摘 要:珠江口盆地白云—荔湾深水区的天然气勘探已经历了5个阶段,经地质综合研究认为:①白云凹陷具备优越的烃源条件,经历了断陷—断坳—坳陷3大构造演化阶段,断陷期沉积的文昌组—恩平组具有巨大的生烃能力,断坳期和坳陷期受渐新世和中新世2个陆架坡折带的控制,形成的渐新世珠海组浅海三角洲—滨岸沉积体系和中新世珠江组—韩江组深水扇沉积体系,是深水区最有利的2套储盖组合;②该深水区油气的成藏规律不同于北部浅水区,陆架坡折带、构造脊+断裂+砂体+不整合+流体底辟复合油气输导体系及晚期构造运动是控制该区油气运移和成藏的3大要素;③荔湾3-1深水气田是上述成藏条件共同作用下的典型代表,优越的圈闭条件,受陆架坡折带控制的三角洲分流河道相优质储层,断层+底辟构造构成的垂向输导体系和上覆巨厚的海相泥岩盖层,是大气田形成的有利地质条件。进而指出近期该区天然气的勘探方向:①凹陷中央的深水扇体系;②白云凹陷主洼东西两侧的隆起区构造—地层复合圈闭群;③主洼西南侧断阶带上一系列的大型构造圈闭群;④南侧荔湾等一系列凹陷的超深水新区。
关键词:珠江口盆地 白云凹陷 荔湾凹陷 荔湾深水气田 油气藏形成 坡折带 底辟构造 勘探区
Hydrocarbon accumulation conditions and exploration direction of Baiyun-Liwan deep water in the Pearl River Mouth Basin
Abstract:A comprehensive geologic study was performed in the Baiyun-Liwan deepwater area,Pearl River Mouth Basin,based on ttle achievements obtained during the former 5 exploration stages.The following understandings were obtained.(1)The Baiyun Sag has supreme source rock conditions and has experienced 3 tectonic evaluation stages,namely rifting,coupled faulting,downwarping,and downwarping.The Wenchang-Enping Fms deposited during the rifting stage have large hydrocarbon generation potentials.During the coupled faulting and downwarping as well as downwarping stages,the deposition in the study area was controlled by the Oligocene and Miocene shelf slope break zone.The Oligocene Zhuhai Fm of shallow marine delta-longshore facies and the Miocene Zhujiang-Hanjiang Fms of deep fan facies are the most favorable two reservoirseal combinations in the study area.(2)Hydrocarbon accumulation pattern in the deeP water is different from that in the northern shallow water.Shelf slope break zone,composite carrier system consisting of structural ridge,fault,sandbody,unconformity and fluid diapir as well as late tectonic movement are the three major factors controlling hydrocarbon migration and accumulation in the study area.(3)The Liwan 3-1 gas field is a typical example.The supreme trapping conditions,quality reservoirs of deha distributary channel facies under the control of shelf slope break zone,vertical carrier system consisting of fault and diapir,as well as the overlying very thick marine mudstone seal provided favorable geologic conditions for the formation of large gas fields.Four areas were identiffed as the targels of near-term gas exploration,namely the composite structural stratigraphic trap cluster in the uplifted areas on both sides of the major structural low of the Baiyun Sa9,a series of large structural traps on the fault terrace to the southwest of the major structural low,and uitradeep frontiers in sags such as Liwan to the south of major structural low.
Keywords:Pearl River Mouth Basin,Baiyun sag,Liwan sag,Liwan deepwater gas field,hydrocarbon accumulation,slopc zone,diapir,exploration zone
深水区油气勘探是目前全球油气勘探的热点领域。珠江口盆地白云凹陷深水区近年来获得了包括荔湾3-1气田等一系列的油气发现,不仅证实了其巨大的勘探潜力,成为中海石油新的储量增长点,而且还吸引了中外各大石油公司的高度重视,使得该地区成为全球油气勘探和地质研究的又一热点。该深水区的油气勘探先后经历了5个重要阶段:①1983—1997年,早期地质调查及合作勘探失利;②l997—2002年,白云凹陷北坡浅水区天然气自营勘探发现一系列气田;③2003—2006年,深水区合作勘探发现荔湾3-1大气田;④2007—2011年,深水区展开全面合作勘探;⑤2012年以来,深水区进入白营勘探时期。
笔者在总结深水区油气成藏规律的基础上,重点介绍了荔湾3-1气田的成藏规律和气藏特征,并指出了近期深水区天然气勘探的主要方向,旨在为深水区下一步的油气勘探提供借鉴。
1 珠江口盆地深水区地质特征
珠江口盆地位于南海北部大陆边缘,总体上呈三隆两坳的格局,白云凹陷位于其南部坳陷带(珠二坳陷)的深水区。荔湾凹陷与之相连,但又相对独立,其规模相对较小,基本的油气地质条件与白云凹陷相似,在构造区划上隶属南部隆起带。与北部珠一地区的诸多凹陷相似,白云凹陷也先后经历了裂陷、坳陷和断块升降三大演化阶段,发育断陷期、断坳期和坳陷期3层盆地结构征[1-6]。但由于位于洋陆过渡地壳之上,白云凹陷受深部地幔作用的影响,在裂陷期之后仍然强烈沉降,沉积环境由陆相逐渐演变为浅海、陆坡深水环境,发育了巨厚的深水沉积[7]。不同的大地构造背景、不同的热演化史和不同的沉积充填机理,控制了白云凹陷独特的油气分布特征与运聚成藏规律,正确认识白云深水区的基础地质条件是开展南海北部陆缘深水区油气勘探的关键。
1.1 白云凹陷具备优越的烃源条件
白云凹陷面积超过20000km2,主要发育始新统文吕组和恩平组湖相、浅湖—沼泽相、三角洲相烃源岩。从白云凹陷边缘到沉积中心,文昌组烃源岩(暗色泥岩)厚度介于200~1700m,恩平组烃源岩厚度介于200~1300m[8]。
烃源岩样品有机地球化学分析表明(表1、图l),恩平组浅湖相、沼泽相烃源岩残余有机碳含量(TOC)变化大(1.12%~56.18%),生烃潜力指数(Pg)较高(0.56~97.47mg/g);氢指数(HI)较低,介于50~300mg/g,有机质类型为偏腐殖型干酪根;Pr/Ph为1.6~5.9,沉积环境变化大;C29规则甾烷优势,贫4-甲基甾烷系列;富含陆源三萜类生物标志物,如W、T树脂化合物含量高,奥利烷含量较低—中等。文昌组湖相烃源岩残余有机碳含量适中(1.00%~2.50%),生烃潜力指数较高(8.18~l3.64mg/g);氢指数较高,介于446~566mg/g,有机质类型为偏腐泥型干酪根;Pr/Ph为1.4~1.7,沉积环境为还原环境;与盆地北部珠一地区富生烃凹陷文昌组烃源岩特征不一样,白云凹陷文昌组来源于藻类的C27规则甾烷含量较高,而贫4-甲基甾烷系列,推测当时可能因处于不同的湖泊环境,其水生生物的种类也不同而导致;贫陆源三萜类生物标志物,如W、T树脂化合物和奥利烷含量低(或难于检测)。烃源岩有机质及生态组分中富含无定型和浮游藻类。
盆地模拟成因法生烃量测算表明,白云凹陷总生烃量为985×108t,其中石油为l 82×108t,天然气为803×108t当量。白云凹陷主生烃强度大于500×104~4000×104t/km2;主生气强度介于(65~455)×108m3/km2,主生油强度介于(100~500)×104t/km2。文昌组的主排烃期为距今32~10Ma,恩平组的主排烃期为距今23.8Ma~现今,目前已发现的天然气有80%来自以偏腐殖混合型干酪根为主的恩平组烃源岩(其埋藏深度大于4200m、地层温度高于160℃),20%来自文昌组裂解气,珠海组有少量油的贡献。
1.2 白云—荔湾深水区发育2套优良的储盖组合
大量的层序地层研究表明,白云荔湾深水区发育深、浅水2套优良的储盖组合。
1.2.1渐新世珠海组浅海三角洲—滨岸沉积体系
早先发生的南海运动使白云凹陷最终在距今23.8Ma被充填均夷化,古珠江三角洲推进到白云凹陷,陆架坡折带发育在白云凹陷南坡。因此,在距今32.0~23.8Ma,白云凹陷发育了与珠一坳陷珠海组相似的浅海三角洲滨岸砂岩沉积组合。此时,深水沉积位于坡折带下方的荔湾凹陷(荔湾凹陷在珠海组沉积中期先转为深水沉积)。
1.2.2中新世珠江组—韩江组深水扇沉积体系
距今23.8Ma之后,白云凹陷持续沉降,同时发生大规模海侵,陆架坡折带向北迁移至白云凹陷北坡[9-10],导致白云凹陷从滨浅海陆架环境变为深水陆坡环境[11-12],同时由于处于稳定富砂的古珠江及大型三角洲下方,具备发育大型深水扇的沉积条件。
因此,由于受白云运动的影响,在渐新统与中新统之间的界面(距今23.8Ma)为一个沉积突变面[13],在SB23.8之下发育以陆架边缘三角洲沉积为主的相对富砂的储盖组合,在SB23.8之上则发育以深水重力流水道和朵叶体砂岩沉积为主的相对富泥的储盖组合,形成了巨厚的泥质沉积。因此,在白云凹陷南部地区有利储层主要发育在珠海组,白云凹陷北部地区有利储层则主要发育在珠江韩江组和珠海组。
1.3 大型晚期底辟构造是油气垂向运移的有利通道
底辟构造由地球深部物质上拱或刺穿到浅部产生。在含油气盆地中,流体底辟构造是烃源岩垂向幕式排烃和油气幕式成藏的一种特殊类型。在白云凹陷的地震剖面上发现了多个流体底辟带,底辟的顶部到达浅部地层,最高处接近海底。流体底辟作用产生的“气烟囱”呈直立、上小下大的烟囱状,局部横向扩张呈囊状、花状,地震反射同相轴被明显中断,自身内部反射较杂乱、模糊,甚至为空白反射(模糊带),局部见同相轴上拱或下拉现象(图2)。
底辟作用主要发源于早期(断陷期)深湖相的文昌组—恩平组,和后期(坳陷期)深海相沉积的珠江组韩江组,这是2套巨厚的富泥沉积层。石万忠等认为,构造成因是白云凹陷底辟形成的主要机制,白云凹陷快速沉降、细粒充填的特点,以及晚期东沙运动的右旋张扭性应力场,共同造就了凹陷中央底辟带[14]。底辟构造的存在表明,在白云凹陷的中心部位,曾经孕育过高温、超压系统,并发生过压力释放事件。在底辟构造顶部存在的大量浅层含气亮点表明了底辟构造是天然气垂向输导的良好通道,尤其是在凹陷中心部位的断层不发育地区。
1.4 白云深水区独特的成藏模式
白云凹陷独特的沉积充填演化特征和构造发育背景,以及深水区所处不同时期2个坡折带的古地貌特点和受其控制的2套储盖组合,构成了13云深水区独特的复合运聚成藏模式。
在白云深水区,自距今23.8Ma以来的流体底辟+断裂构成了主要的垂向输导模式,为白云凹陷深部烃源岩生成的油气运移到上部浅海三角洲储层和深水扇储层聚集成藏提供了有利条件。而距今23.8Ma和距今21Ma两大不同时期的陆架坡折带则控制了沉积体系的空间分布,也孕育了两大储层/圈闭/成藏区,即白云凹陷南到荔湾区珠海组沉积型陆架坡折带到陆坡区储层/圈闭/成藏区(代表目标:荔湾3-1气田),白云深水珠江—韩江组沉降型陆架坡折带到陆坡区储层/圈闭/成藏区(代表目标:荔湾3-l、流花34-2、流花29-1等气田)。
因此,陆架坡折带、构造脊+断裂+砂体+不整合+流体底辟复合油气输导体系及晚期构造运动是控制白云深水区油气运移和成藏的三大要素[15]。在上构造层巨厚的海相泥岩覆盖之下,有利储层的发育区与断裂、底辟模糊带的叠合区域是白云深水区最有利的油气聚集和成藏带(图3)。
2 荔湾3-1气田成藏条件及气藏特征
2.1 成藏条件
2.1.1良好的圈闭条件
荔湾3-l构造位于白云凹陷的东南部,处于南部隆起带伸进白云凹陷的鼻状凸起上。该构造靠近白云凹陷的中心位置,是一个在古近—新近系基底隆起七发育的受断层控制的披覆背斜。受南部东西走向边界大断层的影响,该构造至中中新世已经成型,南部南掉大断层和北部北掉大断层形成构造的南北边界,东西两侧受披覆构造控制。
荔湾3-1构造发现于1993年,中外多家石油公司都对其进行过多次评价,一致认为该构造是白云凹陷最好的构造圈闭之一,是白云深水区实施勘探的首选目标。在2006年成功钻探LW3-1-1发现井之后,HUSKY公司于2006、2007和2008年相继采集了3805km2的大面积三维地震,覆盖了整个荔湾3-1气田。该区域位于白云陆坡深水区峡谷水道群之下,海底崎岖严重,沉积堆积物横向变化较大,深水区泥岩各向异性明显,地质地理条件非常复杂,严重影响了深水区目标评价的可靠性,是深水区油气勘探的巨大风险。
为解决上述问题,首先在地震采集方面,通过在采集参数上做适当的调整,加大气枪容量以抵消崎岖海底造成的下伏地层能量的衰减,加大排列长度使偏移距大于海底两个峡谷之间的距离,则可能接收到正常反射的地震信号。其次是在处理方面,使用RADON域衰减多次波的同时进一步利用分频去噪技术压制崎岖海底多次波,多次波基本消除;另外,通过采用叠前深度偏移消除海底崎岖影响技术,在时深转换方面,通过消除海水水深对下伏地层速度结构的影响,从而得到比较合理的时深关系,获得较为准确的深度构造图(图4)。该构造主要目的层的圈闭面积从50~60km2不等,圈闭的闭合幅度由浅至深加大,从140m到280m。由于深水储层的分布主要受供给水道以及古地貌控制,因此,主力气层Sandl砂体受到构造和岩性的双重控制。
2.1.2优良的储集物性
荔湾3-1气田含气层主要发育在下中新统珠江组底部至渐新统珠海组,从上到下共划分了4套气层,分别为:Sandl、Sand2、Sand3和Sand4。T60(SB23.8)界面作为白云凹陷主要事件面,界面上下沉积环境截然不同,界面之上为深水沉积环境,储层为深水浊积扇砂岩沉积,而界面之下为三角洲沉积体系,储层为三角洲前缘沉积,主要有河口坝、水下分流河道、远砂坝等沉积砂体。
第一个气层Sandl位于珠江组底部,为深水盆底扇沉积环境。储层砂体为高密度浊流沉积,大多数砂层为块状层,无明显层理结构,但在局部能见到正粒序层、水平层理和弱到强的钙质胶结。砂层中发育大量的与浊流相关的冲刷面,无层理的块状结构和一致的颗粒大小表明持续稳定的流体速度。从底部到顶部分别为薄层泥岩与细砂岩互层的进积层序、块状中砂岩的加积层序和砂泥互层向上变细的退积层序。该盆底扇储层主要为分流水道砂、非限制浊流砂和席状砂体复合而成。该储层段以细—中砂岩为主,分选中等,岩心分析结果:孔隙度主要分布于l8%~24%(平均为21.2%),渗透率主要分布于128~1024mD(平均为356.7mD)。测井解释有效孔隙度介于20%~26%(平均为22.3%),渗透率介于314~1108mD(平均为594mD),平均泥质含量介于6%~ll%(平均为9%),属于高孔高渗的优质储层。
另外3个气层Sand2、Sand3和Sand4砂体均属于渐新统珠海组,沉积相主要以三角洲前缘水下分流河道、河口坝为主,储集性良好。远砂坝—河口坝岩心特征主要为:粉砂和细—中砂互层,发育中等—强烈的生物扰动、细的水平纹层、冲刷面和粒序层;水下分流河道表现为,细—中砂岩,发育弱的生物扰动、水平层理、交错层理。其中Sand2、Sand3物性较好,属于中孔高渗储集层,测井解释有效孔隙度介于l8%~21%,渗透率介于216~46lmD,平均泥质含量介于10%~22%,泥质含量较高,非均质性较强。Sand4砂体属于中孔中渗储集层,测井解释有效孔隙度平均为17%,渗透率介于85~101mD。
2.1.3天然气成藏模式
总体说来,荔湾3-1构造是一个具有古基底高背景的晚渐新世浅海陆架三角洲体系、早中新世富砂深水扇体系下的断裂—背斜—地层复合圈闭。其天然气成藏聚集是近源晚期阶段性累积成藏的产物。在中中新世以后(距今8~0Ma),主要来自白云凹陷主洼东部斜坡带恩平组(现埋深在4600~6000m)有效烃源岩生成的天然气,通过断层和流体底辟向上进行垂向运移,然后沿区域砂体+不整合面+构造脊综合输导体系进行侧向运移,进入荔湾3-1这个大型的以披覆背斜为主的断裂背斜地层复合型圈闭,在上覆巨厚的新近系海相泥岩的封盖下,形成荔湾3-1大气田(图5)。
2.2 气藏特征
2.2.1气藏压力、温度与流体性质
荔湾3-1气田共发现4个气层,根据各井实钻得到的压力与深度进行回归,结果表明,Sandl、Sand2、Sand3层回归得到的气层压力梯度为2.09~2.45kPa/m,Sand4层回归得到的气层压力梯度为2.98~3.26kPa/m。而根据各井所测得的温度数据进行计算,LW3-1气田Sandl—Sand3气层的地温梯度为9.32℃/l00m,Sand4气层的地温梯度为11.95℃/100m,各个水层的地温梯度为5.26℃/l00m。另外,根据气体组分分析,Sandl,Sand2和Sand3流体组分、性质相近,认为可能连通,Sand4的流体性质显示凝析油含量较高,且有不同的压力,认为与其他3层具有不同的压力系统(图5)。
Sandl、Sand2、Sand3这3个气层的甲烷含量为85.57%~88.82%,二氧化碳含量为2.8%~3.25%,C7+含量为0.19%~l.86%,未检测到H2S。
对Sandl、Sand2、Sand3和Sand4层的MDT样品进行了PVT实验分析,项目包括气油比、密度和偏差因子,分析结果表明:Sandl、Sand2、Sand3和Sand4层的凝析油含量分别为:0.124L/m3、0.095L/m3、0.073L/m3、和0.342L/m3。Sandl和Sand2层属于凝析气藏。
2.2.2产能情况
荔湾3-1气田具有很好的储层物性及流动性能。从LW3-1-2(Sandl)、LW3-1-3(Sand2)和LW3-1-4(Sandl)井的DST结果来看,所有井在采用Æ114.3mm的油管,及通过内径很小(50.8mm或更小)的DST测试管柱时,都能达到超过141.6×104m3/d的产气量,且压降小于1%。使用二项式方法得到Sandl层的无阻流量为2702×104~4384×104m3/d,Sand2层的无阻流量为2917×104m3/d。从测试结果来看,Sandl层在LW3-1-2井和LW3-1-4井,Sand2层在LW3-1-3井均获得了很高的产能。从LW3-1-3井的MDT资料来看,Sandl和Sand2层的流动系数相近,介于2132×10-3~2854×10-3mm2·m/(mPa·s),Sand3层的流动系数约为1124×10-3mm2·m/(mPa·s),由此可推测,Sandl层及Sand3层将具有很高的产能。
2.2.3储量计算
通过对荔湾3-1气田各个气藏的构造形态、气藏类型、储层特征、驱动类型、流体界面、流体性质以及气藏产能等各项指标进行综合分析后,计算该气田的天然气探明地质储量为488.87×108m3,控制地质储量为41.84×108m3,预测地质储量为62.31×108m3。根据不同气层的采收率进行计算,该气田总的干气探明技术可采储量为344.48×108m3,控制干气技术可采储量为29.16×108m3,预测干气技术可采储量为38.40×108m3。另外,该气田的凝析油三级地质储量为692×104m3。
3 深水区天然气的勘探方向
荔湾3-1气田的发现证实白云—荔湾深水区油气勘探的两大沉积体系:中新世陆架坡折带控制的陆架边缘三角洲—深水扇沉积体系和渐新世陆架坡折带控制的大型三角洲—深水扇沉积体系(图6)。近年来在白云—荔湾深水区开展了全盆地层序地层格架建立和层序地层解释工作,随着对白云—荔湾深水区的沉积充填特征和陆架坡折演化过程的研究逐步加深,认识到陆架坡折带对深水储层的沉积和油气成藏具有关键控制作用,下一步应围绕两大陆架坡折带,展开以下4个领域的勘探。
3.1 立足白云凹陷主洼,主攻深水扇
距今23.8Ma以后白云凹陷快速沉降,陆架边缘向北迁移至白云凹陷北坡的番禺低隆起地区,白云凹陷转变为深水环境,从而形成了陆架边缘三角洲与深水扇沉积为主的沉积体系。以21Ma陆架坡折带最为典型,该陆架坡折带具有陡坡、北东向展布的特征,受其和相对海平面的控制,在SQ21层序低位期发育富砂的陆架边缘三角洲和下方的深水扇水道砂体。另外,在白云凹陷中央发育大量面积巨大的流体底辟带,被认为是油气运移的重要通道。因此,底辟带及周边发育的距今21Ma以来的多个层序的深水扇是有利的勘探潜力区,预测天然气资源量超过4000×108m3。
3.2 展开白云凹陷两翼。扩大主战场
在中新世陆架坡折带下方还分布有2个有利勘探区带,分别是位于主洼西侧的云开低凸起和白云凹陷主洼东侧的东沙25构造带。云开低凸起位于陆架坡折带的侧翼,为缓坡泥质背景,其主要目的层除珠海—珠江组三角洲相、滨岸相砂体和中新统半深海相浊积砂体外,在深层还有恩平组河流三角洲相砂体作为次要储层;东沙25构造带是一个复式成藏带,有利储集体包括SQ21水道砂、T70地层圈闭和18.5Ma的生物礁,形成了超覆在斜坡带上具有局部构造背景控制的复合圈闭群,其潜在目标有LH30-1、LH36-1、LH36-2、DS25-1等,天然气总资源量预计超过4500×108m3。
3.3 探索西南断阶带,开拓新战场
受控于珠海组陆架坡折带,白云凹陷主洼西南断阶带是一个古近系构造圈闭和新近系深水砂体岩性圈闭组成的复式成藏带,该成藏带各类构造和岩性圈闭众多,如BYl3-4,BYl3-5,BY28-1等,从地震资料显示可见浅层的直接烃类显示。可识别出多条构造脊从白云凹陷指向云开低凸起,同时,还发育多组断裂与白云凹陷文昌—恩平组烃源岩沟通,晚期断裂亦强烈活动。因此,珠海组砂岩构造脊与断裂活动是该区带成藏的主控因素。该区发育多个有利目标,预测资源量达8100×108m3天然气及2.35×108m3原油。
3.4 加速荔湾地区钻探,迈向超深水
荔湾凹陷是一个被岩浆底辟作用改造过的残余盆地,其原型盆地为拉张背景下的断陷。由于受到过大型底辟及重力滑动等复杂动力作用的改造,使得该凹陷的沉积结构及成藏模式都变得十分复杂。受渐新世陆架坡折带控制,在荔湾凹陷发育大量珠海组低位域深水扇砂体。目前已在坡折带下方识别出一系列SQ23.8深水扇大型构造—岩性复合型圈闭,这些目标在地震剖面上具有明显的亮点特征和AVO异常,其亮点范围和构造范围吻合程度高。该地区大型构造多,且成群成带分布,具有广阔的油气勘探潜力,预计天然气资源量约为5000×108m3。
4 结论
1)珠江口盆地南部深水区具有优越的油气地质条件和巨大的勘探潜力,其成藏规律不同于北部浅水区,陆架坡折带、构造脊+断裂+砂体+不整合+流体底辟复合油气输导体系及晚期构造运动是控制深水区油气运移和成藏的三大要素。
2)荔湾3-1气田是能够体现白云深水区成藏规律的典型代表。优越的圈闭条件,受陆架坡折带控制的三角洲分流河道相优质储层,断层+底辟构成的垂向输导体系和上覆巨厚的海相泥岩盖层,是荔湾3-1大气田形成的有利地质条件。
3)近期该区深水天然气的勘探方向有4个,分别是凹陷中央的深水扇体系,白云凹陷主洼东西两侧的隆起区构造地层复合圈闭群,主洼西南侧断阶带上一系列的大型构造圈闭群,以及南侧荔湾等一系列凹陷的超深水新区。
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本文作者:林鹤鸣 施和生
作者单位:中海石油(中国)有限公司深圳分公司
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