塔里木盆地前寒武地層巖石磁化率

程 明 張弘強 潘文慶 王天平 易 艷 王孝明

1）中國庫爾勒 841000 塔里木油田公司2）中國涿州 072751 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司

0 引言

塔里木盆地的油氣資源量、油氣產(chǎn)量均居國內(nèi)各盆地前列。經(jīng)過30 年的勘探開發(fā)，塔里木盆地寒武系鹽下、南華震旦裂谷槽、塔西南戰(zhàn)略接替區(qū)域等成為新的油氣勘探關(guān)注目標(biāo)。為促進寒武系鹽下等超深油氣勘探，需要對前寒武盆地構(gòu)造演化做進一步工作，為超深油氣勘探做好準(zhǔn)備。在前寒武板塊構(gòu)造與盆地分析中，重磁電是一種重要的研究手段，為順利開展相關(guān)重磁工作，巖石密度、磁化率的系統(tǒng)收集整理成為必經(jīng)環(huán)節(jié)。

在塔里木盆地構(gòu)造研究中，多批次系統(tǒng)測量了巖石磁化率。1998 年，對塔里木盆地內(nèi)147 口鉆井巖芯進行磁化率測量；1999 年，對坷坪地區(qū)各地層Q、N、P、C、D、S、O、∈、Z、Ch，按層位系統(tǒng)測量了巖石磁化率；2004 年，在巴楚地區(qū)實測巖石物性；2011 年，對西天山塔里木板塊和哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊結(jié)合部位進行野外磁化率測量（張玄杰等，2013）；2016年，對和田南部露頭進行系統(tǒng)取樣與磁化率測量，為礦產(chǎn)普查提供可靠資料（侯征等，2016）。

在對塔里木盆地前寒武結(jié)晶基底研究過程中，為了準(zhǔn)確建立地層地磁模型，2017 年，對該盆地進行非地震構(gòu)造研究中，其中5 月在新藏公路和塔什庫爾干地區(qū)采集樣品34 塊，7月在鐵門關(guān)和庫魯克塔格地區(qū)采集樣品64塊，8月在柯坪、新藏公路野外采集樣品106塊，9 月補充測量22 口鉆遇前寒武鉆井巖芯物性資料。為準(zhǔn)確確定塔里木盆地巖石與磁化率的關(guān)系，對采集樣品進行巖石薄片鑒定與命名，并系統(tǒng)測量巖石密度和磁化率，分析盆地內(nèi)不同地區(qū)不同巖性的巖石與磁場關(guān)系，為相關(guān)區(qū)塊重磁勘探準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 塔里木盆地概述

塔里木盆地位于中國新疆南部，是中國最大的內(nèi)陸盆地。作為典型的大型復(fù)合疊合盆地，塔里木盆地由庫車坳陷、塔北隆起、北部坳陷、中央隆起等構(gòu)造單元組成，油氣資源豐富。目前，在庫車博孜大北區(qū)塊中新生界地層發(fā)現(xiàn)萬億方大氣田，在塔北塔河區(qū)塊、富滿區(qū)塊古生界均發(fā)現(xiàn)10 億噸大油田，在臺盆區(qū)寒武系鹽下見到良好油氣顯示，在塔西南侏羅系也鉆遇油氣顯示，且6 000 m 以上超深井超過1 400 口，發(fā)現(xiàn)14 個超深油氣田。

盆地勘探在超深領(lǐng)域快速發(fā)展，而井下情況復(fù)雜多變，構(gòu)造演化、油氣成藏均面臨新的問題，開展對前寒武結(jié)晶基底的研究，有助于促進相關(guān)基礎(chǔ)地質(zhì)的研究進展。成功實施的大量超深井提供了豐富的前寒武結(jié)晶基底巖石樣品，為盆地板塊與構(gòu)造研究提供了可靠的一手資料。塔里木盆地周緣出露大量前寒武地層，庫魯克塔格地區(qū)地層剝蝕較強烈，見震旦南華系地層沉積，巖漿巖出露豐富，研究程度高，測年資料可靠。柯坪地區(qū)南華震旦系剖面資料詳實可靠，碎屑巖、碳酸鹽巖、冰磧巖種類豐富齊全。塔什庫爾干地區(qū)構(gòu)造活動強烈，幔源巖漿活躍，變質(zhì)巖廣泛分布。以上資料為塔里木盆地前寒武結(jié)晶基底研究提供了便利條件。

2 前寒武地層磁化率分地區(qū)統(tǒng)計

針對塔里木盆地前寒武地層特征，在庫魯克塔格、柯坪、塔什庫爾干地區(qū)，系統(tǒng)挑選典型的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖，進行磁化率統(tǒng)計與分析。

2.1 庫魯克塔格地區(qū)巖漿巖磁化率特征

庫魯克塔格地區(qū)歷經(jīng)多次構(gòu)造運動，其中：辛格爾造山運動發(fā)生于太古宙末期，陸核增生的同時伴有花崗巖侵入；興地運動發(fā)生于早元古代與中元古代間，伴有連續(xù)的巖漿活動與變質(zhì)作用；塔里木造山運動發(fā)生于晚元古早期，伴有與超大陸裂解有關(guān)的基性超基性巖及雙峰式火山巖噴發(fā)；西大山運動發(fā)生于晚元古代末期（曹曉峰等，2012）。該地區(qū)前震旦系主要由一套變質(zhì)巖組成，震旦系為粗碎屑巖、冰磧巖，下部系數(shù)百米厚中基性火山巖。近EW 向展布的興地區(qū)域性斷裂兩側(cè)出露和隱伏數(shù)十個基性—超基性巖體，形成高磁異常帶（袁遷等，2013）。

庫魯克塔格地區(qū)巖漿巖磁化率變化范圍較廣，所選樣品的磁化率統(tǒng)計結(jié)果見表1。1-22至1-25 號樣品均為含石英角閃黑云母正長巖，其取樣位置相隔不到1 m，其中1-22 號樣品磁化率為5 912×10-5，黑云母含量18%、磁鐵礦含量4%；1-24 號磁化率為800×10-5，黑云母含量20%、磁鐵礦含量2%。此外，2-9 號輝石含量38%、磁鐵礦含量8%，磁化率為3 400×10-5；3-9 號樣品輝石含量39%、磁鐵礦含量5%，磁化率為100×10-5，二者薄片鑒定顯示均為輝綠巖?？梢?，磁化率差異主要由巖石中鐵磁性礦物的含量變化引起。無磁性巖石包括二長花崗巖、鉀長花崗巖，1-4 號樣品鉀長花崗巖磁化率為0，1-17 號樣品二長花崗巖磁化率也為0。弱磁性巖石主要為閃長巖、輝長巖、中粒二長花崗巖、斜長花崗巖、杏仁狀安山巖；強磁性巖石包括角閃黑云母正長巖、輝綠巖等。從各磁級巖石礦物成分看，磁化率差異為巖石中磁鐵礦、黑云母、角閃石、輝石等含量變化的反映。

表1 庫魯克塔格地區(qū)典型巖漿巖磁化率統(tǒng)計Table 1 Magnetic susceptibility of typical magmatic rocks in Kuruktag

2.2 柯坪地區(qū)沉積巖磁化率特征

柯坪地區(qū)前寒武沉積巖地層包括南華、震旦系，南華系巖性以灰綠色和紫紅色長石砂巖、粉砂巖互層為主，分選和磨圓度均較差，自下而上包括西方山組、東巧恩布拉克組、牧羊灘組、冬屋組和尤爾美那克組。南華系下伏阿克蘇群淺變質(zhì)巖，其中西方山組為一套海相碎屑巖，東巧恩布拉克組存在一期冰成礫巖沉積，牧羊灘組為海相混積濱岸，冬屋組主要為砂巖沉積，尤爾美那克組也存在一期冰磧礫巖沉積，上覆震旦系蘇蓋特布拉克組（高振家等，2003）。震旦系主要為濱海相沉積，底部蘇蓋特布拉克組下組主要為紫紅色砂巖，上組以灰?guī)r為主。頂部奇格布拉克組主要為一套海相白云巖沉積（何秀彬等，2007）。

柯坪沉積巖樣品磁化率統(tǒng)計結(jié)果見表2，可見白云巖磁化率最低，一般低于5×10-5；泥巖磁化率整體偏高，接近30×10-5。相對于巖漿巖、變質(zhì)巖而言，沉積巖磁化率整體偏低。砂巖磁化率介于泥巖與白云巖之間，其磁化率與沉積環(huán)境有關(guān)。其中濱岸環(huán)境磁性礦物主要為磁鐵礦，河湖環(huán)境則可能為赤鐵礦（張志高等，2012），沖積環(huán)境磁性礦物主要為赤鐵礦（李傳新等，2006）。

表2 柯坪地區(qū)典型沉積巖磁化率統(tǒng)計Table 2 Magnetic susceptibility of typical sedimentary rocks in Kalpin

2.3 塔什庫爾干地區(qū)變質(zhì)巖磁化率特征

塔什庫爾干地區(qū)前寒武地層巖性以區(qū)域變質(zhì)作用形成的綠片巖相—角閃巖相變質(zhì)巖為主（和志鵬等，2017）。盆地形成早期以陸緣沉積為主，后海底火山噴發(fā)，于早元古代由中基性巖漿活動形成海相含鐵火山碎屑巖，部分鐵質(zhì)水解沉積形成富鐵富硅沉積巖，晚期基性火山較大規(guī)模噴發(fā)，陸源沉積物相對較少，隨后區(qū)域變質(zhì)活動導(dǎo)致局部鐵質(zhì)富集，形成富鐵礦床?？梢?，該區(qū)前寒武地層主要因沉積變質(zhì)和接觸交代矽卡巖化作用而導(dǎo)致磁鐵礦富集，磁化率偏高（陳勇等，2013），樣品磁化率統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 塔什庫爾干地區(qū)典型變質(zhì)巖磁化率Table 3 Magnetic susceptibility of typical metamorphic rocks in Taxkorgan

由表3 可見：①25 號樣品為角閃黑云母二長片巖，磁化率為2 054×10-5，巖石中黑云母含量25%、角閃石含量15%、磁鐵礦含量小于1%。磁化率受黑云母、角閃石所影響。②24 號樣品為二云母長英片巖，磁化率為1 240×10-5，巖石由25%黑云母、8%白云母、2%角閃石、3%磁鐵礦等組成。磁化率受黑云母、磁鐵礦所影響；③28 號樣品為二云母斜長片巖，磁化率1 261×10-5，巖石由25%黑云母、8%白云母、6%透輝石、1%磁鐵礦等組成。磁化率主要受磁鐵礦、黑云母所影響；④11 號樣品為長英質(zhì)脈巖，磁化率僅為3×10-5，巖石由40%鉀長石、22%斜長石、35%石英等組成。

3 前寒武地層巖石磁化率特征

3.1 巖漿巖磁化率特征

對庫魯克塔格、柯坪、塔什庫爾干地區(qū)所有巖漿巖樣品的磁化率、密度數(shù)據(jù)進行綜合分析，可知基性巖漿巖磁化率普遍大于1 000，密度大于2.7 g·cm-3，中性巖漿巖磁化率接近100，酸性巖漿巖密度介于2.6—2.7 g·cm-3，基性巖漿巖的磁化率和密度明顯高于中、酸性巖?；浴⒊詭r蛇紋石化后，橄欖石、輝石易蝕變析出磁鐵礦，磁鐵礦含量平均7%，中性巖漿巖磁鐵礦含量平均5.4%，酸性巖漿巖磁鐵礦含量平均1.8%，與中、酸性巖相比，前者磁鐵礦含量更高，對應(yīng)具有更高的磁化率值（圖1）。

圖1 巖漿巖磁化率與密度關(guān)系Fig.1 Magmatic rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

（1）基性巖漿巖。在基性巖漿巖中，輝綠巖磁化率整體偏高，最高達9 850×10-5；輝長巖磁化率低于100×10-5；玄武巖磁化率起伏較大，以杏仁狀玄武巖為例（表1），3-4 號樣品磁化率為60×10-5，而3-8 號樣品磁化率為2 700×10-5，前者長石間見方解石，后者斑晶含量3%、基質(zhì)含量92%、杏仁體含量5%，長石間見磁鐵礦析出。這是因為，玄武巖具有斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造和杏仁狀構(gòu)造等，對于杏仁狀玄武巖，若氣孔中填充綠泥石，則比填充石英磁化率高；而基性玄武巖中的橄欖石斑晶發(fā)生伊丁石化、綠泥石化時析出鐵質(zhì)，也會導(dǎo)致磁化率偏高。

（2）中、酸性巖漿巖。中、酸性巖漿巖中礦物組分的磁學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，包含逆磁性礦物、弱順磁性礦物和強順磁性礦物，其中石英、方解石為逆磁性礦物，斜長石、鉀長石、白云母為弱順磁性礦物，黑云母、角閃石和輝石屬于強順磁性礦物。逆磁性礦物對中、酸性巖漿巖的磁化率大小無明顯貢獻，而中、酸性巖漿巖磁化率大小主要由其中的黑云母、角閃石和輝石等強順磁礦物決定。

對于中性巖漿巖，以閃長巖為例，2-14 號樣品為中粒閃長巖，其磁化率高達7 600×10-5，巖石中斜長石含量55%、角閃石含量40%、磁鐵礦含量大于5%，磁化率主要受磁鐵礦、角閃石等強順磁性礦物影響；而2-17 號閃長巖樣品磁化率為3 900×10-5，巖石中中長石含量62%、角閃石含量30%、磁鐵礦含量8%，磁化率主要受鐵磁性礦物磁鐵礦影響；其他中性巖漿巖磁化率整體在100×10-5左右。

對于酸性巖漿巖，其中花崗巖成因復(fù)雜，磁化率起伏大，1-17 號二長花崗巖樣品中斜長石含量44%、鉀長石含量30%、石英含量22%、磁鐵礦含量小于1%，磁化率為0；2-15號斜長花崗巖樣品中斜長石含量60%、鉀長石含量16%、石英含量20%、黑云母含量3%、磁鐵礦含量小于1%，磁化率為214×10-5。

1-22 號含石英角閃黑云母正長巖樣品中，斜長石含量15%、鉀長石含量53%、黑云母含量18%、角閃石含量5%、石英含量5%、磁鐵礦含量4%，磁化率高達5 912×10-5。流紋巖屬中磁性巖石，其礦物成分主要為長英質(zhì)礦物，磁化率偏低。3-6 號珍珠巖樣品具斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)微晶—隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，珍珠構(gòu)造，斑晶含量3%，為鉀長石、石英，基質(zhì)由微晶及霏細狀長英礦物組成，具圓弧狀珍珠結(jié)構(gòu)，其磁化率為120×10-5。

3.2 沉積巖磁化率特征

對庫魯克塔格、柯坪、塔什庫爾干地區(qū)前寒武地層所有沉積巖樣品的磁化率、密度數(shù)據(jù)進行綜合分析，可知：碎屑巖磁化率整體高于碳酸鹽巖，碳酸鹽巖整體磁化率偏低，其中白云巖磁化率最低。泥巖磁化率均值為25×10-5，整體高于砂巖均值20×10-5，而泥晶灰?guī)r磁化率均值為8×10-5，整體高于白云巖均值4×10-5（圖2）。

圖2 沉積巖磁化率與密度關(guān)系Fig.2 Sedimentary rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

沉積巖整體屬于弱磁性巖石，少見鐵磁性物質(zhì)?；?guī)r、泥巖、石英砂巖等以生物碎屑、泥質(zhì)、黏土礦物、云母、石英為主的沉積巖，磁化率主要受云母、粘土礦物影響，數(shù)值較低。碎屑巖的母巖物質(zhì)經(jīng)長期風(fēng)化、剝蝕和搬運，斜長石、石英等弱磁性顆粒得以保存，碎屑顆粒也可能包含了來自母巖的含鐵礦物，如褐鐵礦、赤鐵礦等。若碎屑巖中含少量黑云母和綠泥石等強順磁性礦物，受此影響，磁化率值也會偏高。因此，含黑云母長石石英砂巖、絹云母化長石砂巖及綠泥石化粉砂質(zhì)泥巖，其磁化率明顯高于其他沉積巖。

3.3 變質(zhì)巖磁化率特征

在接觸變質(zhì)相中，熱接觸變質(zhì)大理巖磁化率極低，而矽卡巖化大理巖磁化率最高，達11 000×10-5，其磁鐵礦含量8%。在低級區(qū)域變質(zhì)相中，二長淺粒巖磁化率僅為5×10-5，而綠泥石千枚巖磁化率高達5 715×10-5，其磁鐵礦含量10%。在中級區(qū)域變質(zhì)巖中，黑云母石英片巖磁化率僅為26×10-5，二云母斜長片巖磁化率為1 240×10-5。在角閃巖相區(qū)域變質(zhì)相中，角閃黑云母二長片巖的磁化率為2 054×10-5（圖3）。變質(zhì)巖磁化率呈現(xiàn)多極分化特征，受幔源浸染的變質(zhì)巖磁鐵礦含量高，磁化率也普遍偏高。

圖3 變質(zhì)巖磁化率與密度關(guān)系Fig.3 Metamorphic rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

變質(zhì)巖磁化率大小與其原巖成分有關(guān)，數(shù)值變化范圍較大。以沉積巖為原巖的副變質(zhì)巖（包括千枚巖、白云母片巖、石英片巖等）磁性通常較弱，而以巖漿巖為原巖的正變質(zhì)巖磁化率通常較高。變質(zhì)巖磁化率也受到巖石變質(zhì)程度的影響，變質(zhì)巖變質(zhì)初期，磁化率主要受強順磁性礦物含量影響，變質(zhì)后期，磁化率主要由鐵磁性礦物決定。絹云母、白云母、黑云母、角閃石是組成巖石的主要順磁性礦物，中磁性變質(zhì)巖中黑云母、角閃石的含量明顯增加，強磁性或極強磁性的巖石中鐵磁性礦物含量也會有所增加。受深部熱液影響，磁化率具有沿深大斷裂一線磁化率高，沿次級斷裂一線磁化率低的特點。

4 前寒武地層巖石磁化率與主要礦物的關(guān)系

對前寒武地層巖石磁化率與主要礦物含量進行相關(guān)分析，對主要巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖均進行薄片鑒定，礦物含量來自薄片鑒定結(jié)果。磁鐵礦對巖石磁化率影響最大，隨著磁鐵礦含量的增加，磁化率增大趨勢明顯，其次是綠泥石，黑云母、輝石對磁化率也有影響，而角閃石、長石的含量與磁化率的大小相關(guān)性不明顯，呈現(xiàn)更復(fù)雜的關(guān)系（圖4）。

圖4 巖石磁化率與礦物含量關(guān)系Fig.4 Correlogram of rock’s magnetic susceptibility and mineral content

5 結(jié)論

針對塔里木盆地前寒武結(jié)晶基底的構(gòu)造演化，系統(tǒng)測量了塔什庫爾干變質(zhì)巖、柯坪沉積巖、庫魯克塔格巖漿巖的密度與磁化率，對樣品進行薄片鑒定，分析了巖樣密度與磁化率的相關(guān)性，以及巖樣中磁鐵礦、綠泥石、輝石等含鐵磁性物質(zhì)的礦物含量與磁化率的相關(guān)性。

（1）塔里木盆地巖漿巖、變質(zhì)巖的密度與磁化率具較好的線性關(guān)系，沉積巖密度與磁化率相關(guān)度較低。巖漿巖中基性巖漿巖的密度與磁化率相關(guān)度最好，變質(zhì)巖的變質(zhì)程度越高，數(shù)據(jù)集中性越好。

（2）磁化率與巖石中鐵磁性礦物的含量有直接關(guān)系?；?、超基性巖石中橄欖石等蝕變后釋放出磁鐵礦，其磁化率會顯著偏高。因花崗巖中的少量黑云母、角閃石含有鐵磁性礦物，易導(dǎo)致其磁化率偏高。沉積型鐵礦床（BIF）中，巖石的鐵磁性組分含量增加，磁化率隨之升高。

（3）變質(zhì)巖的磁化率與原巖有關(guān)，原巖為沉積巖的副變質(zhì)巖磁化率偏低，原巖為巖漿巖的正變質(zhì)巖磁化率偏高。受地幔巖漿浸染的變質(zhì)巖磁化率也會偏高。

（4）沉積巖的磁化率普遍偏低。

6 結(jié)束語

對塔里木盆地周緣露頭區(qū)巖石密度、磁化率的系統(tǒng)測量，為盆地重磁資料分析工作的順利開展，提供了先決條件，在對露頭區(qū)巖石的取樣過程中，也對前寒武結(jié)晶基底巖石種類、巖性、物性、空間組合關(guān)系等有了直觀認識，加深了對井下復(fù)雜情況的理解與認識，可為今后開展相關(guān)基礎(chǔ)地質(zhì)研究打下良好的地質(zhì)基礎(chǔ)。