婆羅洲北部巖石密度和磁化率特征及其對(duì)南海南部前新生界巖性識(shí)別的約束

唐華風(fēng)， 田志文， 趙志剛， 魯寶亮， 唐武，何凱倫， 朱晨曦， 王璞珺1，

1 自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)春 130061 2 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 長(zhǎng)春 130061 3 中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100028 4 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院， 西安 710054

0 引言

重磁資料在區(qū)域研究時(shí)具有不可替代的作用，特別是缺乏地震和鉆井資料的海域地區(qū).另外重磁資料在海域地區(qū)巖性識(shí)別方面具有廣泛的應(yīng)用.為了使重磁資料識(shí)別巖性的結(jié)果更合理，針對(duì)其巖性的密度和磁化率的分析可以確定這兩種參數(shù)對(duì)巖性的敏感性(楊輝，1998；Frank and Nowaczyk，2008；郎元強(qiáng)等，2011)，從而明確能識(shí)別出的巖石類型.近年來(lái)南海南部深水區(qū)油氣勘探的研究逐漸成為了熱點(diǎn)，鄰區(qū)鉆井顯示從中生界到新生界地層中均賦存豐富的油氣資源(姚伯初和劉振湖，2006；魯寶亮等，2014a；趙志剛，2018).南海南部海域地震和鉆井資料稀少，新生界地層地震成像精度好，基本可滿足巖性分析的需求，而中生界地層的地震成像精度通常較差難以滿足巖性分析的需求，這就限制了對(duì)中生界地層油氣資源潛力的認(rèn)識(shí)，所以目前重磁資料對(duì)于南海南部海域巖性的識(shí)別具有重要的作用.一些學(xué)者利用位場(chǎng)分離技術(shù)對(duì)南海地區(qū)中生界沉積地層進(jìn)行了識(shí)別，深化了對(duì)中生界油氣勘探潛力的認(rèn)識(shí)(Mickus et al.，1991；Hu et al.，2015；紀(jì)曉琳等，2015；馬杰等，2018；魯寶亮等，2018；Sismanto et al.，2018；Saleh et al.，2018).由于重視程度和資料的限制，對(duì)于南海南部巖石的密度和磁化率未能展開(kāi)詳細(xì)的分析，這也限制了南海南部海域巖性識(shí)別的可靠程度.本文對(duì)婆羅洲北部的前中生界、中生界和新生界的巖石進(jìn)行了密度和磁化率的測(cè)試，分析了巖性、時(shí)代與密度-磁化率的關(guān)系，以期為用重磁方法識(shí)別南海南部海域巖性提供理論依據(jù).

1 地質(zhì)背景

南海南部位于歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊的交匯處，其演化受特提斯和太平洋兩個(gè)構(gòu)造域的共同影響(姚伯初，1996；Hall et al.，2008；張功成等，2018；Zheng et al.，2019).婆羅洲是由多個(gè)塊體多期拼合而形成的(Hall and Sevastjanova，2012；雷超等，2015；Breitfeld et al.，2017)，北部區(qū)域即包括了印支地塊，也包括了中生代古南海殘余地塊和新生代古南海俯沖增生帶(魯寶亮等，2014b；Mai et al.，2018)(圖1).婆羅洲北部區(qū)域巖石類型基本可以代表南海南部區(qū)域的中生代和新生代巖石組合類型，如中生界的大陸邊緣的巖性組合(雙峰式火山巖，外碎屑巖-內(nèi)源巖，變質(zhì)巖)(Wang et al.，2016；Hennig et al.，2017；唐杰等，2018)、洋殼區(qū)巖性組合(基性火成巖，硅質(zhì)巖-濁積巖，變質(zhì)巖)(McDonough，1991；Moss，1998；朱永峰等，2008；敖松堅(jiān)等，2017)和新生界增生帶的巖性組合(深水復(fù)理石-淺水磨拉石組合，火山巖，動(dòng)力-區(qū)域變質(zhì)巖)(Hutchison，2005；周蒂等，2005；Hennig et al.，2017).另外婆羅洲北部區(qū)域還可以與南海南部海域盆地區(qū)域(通過(guò)收集文獻(xiàn)、鉆井、拖網(wǎng)樣品資料)沉積建造進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)圖2，例如：古晉帶包括泥盆紀(jì)變質(zhì)基底，2套海相沉積和1套海陸過(guò)渡帶沉積；沙巴包括前中生代結(jié)晶基底和一套海相沉積；文萊—沙巴盆地在晚白堊時(shí)期間和沙撈越、沙巴一樣接受1套海相沉積；曾母盆地晚中生代期間接受1套海相沉積；禮樂(lè)和北巴拉望盆地在中生代期間接受1套海相沉積和2套淺海相沉積.在巖石組合類型上也可以進(jìn)行對(duì)比，如沙撈越與文萊—沙巴盆地和曾母盆地在白堊系時(shí)地層巖性都含有低級(jí)變質(zhì)巖(千枚巖)，沙巴與曾母盆地和禮樂(lè)盆地都含有火成巖，另外禮樂(lè)—巴拉望盆地的中生界沉積巖/火成巖組合(張莉等，2007；Padrones et al.，2017；Shao et al.，2017)，萬(wàn)安盆地的中生界火成巖/沉積巖組合(吳峧岐等，2012；楊振等，2016；姚永堅(jiān)等，2018)，曾母盆地的中生界變質(zhì)巖/沉積巖/火成巖組合等(謝錦龍等，2010；周蒂等，2011；謝曉軍等，2015).因此婆羅洲北部巖石密度和磁化率的分析對(duì)于重磁識(shí)別南海南部海域巖性具有重要的參考價(jià)值.

圖1 研究區(qū)位置圖F1 盧帕爾線，F(xiàn)2 武吉米辛線，F(xiàn)3 南沙海槽東緣斷裂，F(xiàn)4 南海南緣斷裂，F(xiàn)5 南海北緣斷裂，F(xiàn)6 越東—萬(wàn)安斷裂，F(xiàn)7 西巴拉姆/廷賈斷裂，F(xiàn)8 馬尼拉海溝.斷裂和縫合帶位置據(jù)Hutchison(1989)，Yumul 等(2009)，Hall 和 Spakman(2015)和魯寶亮等(2015).Fig.1 Location map of study areaF1 Lupaer line, F2 Bukit Mersing line, F3 East Margin fault of Nansha Trough, F4 South Margin falut of South China Sea, F5 North Margin falut of South China Sea, F6 Yuedong-Wan′an Fault, F7 West Balarm fault/Tinja fault, F8 Manila Trench. Faults and sutures are modified from Hutchison et al. (1989), Yumul et al. (2009), Hall and Spakman (2015), and Lu et al. (2015).

圖2 婆羅洲北部及南海南部海域盆地前新生界地層柱狀圖據(jù)Kudrass et al.，1986；劉以宣和詹文歡，1994；吳進(jìn)民和楊木壯，1994；龔銘，2001；姚伯初等，2004；劉海齡等，2007；張翀等，2007；鄢全樹(shù)等，2008；周蒂等，2011；張訓(xùn)華，2008.Fig.2 The Pre-Cenozoic strata histogram in the northern Borneo and basin of the southern South China Sea (after Kudrass et al., 1986; Liu and Zhan, 1994; Wu and Yang, 1994; Gong et al., 2001; Yao et al., 2004; Liu et al., 2007; Zhang et al., 2007; Yan et al., 2008; Zhou et al., 2011; Zhang, 2008)

2 研究方法

通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)研究工作，在婆羅洲北部沙巴和沙撈越地區(qū)共取得了540塊樣品(圖1).新生代樣品322塊、中生代樣品204塊、前中生代樣品14塊，對(duì)上述540塊樣品進(jìn)行了密度-磁化率測(cè)量和巖石鑒定，并挑選出70塊樣品進(jìn)行了X-Ray測(cè)試，分析礦物組成.為了對(duì)比分析，另選取了南海北部陸緣區(qū)的233塊樣品的測(cè)試結(jié)果(郎元強(qiáng)等，2011).

巖礦鑒定：對(duì)巖礦的鑒定一方面是手標(biāo)本下巖礦石的鑒定，主要觀察巖石的顏色、組構(gòu)等；另一方面是透射偏光顯微鏡下巖礦石的鑒定，將樣品制成薄片，利用偏光顯微鏡分別在單偏光和正交偏光鏡下分析巖石礦物組成、粒度大小、組構(gòu)、含量及次生變化等，綜合野外宏觀信息和X-Ray測(cè)量結(jié)果，完成巖性綜合鑒定279個(gè)，滿足樣品巖性精確鑒定的要求.

X-Ray測(cè)試：在吉林大學(xué)自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.按照樣品準(zhǔn)備要求，挑選新鮮干凈樣品15克，用蒸餾水清洗、晾干，經(jīng)初碎和球磨機(jī)細(xì)碎至200目，達(dá)到完全混合后進(jìn)行測(cè)試.所用儀器是DX-2700X射線衍射儀(中國(guó)制造)，然后繪制所得的礦物含量強(qiáng)度峰值，按照解釋流程計(jì)算礦物的含量，共得到70個(gè)樣品的礦物含量結(jié)果.

密度測(cè)量：采用比重法，先將樣品切割成約3×3×3 cm的塊體，用蒸餾水洗凈，60 ℃烘干24 h，自冷卻備用；容器中的蒸餾水在測(cè)量10個(gè)樣品后更換，如當(dāng)樣品放入水中，水體顏色發(fā)生變化，就需更換，每塊樣品測(cè)試4次，取平均算術(shù)平均值作為比重值.測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度為15 ℃，所用儀器為DX-600Z型巖石密度測(cè)量?jī)x(中國(guó)制造)，測(cè)量樣品質(zhì)量范圍為0.005～600 g，測(cè)量精度為0.001 g·cm-3.完成121個(gè)采樣點(diǎn)，540塊樣品的比重值(specific gravity).

磁化率測(cè)量：可分為野外完成部分和室內(nèi)完成部分，野外使用SM-30型便攜式磁化率儀(捷克ZH公司制程)，其測(cè)量靈敏度最高為1×10-7SI.測(cè)量方法是：在一個(gè)平整且新鮮的巖石面上選擇10個(gè)不同的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量6次，對(duì)4次測(cè)量誤差小于1%的數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值作為該點(diǎn)的磁化率，共獲得磁化率數(shù)據(jù)540個(gè)，據(jù)此挑選樣品540塊，為室內(nèi)測(cè)試做準(zhǔn)備.室內(nèi)磁化率和密度測(cè)量在吉林大學(xué)古地磁實(shí)驗(yàn)室完成，方法如下：用巖石切割機(jī)將樣品加工為2 cm×2 cm×2 cm的規(guī)則立方體，用卡帕橋HKB-1型磁化率測(cè)試儀(中國(guó)制造)，儀器靈敏度5×10-8SI，采用X、Y、Z三方位平均測(cè)定體積磁化率(體積磁化率(k)是無(wú)量綱的，它是物質(zhì)單位體積的感應(yīng)磁化強(qiáng)度J和外部磁場(chǎng)強(qiáng)度H的比值，J=KH)，結(jié)果見(jiàn)圖3.

莫霍面反演深度所用到的自由空間重力和海水深度數(shù)據(jù)來(lái)源于全球衛(wèi)星異常數(shù)據(jù)庫(kù)(重力版本：V24.1；測(cè)深版本：V18.1)(Sandwell et al.，2014；Smith and Sandwell，1997)，由加州大學(xué)斯克里普斯海洋協(xié)會(huì)(SMAUC)和美國(guó)國(guó)家海洋與大氣局衛(wèi)星測(cè)高實(shí)驗(yàn)室共同維護(hù).兩者數(shù)據(jù)網(wǎng)度為1′×1′，重力數(shù)據(jù)的精度可達(dá)1.8×10-5m·s-2.根據(jù)鉆井和地震資料計(jì)算新生代沉積物的厚度.重力反演所得到的海水平均密度為1.03 g·cm-3，沉積巖為2.2 g·cm-3.利用獲取的重力數(shù)據(jù)和海水深度數(shù)據(jù)，用Parker法校正得到布格重力異常；然后利用新生界厚度資料和密度與埋深關(guān)系(于傳海等，2017)，采用將深度分為0～3 km，3～6 km，6～10 km三層計(jì)算新生界重力異常，將布格重力異常減去新生界重力異常得到前新生界布格重力異常，該布格重力異常既包含了中生界所引起的重力異常，也包含了前中生界以及莫霍面起伏所引起的重力異常，該部分主要為區(qū)域異常.因此可采用位場(chǎng)分離方法中的小波多尺度分解方法(楊文采等，2001)，對(duì)前新生界布格重力異常進(jìn)行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的區(qū)域重力異常，從而得到中生界布格重力異常.南海南部地區(qū)磁力異常數(shù)據(jù)來(lái)自全球衛(wèi)星磁異常數(shù)據(jù)庫(kù)，為EMAG2模型2.0版本數(shù)據(jù)(Maus et al.，2009)，網(wǎng)度：2′×2′.利用獲取的磁力異常資料，首先進(jìn)行化極處理，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展化極磁異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)處理.

3 結(jié)果

3.1 巖石的礦物特征

通過(guò)顯微鏡觀察和X-Ray測(cè)量結(jié)果可知(表1)，該區(qū)巖石組成的礦物常見(jiàn)為20種.

按含量可以分為造巖主礦物和副礦物.外碎屑巖中砂-礫巖的主礦物為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石；泥巖的主礦物為綠泥石、蒙脫石、伊/蒙混層；內(nèi)源巖中碳酸鹽巖中主礦物為方解石，硅質(zhì)巖主礦物為石英.本區(qū)的火成巖中黑云母、輝石、長(zhǎng)石和石英均可成為主礦物.變質(zhì)巖中蛇紋石可作為主礦物.褐鐵礦、磁鐵礦、白云石、綠簾石、高嶺石和三水鋁石通常作為副礦物出現(xiàn).

按密度，可以劃分為高(>3.0 g·cm-3)、中(3.0～2.5 g·cm-3)、低(<2.5 g·cm-3)3類(劉天佑，2007).高密度的礦物有方解石、伊利石、白/絹云母、白云石、蛇紋石、褐鐵礦、赤鐵礦.中密度的礦物有石英、鉀長(zhǎng)石、高嶺石、三水鋁石、伊/蒙混層、黑云母、單斜輝石、角閃石等.低密度的礦物有斜長(zhǎng)石、綠泥石、蒙脫石、綠簾石等.

按磁性可劃分為逆磁性、弱順磁性、強(qiáng)順磁性和鐵磁性礦物4類(郎元強(qiáng)等，2011).逆磁性礦物有石英、鉀長(zhǎng)石、高嶺石、三水鋁石和方解石，弱順磁性礦物有斜長(zhǎng)石、綠泥石、蒙脫石、伊/蒙混層、伊利石、綠簾石、白/絹云母和白云石，強(qiáng)順磁性礦物有黑云母、單斜輝石、角閃石、褐鐵礦和蛇紋石，鐵磁性礦物有赤鐵礦和磁鐵礦，測(cè)試樣品中還有非晶態(tài)物質(zhì)，多為弱順磁性的斜長(zhǎng)石.

圖3 婆羅洲北部中新生界巖石類型

3.2 巖性特征

根據(jù)識(shí)別結(jié)果在婆羅洲北部共識(shí)別出沉積巖、火成巖和變質(zhì)巖3類，可細(xì)劃為25種，其中火成巖包含侵入巖(包含輝綠巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和花崗巖類)、噴出巖((蛇紋石化)玄武巖、安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、角礫巖/集塊巖、沉凝灰?guī)r)和熔積巖(玄武巖與硅質(zhì)巖混雜堆積)，沉積巖包含有外碎屑巖(泥巖、粉砂巖、石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖、復(fù)成分礫巖、煤、凝灰質(zhì)砂巖)和內(nèi)源巖(硅質(zhì)巖、致密灰?guī)r、物生碎屑灰?guī)r)，變質(zhì)巖為千枚巖和蛇紋巖(表1).

3.2.1 火成巖

輝綠巖/輝長(zhǎng)巖顏色一般為灰綠或灰黑色，輝綠/輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(圖3a)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為輝石和斜長(zhǎng)石，主要產(chǎn)出在白堊系KET、Km組.蝕變閃長(zhǎng)巖顏色為灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為斜長(zhǎng)石、角閃石、綠泥石、綠簾石和一些暗色礦物(圖3b)，產(chǎn)出在三疊系Cb組；花崗巖顏色為灰黑色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為石英、斜長(zhǎng)石和黑云母(圖3c)，產(chǎn)出在白堊紀(jì)和新近紀(jì)，分布在MMiPi、Jagoi組.玄武巖顏色為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造，礦物主要為輝石和斜長(zhǎng)石，含少量橄欖石和火山玻璃(圖3d)，主要產(chǎn)出在三疊紀(jì)和白堊紀(jì)，分布在KET、Cs、Km、Serian Volcanics組.安山巖顏色為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為輝石和角閃石，產(chǎn)出在新近紀(jì)，分布在Kedadom組.英安巖顏色為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為斜長(zhǎng)石、角閃石、石英；產(chǎn)出在新近紀(jì)，分布在Dacite組.凝灰?guī)r、角礫巖/集塊巖、沉凝灰?guī)r，火山碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，產(chǎn)出在三疊紀(jì)、白堊紀(jì)、新近紀(jì)，分布在Km、Tk、Cs組.玄武質(zhì)熔積巖顏色為黃綠色，碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物主要為輝石、斜長(zhǎng)石、輝石(圖2e)，產(chǎn)出在三疊紀(jì)，分布在Cs組.

3.2.2 沉積巖

泥巖顏色有黃褐色和灰黑色，礦物主要為黏土礦物，還含有一些礦物碎屑和后生礦物等(圖3f)，產(chǎn)出在時(shí)代有古近紀(jì)、新近紀(jì)，分布在P4SI、P2LA、P3Pel等組.粉砂巖為泥質(zhì)粉砂巖和石英粉砂巖，碎屑以石英為主(圖3g)，產(chǎn)出在古近紀(jì)，分布P6B、P7Ny組.石英砂巖(圖3h)，碎屑以石英為主，膠結(jié)物多為硅質(zhì)，其次為鈣質(zhì)和鐵質(zhì)，產(chǎn)出在三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、古近紀(jì)、新近紀(jì)，分布在Cr、Wr、Kd、Cs等組.長(zhǎng)石砂巖，碎屑以石英和長(zhǎng)石為主，鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)；產(chǎn)出在白堊紀(jì)、古近紀(jì)，分布在Cs、Um、Km、Lb組.巖屑砂巖，碎屑以巖屑、石英為主，產(chǎn)出在白堊紀(jì)、古近紀(jì)，分布在Cr、Sp、KLy組.礫巖為復(fù)成分巨礫巖及火山巖礫巖，填隙物為砂、粉砂、黏土礦物，產(chǎn)出在白堊紀(jì)，分布在Kedadom組.煤為透鏡體狀或?qū)訝?圖3i)，常與灰黑色泥巖與白色砂巖互層，產(chǎn)出在三疊紀(jì)、古近紀(jì)、新近紀(jì)，分布在Sadong、P4SI、N1Si組.凝灰質(zhì)砂巖，碎屑為石英、輝石、長(zhǎng)石，含有少量暗色礦物，泥質(zhì)膠結(jié)，產(chǎn)出在新近紀(jì)，分布在Km、Ay組.硅質(zhì)巖礦物成分以石英為主，產(chǎn)出在白堊紀(jì)、古近紀(jì)，分布在Cs組；灰?guī)r其中有生物碎屑灰?guī)r和微晶灰?guī)r成分主要為方解石和生物碎屑(圖3j)，產(chǎn)出在石炭紀(jì)、白堊紀(jì)，分布在Bau、Pedwan、Terbat Limestone組.

3.2.3 變質(zhì)巖

千枚巖顏色為灰黑色，粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)(圖3k)，塊狀構(gòu)造，礦物以石英、絹云母為主，產(chǎn)出在新近紀(jì)，分布在P3Mt組.蛇紋巖顏色為灰綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)(圖3l)，塊狀構(gòu)造，礦物以蛇紋石為主，含有少量橄欖石和輝石，產(chǎn)出在白堊紀(jì)，分布在KET組.

3.3 巖石密度和磁化率特征

婆羅洲北部巖石磁化率測(cè)試結(jié)果表明磁化率數(shù)值范圍為-12.8～40475(4π×10-6SI)；巖石可劃分為逆磁性、無(wú)磁性、弱磁性、中磁性、強(qiáng)磁性和極強(qiáng)磁性6類.巖石密度測(cè)試結(jié)果表明密度數(shù)值范圍為1.604～2.960 g·cm-3，可劃分為極低值、低值、中值和高值4類(圖4).以下分為巖性和時(shí)代詳細(xì)介紹密度和磁化率特征.

3.3.1 各類巖性的密度-磁化率特征

婆羅洲北部巖石密度特征從圖4可知，侵入巖的密度均為中-高值，中-基性侵入巖稍大、酸性侵入巖稍小并且密度變化范圍小.噴出巖中熔巖類密度為中高值，火山碎屑巖中沉凝灰?guī)r密度通常為中-高值并且變化范圍小，凝灰?guī)r/角礫巖/集塊巖為低-高值、變化范圍大.沉積巖：外碎屑巖密度分布范圍大，密度從極低值-高值均有，多數(shù)為中-低值；灰?guī)r的密度多為高值，變范圍小；硅質(zhì)巖密度通常為中-低值，且變化范圍較大；泥巖密度為低-極低值；石英砂巖/巖屑砂巖/粉砂巖為中-低值；長(zhǎng)石砂巖以中值為主.

表1 婆羅洲北部巖石類型特征統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistical of rock types characteristics in the northern Borneo

續(xù)表1

蛇紋巖密度多為中值，變化范圍小；板巖的密度為低值，變化范圍小.

婆羅洲北部巖石磁化率特征依據(jù)南海北部的磁化率分級(jí)對(duì)巖石進(jìn)行描述(郎元強(qiáng)等，2011).根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知火成巖中侵入巖通常為強(qiáng)磁性-弱磁性，少數(shù)可達(dá)到極強(qiáng)磁性，變化范圍大，噴出巖與侵入巖相似.沉積巖中：復(fù)成分礫巖、長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖和泥巖通常為弱磁性-無(wú)磁性，變化范圍較??；凝灰質(zhì)砂巖為中磁性-強(qiáng)磁性，變化范圍大；石英砂巖通常為無(wú)磁性-弱磁性，變化范圍大；煤和硅質(zhì)巖通常為無(wú)磁性-逆磁性，變化范圍大；灰?guī)r通常為逆磁性-弱磁性，變化范圍大.變質(zhì)巖中蛇紋巖通常為強(qiáng)磁性和極強(qiáng)磁性，變化范圍小；板巖通常為磁性-弱磁性，變化范圍小.

根據(jù)婆羅洲北部巖石密度和磁化率特征(圖4)，具有強(qiáng)磁性、極強(qiáng)磁性和弱磁性，高密度-中等密度特征的巖石多為火成巖和凝灰質(zhì)砂巖及其變質(zhì)巖.弱磁性-無(wú)磁性、中等-極低密度特征的巖石多為礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤和硅質(zhì)巖等.弱-逆磁性、高-中等密度的巖石多為灰?guī)r.

3.3.2 各時(shí)代巖石的密度和磁化率特征

從婆羅洲北部巖石密度測(cè)量結(jié)果看，新生界巖石的密度范圍較大為1.6～2.9 g·cm-3，變化范圍大，多集中在2.1～2.7 g·cm-3(圖5a)，算術(shù)均值為2.4 g·cm-3.中生界巖石密度為1.9～3.0 g·cm-3，變化范圍大，多集在中2.4～2.8 g·cm-3(圖5b)，算術(shù)均值為2.5 g·cm-3.前中生界巖石密度為2.2～3.0 g·cm-3，多集中在2.5～2.8 g·cm-3，變化范圍小(圖5c)，算術(shù)均值為2.62 g·cm-3.最大巖石密度出現(xiàn)在中生界的巖性中，最小巖石密度出現(xiàn)在新生界的巖石中，所以新生界、中生界和前中生界巖石的密度存在較為明顯的差別.

從婆羅洲北部巖石磁化率測(cè)量結(jié)果看，新生界、中生界和前中生界的巖石磁化率變化范圍均較大.新生界以無(wú)磁性-弱磁性巖石為主，發(fā)育少量的中磁性和強(qiáng)磁性巖石，還有少量的逆磁性巖石(圖5d).中生界巖石以弱磁性巖石為主，強(qiáng)磁性和極強(qiáng)磁性巖石也有較大的比例，無(wú)磁性和中磁性巖石也有一定的比例(圖5e).前中生界主要為無(wú)磁性巖石，發(fā)育少量的弱磁性、中磁性、強(qiáng)磁性和逆磁性巖石(圖5f).

綜上可知，新生界巖石具有密度較低、磁化率中等的特征.中生界巖石具有密度中等，磁化率中高的特征.前中生界巖石具有密度高磁性低的特征.

4 討論

4.1 巖石密度-磁化率差異性的成因分析

巖石密度主要受巖石礦物類型和孔隙特征影響，如研究區(qū)的外碎屑沉積巖的礦物組成通常是石英、長(zhǎng)石和黏土礦物類，鏡下見(jiàn)有少量的密度大的礦物，如海綠石、磁鐵礦、黃鐵礦等，但低于本文中X-Ray測(cè)試儀器的下限值，此類礦物對(duì)于巖石密度的影響應(yīng)該較小.火成巖中含有一些較多密度大的礦物，如橄欖石、輝石、角閃石和黑云母等，X-Ray測(cè)試結(jié)果表明其含量可達(dá)到17%～40%，所以火成巖的密度比沉積巖高.多數(shù)火成巖的密度大于2.67 g·cm-3，而外碎屑沉積巖密度小于2.67 g·cm-3.孔隙對(duì)于巖石密度的影響可以從白/絹云母、赤鐵礦和褐鐵礦這些礦物體現(xiàn)出來(lái).三種礦物的密度均較高，但當(dāng)白云母(10%)分布在千枚巖/板巖，赤鐵礦(15%)和褐鐵礦(20%～86%)分布于泥巖中時(shí)巖石密度并未有顯著的升高，從野外露頭觀察可知其原因是千枚巖受到風(fēng)化作用變得疏松(圖5a/b).鐵質(zhì)泥巖也是風(fēng)化作用可形成赤鐵礦和褐鐵礦，但產(chǎn)生顯著的縫隙(圖6c/d).此外，火成巖的侵入巖與噴發(fā)巖之間的密度也存在差異，如玄武巖中發(fā)育的氣孔、杏仁體構(gòu)造會(huì)降低巖石密度、具有氣孔的含量巖石密度變化也可以較大，所以在其他條件相同的情況下巖石密度可以有較大的變化范圍.侵入巖由于原生的孔隙幾乎不發(fā)育，巖石密度變化范圍均較小，如文中提及的輝綠巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖等巖石.

巖石磁化率的影響主要是各類磁性礦物的含量之間的差異.沉積巖類以逆磁性礦物主，多數(shù)樣品的含量范圍為50%～100%，部分樣品含有弱順磁性礦物、含量通常低于20%，此外極少數(shù)樣品含有鐵磁性礦物.火成巖中以弱順磁性礦物為主、多數(shù)樣品的含量可達(dá)50%，強(qiáng)順磁性礦物含量較高、分布范圍為10%～90%，逆磁性礦物范圍為10%～40%、多數(shù)樣品的含量超過(guò)20%，雖然X-Ray結(jié)果表明極少數(shù)樣品含有可觀察的鐵磁性礦物，但在顯微鏡下多數(shù)樣品可見(jiàn)少量顆粒狀的磁鐵礦.板巖樣品較少，主要含有逆磁性礦物和弱順磁性礦物.蛇紋巖含有強(qiáng)順磁性礦物蛇紋石，在鏡下見(jiàn)少量的磁鐵礦.

圖4 婆羅洲北部巖石密度-磁化率交匯圖巖石磁化率分類：逆磁性，<0(4π×10-6SI)；無(wú)磁性，0～100(4π×10-6SI)；弱磁性，100～700(4π×10-6SI)；中磁性，700～5000(4π×10-6SI)；強(qiáng)磁性，5000～20000(4π×10-6SI)；極強(qiáng)磁性，>20000(4π×10-6SI)(據(jù)郎元強(qiáng)等，2011).巖石密度分類：極低密度，<2.0 g·cm-3；低密度，2.0～2.35 g·cm-3；中密度，2.35～2.67 g·cm-3；高密度，>2.67 g·cm-3(劉天佑，2007).Fig.4 Cross plot of density and magnetic susceptibility of lithology in northern BorneoRocks magnetic classification: diamagnetic, <0 (4π×10-6SI); nonmagnetic, 0～100 (4π×10-6SI); weakly magnetic, 100～700 (4π×10-6SI); medium magnetic, 700～5000 (4π×10-6SI); strong magnetic, 5000～20000 (4π×10-6SI); extremely strong-magnetic, >20000 (4π×10-6SI) (after Lang et al., 2011). Rocks density classification: very low-density, <2.0 g·cm-3; low-density,2.0～2.35 g·cm-3; medium-density, 2.35～2.67 g·cm-3; high-density, >2.67 g·cm-3 (after Liu, 2007).

圖5 南海圍區(qū)巖石密度-磁化率特征(a) 新生界巖石密度； (b) 中生界巖石密度； (c) 前中生界巖石密度； (d) 新生界巖石磁化率； (e) 中生界巖石磁化率； (f) 前中生界巖石磁化率； (c)和(f) 數(shù)據(jù)中有233個(gè)樣品來(lái)源于文獻(xiàn)(據(jù)郎元強(qiáng)等，2011).Fig.5 Characteristics of density and magnetic susceptibility of lithology in adjacent continent area of South China Sea(a) Density of Cenozoic rocks; (b) Density of Mesozoic rocks; (c) Density of Pre-Mesozoic rocks; (d) Magnetic susceptibility of Cenozoic rocks; (e) Magnetic susceptibility of Mesozoic rocks; (f) Magnetic susceptibility of Pre-Mesozoic rocks; The (c) and (f) figure have 233 data from literature (after Lang et al, 2011).

圖6 婆羅洲北部千枚巖(a、b)泥巖(c、d)的風(fēng)化特征(a) N2°33′50.3″，E112°32′42.6″，P3Mt組，風(fēng)化千枚巖，石英70%、綠泥石20%、白云母10%，平均密度2.19 g·cm-3，平均磁化率100(4π×10-6SI)； (b) 千枚巖鏡下特征，裂縫發(fā)育，充填硅質(zhì)； (c) N3°13′39.2″，E113°09′23.5″，P7Ny組，風(fēng)化鐵質(zhì)泥巖，蒙脫石55%、褐鐵礦20%、赤鐵礦10%，平均密度2.21 g·cm-3，平均磁化率103(4π×10-6SI)； (d) 風(fēng)化鐵質(zhì)泥巖鏡下特征，裂縫發(fā)育；F 裂縫，Qz 石英，Li 褐鐵礦，He 赤鐵礦.Fig.6 Weathering characteristics of phyllites (a, b) and mudstones (c, d) in northern Borneo(a) N2°33′50.3″, E112°32′42.6″, P3Mt Formation, weathering phyllites, quartz (70%), chlorite (20%), muscovite (10%), average density 2.19 g·cm-3, average magnetic susceptibility 100 (4π×10-6SI); (b) phyllites, fracture filled silicious; (c) N3°13′39.2″, E113°09′23.5″, P7Ny Formation, weathering mudstones, montmorillonite (55%), limonite (20%), hematite (10%), average density 2.21 g·cm-3, average magnetic susceptibility 103 (4π×10-6Si); (d) weathering mudstones, fracture; F fracture, Qz quartz, Li limonite, He hematite.

圖7 南海圍區(qū)中生界巖石的密度-磁化率特征Fig.7 Density-magnetic susceptibility characteristics of Mesozoic rocks in adjacent continent area of South China Sea

圖8 (a)南海南部地區(qū)布格重力異常； (b) 中生界地層布格重力異常Fig.8 (a) Free-air gravity anomaly in the southern SCS; (b) bouguer gravity anomalies of Mesozoic stratum in the southern SCS

圖9 (a) 南海南部化極磁力異常； (b) 化極磁異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)結(jié)果Fig.9 (a) Reduction magnetic anomalies in the southern SCS; (b) Results of the vertical first derivative of reduction magnetic anomaly

圖10 南海南部中生界巖性分布Fig.10 Lithologic distribution of Mesozoic in the southern South China Sea

4.2 密度-磁化率資料對(duì)于前新生界巖性識(shí)別的約束

對(duì)于南海南部的巖性識(shí)別，目前可用的資料有重力和磁力異常數(shù)據(jù)，同時(shí)還有地震資料.地震資料可以滿足新生界的頂?shù)捉缑婧蛶r性識(shí)別的要求，但對(duì)于中生界和前中生界來(lái)講地震資料還不能滿足界面和巖性的刻畫(huà)，尤其是在南海南部深水區(qū).所以目前南海南部海域的重力和磁力異常數(shù)據(jù)還是識(shí)別前新生界巖性的重要資料，但其識(shí)別的精度除受資料分辨率的限制外，還受地質(zhì)條件的約束，如巖性之間的物性差別、不同時(shí)代巖石的物性差別、以及空間分布特征等.

如前面所述，前中生界巖石的密度接近于正常地殼平均密度，并且埋深大，只產(chǎn)生局部弱重力異常.中生界巖石的密度變化范圍大(圖7a)，多數(shù)樣品偏離地殼平均密度，埋深相對(duì)較小可產(chǎn)生較為顯著的重力異常.中生界沉積巖密度小于正常地殼密度，在婆羅洲其分布通常是大面積塊狀分布，可產(chǎn)生區(qū)域性的重力負(fù)異常.中生界火成巖密度大于正常地殼密度，從婆羅洲火成巖分布特征來(lái)看，火成巖分布也是大面積塊狀分布可能產(chǎn)生區(qū)域性的重力正異常.

此外，磁化率資料顯示前中生界地層中多數(shù)巖石均為逆磁性和無(wú)磁性巖石，少量的弱磁性和強(qiáng)磁性巖石在盆地內(nèi)埋深較大可能只產(chǎn)生局部的正異常.中生界地層結(jié)合野外露頭可知，分布大面積的強(qiáng)磁性和極強(qiáng)磁性的巖石(蛇綠巖套和大陸玄武巖)可以產(chǎn)生較強(qiáng)的區(qū)域磁力異常(圖7b).在新生界地層中發(fā)育的強(qiáng)磁性和極強(qiáng)磁性火山巖，其產(chǎn)狀為零星的補(bǔ)丁狀分布，所以只能產(chǎn)生局部的正異常.因此南海南部的區(qū)域性高磁力異常來(lái)源于中生代的基性火成巖(及其變質(zhì)巖)，區(qū)域性中等磁力異常可能來(lái)源于酸性火成巖(及其變質(zhì)巖).

4.3 應(yīng)用效果

通過(guò)獲取的重力數(shù)據(jù)和海水深度數(shù)據(jù)，利用Parker法校正得到布格重力異常(圖8a).根據(jù)新生界厚度采用平均密度計(jì)算新生界重力異常，將布格重力異常減去新生界重力異常得到前新生界布格重力異常.由于南海南部前中生界巖石的密度與地殼平均密度接近，只會(huì)產(chǎn)生局部弱重力異常，可以將前中生界頂面之下-莫霍面之上的巖石作為整體進(jìn)行考慮并且該部分主要為區(qū)域異常，再對(duì)前新生界布格重力異常進(jìn)行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的區(qū)域重力異常得到中生界布格重力異常(圖8b).從圖中可以看出，低重力異常區(qū)可解釋為沉積巖發(fā)育區(qū)，高重力異常區(qū)可以解釋為以火成巖為主的區(qū)域，中重力異常區(qū)可解釋為沉積巖與火成巖共同發(fā)育區(qū).重磁資料巖性識(shí)別結(jié)果與收集的鉆井/拖網(wǎng)資料對(duì)比，其符合率可達(dá)67%.

利用獲取的磁力異常資料，首先進(jìn)行化極處理(圖9a)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展化極磁異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)處理(圖9b)，與現(xiàn)有的鉆井和拖網(wǎng)樣對(duì)應(yīng)，如果將高磁異常解釋為火成巖，低磁力異常解釋為沉積巖，其符合率可達(dá)87%，取得了較好的效果.將中生界重力布格重力異常與磁異常對(duì)應(yīng)分析可知，高重力異常和高磁力異常區(qū)對(duì)應(yīng)火成巖、特別是中基性噴出巖和侵入巖，高重力異常和低磁力異常區(qū)對(duì)應(yīng)碳酸鹽巖和石英砂巖，低重力異常和低磁異常區(qū)對(duì)應(yīng)沉積巖，中低重力異常和中磁力異常區(qū)巖性較為復(fù)雜，可以是礫巖、砂巖、粉砂巖和酸性火山巖等的混合區(qū).

綜上，編制了南海南部中生界巖性分布圖(圖10)，可將巖性劃分出如下一些分布區(qū)：南部變質(zhì)巖區(qū)；南沙海槽的基性巖性區(qū)；北部和西部沉積巖區(qū)；南沙地區(qū)的沉積巖-火山巖-變質(zhì)巖共同發(fā)育區(qū).南部變質(zhì)巖有兩種成因：一是區(qū)域性埋藏變質(zhì)，西巴拉姆線和越東萬(wàn)安斷裂交匯處新生界沉積巖厚度超過(guò)10 km，最深可達(dá)17 km，導(dǎo)致前新生界基底巖石發(fā)生了區(qū)域性淺變質(zhì)作用；二是在古南海向南俯沖消亡過(guò)程中形成的動(dòng)力變質(zhì)巖，如在沙巴和沙撈越地區(qū)沿縫合線分布的蛇紋石化巖石(圖3l)，以及錫布帶在海上延伸部分鉆井揭示的千枚巖等.米里帶海域地區(qū)的前新生界基底應(yīng)該是這兩種變質(zhì)作用的疊加作用.南海南部火成巖較為發(fā)育，從鉆井揭示情況來(lái)看酸性侵入巖較為發(fā)育，這可能與晚中生代以來(lái)古太平洋板塊俯沖形成的火山弧相關(guān)；南沙海槽的基性火成巖可能為古南海洋殼殘留的物質(zhì).此外，中生界沉積巖分布范圍較大，鉆井揭示中生界沉積巖發(fā)育較好的烴源巖和儲(chǔ)層(魯寶亮等，2014a；趙志剛，2018)，可形成良好的生儲(chǔ)蓋組合，所以該區(qū)中生界地層具有成為油氣勘探區(qū)的潛力.

5 結(jié)論

(1)婆羅洲北部發(fā)育3類25種巖石，以發(fā)育沉積巖的外碎屑巖和火成巖的中基性火成巖為主，發(fā)育少量沉積巖的內(nèi)源巖、酸性火成巖和變質(zhì)巖.具有強(qiáng)磁性、極強(qiáng)磁性和弱磁性，高密度-中等密度特征的巖石多為火成巖和凝灰質(zhì)砂巖及其變質(zhì)巖.弱磁性-無(wú)磁性、中等-極低密度特征的巖石多為礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤和硅質(zhì)巖等.弱-逆磁性、高-中等密度的巖石多為灰?guī)r.新生界巖石相對(duì)來(lái)看具有密度較低，磁化率中等的特征.中生界巖石具有密度中等，磁化率中高的特征.前中生界具有密度高磁性低的特征.結(jié)合分布特征可知，前中生界巖石產(chǎn)生局部弱重力異常，中生界巖石產(chǎn)生較為顯著的重力異常，其中沉積巖產(chǎn)生區(qū)域性的重力負(fù)異常，火成巖產(chǎn)生區(qū)域性的重力正異常.南海南部的區(qū)域性高磁力異常來(lái)源于中生代的基性火成巖(及其變質(zhì)巖)，區(qū)域性中等磁力異?？赡軄?lái)源于酸性火成巖(及其變質(zhì)巖).

(2)將中生界重力布格重力異常與磁異常對(duì)應(yīng)進(jìn)行了南海南部中生界巖性的識(shí)別.高重力異常和高磁力異常區(qū)對(duì)應(yīng)火成巖、特別是中基性噴出巖和侵入巖，高重力異常和低磁力異常區(qū)對(duì)應(yīng)碳酸鹽巖或石英砂巖，低重力異常和低磁異常區(qū)對(duì)應(yīng)沉積巖，中低重力異常和中磁力異常區(qū)巖性較為復(fù)雜，可以是礫巖、砂巖、粉砂巖和酸性火山巖等的混合區(qū).在南海南部識(shí)別出變質(zhì)巖區(qū)(兩種成因：一是埋藏變質(zhì)，二是塊體拼合)，基性巖區(qū)(推測(cè)為古南海殘余洋殼)，沉積巖區(qū)與變質(zhì)巖混合區(qū).南海南部存在大面積的中生界沉積巖分布區(qū)，從而該區(qū)是具有重大潛力的油氣勘探區(qū).

致謝感謝同濟(jì)大學(xué)邵磊教授，馬來(lái)西亞國(guó)民大學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Jeff Goh和Robert Simon教授在野外考察中給予的幫助.