馬玉虎，殷 翔，蘇有錦

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.云南省地震局，云南昆明650224)

0 引言

在印度板塊與歐亞板塊的相互作用下，青藏高原現(xiàn)代地殼形變運(yùn)動(dòng)主要受控于高原物質(zhì)向北推移、擠壓隆升和向東擠出。在不同地球動(dòng)力學(xué)過程的共同作用下，青藏高原東北緣、巴顏喀拉地塊等發(fā)生了不同性質(zhì)的變形響應(yīng) (張家聲等，2003)。青藏高原北部地區(qū)占據(jù)了中國大陸西北地區(qū)的絕大部分區(qū)域，其中青藏高原北部地區(qū)的西北以阿爾金山斷裂帶為界，東北以祁連山山前斷裂及榆木山、大黃山、文殊山3個(gè)隆起的北邊界斷裂為界，與阿拉善地塊相連，東部以六盤山斷裂和龍門山斷裂與鄂爾多斯和華南地塊相鄰，南邊以庫瑪斷裂帶為界，與藏北地塊毗連，周邊完全被活動(dòng)斷裂所圍限，其中阿爾金山斷裂以NEE向的左旋走滑活動(dòng)為主，北邊界斷裂所構(gòu)成的3個(gè)隆起以推覆為主，兼左旋走滑，東部邊界的六盤山斷裂和龍門山斷裂以逆沖推覆為主，南邊界的庫瑪斷裂則以擠壓型的左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。青海西南部地區(qū)斷裂分布較多，但研究程度相對較低，主要以NNW或NW斷裂為主，同時(shí)NE向的小規(guī)模斷裂切割NW向的深大斷裂。青藏高原北部地區(qū)和青海西南部共同構(gòu)成了本文所定義的西北地區(qū)，該地區(qū)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)地塊不同邊界的不同運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，是該地區(qū)不同地塊與相鄰的同等級(jí)地塊相互作用造成的，這些斷裂及其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，以及板塊的作用和青藏高原內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)移等構(gòu)成了西北地區(qū)特有的構(gòu)造環(huán)境和動(dòng)力環(huán)境。

歷史上西北地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)強(qiáng)烈，頻度高、強(qiáng)度大，曾發(fā)生過1654年7月21日天水MS8.0地震、1739年1月3日平羅MS8.0地震、1920年12月16日海原MS8.5地震、1927年5月23日古浪MS8.0地震和2001年11月14日昆侖山口西MS8.1地震 (國家地震局震害防御司，1995;中國地震局震害防御司，1999)。

由于不同地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、孕震環(huán)境、深淺部構(gòu)造及介質(zhì)的差異，地震活動(dòng)表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征。2008年汶川 MS8.0、2010年玉樹MS7.1地震之后西北地區(qū)地震活動(dòng)水平相對較弱，和川滇地區(qū)存在較大差異，尤其是在青藏高原東緣的北段地區(qū)存在不同時(shí)間尺度的MS≥5、ML≥4地震平靜現(xiàn)象 (邵志剛，2013)。汶川MS8.0、玉樹MS7.1地震之后，西北地區(qū)是否存在強(qiáng)震的危險(xiǎn)?該地區(qū)大震前不同震級(jí)的地震活動(dòng)究竟是否有共性的特征?其本質(zhì)是什么?這些問題值得深入思考。

本文結(jié)合西北地區(qū)地震活動(dòng)的基本狀態(tài)、MS≥7強(qiáng)震前MS≥5、ML≥4地震活動(dòng)的特征等認(rèn)識(shí)強(qiáng)震的趨勢，并基于地震活動(dòng)的演化特征探討未來強(qiáng)震發(fā)生的可能區(qū)域。

1 中強(qiáng)地震活動(dòng)的基本特征

圖1 西北地區(qū)不同震級(jí)地震M-T圖 (a)和累積應(yīng)變能釋放曲線 (b)Fig.1 M-t diagram(a)and cumulative strain energy release curve(b)of earthquake with different magnitude in Northern Qinghai-Tibetan Plateau and Northwest of Qinghai

1900年以來西北地區(qū) (33°～42°N，89°～110°E)共發(fā)生MS5.0～5.9地震287次，MS6.0～6.9地震56次，MS≥7.0地震12次。圖1為1900年以來該地區(qū)不同震級(jí)地震的M-T圖和累積應(yīng)變能釋放曲線，由圖可見，在1920年以前地震記錄較少，自1920年以來，MS≥5、MS≥6和MS≥6.5地震具有叢集活動(dòng)的特點(diǎn)，其中MS≥6.5地震成叢、成組活動(dòng)特征較為明顯 (圖1c)，1920～1937年、1954～1963年、1986～1990年和2000～2003年成叢性活動(dòng)顯著。2010年玉樹MS7.1和2013年岷縣漳縣MS6.6地震的發(fā)生可能顯示了新一輪的地震成叢特點(diǎn)。從累積應(yīng)變釋放看，隨著不同震級(jí)的地震成叢和叢集活動(dòng)，相應(yīng)的出現(xiàn)了加速釋放階段，特別是20世紀(jì)20年代初至30年代末和2000年前后出現(xiàn)了顯著的累積應(yīng)變能釋放的加速釋放現(xiàn)象。根據(jù)地震活動(dòng)M-T圖和累積應(yīng)變能釋放曲線，西北地區(qū)地震活動(dòng)的叢集和成叢活動(dòng)現(xiàn)象，以及累積應(yīng)變能釋放的加速顯示了該地區(qū)地震活動(dòng)和能量釋放的基本特點(diǎn)。

2 7級(jí)強(qiáng)震前M S≥5地震活動(dòng)的震例和共性特征

黃緯瓊等 (1994)利用不同的檢驗(yàn)方法得到中國大陸不同地震帶歷史地震資料基本完整的起始年份，結(jié)果顯示1923年以來青藏高原北部地區(qū)MS≥5地震記錄相對完整，1937年以來青海的西南部地區(qū)MS≥5地震記錄相對完整。1900年以來西北地區(qū)發(fā)生MS≥7.0地震12次 (表1)，考慮到MS≥7強(qiáng)震有些是雙震或是MS≥8地震的余震，因此，本文將1920年海原MS≥8.5和MS7.0地震看做是一組事件，1954年山丹—民勤 MS7.3和MS7.0 2次地震看做是一組事件。由于1923年以來青藏高原北部地區(qū)MS≥5地震相對完整，因此本文討論1920年海源MS≥8.5地震前的MS≥5地震活動(dòng)。

表1 1900年以來西北地區(qū)M S≥7.0地震Tab.1 M S≥7 earthquakes in Northern Qinghai-Tibetan Plateau and Northwest of Qinghai China since 1900

1932年12月25日昌馬MS7.6地震前從1920年1月開始，在震中附近以及祁連山構(gòu)造帶中西段大范圍地區(qū)出現(xiàn)MS≥5地震平靜，期間發(fā)生了1927年5月23日古浪MS8.0地震，此次祁連山構(gòu)造帶中西段大范圍的MS≥5地震平靜可能也與1927年古浪 MS8.0地震相關(guān) (圖2a)，如考慮1927年古浪MS8.0地震后的MS≥5地震平靜與1932年昌馬MS7.6地震相關(guān)，則MS≥5地震平靜達(dá)5.6年。1933年4月2日都蘭MS5.2地震后青海境內(nèi)出現(xiàn)大范圍的MS≥5地震平靜，1937年1月7日發(fā)生了花石峽MS7.5地震，MS≥5地震平靜持續(xù)時(shí)間約3.8年 (圖2b)。1941年4月19日腦各扎北MS6.0地震后在西北地區(qū)出現(xiàn)大范圍的MS≥5級(jí)地震平靜，平靜范圍廣，持續(xù)時(shí)間長，1947年1月21日瑪多發(fā)生MS5.2地震，但大范圍平靜仍持續(xù)，1947年3月17日在MS5.2地震的東南方向約270 km處發(fā)生了達(dá)日MS7.7地震 (圖2c)，MS≥5地震平靜持續(xù)時(shí)間約6年。達(dá)日MS7.7地震后，1947年3月27肅南MS5.0地震后沿祁連山構(gòu)造帶和甘東南地區(qū)出現(xiàn)顯著的MS≥5地震平靜，該平靜范圍涉及南北地震帶北段地區(qū)大范圍地區(qū)，1952年12月16日在內(nèi)蒙阿拉善左旗發(fā)生MS5.5地震，大范圍平靜被打破，1.2年之后在平靜區(qū)發(fā)生了1954年山丹—民勤MS7.3地震和MS7.0地震(圖2d)，MS≥5地震大范圍平靜到發(fā)震時(shí)間間隔為7年。自1949年6月16日始，在青海中部—甘肅中東部形成MS≥6地震顯著的平靜區(qū)，1952年2月3日治多MS5.0地震后，青海中部地區(qū)出現(xiàn)MS≥5平靜，形成空區(qū)，空區(qū)圍繞著東昆侖斷裂帶中部地區(qū)，1963年在地震空區(qū)內(nèi)部發(fā)生了阿蘭克湖MS7.0地震 (圖2e)，MS≥5地震平靜 (地震空區(qū))持續(xù)時(shí)間11.2年。1977年1月20日圍繞青海境內(nèi)形成MS≥6地震的大范圍平靜區(qū)，1986年12月21日格爾木MS5.3地震后，MS≥5地震圍繞著青海地區(qū)形成大范圍的平靜 (地震空區(qū))，與此同時(shí)，青海境內(nèi)亦存在較大范圍的MS≥6地震平靜區(qū)，MS≥5地震平靜嵌套MS≥6地震平靜，1990年4月26日在MS≥5地震空區(qū)內(nèi)部發(fā)生了共和MS7.0地震 (圖2f)，MS5地震平靜持續(xù)3.3年。1994年12月28日青海新疆交界MS5.1地震后，青海中北部到西北部出現(xiàn)大范圍的MS≥5地震平靜，1997年2月9日在格爾木東南發(fā)生MS5.4地震，2000年11月26日在青海新疆交界發(fā)生MS5.1地震，之后，空區(qū)解體，2001年11月14日發(fā)生了昆侖山口西MS8.1地震 (圖2g)，MS≥5地震平靜持續(xù)時(shí)間間隔為7年。1995年12月18日瑪多MS6.2地震后，青海中南部—藏東地區(qū)形成了MS≥6地震的平靜狀態(tài)，在此狀態(tài)下，2007年5月7日西藏妥壩MS5.6地震之后在青海中南部地區(qū)形成了大范圍的MS≥5平靜區(qū)，2010年3月24日在平靜區(qū)西邊緣發(fā)生西藏聶榮MS5.7、MS5.5地震，2010年4月14日發(fā)生了玉樹 MS7.1地震 (圖2h)，MS≥5地震平靜持續(xù)時(shí)間間隔為3年。

由此可見，西北地區(qū)MS≥7地震前會(huì)出現(xiàn)大范圍的MS≥5地震平靜，一般MS5地震以大范圍的MS≥5地震平靜現(xiàn)象或地震空區(qū)形式出現(xiàn)，平靜時(shí)間持續(xù)最少3年，最長11年，其中3次MS≥7強(qiáng)震前MS≥5地震平靜時(shí)間間隔為3～3.8年，4次6～7年，1次11～12年。但MS≥7地震發(fā)生在青海境內(nèi)，則青海境內(nèi)出現(xiàn)大范圍MS≥5地震的平靜，如發(fā)生在甘肅境內(nèi)，則祁連構(gòu)造帶出現(xiàn)MS≥5地震的平靜。

圖2 西北地區(qū)M S≥7級(jí)強(qiáng)震前M S≥5地震平靜圖像Fig.2 Quiet image of M S≥5 earthquakes before M S≥7 strong earthquakes in Northem Qinghai-Tibetan Platean and Northwest of Qinghai

3 M S≥7強(qiáng)震前M L≥4地震活動(dòng)的演化特征

馮建剛等 (2010)利用震級(jí)—序號(hào)和b值擬合等方法研究青藏高原北部地區(qū)最小震級(jí)完整性，結(jié)果顯示1970年以來青海庫瑪?shù)卣饚ё钚⊥暾哉鸺?jí)為ML3.1。根據(jù)馬玉虎 (2007)的分析，青海西南部1970年以來ML≥4地震是完整的。因此，本文采用1970年以來中國地震臺(tái)網(wǎng)ML≥4.0地震目錄研究MS≥7強(qiáng)震前ML≥4地震活動(dòng)演化是可靠的。

3.1 1990年4月26日共和M S7.0地震

共和MS7.0地震前，1984年9月3日至1987年9月11日在青海中東部和西南部地區(qū)形成了兩個(gè)ML≥4.0地震空區(qū) (圖3a)，其中西南部地震空區(qū)邊緣發(fā)生了1988年唐古拉MS6.8地震。1987年9月12日在空區(qū)內(nèi)部發(fā)生了興海ML4.8地震，打破了ML≥4地震孕震空區(qū)，之后平靜，1988年1月19日興海發(fā)生了ML5.0地震，1988年6月9日再次發(fā)生興海ML4.8地震。1988年11月7日在空區(qū)邊緣發(fā)生了瑪沁M(jìn)L4.5地震和1989年6月16日同德ML5.2地震。之后，孕震空區(qū)內(nèi)部ML≥4地震出現(xiàn)平靜態(tài)勢，直至1990年4月26日共和MS7.0地震，平靜時(shí)間長達(dá)590天(圖3b)。

圖3 1990年共和M S7.0地震前M L≥4地震空區(qū)演化Fig.3 Evolution of seismic gap of M L≥4 earthquakes before Gonghe M S7.0 earthquake in 1990

3.2 2001年11月14日昆侖山口西M S8.1地震

昆侖山口西MS8.1地震前，1998年12月4日至2001年11月13日在青海中部—西北部大范圍地區(qū)ML≥4.0出現(xiàn)地震空區(qū)，正常情況下，該空區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)是比較活躍的，而在昆侖山口西MS8.1地震前3年多的時(shí)間該區(qū)ML≥4地震顯著平靜，為1990年以來最為突出的現(xiàn)象，昆侖山口西MS8.1地震就發(fā)生在空區(qū)內(nèi)部。與ML≥4地震空區(qū)平靜突出的同時(shí)，2000年開始在東昆侖斷裂帶及其附近地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，唐古拉地區(qū)共發(fā)生MS≥5地震10次，最大為2000年7月10日MS5.6地震，且以強(qiáng)震群的形式發(fā)生，2000年9月12日興海發(fā)生MS6.6地震，2000年11月26日在青新交界發(fā)生MS5.1地震，該地震距2001年11月14日昆侖山口MS8.1地震約30 km(圖4)。

圖4 2001年昆侖山口西M S8.1地震前M L≥4地震空區(qū)演化Fig.4 Evolution of seismic gap of M L≥4 earthquakes before West Kunlun Mountain M S8.1 earthquake in 2001

3.3 2010年4月14日玉樹M S7.1地震

2008年5月12日汶川MS8.0地震之后，在青海中南部地區(qū)形成ML≥4.0地震空區(qū) (圖5a)，2009年5月29日治多ML4.2地震后，青海中南部—藏東地區(qū)ML≥4地震空區(qū)進(jìn)一步完善，特別是2009年8月31日在ML4地震空邊緣發(fā)生了都蘭ML4.6地震，ML≥4空區(qū)略有向南收縮的趨勢。2010年3月6日曲麻萊與都蘭交界地區(qū)發(fā)生MS4.1地震，ML≥4空區(qū)進(jìn)一步向南收縮，實(shí)際上平靜區(qū)范圍更加向未來震中收縮 (圖5.b)。4月14日5時(shí)39分59秒在ML≥4地震空區(qū)內(nèi)部發(fā)生一次MS4.7地震，130分鐘后發(fā)生了玉樹MS7.1地震。

圖5 2010年玉樹M S7.1級(jí)地震前M L≥4地震空區(qū)演化Fig.4 Evolution of seismic gap of M L≥4 earthquakes before Yushu M S7.1 earthquake in 2010

由此可見，1990年共和MS7.0地震、2001年昆侖山口西MS8.1地震和2010年玉樹MS7.1地震前均存在ML≥4地震的平靜或者地震空區(qū)的演化，在大震的孕震區(qū)周圍ML≥4地震出現(xiàn)平靜—活躍，或持續(xù)平靜或平靜區(qū)逐步向未來震中收縮的現(xiàn)象，不同大震前表現(xiàn)形式不盡一致。這些特征為未來強(qiáng)震趨勢的判定提供了重要的參考價(jià)值。

4 強(qiáng)震的危險(xiǎn)性討論

2000年9月12日興海MS6.6地震后，青海東部、甘肅和四川部分區(qū)域MS≥6地震出現(xiàn)大面積平靜，形成MS≥6地震空區(qū)。在此背景下，2001年7月17日興海MS5.0地震后，在青海東南部—甘青川交界一帶出現(xiàn)了大范圍中強(qiáng)地震平靜的異?？諈^(qū)，在平靜區(qū)邊緣先后發(fā)生了2008年汶川MS8.0、2010年玉樹 MS7.1地震 (圖 6)，截至2014年5月31日，平靜區(qū)內(nèi)仍然沒有發(fā)生MS≥5地震，2013年7月22日甘肅岷縣漳縣MS6.6地震和9月20日甘肅肅南、青海門源交界MS5.1地震均發(fā)生在該MS≥5平靜區(qū)的邊緣。根據(jù)前面分析的西北地區(qū)MS≥7地震前MS≥5地震活動(dòng)的特點(diǎn)，結(jié)合目前MS≥5地震的活動(dòng)圖像，綜合分析認(rèn)為目前持續(xù)的MS≥5地震平靜區(qū)內(nèi)部及其邊緣存在發(fā)生MS≥7地震的危險(xiǎn)。

圖6 2001年7月17日至2014年5月31日西北地區(qū)M S≥5地震的平靜圖像Fig.6 Quiet image of M S≥5 earthquakes in Northern Qinahai-Tibetan Plateau and Northwest of Qinghai form Jul.17，2001 to May.31，2014

從構(gòu)造角度看，該MS≥5地震空區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)存在一系列規(guī)模較大的斷裂，如昆中斷裂、鄂拉山斷裂帶、東昆侖斷裂帶、瑪多—甘德斷裂帶、東昆侖至瑪多南斷裂帶、東昆侖至達(dá)日斷裂帶、久治斷裂帶和軍功斷裂帶，以及西秦嶺北緣斷裂、岷江斷裂等。東昆侖斷裂帶發(fā)生了一系列強(qiáng)震，但仍有一些段落無歷史強(qiáng)震破裂，具有地震危險(xiǎn)性，其中斷裂東端附近是最關(guān)注的地區(qū)，該區(qū)除瑪沁—瑪曲空段外，該區(qū)還是東昆侖構(gòu)造帶、龍門山構(gòu)造帶及秦嶺構(gòu)造帶的交界地區(qū)，形成了復(fù)雜的構(gòu)造結(jié)。在甘青川交界地區(qū)西側(cè)的斷裂主要以北西西向?yàn)橹?，具左旋走滑兼逆斷特征，而東側(cè)斷裂以北東東向?yàn)橹?，性質(zhì)以逆斷或正斷為主，具一定左旋走滑分量，具備發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景。

另一方面，M7專項(xiàng)工作組 (2012)給出的該地區(qū)破裂空段由西秦嶺中—西段，東昆侖斷裂瑪沁—瑪曲段等，均分布在上述MS≥5地震空區(qū)內(nèi)部。

5 結(jié)論與討論

1920年以來西北地區(qū)MS≥5、MS≥6和MS≥6.5地震具有叢集活動(dòng)的特點(diǎn)，而MS≥6.5地震成叢、成組活動(dòng)特征較為明顯，并在20世紀(jì)20年代初至30年代末和2000年前后出現(xiàn)了兩次較大的累積應(yīng)變能釋放的加速釋放現(xiàn)象。

本文研究結(jié)果顯示，西北地區(qū)MS≥7地震前會(huì)出現(xiàn)大范圍的MS≥5地震平靜，一般MS≥5地震以大范圍的MS≥5地震平靜現(xiàn)象或地震空區(qū)形式出現(xiàn)，平靜時(shí)間持續(xù)最少3年，最長11年。如MS≥7地震發(fā)生在青海境內(nèi)，則青海境內(nèi)一般會(huì)出現(xiàn)大范圍MS≥5地震的平靜，如發(fā)生在甘肅境內(nèi)，則祁連構(gòu)造帶或祁連構(gòu)造帶部分區(qū)域出現(xiàn)大范圍的MS≥5地震平靜。通過對1970年以來3次MS≥7強(qiáng)震前ML≥4地震的分析研究表明，強(qiáng)震前均存在ML≥4地震的平靜現(xiàn)象或者空區(qū)的演化，一般表現(xiàn)為大震的孕震區(qū)周圍出現(xiàn)平靜—活躍、持續(xù)平靜和平靜區(qū)逐步向未來震中收縮的3種表現(xiàn)形式。結(jié)合研究結(jié)果和當(dāng)前地震活動(dòng)的圖像特征，認(rèn)為當(dāng)前西北地區(qū)存在MS≥5地震的大范圍平靜區(qū)周緣盡管發(fā)生了2008年MS8.0地震和2010年玉樹MS7.1地震，仍然沒有解除該MS≥5地震平靜區(qū)，需注意青海東南部—甘青川交界地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

梅世蓉等 (2010)、陳立德等 (2010)研究認(rèn)為汶川MS8.0、昆侖山口西MS8.1地震前存在一些平靜的現(xiàn)象，陳玉華等 (2002，2004)對中國大陸西部強(qiáng)震震例的研究結(jié)果顯示強(qiáng)震一般發(fā)生在平靜異常出現(xiàn)后6～32個(gè)月內(nèi)，曲延軍等 (2010)研究認(rèn)為中國大陸自1970年以來7級(jí)地震前出現(xiàn)空區(qū)圖像的比例達(dá)100%，楊立明等 (2002)和李英等 (2004)研究認(rèn)為青藏塊體中北部強(qiáng)震前存在地震平靜現(xiàn)象?？梢?，地震平靜現(xiàn)象在青藏高原北部地區(qū)是比較普遍的現(xiàn)象。馬勝利等 (2013)研究認(rèn)為當(dāng)斷層上存在強(qiáng)度較大的宏觀凹凸體時(shí)，凹凸體破壞會(huì)產(chǎn)生新生斷層段，其中伴隨著地震活動(dòng)的明顯增強(qiáng)，但新生斷層段在在斷層滑動(dòng)失穩(wěn)——即強(qiáng)震前存在一個(gè)“蠕滑—?jiǎng)蜃杌边^程，在此過程中地震活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)明顯的平靜現(xiàn)象，這從構(gòu)造物理方面為我們提供了認(rèn)識(shí)大震前地震活動(dòng)平靜現(xiàn)象的一種可能機(jī)制。但筆者認(rèn)為，大震前地震平靜現(xiàn)象固然是普遍的，但每次大震前地震平靜現(xiàn)象的表現(xiàn)很不一樣，試圖用一種物理構(gòu)造來解釋或認(rèn)識(shí)不太可能，不同的孕震環(huán)境和動(dòng)力學(xué)特征決定了不同強(qiáng)震前的平靜現(xiàn)象的表現(xiàn)形式差異，就西北地區(qū)而言，不同區(qū)域大震前其平靜的范圍和區(qū)域也不盡相同，青藏高原中北部地殼和上地幔為高阻區(qū)，對應(yīng)的殼幔介質(zhì)速度相對較大 (魏文博等，2006;Yang et al.，2010)，筆者更偏向認(rèn)為西北地區(qū)的這種大震強(qiáng)的平靜現(xiàn)象可能與該地區(qū)的地下物質(zhì)介質(zhì)特性密切相關(guān)，與更深層次的地球動(dòng)力學(xué)成因關(guān)系更為密切。

總之，由于大震前地震平靜現(xiàn)象具有普遍性，因此地震平靜現(xiàn)象被認(rèn)為是具有物理意義的地震前兆并作為地震預(yù)報(bào)的重要依據(jù)，本文的工作也為西北地區(qū)開展震情跟蹤和地震預(yù)測預(yù)報(bào)研究和實(shí)踐提供一些有意義的參考。

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