婆羅洲北部巖石密度和磁化率特征及其對南海南部前新生界巖性識別的約束

唐華風， 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資源評價重點實驗室， 長春 130061 2 吉林大學地球科學學院， 長春 130061 3 中海油研究總院有限責任公司， 北京 100028 4 長安大學地質工程與測繪學院， 西安 710054

0 引言

重磁資料在區域研究時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.另外重磁資料在海域地區巖性識別方面具有廣泛的應用.為了使重磁資料識別巖性的結果更合理，針對其巖性的密度和磁化率的分析可以確定這兩種參數對巖性的敏感性(楊輝，1998；Frank and Nowaczyk，2008；郎元強等，2011)，從而明確能識別出的巖石類型.近年來南海南部深水區油氣勘探的研究逐漸成為了熱點，鄰區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，這就限制了對中生界地層油氣資源潛力的認識，所以目前重磁資料對于南海南部海域巖性的識別具有重要的作用.一些學者利用位場分離技術對南海地區中生界沉積地層進行了識別，深化了對中生界油氣勘探潛力的認識(Mickus et al.，1991；Hu et al.，2015；紀曉琳等，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，對于南海南部巖石的密度和磁化率未能展開詳細的分析，這也限制了南海南部海域巖性識別的可靠程度.本文對婆羅洲北部的前中生界、中生界和新生界的巖石進行了密度和磁化率的測試，分析了巖性、時代與密度-磁化率的關系，以期為用重磁方法識別南海南部海域巖性提供理論依據.

1 地質背景

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構造域的共同影響(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).婆羅洲北部區域巖石類型基本可以代表南海南部區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-內源巖，變質巖)(Wang et al.，2016；Hennig et al.，2017；唐杰等，2018)、洋殼區巖性組合(基性火成巖，硅質巖-濁積巖，變質巖)(McDonough，1991；Moss，1998；朱永峰等，2008；敖松堅等，2017)和新生界增生帶的巖性組合(深水復理石-淺水磨拉石組合，火山巖，動力-區域變質巖)(Hutchison，2005；周蒂等，2005；Hennig et al.，2017).另外婆羅洲北部區域還可以與南海南部海域盆地區域(通過收集文獻、鉆井、拖網樣品資料)沉積建造進行對比見圖2，例如：古晉帶包括泥盆紀變質基底，2套海相沉積和1套海陸過渡帶沉積；沙巴包括前中生代結晶基底和一套海相沉積；文萊—沙巴盆地在晚白堊時期間和沙撈越、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行對比，如沙撈越與文萊—沙巴盆地和曾母盆地在白堊系時地層巖性都含有低級變質巖(千枚巖)，沙巴與曾母盆地和禮樂盆地都含有火成巖，另外禮樂—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；姚永堅等，2018)，曾母盆地的中生界變質巖/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于重磁識別南海南部海域巖性具有重要的參考價值.

圖1 研究區位置圖F1 盧帕爾線，F2 武吉米辛線，F3 南沙海槽東緣斷裂，F4 南海南緣斷裂，F5 南海北緣斷裂，F6 越東—萬安斷裂，F7 西巴拉姆/廷賈斷裂，F8 馬尼拉海溝.斷裂和縫合帶位置據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Kudrass et al.，1986；劉以宣和詹文歡，1994；吳進民和楊木壯，1994；龔銘，2001；姚伯初等，2004；劉海齡等，2007；張翀等，2007；鄢全樹等，2008；周蒂等，2011；張訓華，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

通過野外地質調查和室內研究工作，在婆羅洲北部沙巴和沙撈越地區共取得了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，對上述540塊樣品進行了密度-磁化率測量和巖石鑒定，并挑選出70塊樣品進行了X-Ray測試，分析礦物組成.為了對比分析，另選取了南海北部陸緣區的233塊樣品的測試結果(郎元強等，2011).

巖礦鑒定：對巖礦的鑒定一方面是手標本下巖礦石的鑒定，主要觀察巖石的顏色、組構等；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、含量及次生變化等，綜合野外宏觀信息和X-Ray測量結果，完成巖性綜合鑒定279個，滿足樣品巖性精確鑒定的要求.

X-Ray測試：在吉林大學自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室完成.按照樣品準備要求，挑選新鮮干凈樣品15克，用蒸餾水清洗、晾干，經初碎和球磨機細碎至200目，達到完全混合后進行測試.所用儀器是DX-2700X射線衍射儀(中國制造)，然后繪制所得的礦物含量強度峰值，按照解釋流程計算礦物的含量，共得到70個樣品的礦物含量結果.

密度測量：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量10個樣品后更換，如當樣品放入水中，水體顏色發生變化，就需更換，每塊樣品測試4次，取平均算術平均值作為比重值.測量時環境溫度為15 ℃，所用儀器為DX-600Z型巖石密度測量儀(中國制造)，測量樣品質量范圍為0.005～600 g，測量精度為0.001 g·cm-3.完成121個采樣點，540塊樣品的比重值(specific gravity).

磁化率測量：可分為野外完成部分和室內完成部分，野外使用SM-30型便攜式磁化率儀(捷克ZH公司制程)，其測量靈敏度最高為1×10-7SI.測量方法是：在一個平整且新鮮的巖石面上選擇10個不同的點，每個點測量6次，對4次測量誤差小于1%的數據取算術平均值作為該點的磁化率，共獲得磁化率數據540個，據此挑選樣品540塊，為室內測試做準備.室內磁化率和密度測量在吉林大學古地磁實驗室完成，方法如下：用巖石切割機將樣品加工為2 cm×2 cm×2 cm的規則立方體，用卡帕橋HKB-1型磁化率測試儀(中國制造)，儀器靈敏度5×10-8SI，采用X、Y、Z三方位平均測定體積磁化率(體積磁化率(k)是無量綱的，它是物質單位體積的感應磁化強度J和外部磁場強度H的比值，J=KH)，結果見圖3.

莫霍面反演深度所用到的自由空間重力和海水深度數據來源于全球衛星異常數據庫(重力版本：V24.1；測深版本：V18.1)(Sandwell et al.，2014；Smith and Sandwell，1997)，由加州大學斯克里普斯海洋協會(SMAUC)和美國國家海洋與大氣局衛星測高實驗室共同維護.兩者數據網度為1′×1′，重力數據的精度可達1.8×10-5m·s-2.根據鉆井和地震資料計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.利用獲取的重力數據和海水深度數據，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，該部分主要為區域異常.因此可采用位場分離方法中的小波多尺度分解方法(楊文采等，2001)，對前新生界布格重力異常進行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的區域重力異常，從而得到中生界布格重力異常.南海南部地區磁力異常數據來自全球衛星磁異常數據庫，為EMAG2模型2.0版本數據(Maus et al.，2009)，網度：2′×2′.利用獲取的磁力異常資料，首先進行化極處理，在此基礎上開展化極磁異常的垂向一階導數處理.

3 結果

3.1 巖石的礦物特征

通過顯微鏡觀察和X-Ray測量結果可知(表1)，該區巖石組成的礦物常見為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、鉀長石、斜長石；泥巖的主礦物為綠泥石、蒙脫石、伊/蒙混層；內源巖中碳酸鹽巖中主礦物為方解石，硅質巖主礦物為石英.本區的火成巖中黑云母、輝石、長石和石英均可成為主礦物.變質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.

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、強順磁性和鐵磁性礦物4類(郎元強等，2011).逆磁性礦物有石英、鉀長石、高嶺石、三水鋁石和方解石，弱順磁性礦物有斜長石、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，測試樣品中還有非晶態物質，多為弱順磁性的斜長石.

圖3 婆羅洲北部中新生界巖石類型

3.2 巖性特征

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

3.2.1 火成巖

輝綠巖/輝長巖顏色一般為灰綠或灰黑色，輝綠/輝長結構(圖3a)，塊狀構造，礦物主要為輝石和斜長石，主要產出在白堊系KET、Km組.蝕變閃長巖顏色為灰綠色，斑狀結構，塊狀構造，礦物主要為斜長石、角閃石、綠泥石、綠簾石和一些暗色礦物(圖3b)，產出在三疊系Cb組；花崗巖顏色為灰黑色，花崗結構，塊狀構造，礦物主要為石英、斜長石和黑云母(圖3c)，產出在白堊紀和新近紀，分布在MMiPi、Jagoi組.玄武巖顏色為灰黑色，斑狀結構，杏仁構造，礦物主要為輝石和斜長石，含少量橄欖石和火山玻璃(圖3d)，主要產出在三疊紀和白堊紀，分布在KET、Cs、Km、Serian Volcanics組.安山巖顏色為灰黑色，斑狀結構，塊狀構造，礦物主要為輝石和角閃石，產出在新近紀，分布在Kedadom組.英安巖顏色為灰黑色，斑狀結構，塊狀構造，礦物主要為斜長石、角閃石、石英；產出在新近紀，分布在Dacite組.凝灰巖、角礫巖/集塊巖、沉凝灰巖，火山碎屑結構，塊狀構造，產出在三疊紀、白堊紀、新近紀，分布在Km、Tk、Cs組.玄武質熔積巖顏色為黃綠色，碎屑結構，塊狀構造，礦物主要為輝石、斜長石、輝石(圖2e)，產出在三疊紀，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)，產出在時代有古近紀、新近紀，分布在P4SI、P2LA、P3Pel等組.粉砂巖為泥質粉砂巖和石英粉砂巖，碎屑以石英為主(圖3g)，產出在古近紀，分布P6B、P7Ny組.石英砂巖(圖3h)，碎屑以石英為主，膠結物多為硅質，其次為鈣質和鐵質，產出在三疊紀、侏羅紀、白堊紀、古近紀、新近紀，分布在Cr、Wr、Kd、Cs等組.長石砂巖，碎屑以石英和長石為主，鈣質和鐵質膠結；產出在白堊紀、古近紀，分布在Cs、Um、Km、Lb組.巖屑砂巖，碎屑以巖屑、石英為主，產出在白堊紀、古近紀，分布在Cr、Sp、KLy組.礫巖為復成分巨礫巖及火山巖礫巖，填隙物為砂、粉砂、黏土礦物，產出在白堊紀，分布在Kedadom組.煤為透鏡體狀或層狀(圖3i)，常與灰黑色泥巖與白色砂巖互層，產出在三疊紀、古近紀、新近紀，分布在Sadong、P4SI、N1Si組.凝灰質砂巖，碎屑為石英、輝石、長石，含有少量暗色礦物，泥質膠結，產出在新近紀，分布在Km、Ay組.硅質巖礦物成分以石英為主，產出在白堊紀、古近紀，分布在Cs組；灰巖其中有生物碎屑灰巖和微晶灰巖成分主要為方解石和生物碎屑(圖3j)，產出在石炭紀、白堊紀，分布在Bau、Pedwan、Terbat Limestone組.

3.2.3 變質巖

千枚巖顏色為灰黑色，粒狀鱗片變晶結構(圖3k)，塊狀構造，礦物以石英、絹云母為主，產出在新近紀，分布在P3Mt組.蛇紋巖顏色為灰綠色，鱗片變晶結構(圖3l)，塊狀構造，礦物以蛇紋石為主，含有少量橄欖石和輝石，產出在白堊紀，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試結果表明磁化率數值范圍為-12.8～40475(4π×10-6SI)；巖石可劃分為逆磁性、無磁性、弱磁性、中磁性、強磁性和極強磁性6類.巖石密度測試結果表明密度數值范圍為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).以下分為巖性和時代詳細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巖密度通常為中-高值并且變化范圍小，凝灰巖/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，多數為中-低值；灰巖的密度多為高值，變范圍小；硅質巖密度通常為中-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；長石砂巖以中值為主.

表1 婆羅洲北部巖石類型特征統計表Table1 Statistical of rock types characteristics in the northern Borneo

續表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南海北部的磁化率分級對巖石進行描述(郎元強等，2011).根據測試結果可知火成巖中侵入巖通常為強磁性-弱磁性，少數可達到極強磁性，變化范圍大，噴出巖與侵入巖相似.沉積巖中：復成分礫巖、長石砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖和泥巖通常為弱磁性-無磁性，變化范圍較小；凝灰質砂巖為中磁性-強磁性，變化范圍大；石英砂巖通常為無磁性-弱磁性，變化范圍大；煤和硅質巖通常為無磁性-逆磁性，變化范圍大；灰巖通常為逆磁性-弱磁性，變化范圍大.變質巖中蛇紋巖通常為強磁性和極強磁性，變化范圍小；板巖通常為磁性-弱磁性，變化范圍小.

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

3.3.2 各時代巖石的密度和磁化率特征

從婆羅洲北部巖石密度測量結果看，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)，算術均值為2.62 g·cm-3.最大巖石密度出現在中生界的巖性中，最小巖石密度出現在新生界的巖石中，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量結果看，新生界、中生界和前中生界的巖石磁化率變化范圍均較大.新生界以無磁性-弱磁性巖石為主，發育少量的中磁性和強磁性巖石，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，強磁性和極強磁性巖石也有較大的比例，無磁性和中磁性巖石也有一定的比例(圖5e).前中生界主要為無磁性巖石，發育少量的弱磁性、中磁性、強磁性和逆磁性巖石(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，如研究區的外碎屑沉積巖的礦物組成通常是石英、長石和黏土礦物類，鏡下見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測試儀器的下限值，此類礦物對于巖石密度的影響應該較小.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測試結果表明其含量可達到17%～40%，所以火成巖的密度比沉積巖高.多數火成巖的密度大于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出來.三種礦物的密度均較高，但當白云母(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化作用變得疏松(圖5a/b).鐵質泥巖也是風化作用可形成赤鐵礦和褐鐵礦，但產生顯著的縫隙(圖6c/d).此外，火成巖的侵入巖與噴發巖之間的密度也存在差異，如玄武巖中發育的氣孔、杏仁體構造會降低巖石密度、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育，巖石密度變化范圍均較小，如文中提及的輝綠巖、輝長巖、閃長巖、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%，此外極少數樣品含有鐵磁性礦物.火成巖中以弱順磁性礦物為主、多數樣品的含量可達50%，強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%、多數樣品的含量超過20%，雖然X-Ray結果表明極少數樣品含有可觀察的鐵磁性礦物，但在顯微鏡下多數樣品可見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.蛇紋巖含有強順磁性礦物蛇紋石，在鏡下見少量的磁鐵礦.

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)；無磁性，0～100(4π×10-6SI)；弱磁性，100～700(4π×10-6SI)；中磁性，700～5000(4π×10-6SI)；強磁性，5000～20000(4π×10-6SI)；極強磁性，>20000(4π×10-6SI)(據郎元強等，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) 數據中有233個樣品來源于文獻(據郎元強等，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)的風化特征(a) N2°33′50.3″，E112°32′42.6″，P3Mt組，風化千枚巖，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，裂縫發育，充填硅質； (c) N3°13′39.2″，E113°09′23.5″，P7Ny組，風化鐵質泥巖，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) 風化鐵質泥巖鏡下特征，裂縫發育；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數結果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-磁化率資料對于前新生界巖性識別的約束

對于南海南部的巖性識別，目前可用的資料有重力和磁力異常數據，同時還有地震資料.地震資料可以滿足新生界的頂底界面和巖性識別的要求，但對于中生界和前中生界來講地震資料還不能滿足界面和巖性的刻畫，尤其是在南海南部深水區.所以目前南海南部海域的重力和磁力異常數據還是識別前新生界巖性的重要資料，但其識別的精度除受資料分辨率的限制外，還受地質條件的約束，如巖性之間的物性差別、不同時代巖石的物性差別、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)，多數樣品偏離地殼平均密度，埋深相對較小可產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，可產生區域性的重力負異常.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看，火成巖分布也是大面積塊狀分布可能產生區域性的重力正異常.

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

4.3 應用效果

通過獲取的重力數據和海水深度數據，利用Parker法校正得到布格重力異常(圖8a).根據新生界厚度采用平均密度計算新生界重力異常，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，只會產生局部弱重力異常，可以將前中生界頂面之下-莫霍面之上的巖石作為整體進行考慮并且該部分主要為區域異常，再對前新生界布格重力異常進行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的區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，低重力異常區可解釋為沉積巖發育區，高重力異常區可以解釋為以火成巖為主的區域，中重力異常區可解釋為沉積巖與火成巖共同發育區.重磁資料巖性識別結果與收集的鉆井/拖網資料對比，其符合率可達67%.

利用獲取的磁力異常資料，首先進行化極處理(圖9a)，在此基礎上開展化極磁異常的垂向一階導數處理(圖9b)，與現有的鉆井和拖網樣對應，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應分析可知，高重力異常和高磁力異常區對應火成巖、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對應碳酸鹽巖和石英砂巖，低重力異常和低磁異常區對應沉積巖，中低重力異常和中磁力異常區巖性較為復雜，可以是礫巖、砂巖、粉砂巖和酸性火山巖等的混合區.

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：南部變質巖區；南沙海槽的基性巖性區；北部和西部沉積巖區；南沙地區的沉積巖-火山巖-變質巖共同發育區.南部變質巖有兩種成因：一是區域性埋藏變質，西巴拉姆線和越東萬安斷裂交匯處新生界沉積巖厚度超過10 km，最深可達17 km，導致前新生界基底巖石發生了區域性淺變質作用；二是在古南海向南俯沖消亡過程中形成的動力變質巖，如在沙巴和沙撈越地區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.米里帶海域地區的前新生界基底應該是這兩種變質作用的疊加作用.南海南部火成巖較為發育，從鉆井揭示情況來看酸性侵入巖較為發育，這可能與晚中生代以來古太平洋板塊俯沖形成的火山弧相關；南沙海槽的基性火成巖可能為古南海洋殼殘留的物質.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育較好的烴源巖和儲層(魯寶亮等，2014a；趙志剛，2018)，可形成良好的生儲蓋組合，所以該區中生界地層具有成為油氣勘探區的潛力.

5 結論

(1)婆羅洲北部發育3類25種巖石，以發育沉積巖的外碎屑巖和火成巖的中基性火成巖為主，發育少量沉積巖的內源巖、酸性火成巖和變質巖.具有強磁性、極強磁性和弱磁性，高密度-中等密度特征的巖石多為火成巖和凝灰質砂巖及其變質巖.弱磁性-無磁性、中等-極低密度特征的巖石多為礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤和硅質巖等.弱-逆磁性、高-中等密度的巖石多為灰巖.新生界巖石相對來看具有密度較低，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.結合分布特征可知，前中生界巖石產生局部弱重力異常，中生界巖石產生較為顯著的重力異常，其中沉積巖產生區域性的重力負異常，火成巖產生區域性的重力正異常.南海南部的區域性高磁力異常來源于中生代的基性火成巖(及其變質巖)，區域性中等磁力異常可能來源于酸性火成巖(及其變質巖).

(2)將中生界重力布格重力異常與磁異常對應進行了南海南部中生界巖性的識別.高重力異常和高磁力異常區對應火成巖、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對應碳酸鹽巖或石英砂巖，低重力異常和低磁異常區對應沉積巖，中低重力異常和中磁力異常區巖性較為復雜，可以是礫巖、砂巖、粉砂巖和酸性火山巖等的混合區.在南海南部識別出變質巖區(兩種成因：一是埋藏變質，二是塊體拼合)，基性巖區(推測為古南海殘余洋殼)，沉積巖區與變質巖混合區.南海南部存在大面積的中生界沉積巖分布區，從而該區是具有重大潛力的油氣勘探區.

致謝感謝同濟大學邵磊教授，馬來西亞國民大學科學與技術學院Jeff Goh和Robert Simon教授在野外考察中給予的幫助.