塔里木盆地前寒武地层岩石磁化率

程 明 张弘强 潘文庆 王天平 易 艳 王孝明

1）中国库尔勒 841000 塔里木油田公司2）中国涿州 072751 东方地球物理勘探有限责任公司

0 引言

塔里木盆地的油气资源量、油气产量均居国内各盆地前列。经过30 年的勘探开发，塔里木盆地寒武系盐下、南华震旦裂谷槽、塔西南战略接替区域等成为新的油气勘探关注目标。为促进寒武系盐下等超深油气勘探，需要对前寒武盆地构造演化做进一步工作，为超深油气勘探做好准备。在前寒武板块构造与盆地分析中，重磁电是一种重要的研究手段，为顺利开展相关重磁工作，岩石密度、磁化率的系统收集整理成为必经环节。

在塔里木盆地构造研究中，多批次系统测量了岩石磁化率。1998 年，对塔里木盆地内147 口钻井岩芯进行磁化率测量；1999 年，对坷坪地区各地层Q、N、P、C、D、S、O、∈、Z、Ch，按层位系统测量了岩石磁化率；2004 年，在巴楚地区实测岩石物性；2011 年，对西天山塔里木板块和哈萨克斯坦—准噶尔板块结合部位进行野外磁化率测量（张玄杰等，2013）；2016年，对和田南部露头进行系统取样与磁化率测量，为矿产普查提供可靠资料（侯征等，2016）。

在对塔里木盆地前寒武结晶基底研究过程中，为了准确建立地层地磁模型，2017 年，对该盆地进行非地震构造研究中，其中5 月在新藏公路和塔什库尔干地区采集样品34 块，7月在铁门关和库鲁克塔格地区采集样品64块，8月在柯坪、新藏公路野外采集样品106块，9 月补充测量22 口钻遇前寒武钻井岩芯物性资料。为准确确定塔里木盆地岩石与磁化率的关系，对采集样品进行岩石薄片鉴定与命名，并系统测量岩石密度和磁化率，分析盆地内不同地区不同岩性的岩石与磁场关系，为相关区块重磁勘探准备基础数据。

1 塔里木盆地概述

塔里木盆地位于中国新疆南部，是中国最大的内陆盆地。作为典型的大型复合叠合盆地，塔里木盆地由库车坳陷、塔北隆起、北部坳陷、中央隆起等构造单元组成，油气资源丰富。目前，在库车博孜大北区块中新生界地层发现万亿方大气田，在塔北塔河区块、富满区块古生界均发现10 亿吨大油田，在台盆区寒武系盐下见到良好油气显示，在塔西南侏罗系也钻遇油气显示，且6 000 m 以上超深井超过1 400 口，发现14 个超深油气田。

盆地勘探在超深领域快速发展，而井下情况复杂多变，构造演化、油气成藏均面临新的问题，开展对前寒武结晶基底的研究，有助于促进相关基础地质的研究进展。成功实施的大量超深井提供了丰富的前寒武结晶基底岩石样品，为盆地板块与构造研究提供了可靠的一手资料。塔里木盆地周缘出露大量前寒武地层，库鲁克塔格地区地层剥蚀较强烈，见震旦南华系地层沉积，岩浆岩出露丰富，研究程度高，测年资料可靠。柯坪地区南华震旦系剖面资料详实可靠，碎屑岩、碳酸盐岩、冰碛岩种类丰富齐全。塔什库尔干地区构造活动强烈，幔源岩浆活跃，变质岩广泛分布。以上资料为塔里木盆地前寒武结晶基底研究提供了便利条件。

2 前寒武地层磁化率分地区统计

针对塔里木盆地前寒武地层特征，在库鲁克塔格、柯坪、塔什库尔干地区，系统挑选典型的岩浆岩、沉积岩、变质岩，进行磁化率统计与分析。

2.1 库鲁克塔格地区岩浆岩磁化率特征

库鲁克塔格地区历经多次构造运动，其中：辛格尔造山运动发生于太古宙末期，陆核增生的同时伴有花岗岩侵入；兴地运动发生于早元古代与中元古代间，伴有连续的岩浆活动与变质作用；塔里木造山运动发生于晚元古早期，伴有与超大陆裂解有关的基性超基性岩及双峰式火山岩喷发；西大山运动发生于晚元古代末期（曹晓峰等，2012）。该地区前震旦系主要由一套变质岩组成，震旦系为粗碎屑岩、冰碛岩，下部系数百米厚中基性火山岩。近EW 向展布的兴地区域性断裂两侧出露和隐伏数十个基性—超基性岩体，形成高磁异常带（袁迁等，2013）。

库鲁克塔格地区岩浆岩磁化率变化范围较广，所选样品的磁化率统计结果见表1。1-22至1-25 号样品均为含石英角闪黑云母正长岩，其取样位置相隔不到1 m，其中1-22 号样品磁化率为5 912×10-5，黑云母含量18%、磁铁矿含量4%；1-24 号磁化率为800×10-5，黑云母含量20%、磁铁矿含量2%。此外，2-9 号辉石含量38%、磁铁矿含量8%，磁化率为3 400×10-5；3-9 号样品辉石含量39%、磁铁矿含量5%，磁化率为100×10-5，二者薄片鉴定显示均为辉绿岩。可见，磁化率差异主要由岩石中铁磁性矿物的含量变化引起。无磁性岩石包括二长花岗岩、钾长花岗岩，1-4 号样品钾长花岗岩磁化率为0，1-17 号样品二长花岗岩磁化率也为0。弱磁性岩石主要为闪长岩、辉长岩、中粒二长花岗岩、斜长花岗岩、杏仁状安山岩；强磁性岩石包括角闪黑云母正长岩、辉绿岩等。从各磁级岩石矿物成分看，磁化率差异为岩石中磁铁矿、黑云母、角闪石、辉石等含量变化的反映。

表1 库鲁克塔格地区典型岩浆岩磁化率统计Table 1 Magnetic susceptibility of typical magmatic rocks in Kuruktag

2.2 柯坪地区沉积岩磁化率特征

柯坪地区前寒武沉积岩地层包括南华、震旦系，南华系岩性以灰绿色和紫红色长石砂岩、粉砂岩互层为主，分选和磨圆度均较差，自下而上包括西方山组、东巧恩布拉克组、牧羊滩组、冬屋组和尤尔美那克组。南华系下伏阿克苏群浅变质岩，其中西方山组为一套海相碎屑岩，东巧恩布拉克组存在一期冰成砾岩沉积，牧羊滩组为海相混积滨岸，冬屋组主要为砂岩沉积，尤尔美那克组也存在一期冰碛砾岩沉积，上覆震旦系苏盖特布拉克组（高振家等，2003）。震旦系主要为滨海相沉积，底部苏盖特布拉克组下组主要为紫红色砂岩，上组以灰岩为主。顶部奇格布拉克组主要为一套海相白云岩沉积（何秀彬等，2007）。

柯坪沉积岩样品磁化率统计结果见表2，可见白云岩磁化率最低，一般低于5×10-5；泥岩磁化率整体偏高，接近30×10-5。相对于岩浆岩、变质岩而言，沉积岩磁化率整体偏低。砂岩磁化率介于泥岩与白云岩之间，其磁化率与沉积环境有关。其中滨岸环境磁性矿物主要为磁铁矿，河湖环境则可能为赤铁矿（张志高等，2012），冲积环境磁性矿物主要为赤铁矿（李传新等，2006）。

表2 柯坪地区典型沉积岩磁化率统计Table 2 Magnetic susceptibility of typical sedimentary rocks in Kalpin

2.3 塔什库尔干地区变质岩磁化率特征

塔什库尔干地区前寒武地层岩性以区域变质作用形成的绿片岩相—角闪岩相变质岩为主（和志鹏等，2017）。盆地形成早期以陆缘沉积为主，后海底火山喷发，于早元古代由中基性岩浆活动形成海相含铁火山碎屑岩，部分铁质水解沉积形成富铁富硅沉积岩，晚期基性火山较大规模喷发，陆源沉积物相对较少，随后区域变质活动导致局部铁质富集，形成富铁矿床。可见，该区前寒武地层主要因沉积变质和接触交代矽卡岩化作用而导致磁铁矿富集，磁化率偏高（陈勇等，2013），样品磁化率统计结果见表3。

表3 塔什库尔干地区典型变质岩磁化率Table 3 Magnetic susceptibility of typical metamorphic rocks in Taxkorgan

由表3 可见：①25 号样品为角闪黑云母二长片岩，磁化率为2 054×10-5，岩石中黑云母含量25%、角闪石含量15%、磁铁矿含量小于1%。磁化率受黑云母、角闪石所影响。②24 号样品为二云母长英片岩，磁化率为1 240×10-5，岩石由25%黑云母、8%白云母、2%角闪石、3%磁铁矿等组成。磁化率受黑云母、磁铁矿所影响；③28 号样品为二云母斜长片岩，磁化率1 261×10-5，岩石由25%黑云母、8%白云母、6%透辉石、1%磁铁矿等组成。磁化率主要受磁铁矿、黑云母所影响；④11 号样品为长英质脉岩，磁化率仅为3×10-5，岩石由40%钾长石、22%斜长石、35%石英等组成。

3 前寒武地层岩石磁化率特征

3.1 岩浆岩磁化率特征

对库鲁克塔格、柯坪、塔什库尔干地区所有岩浆岩样品的磁化率、密度数据进行综合分析，可知基性岩浆岩磁化率普遍大于1 000，密度大于2.7 g·cm-3，中性岩浆岩磁化率接近100，酸性岩浆岩密度介于2.6—2.7 g·cm-3，基性岩浆岩的磁化率和密度明显高于中、酸性岩。基性、超基性岩蛇纹石化后，橄榄石、辉石易蚀变析出磁铁矿，磁铁矿含量平均7%，中性岩浆岩磁铁矿含量平均5.4%，酸性岩浆岩磁铁矿含量平均1.8%，与中、酸性岩相比，前者磁铁矿含量更高，对应具有更高的磁化率值（图1）。

图1 岩浆岩磁化率与密度关系Fig.1 Magmatic rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

（1）基性岩浆岩。在基性岩浆岩中，辉绿岩磁化率整体偏高，最高达9 850×10-5；辉长岩磁化率低于100×10-5；玄武岩磁化率起伏较大，以杏仁状玄武岩为例（表1），3-4 号样品磁化率为60×10-5，而3-8 号样品磁化率为2 700×10-5，前者长石间见方解石，后者斑晶含量3%、基质含量92%、杏仁体含量5%，长石间见磁铁矿析出。这是因为，玄武岩具有斑状结构、块状构造和杏仁状构造等，对于杏仁状玄武岩，若气孔中填充绿泥石，则比填充石英磁化率高；而基性玄武岩中的橄榄石斑晶发生伊丁石化、绿泥石化时析出铁质，也会导致磁化率偏高。

（2）中、酸性岩浆岩。中、酸性岩浆岩中矿物组分的磁学性质较为复杂，包含逆磁性矿物、弱顺磁性矿物和强顺磁性矿物，其中石英、方解石为逆磁性矿物，斜长石、钾长石、白云母为弱顺磁性矿物，黑云母、角闪石和辉石属于强顺磁性矿物。逆磁性矿物对中、酸性岩浆岩的磁化率大小无明显贡献，而中、酸性岩浆岩磁化率大小主要由其中的黑云母、角闪石和辉石等强顺磁矿物决定。

对于中性岩浆岩，以闪长岩为例，2-14 号样品为中粒闪长岩，其磁化率高达7 600×10-5，岩石中斜长石含量55%、角闪石含量40%、磁铁矿含量大于5%，磁化率主要受磁铁矿、角闪石等强顺磁性矿物影响；而2-17 号闪长岩样品磁化率为3 900×10-5，岩石中中长石含量62%、角闪石含量30%、磁铁矿含量8%，磁化率主要受铁磁性矿物磁铁矿影响；其他中性岩浆岩磁化率整体在100×10-5左右。

对于酸性岩浆岩，其中花岗岩成因复杂，磁化率起伏大，1-17 号二长花岗岩样品中斜长石含量44%、钾长石含量30%、石英含量22%、磁铁矿含量小于1%，磁化率为0；2-15号斜长花岗岩样品中斜长石含量60%、钾长石含量16%、石英含量20%、黑云母含量3%、磁铁矿含量小于1%，磁化率为214×10-5。

1-22 号含石英角闪黑云母正长岩样品中，斜长石含量15%、钾长石含量53%、黑云母含量18%、角闪石含量5%、石英含量5%、磁铁矿含量4%，磁化率高达5 912×10-5。流纹岩属中磁性岩石，其矿物成分主要为长英质矿物，磁化率偏低。3-6 号珍珠岩样品具斑状结构，基质微晶—隐晶质结构，珍珠构造，斑晶含量3%，为钾长石、石英，基质由微晶及霏细状长英矿物组成，具圆弧状珍珠结构，其磁化率为120×10-5。

3.2 沉积岩磁化率特征

对库鲁克塔格、柯坪、塔什库尔干地区前寒武地层所有沉积岩样品的磁化率、密度数据进行综合分析，可知：碎屑岩磁化率整体高于碳酸盐岩，碳酸盐岩整体磁化率偏低，其中白云岩磁化率最低。泥岩磁化率均值为25×10-5，整体高于砂岩均值20×10-5，而泥晶灰岩磁化率均值为8×10-5，整体高于白云岩均值4×10-5（图2）。

图2 沉积岩磁化率与密度关系Fig.2 Sedimentary rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

沉积岩整体属于弱磁性岩石，少见铁磁性物质。灰岩、泥岩、石英砂岩等以生物碎屑、泥质、黏土矿物、云母、石英为主的沉积岩，磁化率主要受云母、粘土矿物影响，数值较低。碎屑岩的母岩物质经长期风化、剥蚀和搬运，斜长石、石英等弱磁性颗粒得以保存，碎屑颗粒也可能包含了来自母岩的含铁矿物，如褐铁矿、赤铁矿等。若碎屑岩中含少量黑云母和绿泥石等强顺磁性矿物，受此影响，磁化率值也会偏高。因此，含黑云母长石石英砂岩、绢云母化长石砂岩及绿泥石化粉砂质泥岩，其磁化率明显高于其他沉积岩。

3.3 变质岩磁化率特征

在接触变质相中，热接触变质大理岩磁化率极低，而矽卡岩化大理岩磁化率最高，达11 000×10-5，其磁铁矿含量8%。在低级区域变质相中，二长浅粒岩磁化率仅为5×10-5，而绿泥石千枚岩磁化率高达5 715×10-5，其磁铁矿含量10%。在中级区域变质岩中，黑云母石英片岩磁化率仅为26×10-5，二云母斜长片岩磁化率为1 240×10-5。在角闪岩相区域变质相中，角闪黑云母二长片岩的磁化率为2 054×10-5（图3）。变质岩磁化率呈现多极分化特征，受幔源浸染的变质岩磁铁矿含量高，磁化率也普遍偏高。

图3 变质岩磁化率与密度关系Fig.3 Metamorphic rock’s correlogram of magnetic susceptibility and density

变质岩磁化率大小与其原岩成分有关，数值变化范围较大。以沉积岩为原岩的副变质岩（包括千枚岩、白云母片岩、石英片岩等）磁性通常较弱，而以岩浆岩为原岩的正变质岩磁化率通常较高。变质岩磁化率也受到岩石变质程度的影响，变质岩变质初期，磁化率主要受强顺磁性矿物含量影响，变质后期，磁化率主要由铁磁性矿物决定。绢云母、白云母、黑云母、角闪石是组成岩石的主要顺磁性矿物，中磁性变质岩中黑云母、角闪石的含量明显增加，强磁性或极强磁性的岩石中铁磁性矿物含量也会有所增加。受深部热液影响，磁化率具有沿深大断裂一线磁化率高，沿次级断裂一线磁化率低的特点。

4 前寒武地层岩石磁化率与主要矿物的关系

对前寒武地层岩石磁化率与主要矿物含量进行相关分析，对主要岩浆岩、变质岩、沉积岩均进行薄片鉴定，矿物含量来自薄片鉴定结果。磁铁矿对岩石磁化率影响最大，随着磁铁矿含量的增加，磁化率增大趋势明显，其次是绿泥石，黑云母、辉石对磁化率也有影响，而角闪石、长石的含量与磁化率的大小相关性不明显，呈现更复杂的关系（图4）。

图4 岩石磁化率与矿物含量关系Fig.4 Correlogram of rock’s magnetic susceptibility and mineral content

5 结论

针对塔里木盆地前寒武结晶基底的构造演化，系统测量了塔什库尔干变质岩、柯坪沉积岩、库鲁克塔格岩浆岩的密度与磁化率，对样品进行薄片鉴定，分析了岩样密度与磁化率的相关性，以及岩样中磁铁矿、绿泥石、辉石等含铁磁性物质的矿物含量与磁化率的相关性。

（1）塔里木盆地岩浆岩、变质岩的密度与磁化率具较好的线性关系，沉积岩密度与磁化率相关度较低。岩浆岩中基性岩浆岩的密度与磁化率相关度最好，变质岩的变质程度越高，数据集中性越好。

（2）磁化率与岩石中铁磁性矿物的含量有直接关系。基性、超基性岩石中橄榄石等蚀变后释放出磁铁矿，其磁化率会显著偏高。因花岗岩中的少量黑云母、角闪石含有铁磁性矿物，易导致其磁化率偏高。沉积型铁矿床（BIF）中，岩石的铁磁性组分含量增加，磁化率随之升高。

（3）变质岩的磁化率与原岩有关，原岩为沉积岩的副变质岩磁化率偏低，原岩为岩浆岩的正变质岩磁化率偏高。受地幔岩浆浸染的变质岩磁化率也会偏高。

（4）沉积岩的磁化率普遍偏低。

6 结束语

对塔里木盆地周缘露头区岩石密度、磁化率的系统测量，为盆地重磁资料分析工作的顺利开展，提供了先决条件，在对露头区岩石的取样过程中，也对前寒武结晶基底岩石种类、岩性、物性、空间组合关系等有了直观认识，加深了对井下复杂情况的理解与认识，可为今后开展相关基础地质研究打下良好的地质基础。