1976年唐山MS7.8地震乐亭—滦南地区NW向地裂缝带赵滩点位调查*

郭 慧 江娃利 谢新生

(中国北京100085中国地震局地壳应力研究所)



1976年唐山MS7.8地震乐亭—滦南地区NW向地裂缝带赵滩点位调查*

郭 慧*江娃利 谢新生

(中国北京100085中国地震局地壳应力研究所)

1976年唐山MS7.8地震的早期野外调查结果显示，在乐亭—滦南地区存在一条NW走向的地裂缝带，自滦南县申营村往南断续延伸至乐亭县王滩镇王各庄村，长度大于30 km，以右旋走滑为主．该地裂缝是1976年唐山MS7.8地震形成的，但其地理位置接近1976年唐山地震序列中滦县MS7.1地震形成的NW向地表破裂带延伸方向上．为进一步研究唐山地震的发震构造，本文拟基于前人资料，对乐亭—滦南地区NW向地裂缝带赵滩点位展开调查，并实施探槽开挖和钻孔探测．探槽揭示出小型砂脉和宽1.0—1.2 m的大型砂脉分别为1976年唐山MS7.8地震和该地震之前另一次强震事件的产物；钻孔探测结果表明主砂脉两侧地层不存在明显的垂直落差，这与1976年唐山MS7.8地震时该点位出现的地裂缝现象是右旋剪切以及赵滩探槽揭示的两侧垂直位移不明显的现象相吻合．

1976年唐山MS7.8地震 NW向地裂缝带 探槽 钻孔测线

引言

1976年7月28日北京时间3时42分，河北省唐山市发生MS7.8地震，其宏观震中位于唐山市南部；当日18时45分，滦县紧接着发生MS7.1地震，其宏观震中位于滦县三山院村北，两次地震的宏观震中仅相距约40 km．该地震序列是华北平原近300年以来最大的一次，死亡人数高达24.2万．

1976年唐山地震后，该地震的地表破裂、发震构造等引起了国内外地震学界的关注．震后现场考察结果显示，唐山地震导致唐山市南部出现了一条走向为NE30°、长为8—11 km、最大右旋走滑位移为1.5—2.3 m、垂直位移为0.2—0.7 m的地表破裂带(虢顺民等，1977；王景明等，1981b；国家地震局《一九七六年唐山地震》编辑组，1982；杜春涛等，1985)，地表破裂带遗迹现今仍可在唐山市吉祥路、原唐山十中和唐柏路牛马库等地见到(Guoetal，2011)．近年来对唐山地震地表破裂带的研究仍在进行，并对其有了进一步认识．郭慧等(2011)认为唐山MS7.8地震NNE向地表破裂带的长度大于47 km，起自唐山市市区南部，向南过丰南区稻地镇孙家楼村西侧，止于丰南区西河村南．1976年滦县MS7.1地震的地表破裂带呈向西凸出的弧形，南起王庄，经三山院村转折至铁局寨，其中：南段为NNW走向，长度大于4 km；北段为NNE走向，长度大于2 km(王景明等，1981a；国家地震局《一九七六年唐山地震》编辑组，1982；杜春涛等，1985)．

除唐山MS7.8地震和滦县MS7.1地震造成的地表主破裂带外，张振江(1986)震后考察结果显示，从滦南县申营村往南延伸至乐亭县王滩镇王各庄村也存在断断续续的地裂缝，长度大于30 km，总体走向呈NW50°，其地理位置接近滦县MS7.1地震产生的NW向地表破裂带往南的延伸方向．自唐山地震发生后近40年间，未对该地裂缝带展开进一步的调查研究．鉴于此，为了深入研究1976年唐山MS7.8地震的发震构造，本文拟基于前人资料，对乐亭—滦南一带NW向地裂缝带开展调查，走访当地村民，核对地裂缝位置，并选取赵滩村北的地裂缝实施探槽开挖与钻孔探测，以揭示该地裂缝带的成因及其与地下地层之间的关系．

1 乐亭—滦南地区地貌与地质概况

唐山地区地势北高南低，北依燕山，南临渤海．北部为燕山及其余脉的低山丘陵区；中部为遭受轻微侵蚀的、准平原化的山前平原区；南部为广阔的滨海平原沉降区．1976年的唐山MS7.8地震和滦县MS7.1地震即位于燕山南缘的低山丘陵地区；乐亭—滦南地区位于唐山市东南部的滨海平原区，该地区海拔低于10 m，地势平坦．乐亭境内的主要水系为滦河，由NW穿过燕山，向SE经迁安盆地进入滦县以南的平原，在乐亭县东汇入渤海湾(图1)．

图1 1976年唐山MS7.8、滦县MS7.1地震震中位置和唐山及周边地区地理环境(引自Guo et al，2011，断层展布略加修改)左上角附图为本文研究区在华北地区的位置. 1. 基岩；2. 上更新统—全新统沉积物；3. 图3位置；4. 地表河流；5. 1976年唐山MS7.8地震和滦县MS7.1地震的地表破裂带；6. 乐亭—滦南地裂缝带；7. 隐伏或半隐伏断裂；8. 震中. F1：野鸡坨断裂；F2：唐山断裂带；F3：蓟运河断裂；F4：宁河—昌黎断裂；F5：滦县西断裂；F6：滦县—卢龙断裂；F7：滦县—乐亭断裂；F8：塘沽断裂；F9：柏各庄断裂；F10：迁安北断裂，下同

如图1所示，唐山地区主要有5条断裂，其西侧和东侧分别为NW向的蓟运河断裂(F3)和NW向滦县—乐亭断裂(F7)、NE转NW向的滦县西断裂(F5)；NNE向的唐山断裂带(F2)从唐山市区穿过；NEE向的宁河—昌黎断裂(F4)全长约100 km，为燕山隆起与华北平原坳陷的分界断裂．其中，唐山断裂带为1976年唐山MS7.8地震的发震断裂，滦县西断裂为1976年滦县MS7.1地震的发震断裂(郭慧等，2014)；滦县—乐亭断裂和宁河—昌黎断裂主要分布在乐亭—滦南地区，目前对后者晚第四纪的活动情况尚不清楚．

图2给出了唐山地区的地质图，可以看出：唐山MS7.8地震震中位于开平复式向斜的倒转西翼，其NE向地表破裂带与向斜西翼的唐山断裂带Ⅴ号逆冲断层位置吻合(郭慧等，2011)；滦县MS7.1地震的震中则位于开平复式向斜东翼的东北端；乐亭—滦南地裂缝带位于开平复式向斜的东南侧、NEE向宁河—昌黎断裂的南侧．

图2 唐山地区基岩地质图(修改自河北省地质矿产局，1989)1. 太古界；2. 震旦纪；3. 寒武—奥陶纪；4. 石炭—二叠纪；5. 侏罗—白垩纪；6. 燕山旋回Ⅲ期酸性岩浆岩；7. 第三纪；8. 断裂；9. 1976年唐山地震序列地表破裂带; 10. 震中；11. 背斜；12. 向斜; Ⅰ. 唐山MS7.8地震NE向地表破裂带；Ⅱ. 滦县MS7.1地震地表破裂带；Ⅲ. 乐亭—滦南地裂缝带；绿框为图3位置

1. Archaeozoic；2. Sinian；3. Cambrian-Ordovician；4. Carboniferous-Permian；5. Jurassic-Cretaceous；6. Acidic magmatic rock in Yanshan Ⅲ Period；7. Tertiary；8. Fault；9. Surface rupture of the 1976 Tangshan earthquake sequence；10. Epicenter；11. Anticline；12. Syncline；Ⅰ. NE-trending surface rupture zone ofMS7.8 Tangshan earthquake；Ⅱ. NW-trending surface rupture zone ofMS7.1 Luanxian earthquake；Ⅲ. Laoting-Luannan ground fissure zone；The green frame is the position of Fig.3

2 乐亭—滦南地裂缝带调查

1976年唐山地震现场调查(张振江，1986)结果显示，除唐山MS7.8地震和滦县MS7.1地震的地表主破裂带外，在乐亭—滦南地区的王滩—常家铺一带，另有一条规模较大、方向稳定的地裂缝带展布*杜春涛，孟宪梁，陈书贤. 1980. 唐山大震地裂缝与构造应力场. 地壳应力研究所档案室：9--12.，其位置如图3所示．该地裂缝带从滦南县申营村往南一直延伸至乐亭县王滩镇王各庄村，断断续续展布，单条地裂缝长度从一百米到几百米不等，总体长度大于30 km，走向由南往北从NW50°转为近NS向，垂直位错不明显，以右旋活动为主，其中，乐亭县王滩镇王各庄村走滑位移最大为2.0 m，滦南县申营村走滑位移最小为0.12 m，乐亭县董家铺村地裂缝点位存在左旋活动和右旋活动(图3)．地裂缝展布点位列于表1．

图3 乐亭—滦南地区地裂缝位置展布图(修改自张振江，1986)图中地裂缝序号与表1中的序号对应

依据张振江(1986)的现场调查资料，对乐亭、滦南等地的地裂缝带展开调查．由于唐山地震已过去近40年，震后建筑物规划重建以及当地老乡的耕种田地等使地震时形成的地裂缝难以保存，因此本次野外调查未见地震遗迹，只能根据前人资料提及的地裂缝位置，询问当地老乡并确认．此次调查结果表明：部分地裂缝可指出确切位置、地裂缝规模及位移等；其余地裂缝由于在田地中或离村庄较远，老乡没有看到而无法确认．其中，据老乡回忆地裂缝地点并确认的有王各庄东北、赵滩村西北和常家铺至郭家房子等3处地裂缝；其余地裂缝据老乡回忆也存在，但由于缺少明显的标志，至今仍不能准确判断其位置．总体来说，这些地裂缝均由1976年唐山MS7.8地震造成．

表1 前人提及和本研究确认的乐亭—滦南地裂缝点位

3 乐亭赵滩探槽和钻孔联合测线

在野外调查的基础上，选取乐亭县赵滩村出现地裂缝的位置进行探槽开挖和钻孔联合剖面探测，以揭示地表地裂缝的成因及其与地下地层之间的关系．

图4 乐亭县王滩镇赵滩村机耕路及两侧白杨树被错断(镜像N)(引自国家地震局地震地质大队，1986)

3.1 乐亭赵滩探槽

据老乡指认，唐山地震后，位于乐亭县赵滩村西北的一条呈NS走向的机耕路及其两侧白杨树行均被右旋错断形成地裂缝，水平位移达0.8 m，如图4所示．将探槽设置于村西北约500 m处，开挖地点位于机耕路西侧约130 m的玉米地中; 由于赵滩村大面积种植葡萄，该探槽是距被扭错的土路可开挖的最近地点(图5a)．该探槽走向为NE25°，长36 m，深2.0—2.5 m，宽5 m．由于该地距海边约15 km，地下水位较浅，探槽开挖至2 m时出水，到2.5 m时开始垮塌，无法继续开挖(图5b)．由于该探槽中有水，造成清理探槽壁面及挂网困难，故仅对NW壁剖面以条带形式剥落了11个条带剖面，并绘制比例尺为1:50的剖面图(图6a)，又在砂脉附近两壁分别剥落长为6—7 m的剖面，并绘制比例尺为1∶20的剖面图(图6b，c)．

图5 乐亭赵滩探槽和钻孔平面图及照片(a) 探槽和钻孔平面分布图；(b) 探槽景观图，镜像NE；(c) 探槽SE壁主砂脉近景，砂脉内黑色细砂界线呈漏斗形态，底部细沙含褐色黏土团块；(d) 探槽NW壁主砂脉北侧细砂脉近景，断错地层③—④，层③底部出现近20 cm的断距，北升南降

赵滩探槽共揭示出6层地层，均属于细颗粒沉积，为滦河洪积扇沉积物．该探槽两壁剖面揭示地层相同，地层编号一致(图6b，c)．该探槽包含14C测年样品1个，热释光(thermoluminescene，简写为TL)测年样品3个，探槽中各层测年样品及测试结果列于表2．

探槽地层分层及描述如下：

层①-1：现今耕植土(地震后)，厚0.3—0.6 m；

层①-2：地震前耕植土，与层①-1之间有地震时喷水冒砂现象残留下的透镜状砂层，该层顶面为地震前的地表面，厚0.6—0.7 m；

层②：褐色、黄色亚砂土混杂，厚0.2 m；

层③：褐色黏土为主，底部褐色黏土与黄色亚砂土薄层互层，局部剖面由于地震振动呈波状层理，厚0.4—0.5 m；

层④：黄色亚砂土，夹薄层褐色亚砂土，厚0.3—0.4 m；

层⑤：褐色黏土夹黄色亚砂土，上部主要为褐色黏土，下部主要为黄色亚砂土，厚0.4m,该层的14C样品测年结果为距今(1.55±0.03) ka；

图6 乐亭赵滩探槽剖面图(a) 赵滩探槽NW壁剖面图，图中蓝框为b图位置；(b) 赵滩探槽NW壁砂脉出露段落的照片拼图(上)和剖面图(下)；(c) 赵滩探槽SE壁砂脉出露段落的照片拼图(上)和剖面图(下)1. 黏土；2. 砂层；3. 层号；4. 14C测年样品；5. TL测年样品

表2 乐亭县王滩镇赵滩探槽、钻孔测线样品测年结果

注：表中14C样品由美国BETA14C实验室完成，其中ZK1-3-14C-1-P为AMS植物材料测年，其它为AMS有机质测年；TL测年样品由中国地震局地壳应力研究所地质年代实验室完成.

层⑥：黄色细砂，纯净，水平层理，探槽中仅揭露0.3 m．该层的TL样品测年结果为距今(1.94±0.16) ka；

层⑦：白色细砂，纯净，无层理．探槽SE壁依据砂脉中出现的黑色细砂分为层⑦-1与⑦-2．层⑦-2中包含褐色黏土团块，与层③的岩性一致．该探槽所揭露砂脉最大厚度为2 m．层⑦中有2个TL测年样品，砂脉上部样品测年结果为距今(7.83±0.66) ka，下部测年结果为距今(6.33±0.54) ka；

层⑧：细砂与土混杂，人工改造或其它原因形成．

依据赵滩探槽的地层描述、样品测年结果和剖面图等，该探槽所揭示的构造现象如下：

1) 探槽两壁剖面均揭示出一条宽1.0—1.2 m的主砂脉，由白色纯净细砂组成．此外，NW壁剖面在主砂脉两侧各有一条宽2—10 cm的细砂脉，SE壁剖面仅在南侧出现一条宽约4 cm的细砂脉(图6b，c)；

2) 探槽SE壁剖面主砂脉为白色纯净细砂，在砂脉中还存在一条呈漏斗状的黑色细砂界线，在主砂脉下部含有褐色黏土团块，岩性与层③一致，为强烈震动时层③受到扰动所致(图5c)；

3) 探槽NW壁剖面的主砂脉南侧的细砂脉两侧地层出现垂直落差，从层⑥往上一直错断到层②顶面，SW盘上升，NE盘下降，落差为2—4 cm；北侧细砂脉的两侧地层也同样从层⑥往上一直错断到层②顶面，NE盘上升，SW盘下降，落差为8—20 cm(图5d)．在这两条细砂脉的南北两侧，层②—层⑤未显示垂直落差．探槽SE壁剖面的主砂脉仅在南侧出现一条细砂脉，两侧地层出现4—20 cm的垂直落差，且从层⑥往上一直错断到层①-2顶面，SW盘上升，NE盘下降；

4) 层②顶面残留有白色纯净细砂，呈透镜体零星分布，该层面为地震前地表，1976年唐山地震时有喷砂冒水现象，在主砂脉附近形成白色细砂堆积．经过近40年的土地耕种，地表以下0.5 m呈褐色黏土耕植土；

5) 该剖面揭示的大型砂脉中距地表0.9 m和1.5 m的地层样品的TL测年结果分别为距今(7.83±0.66) ka和(6.33±0.54) ka，较该探槽剖面距地面3.0 m的层⑥距今(1.94±0.16) ka的TL测年结果早4 ka．从赵滩钻孔联合剖面可见，ZK1-5钻孔地表以下11—17 m的纯净砂可能是赵滩探槽大型砂脉的母层；

6) 该探槽剖面显示宽1.0—1.2 m的白色纯净砂脉虽然直通当时地表，但不是1976年唐山MS7.8地震所形成，而该大型砂脉两侧的细小砂脉应是该地震所造成的．在1976年唐山MS7.8地震中，该直径1.0—1.2 m的砂脉并未在地表形成与之规模匹配的大沙丘，该探槽剖面揭示的当年地表的残留砂层只与巨型砂脉两侧的细小砂脉匹配，且该巨型砂脉切过该剖面距今1.5 ka的地层，所以该砂脉的形成应是近代周边强震事件的产物．

3.2 乐亭赵滩钻孔联合剖面测线

赵滩钻孔联合剖面测线位于乐亭县赵滩村西北被右旋错断的机耕路上，在探槽开挖后实施(图5a)．该测线在99.3 m范围内共实施9个钻孔，其中两个钻孔因钻机原因未完成，钻孔深39.0—49.5 m不等，最大孔距为16.5 m，最小孔距为7.9 m，总进尺为372.3 m．钻孔取芯孔径为97—110 mm，单次取芯长度为2.0 m．粉砂、亚砂土、亚黏土及黏土类取芯率达90%，细砂、中砂的取芯率为60%—80%，粗砂及砾石的取芯率不足40%．

该测线共揭示出7层地层，砂与黏土、亚黏土粗细相间，以砂为主，各钻孔间的地层可大体对比(图7)．该钻孔测线共包含14C测年样品3个，TL测年样品4个，钻孔测线中各层测年样品及测试结果列于表2．

图7 乐亭赵滩钻孔探测剖面图1. 淤泥质黏土；2. 粉砂；3. 粉细砂；4. 细砂；5. 中砂；6. 中粗砂；7. 粗砂；8. 含砾石砂；9. 砾石层；10. 亚砂土；11. 亚黏土；12. 黏土；13. 14C测年样品；14. TL测年样品；15. 地层编号

赵滩钻孔测线地层分层及描述如下：

层①：地表耕植土，褐黄色亚黏土、亚砂土，厚2.0—4.0 m；

层②：灰色粉细砂、细砂、中粗砂，厚5.6—8.9 m，该层中有2个14C测年样品，其中一个样品采用植物材料和有机质两种测年方法，测年结果分别为距今(2.92±0.03) ka，(8.11±0.04) ka和(8.54±0.04) ka；

层③：灰黑色淤泥质黏土、亚黏土，厚3.8—5.0 m，该层中有1个14C测年样品，测年结果为距今(9.38±0.04) ka；

层④：灰色细砂、中砂、粗砂，厚9.4—12.0 m，有的钻孔中含砾石，砾石直径约5 mm；

层⑤：灰黄或青灰色黏土、亚黏土，层厚0.9—2.5 m，该层中有2个TL测年样品，测年结果分别为距今 (46.15±3.92) ka和(45.23±3.84) ka；

层⑥：灰色中粗砂，层厚6.4—8.1 m；

层⑦：灰黄色亚黏土、黏土，夹灰黄色中粗砂、中砂层，该钻孔测线揭示的最大层厚为15.5 m．该层中含有2个TL测年样品，测年结果分别为距今(54.50±4.63) ka和(61.17±6.73) ka．

依据赵滩钻孔联合剖面测线的地层描述、样品测年结果和剖面图等，该钻孔测线所展示的构造现象如下:

1) 该剖面揭露7层地层，这些地层以砂为主，其中亚黏土类的地层占钻孔地层的比例为30%—40%；

2) 钻孔中孔深为7 m和13—15 m地层的14C年代分别为距今2.9 ka和8—9 ka，孔深25 m和37 m地层的TL年代分别为距今45—46 ka和61 ka．从地层深度和测年结果可知，该地点的全新统地层厚度接近20 m，上更新统地层厚度超过50 m，则全新世时期的沉积速率更快；

3) 地裂缝两侧的地层呈近水平分布，南北两侧地层岩性大体可对比，样品的深度与测年结果大体也可对比，但剖面中位于地表扭错裂缝南侧的地面以下8—15 m深、4—5 m厚的灰黑色淤泥质黏土、亚黏土层在地裂缝北侧钻孔中并未出现.

4 讨论与结论

对1976年唐山MS7.8地震在乐亭—滦南地区形成的地裂缝及赵滩点位的调查研究表明，该地震地表破裂呈现了一个复杂的过程，获得的认识如下：

1) 通过人员采访调查确认，1976年唐山MS7.8地震在乐亭—滦南形成了一条长达30 km呈断续展布的NW向右旋地裂缝带；

2) 跨1976年唐山MS7.8地震出现的地裂缝带开挖的赵滩探槽揭示出：该次地震形成了小型砂脉，而在该地震之前形成了更大规模的砂脉；该大型砂脉是该地区在1976年唐山地震之前另一次强震事件的产物．依据地层测年结果和赵滩钻孔资料推测该大型砂脉的母层是地下深度为15.0 m的砂层，其14C测年结果为距今(6.33±0.54)—(8.11±0.04) ka；

3) 赵滩钻孔联合剖面揭示出：在地下约15 m深、地裂缝以北约50 m地段，较地裂缝以南相同地段缺失厚约5 m的黏土地层；地下深度约40 m地层无垂直落差的现象，这与1976年唐山MS7.8地震时该点位出现的地裂缝现象是右旋剪切和赵滩探槽揭示的唐山地震地裂缝两侧垂直位移不明显的现象相吻合．故该钻孔剖面未获取该点唐山地震地裂缝之下地层断错的依据，同时要解释该剖面层③在剖面北段的缺失是由于相变或河流侵蚀形成，尚需更大范围的钻孔资料．

然而，关于乐亭—滦南地裂缝的成因及其地理位置与滦县西断裂的关系等仍存在如下问题：

1) 乐亭—滦南地裂缝带所在的地区为滨海平原区，地表坡度不到1°，其NE方向的海岸边界线与NW向的地裂缝垂直，这种地貌的形成无法用重力及海岸滑移的非构造成因解释；

2) NW向的乐亭—滦南地表右旋剪切地裂缝带如不属于震源破裂，而是松散土层中应力场作用下的破裂，且不论该破裂的规模、方向性及明显的右旋剪切，其活动方式与ENE向的主压应力场明显不协调；

3) 乐亭—滦南NW向地裂缝带的地理位置不在1976年滦县MS7.1地震出现的滦县西断裂带的延长线上，但在其延长方向上，二者关系尚待进一步研究．

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Investigation on Zhaotan site in NW-trending ground fissure zone of 1976MS7.8 Tangshan earthquake in Laoting-Luannan region

Guo Hui*Jiang Wali Xie Xinsheng

(InstituteofCrustalDynamics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100085，China)

Field investigation after the 1976MS7.8 Tangshan earthquake reveals that，in Laoting and Luannan region exists a NW-trending ground fissure zone, which is from Shenying village，Luannan county and extended to Wanggezhuang village，Wangtan town，Laoting county，with more than 30 km in length and mainly in dextral strike slip. Laoting-Luannan ground fissures are formed by the 1976 TangshanMS7.8 earthquake，but its position closes to the extending line of the NW-trending surface rupture zone of LuanxianMS7.1 earthquake. In order to further study the seismogenic structure of the TangshanMS7.8 earthquake，based on previous data，we investigated the Zhaotan site on the NW-trending Laoting-Luannan ground fissure zone，implemented the trench excavation and drilling exploration. The trench reveals small sand veins and sand vein approximately 1.0—1.2 m wide, which are formed by the 1976MS7.8 Tang-shan earthquake and another strong earthquake before the quake，respectively. The borehole profile shows that there is no clearly vertical displacement between the two sides of the main sand vein, which coincides with the pheno-mena that the ground fissures of the 1976MS7.8 Tangshan earthquake in this position is of dextral strike slip and the vertical displacement is not obvious that is revealed by the Zhaotan trench.

1976 TangshanMS7.8 earthquake; NW-trending ground fissure zone; trench; borehole profile

10.11939/jass.2016.04.010.

国家自然科学基金青年基金(41202157)和中国地震局地壳应力研究所基本科研业务费专项(ZDJ2013-19)共同资助.

2016-04-20收到初稿，2016-06-13决定采用修改稿.

10.11939/jass.2016.04.010

P315.2

A

郭慧, 江娃利,谢新生. 2016. 1976年唐山MS7.8地震乐亭—滦南地区NW向地裂缝带赵滩点位调查. 地震学报, 38(4): 644--655.

Guo H, Jiang W L, Xie X S. 2016. Investigation on Zhaotan site in NW-trending ground fissure zone of 1976MS7.8 Tangshan earthquake in Laoting-Luannan region.ActaSeismologicaSinica, 38(4): 644--655.doi:10.11939/jass.2016.04.010.

*通讯作者 e-mail: huifeiyang@163.com