型实施例非零炮检距地震信号能量校准装置具体实施例一的结构，包括采集单元101、获取单元102和补偿单元103，其中，采集单元101与获取单元102连接，用于接收地震信号参数，地震信号参数包括炮检距x、第i层地质层的厚度h_i、地震信号在第i层地质层中的传播速度V_i以及检波器接收到的地震信号的能量，获取单元102用于根据地震信号参数获取地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据均方根速度和均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子，补偿单元103与获取单元102连接用于根据获取单元102获取到的能量补偿因子来补偿所述采集单元采集到的地震信号能量。

本实用新型实施例通过激发装置激发产生地震信号，通过检波器采集并检测地震信号的能量，再通过非零炮检距地震信号能量校准装置中的采集单元接收地震信号参数，获取单元获取地震信号的均方根速度和均方根厚度，再根据地震信号的均方根速度和均方根厚度获取地震信号的能量补偿因子，补偿单元将检波器检测到的地震信号的能量通过补偿因子进行校准，从而避免非零炮检距地震信号能量的损失导致地震信号的振幅失真，为AVO分析和AVO反演分析等地层分析提供准确的地震信号的振幅，从而提高地层分析的准确性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种非零炮检距地震信号能量校准装置，其特征在于包括：

采集地震信号参数的采集单元；

根据所述地震信号参数获取所述地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据所述均方根速度和均方根厚度获取所述地震信号的能量补偿因子的获取单元，与所述采集单元连接；

根据能量补偿因子补偿所述采集单元接收到的地震信号能量的补偿单元，与所述获取单元连接。

2.根据权利要求1所述的非零炮检距地震信号能量校准装置，其特征在于还包括：

存储采集到的地震信号参数以及获取得到的能量补偿因子的存储单元，分别与所述采集单元、获取单元与补偿单元连接。

3.根据权利要求1所述的非零炮检距地震信号能量校准装置，其特征在于还包括：

输出所述补偿单元补偿后的地震信号能量的输出单元，与补偿单元连接。

4.一种非零炮检距地震信号能量校准系统，其特征在于包括，

激发产生地震信号的激发装置；

检测地震信号的能量的检波器，与所述激发装置连接；

非零炮检距地震信号能量校准装置，与所述检波器连接；

所述非零炮检距地震信号能量校准装置包括：

采集地震信号参数的采集单元；

根据所述地震信号参数获取所述地震信号的均方根速度和均方根厚度，以及根据所述均方根速度和均方根厚度获取所述地震信号的能量补偿因子的获取单元，与所述采集单元连接；

根据能量补偿因子补偿所述采集单元接收到的地震信号能量的补偿单元，与所述获取单元连接。

5.根据权利要求4所述的非零炮检距地震信号能量校准系统，其特征在于，所述非零炮检距地震信号能量校准装置还包括：

存储采集到的地震信号参数以及获取得到的能量补偿因子的存储单元，分别与所述采集单元、获取单元和补偿单元连接。

6.根据权利要求4所述的非零炮检距地震信号能量校准系统，其特征在于，所述非零炮检距地震信号能量校准装置还包括：

输出所述补偿单元补偿后的地震信号能量的输出单元，与补偿单元连接。

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