婆罗洲北部岩石密度和磁化率特征及其对南海南部前新生界岩性识别的约束

唐华风， 田志文， 赵志刚， 鲁宝亮， 唐武，何凯伦， 朱晨曦， 王璞珺1，

1 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室， 长春 130061 2 吉林大学地球科学学院， 长春 130061 3 中海油研究总院有限责任公司， 北京 100028 4 长安大学地质工程与测绘学院， 西安 710054

0 引言

重磁资料在区域研究时具有不可替代的作用，特别是缺乏地震和钻井资料的海域地区.另外重磁资料在海域地区岩性识别方面具有广泛的应用.为了使重磁资料识别岩性的结果更合理，针对其岩性的密度和磁化率的分析可以确定这两种参数对岩性的敏感性(杨辉，1998；Frank and Nowaczyk，2008；郎元强等，2011)，从而明确能识别出的岩石类型.近年来南海南部深水区油气勘探的研究逐渐成为了热点，邻区钻井显示从中生界到新生界地层中均赋存丰富的油气资源(姚伯初和刘振湖，2006；鲁宝亮等，2014a；赵志刚，2018).南海南部海域地震和钻井资料稀少，新生界地层地震成像精度好，基本可满足岩性分析的需求，而中生界地层的地震成像精度通常较差难以满足岩性分析的需求，这就限制了对中生界地层油气资源潜力的认识，所以目前重磁资料对于南海南部海域岩性的识别具有重要的作用.一些学者利用位场分离技术对南海地区中生界沉积地层进行了识别，深化了对中生界油气勘探潜力的认识(Mickus et al.，1991；Hu et al.，2015；纪晓琳等，2015；马杰等，2018；鲁宝亮等，2018；Sismanto et al.，2018；Saleh et al.，2018).由于重视程度和资料的限制，对于南海南部岩石的密度和磁化率未能展开详细的分析，这也限制了南海南部海域岩性识别的可靠程度.本文对婆罗洲北部的前中生界、中生界和新生界的岩石进行了密度和磁化率的测试，分析了岩性、时代与密度-磁化率的关系，以期为用重磁方法识别南海南部海域岩性提供理论依据.

1 地质背景

南海南部位于欧亚板块、太平洋板块和印澳板块的交汇处，其演化受特提斯和太平洋两个构造域的共同影响(姚伯初，1996；Hall et al.，2008；张功成等，2018；Zheng et al.，2019).婆罗洲是由多个块体多期拼合而形成的(Hall and Sevastjanova，2012；雷超等，2015；Breitfeld et al.，2017)，北部区域即包括了印支地块，也包括了中生代古南海残余地块和新生代古南海俯冲增生带(鲁宝亮等，2014b；Mai et al.，2018)(图1).婆罗洲北部区域岩石类型基本可以代表南海南部区域的中生代和新生代岩石组合类型，如中生界的大陆边缘的岩性组合(双峰式火山岩，外碎屑岩-内源岩，变质岩)(Wang et al.，2016；Hennig et al.，2017；唐杰等，2018)、洋壳区岩性组合(基性火成岩，硅质岩-浊积岩，变质岩)(McDonough，1991；Moss，1998；朱永峰等，2008；敖松坚等，2017)和新生界增生带的岩性组合(深水复理石-浅水磨拉石组合，火山岩，动力-区域变质岩)(Hutchison，2005；周蒂等，2005；Hennig et al.，2017).另外婆罗洲北部区域还可以与南海南部海域盆地区域(通过收集文献、钻井、拖网样品资料)沉积建造进行对比见图2，例如：古晋带包括泥盆纪变质基底，2套海相沉积和1套海陆过渡带沉积；沙巴包括前中生代结晶基底和一套海相沉积；文莱—沙巴盆地在晚白垩时期间和沙捞越、沙巴一样接受1套海相沉积；曾母盆地晚中生代期间接受1套海相沉积；礼乐和北巴拉望盆地在中生代期间接受1套海相沉积和2套浅海相沉积.在岩石组合类型上也可以进行对比，如沙捞越与文莱—沙巴盆地和曾母盆地在白垩系时地层岩性都含有低级变质岩(千枚岩)，沙巴与曾母盆地和礼乐盆地都含有火成岩，另外礼乐—巴拉望盆地的中生界沉积岩/火成岩组合(张莉等，2007；Padrones et al.，2017；Shao et al.，2017)，万安盆地的中生界火成岩/沉积岩组合(吴峧岐等，2012；杨振等，2016；姚永坚等，2018)，曾母盆地的中生界变质岩/沉积岩/火成岩组合等(谢锦龙等，2010；周蒂等，2011；谢晓军等，2015).因此婆罗洲北部岩石密度和磁化率的分析对于重磁识别南海南部海域岩性具有重要的参考价值.

图1 研究区位置图F1 卢帕尔线，F2 武吉米辛线，F3 南沙海槽东缘断裂，F4 南海南缘断裂，F5 南海北缘断裂，F6 越东—万安断裂，F7 西巴拉姆/廷贾断裂，F8 马尼拉海沟.断裂和缝合带位置据Hutchison(1989)，Yumul 等(2009)，Hall 和 Spakman(2015)和鲁宝亮等(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).

图2 婆罗洲北部及南海南部海域盆地前新生界地层柱状图据Kudrass et al.，1986；刘以宣和詹文欢，1994；吴进民和杨木壮，1994；龚铭，2001；姚伯初等，2004；刘海龄等，2007；张翀等，2007；鄢全树等，2008；周蒂等，2011；张训华，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

通过野外地质调查和室内研究工作，在婆罗洲北部沙巴和沙捞越地区共取得了540块样品(图1).新生代样品322块、中生代样品204块、前中生代样品14块，对上述540块样品进行了密度-磁化率测量和岩石鉴定，并挑选出70块样品进行了X-Ray测试，分析矿物组成.为了对比分析，另选取了南海北部陆缘区的233块样品的测试结果(郎元强等，2011).

岩矿鉴定：对岩矿的鉴定一方面是手标本下岩矿石的鉴定，主要观察岩石的颜色、组构等；另一方面是透射偏光显微镜下岩矿石的鉴定，将样品制成薄片，利用偏光显微镜分别在单偏光和正交偏光镜下分析岩石矿物组成、粒度大小、组构、含量及次生变化等，综合野外宏观信息和X-Ray测量结果，完成岩性综合鉴定279个，满足样品岩性精确鉴定的要求.

X-Ray测试：在吉林大学自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成.按照样品准备要求，挑选新鲜干净样品15克，用蒸馏水清洗、晾干，经初碎和球磨机细碎至200目，达到完全混合后进行测试.所用仪器是DX-2700X射线衍射仪(中国制造)，然后绘制所得的矿物含量强度峰值，按照解释流程计算矿物的含量，共得到70个样品的矿物含量结果.

密度测量：采用比重法，先将样品切割成约3×3×3 cm的块体，用蒸馏水洗净，60 ℃烘干24 h，自冷却备用；容器中的蒸馏水在测量10个样品后更换，如当样品放入水中，水体颜色发生变化，就需更换，每块样品测试4次，取平均算术平均值作为比重值.测量时环境温度为15 ℃，所用仪器为DX-600Z型岩石密度测量仪(中国制造)，测量样品质量范围为0.005～600 g，测量精度为0.001 g·cm-3.完成121个采样点，540块样品的比重值(specific gravity).

磁化率测量：可分为野外完成部分和室内完成部分，野外使用SM-30型便携式磁化率仪(捷克ZH公司制程)，其测量灵敏度最高为1×10-7SI.测量方法是：在一个平整且新鲜的岩石面上选择10个不同的点，每个点测量6次，对4次测量误差小于1%的数据取算术平均值作为该点的磁化率，共获得磁化率数据540个，据此挑选样品540块，为室内测试做准备.室内磁化率和密度测量在吉林大学古地磁实验室完成，方法如下：用岩石切割机将样品加工为2 cm×2 cm×2 cm的规则立方体，用卡帕桥HKB-1型磁化率测试仪(中国制造)，仪器灵敏度5×10-8SI，采用X、Y、Z三方位平均测定体积磁化率(体积磁化率(k)是无量纲的，它是物质单位体积的感应磁化强度J和外部磁场强度H的比值，J=KH)，结果见图3.

莫霍面反演深度所用到的自由空间重力和海水深度数据来源于全球卫星异常数据库(重力版本：V24.1；测深版本：V18.1)(Sandwell et al.，2014；Smith and Sandwell，1997)，由加州大学斯克里普斯海洋协会(SMAUC)和美国国家海洋与大气局卫星测高实验室共同维护.两者数据网度为1′×1′，重力数据的精度可达1.8×10-5m·s-2.根据钻井和地震资料计算新生代沉积物的厚度.重力反演所得到的海水平均密度为1.03 g·cm-3，沉积岩为2.2 g·cm-3.利用获取的重力数据和海水深度数据，用Parker法校正得到布格重力异常；然后利用新生界厚度资料和密度与埋深关系(于传海等，2017)，采用将深度分为0～3 km，3～6 km，6～10 km三层计算新生界重力异常，将布格重力异常减去新生界重力异常得到前新生界布格重力异常，该布格重力异常既包含了中生界所引起的重力异常，也包含了前中生界以及莫霍面起伏所引起的重力异常，该部分主要为区域异常.因此可采用位场分离方法中的小波多尺度分解方法(杨文采等，2001)，对前新生界布格重力异常进行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的区域重力异常，从而得到中生界布格重力异常.南海南部地区磁力异常数据来自全球卫星磁异常数据库，为EMAG2模型2.0版本数据(Maus et al.，2009)，网度：2′×2′.利用获取的磁力异常资料，首先进行化极处理，在此基础上开展化极磁异常的垂向一阶导数处理.

3 结果

3.1 岩石的矿物特征

通过显微镜观察和X-Ray测量结果可知(表1)，该区岩石组成的矿物常见为20种.

按含量可以分为造岩主矿物和副矿物.外碎屑岩中砂-砾岩的主矿物为石英、钾长石、斜长石；泥岩的主矿物为绿泥石、蒙脱石、伊/蒙混层；内源岩中碳酸盐岩中主矿物为方解石，硅质岩主矿物为石英.本区的火成岩中黑云母、辉石、长石和石英均可成为主矿物.变质岩中蛇纹石可作为主矿物.褐铁矿、磁铁矿、白云石、绿帘石、高岭石和三水铝石通常作为副矿物出现.

按密度，可以划分为高(>3.0 g·cm-3)、中(3.0～2.5 g·cm-3)、低(<2.5 g·cm-3)3类(刘天佑，2007).高密度的矿物有方解石、伊利石、白/绢云母、白云石、蛇纹石、褐铁矿、赤铁矿.中密度的矿物有石英、钾长石、高岭石、三水铝石、伊/蒙混层、黑云母、单斜辉石、角闪石等.低密度的矿物有斜长石、绿泥石、蒙脱石、绿帘石等.

按磁性可划分为逆磁性、弱顺磁性、强顺磁性和铁磁性矿物4类(郎元强等，2011).逆磁性矿物有石英、钾长石、高岭石、三水铝石和方解石，弱顺磁性矿物有斜长石、绿泥石、蒙脱石、伊/蒙混层、伊利石、绿帘石、白/绢云母和白云石，强顺磁性矿物有黑云母、单斜辉石、角闪石、褐铁矿和蛇纹石，铁磁性矿物有赤铁矿和磁铁矿，测试样品中还有非晶态物质，多为弱顺磁性的斜长石.

图3 婆罗洲北部中新生界岩石类型

3.2 岩性特征

根据识别结果在婆罗洲北部共识别出沉积岩、火成岩和变质岩3类，可细划为25种，其中火成岩包含侵入岩(包含辉绿岩、辉长岩、闪长岩和花岗岩类)、喷出岩((蛇纹石化)玄武岩、安山岩、英安岩、凝灰岩、角砾岩/集块岩、沉凝灰岩)和熔积岩(玄武岩与硅质岩混杂堆积)，沉积岩包含有外碎屑岩(泥岩、粉砂岩、石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、复成分砾岩、煤、凝灰质砂岩)和内源岩(硅质岩、致密灰岩、物生碎屑灰岩)，变质岩为千枚岩和蛇纹岩(表1).

3.2.1 火成岩

辉绿岩/辉长岩颜色一般为灰绿或灰黑色，辉绿/辉长结构(图3a)，块状构造，矿物主要为辉石和斜长石，主要产出在白垩系KET、Km组.蚀变闪长岩颜色为灰绿色，斑状结构，块状构造，矿物主要为斜长石、角闪石、绿泥石、绿帘石和一些暗色矿物(图3b)，产出在三叠系Cb组；花岗岩颜色为灰黑色，花岗结构，块状构造，矿物主要为石英、斜长石和黑云母(图3c)，产出在白垩纪和新近纪，分布在MMiPi、Jagoi组.玄武岩颜色为灰黑色，斑状结构，杏仁构造，矿物主要为辉石和斜长石，含少量橄榄石和火山玻璃(图3d)，主要产出在三叠纪和白垩纪，分布在KET、Cs、Km、Serian Volcanics组.安山岩颜色为灰黑色，斑状结构，块状构造，矿物主要为辉石和角闪石，产出在新近纪，分布在Kedadom组.英安岩颜色为灰黑色，斑状结构，块状构造，矿物主要为斜长石、角闪石、石英；产出在新近纪，分布在Dacite组.凝灰岩、角砾岩/集块岩、沉凝灰岩，火山碎屑结构，块状构造，产出在三叠纪、白垩纪、新近纪，分布在Km、Tk、Cs组.玄武质熔积岩颜色为黄绿色，碎屑结构，块状构造，矿物主要为辉石、斜长石、辉石(图2e)，产出在三叠纪，分布在Cs组.

3.2.2 沉积岩

泥岩颜色有黄褐色和灰黑色，矿物主要为黏土矿物，还含有一些矿物碎屑和后生矿物等(图3f)，产出在时代有古近纪、新近纪，分布在P4SI、P2LA、P3Pel等组.粉砂岩为泥质粉砂岩和石英粉砂岩，碎屑以石英为主(图3g)，产出在古近纪，分布P6B、P7Ny组.石英砂岩(图3h)，碎屑以石英为主，胶结物多为硅质，其次为钙质和铁质，产出在三叠纪、侏罗纪、白垩纪、古近纪、新近纪，分布在Cr、Wr、Kd、Cs等组.长石砂岩，碎屑以石英和长石为主，钙质和铁质胶结；产出在白垩纪、古近纪，分布在Cs、Um、Km、Lb组.岩屑砂岩，碎屑以岩屑、石英为主，产出在白垩纪、古近纪，分布在Cr、Sp、KLy组.砾岩为复成分巨砾岩及火山岩砾岩，填隙物为砂、粉砂、黏土矿物，产出在白垩纪，分布在Kedadom组.煤为透镜体状或层状(图3i)，常与灰黑色泥岩与白色砂岩互层，产出在三叠纪、古近纪、新近纪，分布在Sadong、P4SI、N1Si组.凝灰质砂岩，碎屑为石英、辉石、长石，含有少量暗色矿物，泥质胶结，产出在新近纪，分布在Km、Ay组.硅质岩矿物成分以石英为主，产出在白垩纪、古近纪，分布在Cs组；灰岩其中有生物碎屑灰岩和微晶灰岩成分主要为方解石和生物碎屑(图3j)，产出在石炭纪、白垩纪，分布在Bau、Pedwan、Terbat Limestone组.

3.2.3 变质岩

千枚岩颜色为灰黑色，粒状鳞片变晶结构(图3k)，块状构造，矿物以石英、绢云母为主，产出在新近纪，分布在P3Mt组.蛇纹岩颜色为灰绿色，鳞片变晶结构(图3l)，块状构造，矿物以蛇纹石为主，含有少量橄榄石和辉石，产出在白垩纪，分布在KET组.

3.3 岩石密度和磁化率特征

婆罗洲北部岩石磁化率测试结果表明磁化率数值范围为-12.8～40475(4π×10-6SI)；岩石可划分为逆磁性、无磁性、弱磁性、中磁性、强磁性和极强磁性6类.岩石密度测试结果表明密度数值范围为1.604～2.960 g·cm-3，可划分为极低值、低值、中值和高值4类(图4).以下分为岩性和时代详细介绍密度和磁化率特征.

3.3.1 各类岩性的密度-磁化率特征

婆罗洲北部岩石密度特征从图4可知，侵入岩的密度均为中-高值，中-基性侵入岩稍大、酸性侵入岩稍小并且密度变化范围小.喷出岩中熔岩类密度为中高值，火山碎屑岩中沉凝灰岩密度通常为中-高值并且变化范围小，凝灰岩/角砾岩/集块岩为低-高值、变化范围大.沉积岩：外碎屑岩密度分布范围大，密度从极低值-高值均有，多数为中-低值；灰岩的密度多为高值，变范围小；硅质岩密度通常为中-低值，且变化范围较大；泥岩密度为低-极低值；石英砂岩/岩屑砂岩/粉砂岩为中-低值；长石砂岩以中值为主.

表1 婆罗洲北部岩石类型特征统计表Table1 Statistical of rock types characteristics in the northern Borneo

续表1

蛇纹岩密度多为中值，变化范围小；板岩的密度为低值，变化范围小.

婆罗洲北部岩石磁化率特征依据南海北部的磁化率分级对岩石进行描述(郎元强等，2011).根据测试结果可知火成岩中侵入岩通常为强磁性-弱磁性，少数可达到极强磁性，变化范围大，喷出岩与侵入岩相似.沉积岩中：复成分砾岩、长石砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩和泥岩通常为弱磁性-无磁性，变化范围较小；凝灰质砂岩为中磁性-强磁性，变化范围大；石英砂岩通常为无磁性-弱磁性，变化范围大；煤和硅质岩通常为无磁性-逆磁性，变化范围大；灰岩通常为逆磁性-弱磁性，变化范围大.变质岩中蛇纹岩通常为强磁性和极强磁性，变化范围小；板岩通常为磁性-弱磁性，变化范围小.

根据婆罗洲北部岩石密度和磁化率特征(图4)，具有强磁性、极强磁性和弱磁性，高密度-中等密度特征的岩石多为火成岩和凝灰质砂岩及其变质岩.弱磁性-无磁性、中等-极低密度特征的岩石多为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤和硅质岩等.弱-逆磁性、高-中等密度的岩石多为灰岩.

3.3.2 各时代岩石的密度和磁化率特征

从婆罗洲北部岩石密度测量结果看，新生界岩石的密度范围较大为1.6～2.9 g·cm-3，变化范围大，多集中在2.1～2.7 g·cm-3(图5a)，算术均值为2.4 g·cm-3.中生界岩石密度为1.9～3.0 g·cm-3，变化范围大，多集在中2.4～2.8 g·cm-3(图5b)，算术均值为2.5 g·cm-3.前中生界岩石密度为2.2～3.0 g·cm-3，多集中在2.5～2.8 g·cm-3，变化范围小(图5c)，算术均值为2.62 g·cm-3.最大岩石密度出现在中生界的岩性中，最小岩石密度出现在新生界的岩石中，所以新生界、中生界和前中生界岩石的密度存在较为明显的差别.

从婆罗洲北部岩石磁化率测量结果看，新生界、中生界和前中生界的岩石磁化率变化范围均较大.新生界以无磁性-弱磁性岩石为主，发育少量的中磁性和强磁性岩石，还有少量的逆磁性岩石(图5d).中生界岩石以弱磁性岩石为主，强磁性和极强磁性岩石也有较大的比例，无磁性和中磁性岩石也有一定的比例(图5e).前中生界主要为无磁性岩石，发育少量的弱磁性、中磁性、强磁性和逆磁性岩石(图5f).

综上可知，新生界岩石具有密度较低、磁化率中等的特征.中生界岩石具有密度中等，磁化率中高的特征.前中生界岩石具有密度高磁性低的特征.

4 讨论

4.1 岩石密度-磁化率差异性的成因分析

岩石密度主要受岩石矿物类型和孔隙特征影响，如研究区的外碎屑沉积岩的矿物组成通常是石英、长石和黏土矿物类，镜下见有少量的密度大的矿物，如海绿石、磁铁矿、黄铁矿等，但低于本文中X-Ray测试仪器的下限值，此类矿物对于岩石密度的影响应该较小.火成岩中含有一些较多密度大的矿物，如橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等，X-Ray测试结果表明其含量可达到17%～40%，所以火成岩的密度比沉积岩高.多数火成岩的密度大于2.67 g·cm-3，而外碎屑沉积岩密度小于2.67 g·cm-3.孔隙对于岩石密度的影响可以从白/绢云母、赤铁矿和褐铁矿这些矿物体现出来.三种矿物的密度均较高，但当白云母(10%)分布在千枚岩/板岩，赤铁矿(15%)和褐铁矿(20%～86%)分布于泥岩中时岩石密度并未有显著的升高，从野外露头观察可知其原因是千枚岩受到风化作用变得疏松(图5a/b).铁质泥岩也是风化作用可形成赤铁矿和褐铁矿，但产生显著的缝隙(图6c/d).此外，火成岩的侵入岩与喷发岩之间的密度也存在差异，如玄武岩中发育的气孔、杏仁体构造会降低岩石密度、具有气孔的含量岩石密度变化也可以较大，所以在其他条件相同的情况下岩石密度可以有较大的变化范围.侵入岩由于原生的孔隙几乎不发育，岩石密度变化范围均较小，如文中提及的辉绿岩、辉长岩、闪长岩、花岗岩等岩石.

岩石磁化率的影响主要是各类磁性矿物的含量之间的差异.沉积岩类以逆磁性矿物主，多数样品的含量范围为50%～100%，部分样品含有弱顺磁性矿物、含量通常低于20%，此外极少数样品含有铁磁性矿物.火成岩中以弱顺磁性矿物为主、多数样品的含量可达50%，强顺磁性矿物含量较高、分布范围为10%～90%，逆磁性矿物范围为10%～40%、多数样品的含量超过20%，虽然X-Ray结果表明极少数样品含有可观察的铁磁性矿物，但在显微镜下多数样品可见少量颗粒状的磁铁矿.板岩样品较少，主要含有逆磁性矿物和弱顺磁性矿物.蛇纹岩含有强顺磁性矿物蛇纹石，在镜下见少量的磁铁矿.

图4 婆罗洲北部岩石密度-磁化率交汇图岩石磁化率分类：逆磁性，<0(4π×10-6SI)；无磁性，0～100(4π×10-6SI)；弱磁性，100～700(4π×10-6SI)；中磁性，700～5000(4π×10-6SI)；强磁性，5000～20000(4π×10-6SI)；极强磁性，>20000(4π×10-6SI)(据郎元强等，2011).岩石密度分类：极低密度，<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(刘天佑，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).

图5 南海围区岩石密度-磁化率特征(a) 新生界岩石密度； (b) 中生界岩石密度； (c) 前中生界岩石密度； (d) 新生界岩石磁化率； (e) 中生界岩石磁化率； (f) 前中生界岩石磁化率； (c)和(f) 数据中有233个样品来源于文献(据郎元强等，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).

图6 婆罗洲北部千枚岩(a、b)泥岩(c、d)的风化特征(a) N2°33′50.3″，E112°32′42.6″，P3Mt组，风化千枚岩，石英70%、绿泥石20%、白云母10%，平均密度2.19 g·cm-3，平均磁化率100(4π×10-6SI)； (b) 千枚岩镜下特征，裂缝发育，充填硅质； (c) N3°13′39.2″，E113°09′23.5″，P7Ny组，风化铁质泥岩，蒙脱石55%、褐铁矿20%、赤铁矿10%，平均密度2.21 g·cm-3，平均磁化率103(4π×10-6SI)； (d) 风化铁质泥岩镜下特征，裂缝发育；F 裂缝，Qz 石英，Li 褐铁矿，He 赤铁矿.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.

图7 南海围区中生界岩石的密度-磁化率特征Fig.7 Density-magnetic susceptibility characteristics of Mesozoic rocks in adjacent continent area of South China Sea

图8 (a)南海南部地区布格重力异常； (b) 中生界地层布格重力异常Fig.8 (a) Free-air gravity anomaly in the southern SCS; (b) bouguer gravity anomalies of Mesozoic stratum in the southern SCS

图9 (a) 南海南部化极磁力异常； (b) 化极磁异常的垂向一阶导数结果Fig.9 (a) Reduction magnetic anomalies in the southern SCS; (b) Results of the vertical first derivative of reduction magnetic anomaly

图10 南海南部中生界岩性分布Fig.10 Lithologic distribution of Mesozoic in the southern South China Sea

4.2 密度-磁化率资料对于前新生界岩性识别的约束

对于南海南部的岩性识别，目前可用的资料有重力和磁力异常数据，同时还有地震资料.地震资料可以满足新生界的顶底界面和岩性识别的要求，但对于中生界和前中生界来讲地震资料还不能满足界面和岩性的刻画，尤其是在南海南部深水区.所以目前南海南部海域的重力和磁力异常数据还是识别前新生界岩性的重要资料，但其识别的精度除受资料分辨率的限制外，还受地质条件的约束，如岩性之间的物性差别、不同时代岩石的物性差别、以及空间分布特征等.

如前面所述，前中生界岩石的密度接近于正常地壳平均密度，并且埋深大，只产生局部弱重力异常.中生界岩石的密度变化范围大(图7a)，多数样品偏离地壳平均密度，埋深相对较小可产生较为显著的重力异常.中生界沉积岩密度小于正常地壳密度，在婆罗洲其分布通常是大面积块状分布，可产生区域性的重力负异常.中生界火成岩密度大于正常地壳密度，从婆罗洲火成岩分布特征来看，火成岩分布也是大面积块状分布可能产生区域性的重力正异常.

此外，磁化率资料显示前中生界地层中多数岩石均为逆磁性和无磁性岩石，少量的弱磁性和强磁性岩石在盆地内埋深较大可能只产生局部的正异常.中生界地层结合野外露头可知，分布大面积的强磁性和极强磁性的岩石(蛇绿岩套和大陆玄武岩)可以产生较强的区域磁力异常(图7b).在新生界地层中发育的强磁性和极强磁性火山岩，其产状为零星的补丁状分布，所以只能产生局部的正异常.因此南海南部的区域性高磁力异常来源于中生代的基性火成岩(及其变质岩)，区域性中等磁力异常可能来源于酸性火成岩(及其变质岩).

4.3 应用效果

通过获取的重力数据和海水深度数据，利用Parker法校正得到布格重力异常(图8a).根据新生界厚度采用平均密度计算新生界重力异常，将布格重力异常减去新生界重力异常得到前新生界布格重力异常.由于南海南部前中生界岩石的密度与地壳平均密度接近，只会产生局部弱重力异常，可以将前中生界顶面之下-莫霍面之上的岩石作为整体进行考虑并且该部分主要为区域异常，再对前新生界布格重力异常进行分解，消除前中生界以及莫霍面起伏引起的区域重力异常得到中生界布格重力异常(图8b).从图中可以看出，低重力异常区可解释为沉积岩发育区，高重力异常区可以解释为以火成岩为主的区域，中重力异常区可解释为沉积岩与火成岩共同发育区.重磁资料岩性识别结果与收集的钻井/拖网资料对比，其符合率可达67%.

利用获取的磁力异常资料，首先进行化极处理(图9a)，在此基础上开展化极磁异常的垂向一阶导数处理(图9b)，与现有的钻井和拖网样对应，如果将高磁异常解释为火成岩，低磁力异常解释为沉积岩，其符合率可达87%，取得了较好的效果.将中生界重力布格重力异常与磁异常对应分析可知，高重力异常和高磁力异常区对应火成岩、特别是中基性喷出岩和侵入岩，高重力异常和低磁力异常区对应碳酸盐岩和石英砂岩，低重力异常和低磁异常区对应沉积岩，中低重力异常和中磁力异常区岩性较为复杂，可以是砾岩、砂岩、粉砂岩和酸性火山岩等的混合区.

综上，编制了南海南部中生界岩性分布图(图10)，可将岩性划分出如下一些分布区：南部变质岩区；南沙海槽的基性岩性区；北部和西部沉积岩区；南沙地区的沉积岩-火山岩-变质岩共同发育区.南部变质岩有两种成因：一是区域性埋藏变质，西巴拉姆线和越东万安断裂交汇处新生界沉积岩厚度超过10 km，最深可达17 km，导致前新生界基底岩石发生了区域性浅变质作用；二是在古南海向南俯冲消亡过程中形成的动力变质岩，如在沙巴和沙捞越地区沿缝合线分布的蛇纹石化岩石(图3l)，以及锡布带在海上延伸部分钻井揭示的千枚岩等.米里带海域地区的前新生界基底应该是这两种变质作用的叠加作用.南海南部火成岩较为发育，从钻井揭示情况来看酸性侵入岩较为发育，这可能与晚中生代以来古太平洋板块俯冲形成的火山弧相关；南沙海槽的基性火成岩可能为古南海洋壳残留的物质.此外，中生界沉积岩分布范围较大，钻井揭示中生界沉积岩发育较好的烃源岩和储层(鲁宝亮等，2014a；赵志刚，2018)，可形成良好的生储盖组合，所以该区中生界地层具有成为油气勘探区的潜力.

5 结论

(1)婆罗洲北部发育3类25种岩石，以发育沉积岩的外碎屑岩和火成岩的中基性火成岩为主，发育少量沉积岩的内源岩、酸性火成岩和变质岩.具有强磁性、极强磁性和弱磁性，高密度-中等密度特征的岩石多为火成岩和凝灰质砂岩及其变质岩.弱磁性-无磁性、中等-极低密度特征的岩石多为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤和硅质岩等.弱-逆磁性、高-中等密度的岩石多为灰岩.新生界岩石相对来看具有密度较低，磁化率中等的特征.中生界岩石具有密度中等，磁化率中高的特征.前中生界具有密度高磁性低的特征.结合分布特征可知，前中生界岩石产生局部弱重力异常，中生界岩石产生较为显著的重力异常，其中沉积岩产生区域性的重力负异常，火成岩产生区域性的重力正异常.南海南部的区域性高磁力异常来源于中生代的基性火成岩(及其变质岩)，区域性中等磁力异常可能来源于酸性火成岩(及其变质岩).

(2)将中生界重力布格重力异常与磁异常对应进行了南海南部中生界岩性的识别.高重力异常和高磁力异常区对应火成岩、特别是中基性喷出岩和侵入岩，高重力异常和低磁力异常区对应碳酸盐岩或石英砂岩，低重力异常和低磁异常区对应沉积岩，中低重力异常和中磁力异常区岩性较为复杂，可以是砾岩、砂岩、粉砂岩和酸性火山岩等的混合区.在南海南部识别出变质岩区(两种成因：一是埋藏变质，二是块体拼合)，基性岩区(推测为古南海残余洋壳)，沉积岩区与变质岩混合区.南海南部存在大面积的中生界沉积岩分布区，从而该区是具有重大潜力的油气勘探区.

致谢感谢同济大学邵磊教授，马来西亚国民大学科学与技术学院Jeff Goh和Robert Simon教授在野外考察中给予的帮助.