基底是盆地形成演化的物质基础，也与上覆盆地的形成及其含油气性有关，因此是盆地基础地质研究的重要组成部分.但另一方面，基底位于盆地主力沉积层序之下、埋深大、钻井揭示少、研究难度大.对于南海这样的海域(尤其是深水区)盆地尤为如此.前人主要从南海基底的分布、组成及地球物理结构等方面进行研究.刘以宣等(1994)^[1]依据南海围区地质及重磁资料研究认为南海变质基底基本轮廓是由中央向周缘自老变新的拼盘式褶皱基底.刘海龄(2004)^[2]在综合分析地质、地球物理、地球化学、古生物学等多方面资料的基础上对南海西北部控制新生代沉积盆地的基底做了研究.郝天珧(2009)^[3]利用磁异常小波处理及反演对磁性基底进行了研究，认为海盆南北两侧的磁性基底宏观特征存在一定差异，并不完全对称，从拉张模式来看，可能为纯剪与单剪模式的混合.此外，通过钻井揭示的火山岩及其与盆缘露头剖面的对比研究，在南海盆地(中)新生代火山岩特征^{[4, 5]}、成因^{[6, 7]}和构造背景^[8~10]等方面，也取得了很多成果.通过对区域地质研究及地球物理资料的各种处理及解释^[11~13]，证实了南海东北部前新生代盆地的存在，并且对中生界石油地质条件也做了很多研究工作^{[14, 15]}.陈洁(2010)对南海重磁异常做了大量的计算反演^{[16, 17]}.另有学者通过对南海区域的速度结构^{[18, 19]}、重磁场处理^{[20, 21]}对南海的地壳及基底结构做了研究.周蒂(2006)^[22]计算重力异常水平总梯度值并结合深反射资料，证实了南海北部中生代俯冲增生带的存在.还有学者对中生代古地理、构造演化及沉积盆地做了详细研究^[23~25].另外，陈洁等(2007)^{[26, 27]}对南海油气资源潜力做了研究，认为南海的油气勘探前景巨大，但也同时指出我国海上勘探开发技术，尤其是深海领域仍然比较落后，制约了我国海洋石油的发展.

基底作为盆地演化的基础，对油气勘探十分重要.但是南海盆地基底埋深大，上覆巨厚新生代地层^[28]，钻遇基底井少，而且在大面积的深水区(水深大于300m，图 1)没有钻井，获取资料难度大，地震资料在基底以下信噪比低，这些实际状况是导致南海基底研究难度大的客观因素.另一方面，现有(尤其是新获取的)重磁震资料尚没有充分用于基底研究.笔者基于南海地区基底海-陆连片的地质条件，充分利用新的重磁震和钻井资料，以南海北部盆地陆缘区野外剖面研究和岩样密度与磁化率测量为基础，约束地震剖面和重磁解释，研究南海北部盆地基底岩性的地震-重磁响应特征，进而实现了全区的基底岩性平面成图.这些方法和研究流程在南海盆地基底研究中显示出综合性和实用性的优势，相信对其他类似盆地研究也会有借鉴意义.

图 1

Fig. 1

图 1 南海北部钻井、地震剖面及陆区采样点位置分布图.AA'和BB'分别是图 3和图 4地震测线所在位置 Fig. 1 Location map showing interpreted seismicprofiles and wells in the northern South China Sea and rocks sampling along Southeast coast of China. AA' and BB' lines are seismic profiles respectively displayed in Fig. 3 and Fig. 4

虽然南海北部钻遇基底的钻井少、采样难度大、岩石类型揭示不全，但从已有资料分析及其与盆缘的对比，仍可说明南海北部盆地基底是华南大陆基底向海的延伸部分，它们具有相同的基底组成和构造演化特点^{[1, 2]}.笔者在福建、广东和海南精选出18条野外地质剖面进行测量，对采集的245 件南海盆地基底可能出现的岩性标本进行室内密度及磁化率的测量，并通过岩石薄片鉴定后筛选出234 块岩石样品，按密度-磁化率关系对所有岩石进行了分区，结果见图 2和表 1.

图 2

Fig. 2

图 2 东南沿海岩石密度-磁化率交会图 Fig. 2 Density-magnetic susceptibility crossplot of the rock samples along southeast coast of China

表 1(Table 1)

表 1 岩石密度-磁化率分级表 Table 1 Classification of rock density-magnetic susceptibility

表 1 岩石密度-磁化率分级表 Table 1 Classification of rock density-magnetic susceptibility

四大类岩性的密度及磁化率分布特征:

①火山岩类:玄武岩具有中-强的磁化率((125~70000)×10^-6SI)，但密度变化范围较大.这主要取决于玄武岩的气孔发育程度，当气孔发育时其密度较小.安山岩也具有中-强磁化率((500~1500)×10^-6SI)，具有较高的密度.流纹岩磁化率变化较大((50~5200)×10^-6SI)，既有中强磁性的，也有无磁性的.而密度普遍偏高.但总体上还是玄武岩磁化率明显高于流纹岩.这与文献^[3]报道的流纹岩磁化率低的结论在总体趋势上相似.然而，研究样品中含有一定量磁铁矿的流纹岩都显示较高的磁化率((3200~5200)×10^-6SI).凝灰岩类，不管是玄武质、流纹质、还是安山质，都具有较强的磁化率，但是密度普遍小.

②侵入岩类:花岗岩磁化率变化很大((10~100000)×10^-6SI)，从无磁性到强磁性均有分布.二长花岗岩、石英花岗岩、石英正长岩为无磁性，且密度变化范围小.闪长岩具有中-高密度和极高的磁性.中基性的岩脉、黑云母花岗岩具有很高的磁化率，且都具有较大的密度.花岗质伟晶岩脉具有中密度逆磁性.

③沉积岩类:磁性普遍低((-15~520)×10^-6SI)，基本上是无磁性或弱磁性的.岩屑长石砂岩是沉积岩中磁性最强的，也仅为弱磁性.泥岩、粉砂岩和砾岩为无磁性.微晶灰岩具有中密度逆磁性.

④变质岩类:磁化率变化大((-15~20000)×10^-6SI)，岩石磁性与原岩类型及变质程度有关^[29]，通常副变质岩(原岩为沉积岩)磁性与沉积岩相似，比较弱；而正变质岩(原岩为火成岩)则磁化率变化较大.黑云母片麻岩、黑云角闪片岩因其含有黑云母和角闪石而具有强磁性.千枚岩、白云母片岩和白云母片麻岩均具有较低的磁化率，因其原岩为低磁性的沉积岩、中酸性火山岩碎屑岩或中酸性侵入岩^[12].变质岩密度普遍较大，这是变质作用过程中压力作用的结果.石英岩具有逆磁性.但也有部分含有大量石英的片岩、片麻岩，因其含有铁镁质矿物，而具有中强磁性.

南海北部火山岩从中生界到新生界均有钻遇，中生界火山岩主要以酸性为主，新生界主要以基性玄武岩为主，也有少量中性及酸性火山岩.侵入岩钻遇最多的是侏罗纪-白垩纪酸性岩，以晚白垩世花岗岩为主.沉积岩类在琼东南盆地钻遇了古生界的灰岩，珠江口盆地东部钻遇了中生界的泥岩、砂岩、砂砾岩.钻遇的变质岩主要以古生代和中生代的片麻岩、变质砂砾岩及石英岩为主.

根据对东南沿海大陆野外岩石磁化率及密度测定的结果，认为南海北部磁异常主要是具有强剩磁的侵入岩和火山岩及切入到岩体中的基性岩脉引起，并且磁性从酸性-中基性-基性具有逐渐增加的趋势.南海北部基底岩性和新生代火山岩具有很明显的磁异常规律.密度也有相同趋势，但不如磁性明显.密度重叠区域较大，区分度较低.熔岩因气孔发育程度不同而使密度变化较大，而侵入岩密度则较为稳定.

在解释地震剖面时，地震相单元给出反射特征，熔岩类的基性-中性-酸性火山岩地震反射特征都非常相似，但是基性-中性-酸性火山岩的磁性却具有较大差异，因此依靠磁力异常可以大致区分岩性.南海北部盆地基底的侵入岩大多数是晚燕山期，并且部分具有很强的磁性.根据钻井和化极磁力异常对比，发现在侵入岩区磁异常普遍高、跳跃性大、幅值变化也大，花岗岩和闪长岩都呈现这样的特点.

对不同岩石类型的地震-重磁特征分析，合理利用地质-地球物理资料可提高岩性解释的精度.通过研究，总结出了南海北部盆地基底4大类11个亚类岩性的地震-重磁响应特征(见表 2).

表 2(Table 2)

表 2 南海北部基底岩性地震-重磁响应特征 Table 2 Seismic-potential field response characteristics of basement lithology in the northern South China

表 2 南海北部基底岩性地震-重磁响应特征 Table 2 Seismic-potential field response characteristics of basement lithology in the northern South China

(1) AA′剖面

AA′剖面位于珠江口盆地中部，全长194km，由西北向东南经过北部隆起、西江凹陷、恩平凹陷、番禺低隆起.根据地震反射特征，识别出三个主要反射界面，即Tg、Tm、Tp，见图 3.通过区域地质研究，认为Tg反射界面是前新生代的顶面，Tm 是中生界底面，Tp为古生界底面.

图 3

Fig. 3

图 3 珠江口盆地AA'剖面地质-地球物理解释(位置见图 1) Fig. 3 Geological-geophysical interpretation of AA' profile in Pearl River Mouth Basin (Location in Fig. 1)

Tg-Tm 构造层内部主要为亚平行、杂乱状反射，中强振幅-弱振幅，高频-中低频，连续性中等，顶部局部见褶皱，推测该层为中生代沉积岩.Tm-Tp构造层内部反射结构为亚平行、杂乱反射，中强振幅-弱振幅，低频，连续性差，重磁表现为局部低值，根据珠江口西部钻井钻遇早古生代的变质石英砂岩(YJ35-1-1、YJ36-1-1)和早古生代变质粉砂岩(KP1-1-1)^[30]，推测该层主要为古生界变质砂砾岩.而Tp以下推测为前寒武纪低磁性片麻岩，可能是白云母片麻岩.

在0~80km 处，基底以下地震反射外部形态为丘状，内部反射结构为杂乱状、板状，不连续，中强振幅.重磁异常表现为重力异常高，磁力异常高，ΔT值在0~200nT之间.根据ZJK2-1 和ZJK2-3 井钻遇晚白垩世黑云母花岗岩，推测Tg以下的隆起主要为黑云母花岗岩.在40~50km 处，在推测的花岗岩体上部的楔状反射体，内部倾斜层状反射特征为局部连续，呈断线状，强-中振幅；并且化极磁力异常呈现局部高值，重力局部高值，与玄武岩地震-重磁响应特征非常吻合，且ZJK2-1 井钻遇玄武岩，因此综合解释为玄武岩.值得注意的是，磁异常高点偏向玄武岩的右侧，说明更强的磁性体存在于玄武岩右侧的花岗岩中，很可能是与玄武岩浆活动有关的一系列基性岩脉.

在110~194km 处，番禺低隆起基底以下地震反射外部形态为丘状，内部反射结构为杂乱状、板状，不连续，中强振幅.重磁异常表现为重力和磁力异常高，ΔT值在0~300nT 之间，推测为黑云母花岗岩.在此花岗岩体上部有一楔状地震反射体，内部倾斜层状反射，局部连续，强-中振幅；并且化极磁力异常有个明显高值，达300nT，因此推测为玄武岩体.同样，在与磁异常高值对应的下伏花岗岩内，也可能存在基性岩脉.

(2) BB′剖面(图 4)

图 4

Fig. 4

图 4 琼东南盆地BB'剖面地质-地球物理解释(位置见图 1) Fig. 4 Geological-geophysical interpretation of BB' profile in Southeast Hainan Basin (Location in Fig. 1)

BB′剖面位于琼东南盆地中部，全长253km，由西北向东南经过松西凹陷、松涛凸起、松南凹陷、松南低凸起、北礁凹陷、北礁凸起、永乐凹陷、南部隆起.根据钻井揭示(QDN1-1，QDN1-3)，琼东南盆地缺失中生界地层，而根据西永1 井(位置见图 1)钻穿新生界地层后钻遇了元古界的片麻岩^[31]，推测在盆地南部则部分缺失中生界地层和古生界地层.

在0~20km 处，松西凹陷北侧，基底深度最小，双程走时深度在0.25~0.75s之间.在基底Tg构造层以下约有0.3s厚的弱反射层，连续性好，振幅弱-中，低频.重磁特征表现为低磁异常，ΔT值在-290~ -190nT 之间，重力异常低，变化平缓.该套反射层在琼东南盆地北部至海南岛之间大面积分布，根据琼东南盆地QDN1-1，QDN1-3 井和海南岛三亚等地大量发育有古生代碳酸盐岩和变质砂砾岩，推测这套0.3s厚的弱反射层为古生代碳酸盐岩和变质砂砾岩组合.在这套弱反射层下部至Tp构造层之间约有1s厚的强反射层，局部可见亚平行反射结构，中强振幅，高频，连续性差，推测为古生代的变质岩，可能为变质砂砾岩.Tp构造层以下为杂乱反射，推测可能为元古代片麻岩.

在20~70km 处，松西凹陷、松涛凸起之间，基底以下地震反射外部形态为丘状，内部反射结构为杂乱状、板状，不连续，中强振幅.重磁异常表现为重力异常高，磁力异常高，ΔT值在-100~30nT 之间.根据QDN1-2井钻遇情况，Tg构造层以下的隆起主要为花岗岩.在海南印支期花岗岩体(尖峰岭岩体)中发育大量的白垩纪基性岩脉，并有磁高异常，因此推测在断裂附近有基性岩脉发育.

在70~155km 处，松南凹陷、松南低凸起和北礁凹陷之间，基底双程走时深度大于4.5s.Tg构造层以下为中强反射层，内部反射结构为乱岗状、杂乱状，连续性差.重力异常随基底埋深和海水的增大而降低，变化平缓；磁力异常低，ΔT值在-150~0nT之间，变化平缓.根据上述特征，推测基底岩性主要为古生代的变质砂砾岩.

在155~230km 处，北礁凸起、永乐凹陷一直到南部隆起北部，新生界沉积层之下，地震反射的外部形态表现为宝塔状、尖峰状、锥状，内部为斜层或板状反射，中强振幅，其底面难以确定.在200~230km处为海底山.与凸起对应位置表现为重力高异常；磁力异常高低变化较大，ΔT值在-130~150nT 之间.推测其岩性为玄武岩.海山对应的位置磁力异常为局部极小负值，根据金钟(2003)研究南海中部海盆分布的众多海山的磁异常特征，认为南海海山是由于多期火山作用所形成的，为非均匀磁性体^[32]，因此会出现海山对应于异常负值.但在海山左侧且有异常高值，推测其下有基性岩脉侵入.

在230~253km 处，在南部隆起(西沙隆起)的南部，基底Tg构造层以下为亚平行、乱岗状、杂乱状反射，连续性差-中等，中强振幅.重、磁异常均有降低的趋势.根据西沙隆起西永1井钻井揭示情况，推测该套地层以元古代的片麻岩为主，且后期沿断裂有基性岩脉侵入.

通过南海北部陆区岩石样品密度和磁化率测量分析而建立了密度与磁化率的7 个分区.把重磁与地震结合起来，在过井剖面上可识别出4大类11个亚类的盆地基底岩性.各种基底岩性的地震-重磁响应识别特征，规律如下:

(1) 火山岩类:可识别出4 亚类(流纹岩、安山岩、玄武岩和凝灰岩).熔岩类在地震反射特征上十分相似，单从地震特征难以区分，但是由于磁化率的区分，可以识别出火山岩的三类熔岩，即玄武岩、安山岩、流纹岩.凝灰岩类密度低，常呈现局部重力异常底，磁性比熔岩类低，比沉积岩高.

(2) 侵入岩类:可分为2 个亚类.地震反射特征难以区别其岩性.常呈现局部重力高值，结合磁性区别，黑云母花岗岩和闪长岩高磁性为一类.石英正长岩、二长花岗岩和石英花岗岩低磁性为一类.

(3) 变质岩类:分为3亚类，即板岩和千枚岩，片岩和片麻岩，石英岩.前两类地震上难以区分，主要是根据分布的层位及磁性特征识别.第一类无磁性或弱磁性，第二类具有较强磁性.第三类在地震特征与前两类具有明显区别，而且磁性低.

(4) 沉积岩类:分为2亚类，即碳酸盐岩为一类，砾岩、砂岩、粉砂岩及泥岩为一类.这两类地震反射特征具有明显识别标志，再辅助以弱磁性特征，区别于其他岩类.

通过地震剖面解释，我们还取得了对南海北部盆地基底的几点认识:向中央海盆方向玄武岩海山发育.剖面AA′显示，珠江口盆地基底具有三层结构，即中生界、古生界、前寒武系.剖面BB′显示，琼东南盆地基底中生界地层仅有零星分布，大部分缺失；而在盆地南部古生界也缺失，导致基底结构更为复杂.因此认为琼东南盆地基底结构与珠江口盆地基底结构具有明显不同的演化历史，相关问题还有待进一步研究.