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1、工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(土木工程專業(yè)用)武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院二一三年二月前 言一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是工程地質(zhì)課的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一,由于工程地質(zhì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,必須在不斷提高課堂理論教學(xué)的同時(shí),大力加強(qiáng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),使理論結(jié)合實(shí)際,以加深對(duì)地質(zhì)理論的理解和應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。 按照教學(xué)大綱的規(guī)定,本課程的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)共有四次,其內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配如下: 實(shí)驗(yàn)一、主要造巖礦物鑒別2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)二、巖漿巖鑒別1學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)三、沉積層鑒別1學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)四、變質(zhì)巖鑒別及三大巖類綜合鑒別1學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)五、地質(zhì)圖及其閱讀3學(xué)時(shí)二、實(shí)驗(yàn)要求:1.愛護(hù)實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家財(cái)產(chǎn)2.保持室內(nèi)清潔衛(wèi)生3.愛護(hù)礦物
2、、巖石標(biāo)本及實(shí)習(xí)用具,用完恢復(fù)原狀4.按時(shí)遞交實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 主要造巖礦物鑒別一、實(shí)習(xí)要求與目的 通過本次實(shí)習(xí),要求同學(xué)們學(xué)會(huì)使用一些簡(jiǎn)單的工具來(lái)確定礦物的一般物理性質(zhì),最后達(dá)到能夠用肉眼鑒別主要造巖礦物的目的。正確鑒別礦物是為下一步鑒別各類巖石打下基礎(chǔ)。二、實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容和方法 (一)使用簡(jiǎn)單的工具:小刀、指甲、瓷板、放大鏡、稀鹽酸等,認(rèn)識(shí)礦物的一般物理性質(zhì),如硬度、解理、顏色、形態(tài)、條痕、比重、磁性、斷口、光澤、透明度及與稀鹽酸反應(yīng)等。標(biāo)本盒中的常見礦物標(biāo)本的各項(xiàng)物理特征見表1:表1 主要造巖礦物的物理性質(zhì)編號(hào)顏色形態(tài)條痕光澤硬度解理斷口比重其它礦物名稱1白色塊狀無(wú)油脂7無(wú)貝殼狀半透明石英
3、2肉紅色板狀無(wú)玻璃6-6.52組階梯狀2.57正長(zhǎng)石3灰白色板狀無(wú)玻璃6-6.52組階梯狀斜長(zhǎng)石4白色薄片狀無(wú)珍珠2-31組鋸齒狀薄片具有彈性白云母5黑色薄片狀淺黑珍珠2-31組鋸齒狀薄片具有彈性黑云母6黑綠色長(zhǎng)柱狀淺綠玻璃5.5-62組參差狀普通角閃石7黑色短柱狀棕紅玻璃5-62組參差狀普通輝石8淺黃色粒狀無(wú)玻璃6.5-7無(wú)貝殼狀橄欖石9白色菱面體無(wú)玻璃33組滴鹽酸起泡方解石10白色塊狀無(wú)玻璃3.5-43組參差狀鎂試劑變藍(lán)白云石11灰白色鱗片狀白色油脂11組有滑感滑石12白色纖維狀白色玻璃21組鋸齒狀2.3石膏13白色土狀白色無(wú)1無(wú)土狀遇水可塑高嶺石 (二)掌握主要造巖礦物的鑒定特征。一種礦
4、物與其它礦物相比較,該礦物所特有的某些物理性質(zhì)稱為它的鑒定特征。例如,白云母為具有彈性的薄片狀,方解石與稀鹽酸反應(yīng)起泡等。 按標(biāo)本盒里的標(biāo)本順序,依次描述各礦物的物理性質(zhì)并完成作業(yè)。最后經(jīng)過對(duì)比掌握常見礦物的鑒定特征。三、注意事項(xiàng) (一)觀察礦物的顏色、條痕、光澤以及測(cè)試硬度時(shí),必須在礦物的新鮮面上進(jìn)行,才能得出正確結(jié)論。 (二)本次實(shí)習(xí)從礦物的一般物理性質(zhì)著手,但不要求把這些物理性質(zhì)都死記硬背下來(lái),而是通過對(duì)比牢記這些主要礦物的鑒定特征。實(shí)驗(yàn)二 巖漿巖鑒別一、實(shí)習(xí)的目的與要求 通過手標(biāo)本肉眼鑒定方法,根據(jù)礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造來(lái)認(rèn)識(shí)各種主要的巖漿巖,牢記主要巖漿巖的鑒定特征。二、實(shí)習(xí)的內(nèi)容及方
5、法 (一)鑒別巖漿巖中的各種礦物成分 巖漿巖中的礦物成分反映了該巖漿巖的化學(xué)性質(zhì),其中二氧化硅的含量具有決定性的作用。當(dāng)二氧化硅的含量大于65時(shí),為酸性巖漿巖,其主要特征是富含石英;當(dāng)二氧化硅的含量飽和,即為65-52時(shí),為中性巖漿巖,其特征為少含或不含石英,而富含長(zhǎng)石;當(dāng)二氧化硅的含量較少,即為52-40時(shí),為基性巖漿巖,其特征為不含或少含石英,除長(zhǎng)石外,開始出現(xiàn)大量深色鐵鎂礦物;當(dāng)二氧化硅的含量極少,即少于40時(shí),則為超基性巖漿巖,其特征為既不含石英,也不含長(zhǎng)石,以大量深色鐵鎂礦物為主。因此,我們可以按照順序觀察石英、長(zhǎng)石和鐵鎂礦物的含量大致確定巖石屬于哪一類巖漿巖,且熟記各類巖漿巖中常見
6、的幾種礦物成分。 (二)鑒別巖漿巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 由于巖漿巖生成的條件不同,則反映這種生成條件的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造也并不相同。 肉眼鑒別巖石結(jié)構(gòu)主要觀察其結(jié)晶程度、晶粒大小及晶粒間組合方式。 結(jié)晶程度可分為:全晶質(zhì)(分顯晶質(zhì)、隱晶質(zhì))、半晶質(zhì)、非晶質(zhì)(玻璃質(zhì))三種。全晶質(zhì)(指顯晶質(zhì))的巖石又可根據(jù)晶粒大小分為粗粒(晶粒直徑大于5毫米)、中粒(15毫米)、細(xì)粒(小于1毫米)三種;按晶粒間組合方式可分為等粒和斑狀結(jié)構(gòu)兩種。 巖漿巖的構(gòu)造大多數(shù)為致密塊狀,少數(shù)為氣孔狀、杏仁狀、流紋狀。 (三)巖漿巖的顏色 對(duì)于結(jié)晶不好或沒有結(jié)晶的巖漿巖,應(yīng)當(dāng)根據(jù)其顏色來(lái)判斷它所含的礦物成分和化學(xué)成分。酸性巖漿巖主要成分是石英
7、和長(zhǎng)石,顏色較淺,包括淺灰、玫瑰、紅、黃色等;基性巖漿巖主要成分為鐵鎂礦物,顏色較深,如深灰、深黃、棕、深綠、黑色等。根據(jù)巖漿巖的上述主要特征,經(jīng)仔細(xì)觀察,標(biāo)本盒里的巖漿巖的主要礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造見表2。 (四)根據(jù)標(biāo)本盒中的標(biāo)本順序,仔細(xì)觀察,依次描述每塊巖漿巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造并完成作業(yè)2,最后經(jīng)過對(duì)比掌握每種巖漿巖的鑒定特征。表2:主要巖漿巖特征表編號(hào)主要礦物成分結(jié)構(gòu)構(gòu)造巖石名稱1石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母粗粒結(jié)構(gòu)塊狀粗?;◢徥?石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母中粒結(jié)構(gòu)塊狀中?;◢徥?石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母細(xì)粒結(jié)構(gòu)塊狀細(xì)?;◢徥?石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑
8、云母(紫紅)隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)流紋狀流紋巖5斜長(zhǎng)石、角閃石中粒結(jié)構(gòu),塊狀閃長(zhǎng)巖6正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石斑狀結(jié)構(gòu)塊狀正長(zhǎng)斑巖7斜長(zhǎng)石、角閃石斑狀結(jié)構(gòu)塊狀閃長(zhǎng)玢巖8斜長(zhǎng)石、角閃石黑綠色隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)含少量斜長(zhǎng)石斑晶塊狀安山巖9斜長(zhǎng)石、輝石中粒結(jié)構(gòu)塊狀輝長(zhǎng)巖10斜長(zhǎng)石、輝石微粒結(jié)構(gòu)(輝綠結(jié)構(gòu))塊狀輝綠巖11斜長(zhǎng)石、輝石黑色隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀玄武巖12火山灰灰綠色隱晶質(zhì)塊狀火山泥球巖13火山玻璃非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀黑曜巖14火山玻璃非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔狀浮巖15斜長(zhǎng)石、輝石灰綠色隱晶質(zhì)氣孔狀氣孔狀玄武巖三、注意事項(xiàng) (一)實(shí)習(xí)前應(yīng)復(fù)習(xí)教材上的巖漿巖分類表,通過實(shí)習(xí)加深對(duì)此表的理解與記憶。 (二)實(shí)習(xí)中要注意按教材中分類表上所列的巖石的行
9、和列進(jìn)行對(duì)比,同一行的巖石,其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應(yīng)當(dāng)相似,而礦物成分不同。同一列的巖石,其礦物成分相同,而結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不相同。實(shí)驗(yàn)三 沉積巖的鑒別一、實(shí)習(xí)的目的與要求 通過對(duì)手標(biāo)本的肉眼鑒定,根據(jù)礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造來(lái)認(rèn)識(shí)各種主要的沉積巖,牢記主要沉積巖的鑒定特征。二、實(shí)習(xí)的內(nèi)容及方法 (一)、由于沉積巖多為碎屑或隱晶的,故沉積巖的結(jié)構(gòu)側(cè)重于它的顆粒大小和形狀。顆粒直徑大于0.005毫米者為碎屑巖類,小于0.005毫米者為粘土巖類。在碎屑巖中,顆粒直徑大于2毫米者為礫狀結(jié)構(gòu),據(jù)顆粒形狀又可分為磨圓度較好的圓礫狀結(jié)構(gòu)和磨圓度不好的角礫狀結(jié)構(gòu);直徑在2-0.005毫米之間的是砂狀結(jié)構(gòu)。按直徑大小又可分為粗、
10、中、細(xì)、粉砂狀結(jié)構(gòu)四級(jí);直徑小于0.005毫米者為泥狀結(jié)構(gòu)。顆粒大小及形狀對(duì)碎屑巖及粘土巖的定名及性質(zhì)起決定性作用,而對(duì)化學(xué)巖的重要性則小得多?;瘜W(xué)巖多為隱晶結(jié)構(gòu)。 (二)、沉積巖的構(gòu)造特征可從宏觀(大構(gòu)造)和微觀(小構(gòu)造)兩個(gè)方面來(lái)看:大構(gòu)造主要指層狀構(gòu)造,除非是薄層的沉積巖,一般不易在手標(biāo)本上觀察到,多在野外進(jìn)行觀察:小構(gòu)造則指層理構(gòu)造、尖滅或透鏡構(gòu)造、層面構(gòu)造及均勻塊狀構(gòu)造等??偟恼f(shuō)來(lái),構(gòu)造特征是區(qū)別三大類巖石中的沉積巖的最重要的特征之,但對(duì)于鑒別具體沉積巖的名稱及性質(zhì)作用較小。 (三)、沉積巖的礦物成分和膠結(jié)物是決定沉積巖的名稱和性質(zhì)的另一個(gè)重要特征。 對(duì)于碎屑巖來(lái)說(shuō),顆粒的礦物成分和
11、膠結(jié)物的礦物成分是同等重要的,例如某種粗砂顆粒主要為長(zhǎng)石組成,膠結(jié)物為碳質(zhì),則定名為碳質(zhì)粗粒長(zhǎng)石砂巖。膠結(jié)物為硅質(zhì),則定名為硅質(zhì)粗粒長(zhǎng)石砂巖。兩者工程性質(zhì)相差較大。對(duì)于泥質(zhì)頁(yè)巖及泥巖來(lái)說(shuō),由于其顆粒直徑多在0.005毫米以下,顆粒礦物多為粘土類礦物如高嶺石等,故其命名和性質(zhì)在很大程度上取決于膠結(jié)物。按鑒別礦物的方法對(duì)各種常見的膠結(jié)物進(jìn)行鑒別,見特征見表3:表3 膠結(jié)物主要特征鑒別表膠結(jié)物類型顏色硬度其它特征硅質(zhì)色淺(灰白等)堅(jiān)硬,小刀劃不動(dòng)鈣質(zhì)色淺(灰白等)較硬,小刀可劃動(dòng)滴鹽酸起泡鐵質(zhì)色深(紫紅等)較硬,小刀可劃動(dòng)泥質(zhì)色深(紫紅等)軟,易刻劃,易碎 對(duì)于化學(xué)巖及生物化學(xué)巖來(lái)講,礦物成分則是最
12、重要的鑒別特征。 現(xiàn)按室內(nèi)實(shí)習(xí)的要求,對(duì)每塊標(biāo)本進(jìn)行仔細(xì)觀察,它們的礦物成分、膠結(jié)物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造見表4:表4 主要沉積層的鑒定特征表編號(hào)主要礦物成分膠結(jié)物結(jié)構(gòu)構(gòu)造巖石名稱1石灰?guī)r碎屑鈣質(zhì)角礫狀塊狀角礫巖2石英、 燧石硅質(zhì)圓礫狀塊狀礫巖3石英硅質(zhì)粗砂狀塊狀粗砂巖4石英硅質(zhì)中砂狀塊狀石英中砂巖5石英鐵、鈣質(zhì)細(xì)砂狀塊狀紅砂巖6石英鐵質(zhì)細(xì)砂狀層理細(xì)砂巖7粘土礦物鐵質(zhì)泥狀層理紫色白云質(zhì)頁(yè)巖8粘土礦物碳質(zhì)泥狀層理炭質(zhì)頁(yè)巖9粘土礦物鈣質(zhì)泥狀層理黑色鈣質(zhì)頁(yè)巖10方解石鈣質(zhì)竹葉狀塊狀竹葉狀灰?guī)r11方解石鈣質(zhì)鮞狀塊狀鮞狀灰?guī)r12方解石、生物碎屑鈣質(zhì)生物化學(xué)結(jié)構(gòu)塊狀生物碎屑灰?guī)r13二氧化硅化學(xué)結(jié)構(gòu)塊狀燧石14方
13、解石、粘土礦物泥質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)塊狀泥灰?guī)r15方解石化學(xué)結(jié)構(gòu)塊狀石灰?guī)r (四)、按標(biāo)本盒里的標(biāo)本編號(hào)順序,依次描述每塊沉積巖的礦物成分、膠結(jié)物、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征并做作業(yè)3。最后經(jīng)過對(duì)比找出每種沉積巖的鑒定特征。三、注意事項(xiàng) (一)、注意觀察顆粒大小與顆粒礦物成分的關(guān)系,隨著顆粒逐漸減小,深色礦物首先消失,然后是長(zhǎng)石,最后剩下的多為細(xì)小的石英顆粒。這與沉積物的形成、搬運(yùn)過程對(duì)碎屑物風(fēng)化、侵蝕有關(guān)。 沉積巖碎屑顆粒的礦物成分如石英、長(zhǎng)石、云母等都是原巖經(jīng)過風(fēng)化后保留下來(lái)的。此外,在沉積巖生成過程中又產(chǎn)生了一些新礦物稱沉積礦物。最常見的沉積礦物有方解石、白云石、石膏、高嶺石、燧石等,含有這些沉積物是沉積巖鑒
14、定特征之一。 (二)、在觀察碎屑巖類時(shí),結(jié)合復(fù)習(xí)教材有關(guān)部分的內(nèi)容,注意觀察沉積的碎屑巖系與火山碎屑巖系的異同。 (三)、沉積巖覆蓋地球表面四分之三,是我們野外工作中遇到的最多的巖石,故要求牢記礫巖、角礫巖、砂巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r、白云巖、燧石等幾種最常見沉積巖的鑒定特征。 (四)、關(guān)于松散土的鑒別不進(jìn)行室內(nèi)實(shí)習(xí),有關(guān)的鑒別方法及特征參看教材有關(guān)內(nèi)容,具體實(shí)踐結(jié)合野外實(shí)習(xí)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)四 變質(zhì)巖鑒別及三大巖類鑒別小結(jié)一、實(shí)習(xí)的要求與目的 通過變質(zhì)巖實(shí)習(xí)理解并掌握各種主要變質(zhì)巖的鑒別特征,通過三大巖類實(shí)習(xí)后,要求能夠把巖漿巖、沉積巖及變質(zhì)巖清楚的區(qū)別開,然后正確的定出巖石的名稱。二、實(shí)習(xí)的內(nèi)容及方法 (
15、一)、變質(zhì)巖內(nèi)常見的礦物有: 淺色的:石英、長(zhǎng)石、白云母、絹云母、方解石及滑石等; 深色的:角閃石、輝石、黑云母、綠泥石等。 其中除絹云母、滑石及綠泥石等為變質(zhì)作用生成的變質(zhì)巖所特有的礦物外,其余的為原巖所具有的礦物。 (二)、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu) 變質(zhì)巖中除少數(shù)巖石(如板巖、干枚巖等輕變質(zhì)巖)具有隱晶結(jié)構(gòu)外,其余大多數(shù)變質(zhì)巖均為顯晶結(jié)構(gòu)。故可根據(jù)礦物鑒別特征把每種巖石中的主要礦物成分鑒別出來(lái)。結(jié)晶程度的好壞反應(yīng)了巖石變質(zhì)程度的深淺。 (三)、變質(zhì)巖的構(gòu)造 變質(zhì)巖的構(gòu)造特征是變質(zhì)巖區(qū)別于其它巖石的最重要的特征。除石英、大理巖為塊狀構(gòu)造外,其余均以片理構(gòu)造為特征。具片理構(gòu)造的稱片巖,具片麻狀構(gòu)造的稱片麻
16、巖,具千枚狀構(gòu)造的稱千枚巖,具板狀構(gòu)造的稱板巖。這四種片理構(gòu)造的特征對(duì)比如下: 1片狀:多為一種主要礦物 (片狀、針狀、柱狀)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),并以此礦物命名,可有少量粒狀礦物。巖石中的礦物(片狀、針狀、柱狀)成平行定向排列,一般顏色較雜,硬度較低。 2片麻狀:多為兩種以上既有深色又有淺色的礦物組成,其中粒狀礦物占多數(shù),常為淺色。片狀、針狀、柱狀礦物成平行定向排列,一般顏色較深。巖石硬度較高。 在片麻巖中,若個(gè)別淺色礦物顆粒聚集成呈眼球狀(兩眼球角連線方向與變質(zhì)作用受力方向垂直),則稱眼球狀構(gòu)造。若片麻巖中礦物沿受力垂直的方向平行延伸排列,礦物顆粒深淺顏色有較明顯的變化,呈相間排列,則此時(shí)稱條帶狀構(gòu)
17、造。 3千枚巖和板巖為輕變質(zhì)巖石,原巖中的礦物成分未能全部結(jié)晶出來(lái),故其礦物成分不易辨認(rèn),但干枚狀構(gòu)造及板狀構(gòu)造則能把它們與其它巖石區(qū)別開來(lái)。對(duì)于變質(zhì)巖的鑒定,通過仔細(xì)觀察,正確的鑒別巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,其主要鑒定特征見表5。表5 主要變質(zhì)巖特征表編號(hào)主要礦物成分結(jié)構(gòu)構(gòu)造巖石名稱61粘土礦物、絹云母等變余結(jié)構(gòu)板狀板巖62石英、絹云母、綠泥石顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)千枚狀千枚巖63角閃石、石英中粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)片狀角閃石片巖64黑云母、石英中粒片狀變晶結(jié)構(gòu)片狀黑云母片巖65白云母、石英中粒片狀變晶結(jié)構(gòu)片狀白云母巖66滑石中粒片狀變晶結(jié)構(gòu)片狀滑石片巖67綠泥石中粒片狀變晶結(jié)構(gòu)片狀綠泥石片巖68角閃石
18、、石英、長(zhǎng)石粗粒變晶結(jié)構(gòu)片麻狀閃長(zhǎng)片麻巖69角閃石、石英、長(zhǎng)石粗粒變晶結(jié)構(gòu)片麻狀花崗片麻巖70角閃石、石英、長(zhǎng)石粗粒變晶結(jié)構(gòu)條帶狀條帶狀片麻巖71石英粗粒變晶結(jié)構(gòu)塊狀石英巖72方解石、白云石粗粒變晶結(jié)構(gòu)塊狀大理巖 (四)、在室內(nèi)實(shí)習(xí)中,按標(biāo)本盒里的標(biāo)本編號(hào)順序,依次描述每塊變質(zhì)巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征并做作業(yè)4。最后經(jīng)過對(duì)比找出每種變質(zhì)巖的鑒定特征。三、注意事項(xiàng) 由于片理構(gòu)選使巖石具有明顯的方向性,故在觀察標(biāo)本時(shí),必須注意觀察巖石面與片理構(gòu)造方向的關(guān)系。例如閃長(zhǎng)片麻巖,其主要礦物成分為角閃石、石英、長(zhǎng)石,角閃石為長(zhǎng)柱狀礦物,當(dāng)觀察面與其片理面平行、垂直、斜交時(shí),角閃石分別呈長(zhǎng)柱狀、點(diǎn)狀、短柱狀。而黑云母片巖和金云母片巖主要由云母組成,在垂直云母薄片的面上能觀察到其片狀特征,而在平行云母片的面上則不能觀察到這種特征。四、三大巖類鑒別小結(jié) 經(jīng)過前面四次室內(nèi)實(shí)習(xí)以后,對(duì)于所給的任意一塊巖石標(biāo)本,首先要根據(jù)三大類巖石之間的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,首先鑒定屬于哪一類巖石類型。然后在每大類巖石中,根據(jù)其顏色的深淺、顆粒的大小、形態(tài)、礦物成分區(qū)分為哪一種巖石類型,例如巖漿巖可分為淺色的和深色的礦物,其結(jié)構(gòu)有全晶質(zhì)、半晶質(zhì)、非晶質(zhì)三類;沉積巖可分為碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖三大類,從宏觀上講沉積巖均
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