中阿拉伯盆地油氣分布規(guī)律和主控因素研究

王一帆，白國平

(中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

1 概述

中阿拉伯盆地位于阿拉伯半島中部，面積49.33×104km2，其中約25%位于海域。盆地呈南西-北東向展布，東北是扎格羅斯褶皺帶，東南是魯卜哈利盆地，西南是阿拉伯地盾，西北是維典盆地［1］。自1932年在巴林發(fā)現(xiàn)Awali油田以來，截至2012年底，中阿拉伯盆地已發(fā)現(xiàn)179個(gè)油氣田，探明和控制原油儲(chǔ)量850.2×108t、凝析油儲(chǔ)量82.8×108t、天然氣儲(chǔ)量 60.2 ×1012m3，合計(jì)為 1417.7 ×108t油當(dāng)量［2］。該盆地是中東地區(qū)油氣最富集、豐度也最高的盆地。

中東素有“油庫”美譽(yù)，其油氣資源的豐富程度可見一斑。Alsharhan 和 Nairn［3］以盆地分析、Beydoun［4］以板塊構(gòu)造、Sharland 等［5］以層序地層學(xué)等研究手段對(duì)中東油氣區(qū)的油氣富集和潛力進(jìn)行了多角度的研究。在國內(nèi)學(xué)者中，白國平［6］初步探討了波斯灣盆地的油氣分布規(guī)律和控制因素，賈小亮等［7］針對(duì)波斯灣盆地大氣田進(jìn)行了研究。但是目前尚缺乏針對(duì)中阿拉伯盆地的油氣分布規(guī)律的系統(tǒng)研究。因此，本文擬探討中阿拉伯盆地的油氣富集規(guī)律，以期為我國的海外油氣勘探提供參考依據(jù)。同時(shí)，中東和我國西南大部分地區(qū)同屬特提斯構(gòu)造域，我國西南部地區(qū)有著大片油氣潛力高、勘探程度低的地區(qū)，對(duì)特提斯構(gòu)造域內(nèi)油氣富集盆地的研究有可能為我國西南部盆地的勘探提供參照［8，9］。

中阿拉伯盆地包括6個(gè)凸起、2個(gè)坳陷和1個(gè)地塹(圖1)。凸起均位于前寒武紀(jì)基底斷裂所形成的地壘之上(圖2)［10］，迪布蒂巴赫(Dibdibah)坳陷和西海灣(West Gulf)坳陷位于凸起之間，兩個(gè)坳陷的大部分處于前寒武系Hormuz巖系分布區(qū)。

圖1 中阿拉伯盆地構(gòu)造分區(qū)和主要油氣田分布圖Fig.1 Structural division and distribution of the oil and gas fields in Central Arabian Basin

中阿拉伯盆地的構(gòu)造演化分為5個(gè)階段［1］:(1)晚元古代裂前階段，變質(zhì)巖結(jié)晶基底于晚前寒武紀(jì)固結(jié);(2)早寒武世同裂谷階段，盆地的裂谷內(nèi)沉積了淺海相碳酸鹽巖、細(xì)粒碎屑巖和Hormuz巖系;(3)中寒武世—晚二疊世內(nèi)克拉通坳陷階段，晚奧陶世—早志留世和晚石炭世早二疊世兩次冰川消融引起了海侵，盆地大部分地區(qū)被很淺的局限海所覆蓋，盆地接受了陸相—淺海相的碎屑巖沉積;(4)晚二疊世—古近紀(jì)被動(dòng)大陸邊緣階段，新特提斯洋的開啟，海平面的周期性升降在盆地沉積了大范圍的碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖，早白堊世隨著阿拉伯地盾陸緣碎屑供給的增多，陸架碳酸鹽巖的沉積范圍向海灣遷移;(5)中新世—現(xiàn)今前陸盆地階段，新特提斯洋的封閉和扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)造成的擠壓和地殼收縮持續(xù)至更新世，盆地內(nèi)沉積了蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖，伴有少量細(xì)粒碎屑巖沉積。

2 含油氣系統(tǒng)特征

中阿拉伯盆地發(fā)育下志留統(tǒng)、侏羅系和白堊系3套主力烴源巖層系，根據(jù)從源巖到圈閉的系統(tǒng)論原則，在中阿拉伯盆地內(nèi)識(shí)別出3個(gè)主要含油氣系統(tǒng):下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)、侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)和白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)。另外，也發(fā)現(xiàn)了極少量來源于三疊系烴源巖的油氣，僅占油氣總可采儲(chǔ)量的0.1%。

2.1 下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)

下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)油氣可采儲(chǔ)量占盆地油氣總可采儲(chǔ)量的34.0%，此含油氣系統(tǒng)儲(chǔ)集了盆地主要的天然氣和凝析油儲(chǔ)量，其天然氣和凝析油可采儲(chǔ)量分別占盆地總可采儲(chǔ)量的81.9%和90.2%(圖3)，這些油氣主要分布于盆地的凸起，特別是卡塔爾凸起，諾斯(North)氣田的天然氣和凝析油就是來自于下志留統(tǒng)烴源巖。烴源巖為下志留統(tǒng)Qalibah組的Qusaiba段“熱頁巖”［11］。熱頁巖由富有機(jī)質(zhì)的頁巖構(gòu)成，TOC含量高達(dá)6.15%，干酪根為腐泥型(Ⅱ型)，Ro值變化較大，但是平均大于2%［12］。Qusaiba段是盆地最重要的氣源巖，這套烴源巖從晚侏羅世開始生油氣，一直持續(xù)至晚白堊世(圖3)。

上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)Unayzah組是盆地最老的主力石油儲(chǔ)層，以河流相、風(fēng)成相和淺海相的砂、頁巖為主，主要分布于中阿拉伯凸起，孔隙度8%～25%，滲透率100～8000mD。上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)Khuff組灰?guī)r儲(chǔ)層，是盆地最重要的天然氣和凝析油儲(chǔ)層。在盆地西部，厚度80m且多砂質(zhì)，逐漸向東在海灣地區(qū)增厚至905m，巖性變?yōu)槭規(guī)r、白云巖和硬石膏，沉積環(huán)境也以淺海陸架—潮坪為主。儲(chǔ)層孔隙以鑄?？缀途чg孔為主［13］，孔隙度1%～10%，平均值5%，滲透率1～100mD。

Khuff組上段蒸發(fā)巖和下三疊統(tǒng)Sudair組的泥質(zhì)白云巖和頁巖為下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)提供了區(qū)域蓋層。下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)98.00%的油氣儲(chǔ)集在構(gòu)造圈閉中，地層-構(gòu)造復(fù)合圈閉中分別儲(chǔ)集了1.99%的儲(chǔ)量，Khuff組地層圈閉中也發(fā)現(xiàn)了少量油氣儲(chǔ)量，僅占0.01%。

2.2 侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)

侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)可采儲(chǔ)量占總盆地可采儲(chǔ)量的48.5%，是盆地最重要的含油氣系統(tǒng)，其油氣在全盆地均有分布。此復(fù)合含油氣系統(tǒng)儲(chǔ)集了盆地主要的石油儲(chǔ)量，占總盆地石油儲(chǔ)量的73.1%，蓋瓦爾(Ghawar)油田的石油儲(chǔ)量來自于侏羅系的烴源巖。此復(fù)合含油氣系統(tǒng)包括3個(gè)烴源巖層。下—中侏羅統(tǒng)Sargelu組烴源巖，沉積于盆地北部的洛雷斯坦(Lurestan)坳陷內(nèi)［14］，巖性為薄層含瀝青灰?guī)r，沉積在閉塞靜水環(huán)境，厚度可達(dá)500m。公開文獻(xiàn)報(bào)道的 TOC值為 3.1%～4.4%［14］和1.7%～7.6%［15］。上侏羅統(tǒng) Tuwaiq Mountain組沉積于北海灣鹽盆之上，巖性為陸架內(nèi)局限海薄層狀球粒碳酸鹽巖，TOC值為 3%～5%，最高可達(dá)12.5%［16］。盆地東南部的Hanifa組烴源巖為淺海相頁巖，TOC值為1.2%～5.1%［17］，成熟度由北向南增加［18］。侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)的烴源巖從早白堊世開始生油，一直持續(xù)至晚古近紀(jì)(圖3)。

圖2 中阿拉伯盆地剖面圖，剖面位置見圖1(據(jù)Beydoun［4］，有修改)Fig.2 Cross section across Central Arabian Basin(modified from Beydoun，1991)

上侏羅統(tǒng)Arab組石灰?guī)r儲(chǔ)層是盆地最重要的石油儲(chǔ)集層系，也是盆地最大的油田—蓋瓦爾油田的主力儲(chǔ)層。Arab組由淺海相層孔蟲、珊瑚粘結(jié)灰?guī)r、骨架粒狀灰?guī)r和潮上帶石膏組成的4個(gè)巖性旋回組成。儲(chǔ)層孔隙以原生粒間孔和微裂縫為主［13］，孔隙度5%～30%，平均18%;滲透率5～1000mD，平均300mD。下白堊統(tǒng)上部的Burgan組砂巖儲(chǔ)層位于科威特，沉積環(huán)境從西向東由海陸過渡相變?yōu)闇\海相，平均厚度為381m。孔隙度20%～27%，平均23%，以粒間孔為主，滲透率為380～4000mD。沙特地區(qū)下白堊統(tǒng)上部的Khafji段和Safania段分別橫向上對(duì)應(yīng)Burgan組的下部和上部，兩段儲(chǔ)集層都經(jīng)歷了沉積環(huán)境由河流相向東過渡為三角洲平原相-淺海相。Khafji段儲(chǔ)集體為欠固結(jié)的砂巖，夾有少量頁巖和石灰?guī)r，孔滲性極好，平均孔隙度為25%，平均滲透率為625mD。Safania段主要由砂巖和頁巖組成，夾有砂質(zhì)灰?guī)r和粉砂巖，孔隙度為22%～32%，平均26%;滲透率均值570mD。

上侏羅統(tǒng)Hith組硬石膏層和Arab組硬石膏層是上侏羅統(tǒng)重要的區(qū)域蓋層。Burgan組/Khafji段/Safania段頁巖封蓋了白堊系儲(chǔ)層的油氣。侏羅復(fù)合含油氣系統(tǒng)中97.7%的油氣儲(chǔ)存在構(gòu)造圈閉，構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量占2.3%，尚未在地層圈閉中發(fā)現(xiàn)油氣。

2.3 白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)

白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)的油氣主要分布在盆地北部的兩個(gè)坳陷內(nèi)，其可采儲(chǔ)量占盆地總可采儲(chǔ)量的17.5%，大布爾干(Great Burgan)油田的油氣就來源于白堊系烴源巖。此復(fù)合含油氣系統(tǒng)的烴源巖包括下白堊統(tǒng)Sulaiy組、下白堊統(tǒng)Ratawi組和阿爾布階Kazhdumi組。Sulaiy組分布于伊拉克和科威特，巖性為塊狀隱晶質(zhì)、白堊質(zhì)石灰?guī)r，干酪根為Ⅱ型，在伊拉克TOC達(dá)到了7.3%［19］。Ratawi組烴源巖分布于伊拉克，由局限海-瀉湖相的含少量硫化鐵的深色頁巖與灰?guī)r組成，在中拉伯盆地很可能已進(jìn)入生油階段。Kazhdumi組烴源巖為泥灰?guī)r和泥質(zhì)石灰?guī)r，沉積于伊朗西南部扎格羅斯盆地的迪茲富勒坳陷，厚度達(dá) 300m，TOC的值為 3.1%～12.0%［14］。白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)的烴源巖于晚白堊世開始生油，并一直持續(xù)到晚古近紀(jì)(圖3)。

下白堊統(tǒng)下部的Yamama組石灰?guī)r儲(chǔ)層分布于沙特和伊朗西南部，包括淺海相鮞粒、球粒、點(diǎn)礁石灰?guī)r和云質(zhì)石灰?guī)r。孔隙度6%～23%，平均14%，滲透率10～300mD。下白堊統(tǒng)上部Zubair組砂巖儲(chǔ)層分布于伊拉克、沙特北部和科威特，沉積于三角洲平原-淺海相三角洲前緣?？紫抖?0%～27%，平均15%;滲透率1～1000mD，平均300mD。上白堊統(tǒng)下部Mishrif組石灰?guī)r儲(chǔ)層主要為細(xì)-粗粒結(jié)晶灰?guī)r，沉積環(huán)境為淺海瀉湖到陸架，分布于伊拉克到阿聯(lián)酋的西北-東南展布的構(gòu)造帶上?？紫抖?5.0%～25.5%，平均19%。滲透率1～175mD，平均45mD。Burgan組、Khafji段和 Safania段也是重要儲(chǔ)層，前已論及，不再贅述。

與下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)和侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)相比，白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)缺少蒸發(fā)巖區(qū)域蓋層，因此該系統(tǒng)的油氣分布于多套儲(chǔ)集層內(nèi)，形成了多套儲(chǔ)蓋組合。其蓋層包括下白堊統(tǒng)Gadvan組、Zubair組、Burgan組/Khafji段/Safania段頁巖、上白堊統(tǒng)Ahmadi組頁巖以及Khasib組頁巖和泥質(zhì)石灰?guī)r。白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)中96.7%的油氣儲(chǔ)集在構(gòu)造圈閉，構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量分別占2.2%，地層圈閉也發(fā)現(xiàn)了1.1%的儲(chǔ)量。

3 油氣分布特征和主控因素

中阿拉伯盆地已發(fā)現(xiàn)的179個(gè)油氣田中，74個(gè)為大油田(指石油可采儲(chǔ)量超過5×108桶，即6820×104t的油田)，16個(gè)為大氣田(指天然氣可采儲(chǔ)量超過3×1012ft3，即850×108m3)。該盆地分布了全球第一大油田—蓋瓦爾(Ghawar)油田(可采儲(chǔ)量197.8×108t石油)、全球第二大油田—大布爾干(Great Burgan)油田(可采石油儲(chǔ)量80.5×108t)和全球最大氣田—諾斯(North)氣田(可采儲(chǔ)量28×1012m3天然氣、35.5 ×108t凝析油)。

區(qū)域上，中阿拉伯盆地的石油主要集中于海灣附近的西海灣坳陷、迪布蒂巴赫坳陷、沙特的蓋瓦爾凸起和安納拉凸起，天然氣和凝析油則集中于卡塔爾凸起(圖4)。層系上，中阿拉伯盆地是典型的“下氣上油”，上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)Khuff組的地層富集了盆地內(nèi)78.9%的天然氣和83.7%的凝析油儲(chǔ)量，而上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)則富集了盆地內(nèi)81.9%的石油儲(chǔ)量，前胡夫組和新生界僅儲(chǔ)集了少量的油氣儲(chǔ)量(圖5)。

圖4 中阿拉伯盆地油氣儲(chǔ)量區(qū)域分布Fig.4 Regional distribution of the petroleum reserves in Central Arabian Basin

圖5 中阿拉伯盆地油氣儲(chǔ)量層系分布Fig.5 Stratigraphic distribution of the petroleum reserves in Central Arabian Basin

3.1 優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層控制了油氣的層系分布

中阿拉伯盆地的油氣層系分布受區(qū)域蓋層控制，緊鄰區(qū)域蓋層之下的儲(chǔ)集層往往是油氣最富集的層位。

上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)Khuff組上段的硬石膏在阿拉伯陸架廣布，這套區(qū)域蓋層沉積于低水位體系域中［20］，封蓋了盆地內(nèi)78.9%的天然氣和83.7%的凝析油儲(chǔ)量。侏羅紀(jì)最后一次的局限海蒸發(fā)巖環(huán)境中沉積了大范圍的Hith組蒸發(fā)巖［21］，這套上侏羅統(tǒng)提塘階的硬石膏區(qū)域蓋層下伏的上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)層富集了盆地41.8%的石油儲(chǔ)量。

由于頁巖封蓋油氣的性能明顯弱于蒸發(fā)巖蓋層［22］，同時(shí)白堊系油藏受到Hormuz組鹽運(yùn)動(dòng)和晚新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，蓋層的破壞改造較為嚴(yán)重，因此白堊系的油氣不像侏羅系一樣相對(duì)聚集，而是被不同的區(qū)域或半?yún)^(qū)域蓋層控制。下白堊統(tǒng)Gadvan組、Zubair組和 Burgan組/Khafji段/Safania段頁巖封蓋盆地內(nèi)26.8%的石油儲(chǔ)量;上白堊統(tǒng)Ahmadi組頁巖、Khasib組頁巖和泥質(zhì)灰?guī)r封蓋盆地9.2%的石油儲(chǔ)量。

蒸發(fā)巖蓋層在中阿拉伯盆地控制了天然氣和凝析油的分布，以蒸發(fā)巖為蓋層的油氣藏共聚集了357×108t油，47.9×1012m3天然氣，72.3×108t凝析油，分別占盆地石油、天然氣和凝析油總可采儲(chǔ)量的42.0%、79.6%和87.3%。

3.2 主力烴源巖和優(yōu)勢運(yùn)移路徑控制了油氣的區(qū)域分布

下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的烴源巖Qusaiba段分布在中阿拉伯凸起附近，有3條優(yōu)勢運(yùn)移路線(圖6a):一條以運(yùn)移石油為主，向西側(cè)向長距離運(yùn)移到中阿拉伯隆起，形成主要以Unayzah組為儲(chǔ)層的前Khuff組油氣藏;一條以運(yùn)移天然氣為主，向東北側(cè)向運(yùn)移到卡塔爾凸起，形成Khuff組氣藏;另一條亦以運(yùn)移天然氣為主，向北側(cè)向運(yùn)移到蓋瓦爾凸起，形成Khuff組和Jauf組氣藏。伊朗西南部下志留統(tǒng)Gahkum組氣源巖排出的天然氣也是通過古斜坡向南側(cè)向運(yùn)移，最終聚集于卡塔爾凸起的。

侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)的主力烴源巖沉積于多個(gè)陸架內(nèi)盆地［3］，自北向南依次發(fā)育了 Sargelu組、Tuwaiq Mountain組、Hanifa組，范圍幾乎覆蓋整個(gè)盆地(圖6b)。油氣經(jīng)歷短距離的側(cè)向和垂向運(yùn)移聚集成藏，造成侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)“滿盆油”的特點(diǎn)。Arab組儲(chǔ)層中的油氣是從Hanifa組烴源巖垂向運(yùn)移超過300m聚集成藏的［16］，在蓋瓦爾油田，Arab組D段和其Hanifa組烴源巖組通過垂向斷裂實(shí)現(xiàn)連通［23］。這種垂向運(yùn)移一般通過近于垂直的正斷層和其有關(guān)的裂縫而實(shí)現(xiàn)的［24］。

白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)烴源灶的范圍向盆地北部縮小(圖6c)，Sulaiy組烴源巖分布在盆地北部的科威特和伊拉克，排出的油氣經(jīng)過短距離垂向和側(cè)向運(yùn)移在迪布蒂巴赫坳陷成藏。Kazhdumi組烴源巖分布于盆地東北部和相鄰的扎格羅斯盆地迪茲富勒坳陷內(nèi)，其排出的油氣通過與烴源巖指狀交錯(cuò)接觸的Burgan組、Nahr Umr組等砂巖輸導(dǎo)層［16］，側(cè)向運(yùn)移而最終聚集成藏，距離可以超過200km［24］，一般有西北和東南兩條優(yōu)勢運(yùn)移路徑，分別運(yùn)移到迪布蒂巴赫坳陷和西海灣坳陷。

3.3 基底斷裂和鹽運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的圈閉控制了油氣藏的形成和富集

圖7 中阿拉伯盆地基底斷裂和鹽運(yùn)動(dòng)控制油氣分布圖Fig.7 Distribution of oil and gas controlled by the basement faults and salt movement in Central Arabian Basin

前寒武紀(jì)基底斷裂在盆地基底構(gòu)成了很多巨型的地壘，在這些地壘之上形成眾多以近北南向?yàn)橹鞯耐蛊?。地質(zhì)歷史時(shí)期中基底斷裂由于構(gòu)造擠壓不斷活動(dòng)，最終形成現(xiàn)今相對(duì)簡單、斷裂不發(fā)育、寬緩巨大的背斜圈閉，蓋瓦爾油田就是蓋瓦爾凸起之上的面積達(dá)5400km2的長軸背斜構(gòu)造。

Hormuz巖系在地質(zhì)歷史時(shí)期隨著構(gòu)造活動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)，西海灣坳陷和迪布蒂巴赫坳陷的構(gòu)造和沉積都受其影響，但兩個(gè)坳陷在圈閉形成動(dòng)力上有著較大不同。西海灣坳陷中鹽底辟運(yùn)動(dòng)是圈閉形成的主動(dòng)力(圖7)，常見穹窿狀的背斜圈閉，并伴有放射狀的正斷層。迪布蒂巴赫坳陷的圈閉多數(shù)是近北南向的背斜圈閉，是南部安納拉等凸起在北部的延續(xù)［26］，當(dāng)然也不可忽視鹽運(yùn)動(dòng)對(duì)這些圈閉形成的積極貢獻(xiàn)［27］。

4 結(jié)語

作為中東乃至全球油氣最富集的盆地，中阿拉伯盆地吸引了無數(shù)石油地質(zhì)學(xué)家的目光，探求其異常豐富油氣資源的主控因素意義重大。本文基于最新油氣田數(shù)據(jù)資料和油氣地質(zhì)綜合分析，探尋了中阿拉伯盆地油氣分布特征和主控因素。主要結(jié)論如下:

(1)在中阿拉伯盆地內(nèi)識(shí)別出了3個(gè)主要含油氣系統(tǒng):下志留統(tǒng)含油氣系統(tǒng)、侏羅系復(fù)合含油氣系統(tǒng)和白堊系復(fù)合含油氣系統(tǒng)，其油氣可采儲(chǔ)量分別占盆地油氣總可采儲(chǔ)量的 34.0%、48.4%、17.5%。

(2)層系上，中阿拉伯盆地是典型的“下氣上油”，上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)地層富集了盆地內(nèi)78.9%的天然氣和83.7%的凝析油，上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)則富集了盆地內(nèi)81.9%的石油。區(qū)域上，中阿拉伯盆地的石油主要聚集于西海灣坳陷、迪布蒂巴赫坳陷、蓋瓦爾凸起和安納拉凸起，天然氣和凝析油則在卡塔爾凸起更為富集。

(3)中阿拉伯盆地的油氣分布主要受3個(gè)因素控制:優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層控制了油氣的層系分布，主力烴源巖展布和優(yōu)勢運(yùn)移路徑控制了油氣的區(qū)域分布，基底斷裂和鹽運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的圈閉控制了油氣藏的形成和富集。

［1］白國平.中東油氣區(qū)油氣地質(zhì)特征［M］.北京:中國石化出版社，2007.

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