吳其林 但志偉 肖 為 曾 驛 周小康 侯志平
(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 成都 610059;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所 廣東湛江 524057;3.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司研究院 廣州 510240)
地震沉積學(xué)是在沉積學(xué)、地震地層學(xué)、層序地層學(xué)、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的邊緣交叉學(xué)科;簡(jiǎn)單地講,地震沉積學(xué)是應(yīng)用地震信息研究沉積巖及其形成過(guò)程的學(xué)科[1-4]。“地震沉積學(xué)”的出現(xiàn)要追溯到1998年,曾洪流,Henry,Riola等在geophysics上發(fā)表利用地震資料制作切片的論文,并首次使用了“地震沉積學(xué)”[5]。地震沉積學(xué)利用地震資料研究沉積巖石學(xué)及其形成過(guò)程的一門(mén)學(xué)科,它的兩個(gè)基本原理:①一般的沉積體的寬度大于厚度(Galloway,1983);②地震垂向分辨率在垂向上無(wú)法識(shí)別的地質(zhì)體,在平面上有可能通過(guò)地震橫向分辨率被識(shí)別出來(lái)[6]。在充分利用了三維地震數(shù)據(jù)的橫向分辨力,特別是在地震資料上中深層沉積體厚度小于縱向分辨率1/4波長(zhǎng),而橫向伸展長(zhǎng)度大于橫向分辨率的情況下,地震沉積學(xué)有助于再造高分辨率層序格架,利用地層切片體(等時(shí)地質(zhì)切片)技術(shù)識(shí)別沉積體系和油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作。Posamentier,Kolla等為代表的國(guó)外學(xué)者先后描述了地震沉積學(xué)分支的地震地貌學(xué)在勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的研究[7-14],地震沉積學(xué)蓬勃發(fā)展。2005年至今,以朱筱敏、林承焰、董春梅等為代表的國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)地震沉積學(xué)理論進(jìn)行了深入剖析和應(yīng)用嘗試[3-4,16-19],推動(dòng)了地震沉積學(xué)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。
縱觀國(guó)內(nèi)外地震沉積學(xué)研究主要集中在以地震資料中、淺層的碎屑巖沉積環(huán)境為主,對(duì)于地震分辨率較低碳酸鹽巖沉積環(huán)境的研究較少。本文嘗試在南海珠江口盆地H區(qū)塊中新世碳酸鹽巖沉積區(qū)開(kāi)展地震沉積成像研究,識(shí)別并圈定臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)礁灘復(fù)合體為有利儲(chǔ)集相帶的范圍,克服了在高速、高密、低頻、低分辨率碳酸鹽巖沉積區(qū)儲(chǔ)層精細(xì)描述的困難,為區(qū)域的碳酸鹽巖勘探提供了有利依據(jù)。
南海是最大的邊緣海,地質(zhì)歷史時(shí)期乃至今生物礁都非常發(fā)育[11]。珠江口盆地(東部)中新統(tǒng)大規(guī)模發(fā)育碳酸鹽巖沉積,生物礁發(fā)育,碳酸鹽巖分布面積約5×104km2,大于 100 m厚度的區(qū)域約 0.8×104km2,最大厚度可達(dá)400 m以上,主要分布于東沙隆起。珠江口盆地H區(qū)塊面積為400 km2,位于珠江口盆地東沙隆起與惠州凹陷的過(guò)渡帶上,與HZ25-8、HZ32-1、LH4-1等眾多油田群一樣,處在惠州地區(qū)最有利的油氣運(yùn)移構(gòu)造脊通道上,屬于惠州含油氣系統(tǒng),北西有HZ26洼,油源充足(圖1)。區(qū)塊內(nèi)珠江組碳酸鹽巖地層中儲(chǔ)層物性分布不均、有利儲(chǔ)層的位置及其分布尚不清楚成為制約該地區(qū)勘探的首要問(wèn)題,如何利用現(xiàn)有錄井、測(cè)井、三維地震資料進(jìn)行有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成為勘探突破的關(guān)鍵。筆者以地震沉積學(xué)為指導(dǎo),結(jié)合現(xiàn)有的錄井、測(cè)井、地質(zhì)和地震資料,綜合結(jié)構(gòu)類(lèi)地震相劃分方法、單井相、連井相、地震屬性地層切片相輔助進(jìn)行了有利沉積相帶的識(shí)別劃分,一定程度上改進(jìn)了單純的地震相、地震屬性相和沉積相劃分的粗糙的問(wèn)題,通過(guò)地震、地質(zhì)各自確定的事實(shí)彼此約束實(shí)現(xiàn)了沉積相的劃分。
近東西向剖面位于珠江口盆地H區(qū)塊3口連井對(duì)比圖,近東西向延伸,自西向東過(guò)井 HZ33-2A—HZ28-4A—HZ34-1A(圖2)。圖2展示了碳酸鹽臺(tái)地生長(zhǎng)、發(fā)展到消亡的過(guò)程,分為SQ1、SQ2和SQ3三個(gè)階段。
圖1 珠江口盆地惠州地區(qū)H區(qū)位置圖(據(jù)傅恒,2008)Fig.1 The location map of the Huizhou H block in Pearl River Mouth Basin(after Fu,2008)
SQ1海侵體系域,在珠江口盆地H區(qū)塊均為一套濱岸砂巖。在惠州井區(qū)以遠(yuǎn)濱細(xì)—粉砂巖和泥巖互層,向東逐漸相變?yōu)榻鼮I中—細(xì)砂巖沉積,砂巖粒度整體上由西向東呈逐漸變粗趨勢(shì),反映了西低東高的古地貌特征,說(shuō)明陸源碎屑物源主要來(lái)自東沙隆起剝蝕區(qū)。
SQ1高位體系域,珠江口盆地H區(qū)塊廣泛發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地,灰?guī)r在剖面各井均有分布?;葜莸貐^(qū)早期短暫發(fā)育碳酸鹽巖與碎屑巖混積,如HZ28-4A井;隨后廣泛發(fā)育生屑灘,如HZ34-1A井,且在臺(tái)地內(nèi)部灘間發(fā)育臺(tái)坪沉積。
SQ2海侵體系域,海水迅速?gòu)臇|西兩個(gè)方向淹沒(méi)臺(tái)地,HZ33-2A以西被淹沒(méi),接受陸棚粉砂巖和泥巖互層沉積。相對(duì)高部位的HZ28-4A和HZ34-1A仍接受碳酸鹽巖沉積,HZ28-4A井區(qū)以生屑灘為主,而位置較高的HZ34-1A井區(qū)發(fā)育臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁。
SQ2高位體系域,HZ28-4A和HZ34-1A碳酸鹽臺(tái)地繼承性生長(zhǎng),HZ28-4A發(fā)育礁灘互層的沉積,HZ34-1A主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁;而HZ32-2A發(fā)育陸棚相的泥質(zhì)沉積夾粉砂巖。
SQ3海侵體系域,剖面上的碳酸鹽臺(tái)地全部淹沒(méi),接受陸棚泥沉積,以泥巖為主,在沉積高部位井區(qū)的HZ34-1A泥灰?guī)r發(fā)育,厚度近30 m。
地層切片技術(shù)是地震沉積學(xué)應(yīng)用的核心技術(shù),它是地質(zhì)(時(shí)間)界面上地震屬性(例如振幅)的顯示,也是一種解釋性地震資料處理[6]。選擇相對(duì)地質(zhì)時(shí)間意義的地震同相軸看作一個(gè)視旅行時(shí)指數(shù),這代表了某一時(shí)間指數(shù)切片具有了地質(zhì)時(shí)間意義,按照成因地層原理,不同地質(zhì)時(shí)間的地層切片組合即有助于恢復(fù)地層沉積史[6]。
根據(jù)區(qū)域背景和區(qū)內(nèi)連井沉積相劃分可得出研究區(qū)主體為臺(tái)地—陸棚相沉積格局,依據(jù)地震相分類(lèi)可分為五類(lèi),即①丘狀、中低連續(xù)、中強(qiáng)振幅、中低頻、平行—波狀反射地震相;②丘狀、低連續(xù),中弱振幅、中高頻前積反射地震相;③楔狀、中低連續(xù)、中低頻、平行—亞平行反射地震相等5類(lèi)地震相,具體見(jiàn)表1。
在地震相劃分的基礎(chǔ)上,通過(guò)井—震剖面結(jié)合,將單井的上沉積相和地震剖面上的地震相進(jìn)行一一對(duì)應(yīng),為后續(xù)平面相劃分建立劃相依據(jù)(圖3)。
在地震相劃分后,選用的參考層位開(kāi)展地層切片研究,主要以層序體系域界面SB2、MFS2及次一級(jí)地層界面SST2為界(SST2為體系域內(nèi)部MFS2與SB2之間橫向上延伸廣泛的次一級(jí)地層界面),建立了時(shí)間地層切片的參考面(圖3)。考慮到碳酸鹽巖地層有別于目前國(guó)內(nèi)外地震沉積研究的碎屑巖沉積,如碎屑巖地層沉積利用地震數(shù)據(jù)體的振幅或常規(guī)波阻抗地層切片即可完成沉積分析,但碳酸鹽巖地層由于密度高、速度快、頻率低的特點(diǎn),振幅信息進(jìn)行地層切片時(shí)分辨沉積體能力低,不易區(qū)分沉積體;而據(jù)前人巖石物理研究成果表明,縱波阻抗和儲(chǔ)層孔隙度之間高達(dá)94%的相關(guān)性[25]。因此本文選取巖性物性信息豐富、精度較高的疊前彈性波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行地層切片地震沉積研究,結(jié)合井震聯(lián)合地震相劃分成果,對(duì)各地層切片進(jìn)行平面沉積相劃分,精細(xì)刻畫(huà)沉積體邊界和內(nèi)部變化,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的精細(xì)研究。
圖2 珠江口盆地珠江口盆地H區(qū)珠江組近東西向連井剖面層序地層及沉積相對(duì)比圖Fig.2 The comparison chart of sequence stratigraphy and sedimentary facies of connecting well section in the Huizhou area of Pearl River Mouth Basin,Zhujiang Formation
SB2是SQ1高位晚期和SQ2海侵早期之間的層序界面,其地層切片所代表的沉積環(huán)境可認(rèn)為是兩個(gè)層序轉(zhuǎn)換時(shí)期的沉積環(huán)境。此時(shí)海平面由低向高轉(zhuǎn)變,整個(gè)工區(qū)由淺水臺(tái)地—陸棚的沉積環(huán)境向淹沒(méi)臺(tái)地—陸棚沉積環(huán)境發(fā)展,在臺(tái)地邊緣局部隆起區(qū)發(fā)育生物礁,如HZ28-4A井,其礁體以獨(dú)立生長(zhǎng)的珊瑚藻礁礁體為儲(chǔ)集單元,單層厚度約10 m;在臺(tái)內(nèi)高部位區(qū)域發(fā)育生物灘向生物礁轉(zhuǎn)變,如HZ34-1A井(圖2),而陸棚相HZ34-2A井發(fā)育以泥為主的致密沉積,井上的沉積特征在SB2地層切片上也得到印證。如圖4,沿SB2界面提取彈性波阻抗平面圖可知,碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙主要發(fā)育于高彈性波阻抗區(qū)(圖4A),致密沉積區(qū)的阻抗值較小。
以SB2彈性波阻抗平面圖基礎(chǔ)上,以工區(qū)東高西低、南高北低的臺(tái)地(東部)—陸棚(西部)沉積背景為依據(jù),以威爾遜模碳酸鹽巖沉積模式為指導(dǎo),由該時(shí)期HZ34-2A井(陸棚)—HZ28-4A井(臺(tái)地邊緣礁)—HZ34-1A井(臺(tái)內(nèi)灘)沉積變化特征將SB2彈性波阻抗平面圖進(jìn)行沉積相標(biāo)定,同時(shí)結(jié)合該時(shí)期地震剖面上表現(xiàn)的丘狀中連續(xù)低頻強(qiáng)振幅臺(tái)內(nèi)灘相、席狀中低連續(xù)中低頻中弱振幅澙湖相、丘狀低連續(xù)中弱振幅中高頻臺(tái)地邊緣礁相、席狀平行—亞平行中高連續(xù)強(qiáng)振幅低頻陸棚相的地震相平面分布特征,將SB2地層切片轉(zhuǎn)換成為沉積相圖(圖4B)。如圖4B所示,SB2時(shí)期西部主要為陸棚相沉積,東部的臺(tái)地細(xì)分為臺(tái)地邊緣礁、澙湖和東南部局部發(fā)育的碳酸鹽生物灘沉積。SB2期沉積相劃分表明,儲(chǔ)層發(fā)育在臺(tái)地邊緣生物礁相區(qū)和臺(tái)內(nèi)灘體進(jìn)積相區(qū),發(fā)育在工區(qū)西北角HZ28-4-1井周?chē)鷧^(qū)域阻抗值較大,孔隙相對(duì)發(fā)育,面積雖小,但也沉積了近2 km2的臺(tái)地邊緣生物礁;位于臺(tái)地邊緣中部至南部呈條帶狀分布生物礁體,阻抗值比西北部阻抗值更大,孔隙也最為發(fā)育,且面積較大,約為40 km2;在工區(qū)東南角的臺(tái)內(nèi)進(jìn)積灘體區(qū)域,阻抗值與臺(tái)緣礁體阻抗值類(lèi)似,孔隙較為發(fā)育,面積約為7 km2;而在臺(tái)地內(nèi)部的其他地區(qū)發(fā)育澙湖微晶灰?guī)r或含泥質(zhì)條帶的微晶灰?guī)r沉積,由于上覆地層大部分也為澙湖沉積灰?guī)r,因此阻抗值差異較小,阻抗值也就偏小。在工區(qū)西部,陸棚相發(fā)育,如在HZ34-2A發(fā)育陸棚砂泥互層沉積,其阻抗值略高于臺(tái)內(nèi)澙湖沉積。
SST2是SQ2海侵內(nèi)部的次一級(jí)層序界面,其地層切片所代表的沉積環(huán)境可認(rèn)為是SQ2早期的沉積
環(huán)境。此時(shí)海平面迅速上升,整個(gè)工區(qū)為淹沒(méi)臺(tái)地—陸棚沉積環(huán)境,沉積的主體位于臺(tái)地隆起區(qū)上追漲的生物礁、灘沉積,如位于臺(tái)緣的HZ28-4A井,生物礁灘互層沉積,是次一級(jí)海平面脈動(dòng)升降的結(jié)果,同時(shí)也左右了礁灘生長(zhǎng)的范圍;而臺(tái)地內(nèi)部的HZ34-1A井區(qū)生物礁得益于海平面持續(xù)上升和隆起位置較高的優(yōu)勢(shì)持續(xù)生長(zhǎng);而陸棚相HZ34-2A井發(fā)育以泥夾粉砂的致密沉積(圖2)。如圖5,沿SST2界面提取的彈性波阻抗平面圖可知,臺(tái)地邊緣及臺(tái)地內(nèi)部的高彈性波阻抗區(qū)域較SB2層有所擴(kuò)大,特別是臺(tái)地內(nèi)部高波阻抗區(qū)域較為明顯(圖5A)。以SST2彈性波阻抗平面圖基礎(chǔ)上,與SB2期類(lèi)似,工區(qū)東高西低、南高北低的繼承性臺(tái)地(東部)—陸棚(西部)沉積背景,在威爾遜模碳酸鹽巖沉積模式指導(dǎo)下,由該時(shí)期HZ34-2A井(陸棚)—HZ28-4A井(臺(tái)地邊緣灘)—HZ34-1A井(臺(tái)內(nèi)生物礁)沉積變化特征將SST2彈性波阻抗平面圖進(jìn)行沉積相標(biāo)定,同時(shí)結(jié)合該時(shí)期地震剖面上表現(xiàn)典型的地震相平面分布特征,如丘狀中低連續(xù)中弱振幅中低頻平行—波狀反射臺(tái)內(nèi)生物礁相、丘狀低連續(xù)中弱振幅中高頻臺(tái)地邊緣礁相、席狀中低連續(xù)中低頻中弱振幅澙湖相等地震相特征(圖3),將SST2地層切片轉(zhuǎn)換成為沉積相圖(圖5B)。
表1 研究區(qū)典型地震相分類(lèi)Table 1 Classification of typical seismic facies in the study area
圖3 井與地震剖面層序界面劃分Fig.3 Sequence boundary of wells and seismic profile
圖4 A.SB2彈性波阻抗地層切片;B.SB2彈性波阻抗地層切片轉(zhuǎn)換的沉積相圖Fig.4 A.Strata slice of elastic wave impedance,SB2;B.The map of sedimentary facies,SB2
圖5 A.SST2彈性波阻抗地層切片;B.SST2彈性波阻抗地層切片轉(zhuǎn)換的沉積相圖Fig.5 A.Strata slice of elastic wave impedance,SST2;B.The map of sedimentary facies,SST2
而在SST2界面轉(zhuǎn)換的沉積相圖(圖5B)上,碳酸鹽巖臺(tái)內(nèi)珊瑚藻礁、生屑灘發(fā)育,這可能與SQ2層序海侵早期生物生長(zhǎng)速率大于海平面上升速率所致。受臺(tái)地邊緣礁灘聚類(lèi)沿邊生長(zhǎng)特點(diǎn),沉積呈條帶狀不連續(xù)分布,由于臺(tái)地邊緣中、南部生長(zhǎng)環(huán)境高于北部,故其中、南部的珊瑚藻礁發(fā)育面積最廣,約30 km2,顯示臺(tái)緣碳酸鹽巖生物礁生長(zhǎng)所具有良好的繼承性;而此時(shí)的臺(tái)地內(nèi)部的中部和南部臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁、臺(tái)內(nèi)灘開(kāi)始廣泛生長(zhǎng),受后期溶蝕成巖作用的影響,孔隙度特別發(fā)育,孔隙度值間11%~20%之間,平均孔隙度值高達(dá)18%以上,總面積超過(guò)100 km2。
圖6 A.MFS2彈性波阻抗地層切片;B.MFS2彈性波阻抗地層切片轉(zhuǎn)換的沉積相圖Fig.6 A.Strata slice of elastic wave impedance,MFS2;B.The map of sedimentary facies,MFS2
MFS2是SQ2海侵晚期的體系域界面,其地層切片所代表的沉積環(huán)境可認(rèn)為是SQ2晚期的沉積環(huán)境。此時(shí)快速上升的海平面促使陸棚相泥質(zhì)沉積更為典型,如陸棚相HZ34-2B井;而此時(shí)沉積位置較高且生物礁生長(zhǎng)速率和海平面上升較為匹配的井區(qū)碳酸鹽巖生長(zhǎng)較快,厚度增長(zhǎng)明顯,如HZ34-1A井與HZ28-4A井。
如圖6所示,在MFS2界面提取的彈性波阻抗平面圖上,高波阻抗值區(qū)域較SST2地層切片面積較小,這和MFS2期海平面上升到高位期后生物礁、灘體存在一定的收縮有關(guān)(圖6A)。
以3.1節(jié)和3.2節(jié)中彈性波阻抗平面圖轉(zhuǎn)換成沉積相圖的思路將MFS2的彈性波阻抗地層切片轉(zhuǎn)換為沉積相圖。該時(shí)期較高的海平面讓處于礁灘體生長(zhǎng)位置較低的臺(tái)地中、北部區(qū)域開(kāi)始停止生長(zhǎng),其點(diǎn)礁、生屑灘沉積單元在SST2的基礎(chǔ)上規(guī)模有變小趨勢(shì),這和MFS2期海平面快速上升后臺(tái)內(nèi)礁灘體開(kāi)始收縮相匹配。而在工區(qū)南部,由于沉積的地理位置相對(duì)較高,離海平面15 m以內(nèi)的透光帶區(qū)域繼續(xù)生長(zhǎng)礁體持續(xù)生長(zhǎng),其臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁和臺(tái)緣礁體之間有連片的趨勢(shì)。臺(tái)地邊緣礁灘面積雖然大為收縮,但孔隙度仍然發(fā)育,據(jù)HZ34-1A測(cè)井孔隙度推算在臺(tái)緣中南部區(qū)域孔隙度值大部分在13%以上,面積收縮為5 km2。在臺(tái)內(nèi)礁灘復(fù)合體平均孔隙度值大部分仍然在13%以上,平均孔隙度約為18%,中部、南部?jī)蓚€(gè)礁體總面積仍超過(guò)100 km2(圖6B)。
結(jié)合區(qū)域南高北低的構(gòu)造沉積背景,綜合SB2期、SST2期和MFS2期地層切片的彈性阻抗變化特征及其轉(zhuǎn)換的沉積相分布,考慮到 HZ34-1A井、HZ28-4A井單井上儲(chǔ)層受控于生物礁、灘的孔隙度的變化以及HZ33-2A為代表的陸棚沉積致密層現(xiàn)狀,可將研究區(qū)有利儲(chǔ)層分為三類(lèi)。如圖7所示,優(yōu)質(zhì)的Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層位于研究區(qū)中最為有利的儲(chǔ)層,位于南部的臺(tái)內(nèi)生物礁疊合生長(zhǎng)體上(綠色區(qū)域),單井HZ34-1A生物礁高達(dá)20%以上測(cè)井孔隙度和超過(guò)85 m,測(cè)井儲(chǔ)層解釋厚度已經(jīng)證實(shí)了這套有利臺(tái)內(nèi)礁、灘復(fù)合沉積體的存在,且總面積超過(guò)了100 km2,是優(yōu)先考慮的勘探區(qū)域;Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層為次有利儲(chǔ)層,位于研究區(qū)中西部,以狹長(zhǎng)的臺(tái)地邊緣礁沉積體為儲(chǔ)集空間,推測(cè)其孔隙度平均在12%以上,且面積超過(guò)40 km2(黃色區(qū)域),是研究區(qū)潛力較大的區(qū)域;Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層為較有利儲(chǔ)層,位于研究區(qū)西北角和東北角的藍(lán)色顯示區(qū)域,由HZ28-4A井測(cè)井解釋可知平均孔隙度主要在10%左右,累計(jì)儲(chǔ)層累計(jì)厚度超過(guò)30 m,面積也近20 km2,也是值得后續(xù)勘探的區(qū)域。
(1)針對(duì)珠江口盆地H區(qū)塊內(nèi)低于地震縱向分辨率四分一波長(zhǎng)的碳酸鹽巖薄儲(chǔ)層通過(guò)地震沉積學(xué)的研究識(shí)別出臺(tái)地邊緣礁、臺(tái)內(nèi)礁、臺(tái)內(nèi)灘為研究區(qū)有利儲(chǔ)集相,克服了縱向分辨不夠的困難。
圖7 研究區(qū)有利儲(chǔ)層分布圖Fig.7 The map of favorable reservoir distribution
(2)依據(jù)研究區(qū)有利相帶預(yù)測(cè)結(jié)果,在研究區(qū)劃分出三類(lèi)儲(chǔ)層,其中I類(lèi)的臺(tái)內(nèi)礁和Ⅱ類(lèi)臺(tái)緣礁儲(chǔ)層為最有利儲(chǔ)層,Ⅲ類(lèi)區(qū)的臺(tái)緣礁和臺(tái)內(nèi)灘為較有利儲(chǔ)層。
致謝 成文的過(guò)程中,中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所方中于總工和河海大學(xué)張宏兵教授的給予了中肯的修改意見(jiàn),同時(shí)也凝聚了“十二五”國(guó)家中大專(zhuān)項(xiàng)《南海北部深水區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)與評(píng)價(jià)》項(xiàng)目組同事的心血和汗水,在此一并表示衷心的感謝。
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