平衡剖面技术在龙门山中段构造解释中的应用_李素华.pdf

第41卷第4期 2013年8月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.4 Aug. 2013 COALGEOLC阳Y s位ucturalstyles; seismic interpretation; balanced section technique; stage of tectonic deation 在龙门山推覆冲断带东缘盆地中已发现多个具 有一定规模的气田，但多年来在推覆带上还未有突 破。由于龙门山推覆冲断带地表条件十分恶劣，地 震勘探成像精度不高，难以查清推覆冲断带下复杂 的构造形态，造成多种不同的解释结果，阻碍了该 区油气资源的勘探进程［I］。 近年来，平衡剖面技术作为一种新方法和辅助 工具在地震资料解释中得到了应用［川］。通过实例， 应用平衡剖面技术，对龙门山中段具典型构造特征 的地质、地震综合解释剖面进行平衡恢复，取得了 好的效果。目前，平衡剖面技术已成为解决该区复 杂构造地质问题的有效方法。 1 平衡剖面技术原理 平衡剖面于20世纪60年代被Bally用于加拿 收稿日期2012-05-15 大落基山脉的油气勘探地质解释研究而产生［4] 1969年平衡剖面技术才被Dahlstrom正式提出和引 用，从而诞生了研究前陆榴皱冲断带的方法［5］。 Elliott认为，平衡的剖面是合理的，但不一定是真 实的剖面，而不平衡的剖面却一定是错误的［句。这 一认识表明，平衡剖面只具备正确解释的必要条件， 即正确解释的剖面一定是平衡的；而不具备充分条 件，即平衡的剖面并不一定是正确的。 1.1 几何守恒原则 平衡剖面技术从几何学角度恢复剖面，遵守以 下原则［7-9Ja.面积（体积）不变原则；b.岩层厚度 不变原则；c.岩层长度不变原则；d.地层沿一断层 的位移量一致原则；e.伸缩量一致原则。但是，对 于不同的构造环境，上述各种几何法则均有一定的 作者简介李素华（1980一），女，河北衡水人，硕士，工程师，从事地震资料解释及储层预测等研究工作 ChaoXing 第4期李素华等平衡剖面技术在龙门山中段构造解释中的应用 71 应用前提条件。面积守恒的前提是变形主要发生在 沿构造运动的方向上，而在构造走向上岩层没有发 生变形。体积守恒的前提是变形过程中体积没有变 化，发生变化的仅是构造形态。当不同岩层间变形 过程是平行榴皱或顺层剪切的情况下，岩层厚度不 变。当岩层处于脆性状态时，恢复后岩层长度必定 不变。如果岩层间存在断层传播榴皱、滑脱榴皱、 断层分叉、同生断层时，各岩层的断层位移量就会 出现不一致情况。岩层经过断裂、榴皱，其伸缩量 应基本一致。 1.2 注意事项 a.单独从几何学角度考虑平衡剖面的恢复，对 张性构造比较合适，但对于挤压性构造难免出现误 差（10］。如，处于水平沉积状态的一地质块体（图la 经构造应力挤压、挠曲变形后（图lb），按几何学上 的面积不变、层长一致的原则，恢复后得到的下伏 地层仍然存在弯曲变形趋势（图le），而没有恢复到 原始水平状态的块体（图la）。由图la和图le对比， 可以看出几何学上的平衡恢复存在缺点，而物理学 平衡恢复就不会出现这种情况。物理平衡剖面法是 依据物体变形机理和物质守恒原理，以法线不变原 则及变形匹配原则为基础，更多地考虑岩石变形的 物理属性。但此方法目前在本区未推广应用。因此， 运用几何学平衡剖面技术，对构造断裂系统复杂的 挤压剖面进行恢复时，必须进行人工干涉，难免造 成平衡恢复的多解性。 .............................................. 圄E a b c 图1几何学原则恢复的平衡剖面 Fig. 1 Cross section restored from geometric principle a一地质块体未变形时的形态；廿－经挤压和挠曲变形后的形态； 「经平衡恢复后的块体形态 b.对实际地震剖面进行平衡恢复时，首先需要 对整个区域的地质构造演化特征、地层接触关系、 断层组合、剥蚀量等有较深入的认识，然后才能对 不同构造用不同的平衡恢复方法进行操作。如构造 简单、断裂系统单一，可采用剥层法，即先将最上 部地层所有断距恢复为零，按层拉平法重建该地层 沉积时的水平状态，然后剥去最上部地层依次重复 操作下面的地层；如构造、断裂均复杂，将可能为 同一期次构造变形的地层所有断距一次恢复；如存 在滑脱面，将滑脱面上下不同的构造分别恢复。 c.对于区域剥蚀来说，其剥蚀量较为均匀，可 以采用厚度趋势法进行合理估计；但对于发生过多 期构造变形，且变形强度差异较大的不均匀剥蚀区 来说，其剥蚀量呈元规律变化，因此，难于复原其 剥蚀量。 1.3 不平衡情况的处理 有两种情况导致剖面无法平衡一是解释方案 有问题；二是剖面本身就不平衡。如解释方案有问 题，直接修改解释方案即可，反复修改使其达到平 衡为止；如剖面本身就不平衡，就要考虑可能引起 剖面不平衡的地质因素，其中包括［11］剖面线切过 走滑断层；区域内存在地层塑性流动；剖面中地层 有不整合存在；剖面上存在层间滑动；剖面中切割 生长断层；沉积上的超补偿或欠补偿。对于不平衡 的地质情况，在恢复时要根据具体情况具体对待， 且勿将其错判为解释方案有问题，否则会导致错误 的地质推理。如剖面线切过走滑构造，在三维空间 无法恢复；如地层内存在塑性流动，可将塑性体分 解，按面积守恒原则进行恢复；如地层中存在不整 合面，在对研究区地质构造特征深入了解的情况下， 假定是正反转构造造成的；如存在层间滑动，可采 用滑脱面分层法进行恢复；如切割生长断层，可在 恢复时先将其补齐；如存在超补偿和欠补偿，造成 同一岩层地层厚度不一致，这是断陷盆地中常见的 现象，但不影响研究其构造演化过程。 2 实例分析 2.1 构造样式建立 以龙门山中段延伸最长且地震资料品质较好的 L线为例，由原始地震剖面可知，江油一都江堪断 裂以西龙门山推覆冲断带下的地震反射同相轴杂 乱、断续，反射特征明显不如江油一都江堪断裂以 东的四川盆地内部反射特征清晰，因此，根据龙门 山推覆冲断带地表地质、钻井及地震反射特征建立 构造样式（图2）。由图2可知，北）II一映秀断裂、江 油一都江埋断裂和秀水一薄阳隐伏断裂等3条逆冲 断裂将龙门山推覆冲断带划分为后山带、前山带及 前峰带。北川一映秀断裂以西为后山带，主要由一 些逆冲推覆的构造岩片组成线形紧密倒转的背向 斜；北JII一映秀断裂和江油一都江堪断裂间前山带 扇形叠瓦状推覆冲断特征清楚，断层相关的倒转榴 ChaoXing 72 煤田地质与勘探第41卷 ’ 龙门山推覆冲断带二｜之四川盆地 后山变质岩系才←一前山盖层棚一＋ι一一前峰带一一→｜←一一一－JI西拗陷一一一→ 基底卷入披覆冲断带叠瓦状推覆冲断带I I NW illN圣王草草El1iM蓝墓董事目宝玉3重重重壁画SE 图2龙门山中段L线构造样式 Fig. 2 Structural style along line Lin middle Longmen mountains 皱轴多为断层取代，向斜相对较完整；前峰带隐伏 于舒缓东倾的Jl底不整合面之下，T3及其以下层 序发育由北西向南东的台阶式冲断。秀水一薄阳隐 伏逆冲断裂、江油一都江堪逆冲断裂及Jl底反冲断 层3条断裂在川西哟陷西缘形成“逆冲三角带”构 造。三角带内由于受到强烈的叠瓦冲断作用，保存 条件受到影响，而秀水一薄阳隐伏断裂下伏地层属 “原地”构造体系，保存条件相对较好。P2底与Z底 滑脱层形成模状逆冲双重构造。经地表地质、地震、 钻井等资料证实S、D和C只出现在龙门山推覆冲 断带内，在川西拗陷内缺失。 2.2 构造平衡恢复 应用平衡剖面复原法将现今构造剖面，依据地 表地质资料及区域构造变形期次，恢复到未变形的 状态。在恢复的过程中对剖面的合理性进行检验， a b 依据几何守恒原则进行反复修改，使其平衡，将最 终的修改结果反馈到原始解释剖面上，确立最终的 解释方案。 图3a为恢复的印支晚期变形前的构造平衡剖 面，剖面的一端位于未变形的川西塌陷内（具体恢复 过程见图4）。首先，按滑脱面上下不同构造分别恢 复的原则，将Jl底部顶板滑脱断层上部的J地层向 川西塌陷内滑动（图4b）；再将P2底与Z底滑脱层间 的模状逆冲双重构造恢复（图4c）。北川一映秀断裂、 江油→都江堪断裂和秀水一薄阳隐伏断裂3条断裂 均从印支晚期开始逆冲推覆，只是推覆程度不同而 已，因此按同一期次构造变形的地层所有断距一次 恢复原则进行恢复。在北川一映秀断裂和江油一者F 江堪断裂间发育与断层相关的倒转榴皱，在逆冲推 覆过程中地层被剥蚀，其厚度按未受剥蚀影响的“逆 图3L线印支晚期变形前的构造平衡剖面（a）及现今构造b Fig. 3 Cross section before late Indochina deation a and present structure b along line L ChaoXing 第4期李素华等平衡剖面技术在龙门山中段构造解释中的应用 73 a）、‘ b c d 图4L线构造平衡剖面恢复过程 Fig. 4 The restore process of tectonic balanced section of line L a一现今构造；b-将JI底部顶板滑脱断层上部的J地层向川西塌陷 内滑动；c一再将P2底与Z底滑脱层间的模状逆冲双重构造恢复； d－才tJII一映秀断裂以西地层和l蚀量较大，来复原该处地层厚度 冲三角带”处的厚度趋势进行合理估计；而北川一映 秀断裂以西地层剥蚀量较大，未复原该处地层厚度 （图4d）。由平衡恢复的结果可知构造解释方案可行， 并且证实了川西塌陷内钻井层位标定缺失S、D和 C，是早期秀水一薄阳正断层控制了川西地区古生 界的沉积，龙门山地区地层发育较全，而同期川西 及川中隆升暴露遭受剥蚀。印支晚期龙门山开始遭 受北西一南东方向的挤压、抬升和剥蚀，形成逆冲 推覆冲断构造；燕山一喜马拉雅期继续逆冲推覆和 挤压，特别是喜马拉雅期运动，这与印度板块向亚 洲板块的挤压是相关联的，至今仍在影响着研究区 的构造活动（大地震），形成现今复杂的构造带。将 构造剖面（图3b）设定3个控制点A、B、C，经平衡 恢复后（图3a）很容易得到每个控制点间相应延伸的 距离，其中A控制点在印支晚期变形前至现今相应 的缩短量为26.6km，缩短率为38.8。 3结论 平衡剖面技术是地质构造研究与油气勘探工作 的一项重要方法，将其应用在构造复杂剧烈变形的 龙门山推覆冲断带可正确指导构造解释方案的建 立，并可定性、定量分析构造变形期次和变形程度； 经平衡恢复证实，龙门山推覆冲断带与川西拗陷对接 的逆冲三角带下伏的“原地体系统”，是很好的油气聚 集区，可作为川西地区下一步油气勘探的新区域。 参考文献 [l］肖富森，李政文，张华军，等．门山构造带北段地震、地质综 合解释［几天然气工业，2005,255 37-39. [2］张向鹏，杨晓薇．平衡剖面技术的研究现状及进展［几煤田地 质与勘探，2007,352 78-80. [3］周竹生，马翠莲，胡文武，等．平衡剖丽技术在地震资料解释 中的应用［几煤田地质与勘探，2008,363 67-70. [4] BALLY AW, GORDY PL, STEWART GA. Structure, seismic 由uand Orogenic evolution of southern Canadian Rocky Moun- tains[J]. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 1966, 144 337-381. [5] DAHLSTROM C D A. Balanced cross-sections[J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 1969, 67 743-757. [6] ELLIOTT D. The construction of balanced cross-section[J]. JournalofStructuraGeology, 1983, 52 101-109. [7］刘光炎，蒋录全平衡剖面技术与地震资料解释［巧．石油地球 物理勘探，1995,306 833-844. [8］张明山，陈发景．平衡剖面技术应用的条件及实例分析［巧． 石汹地球物理勘探，1998,33 4 532-540. [9］汤济广，梅廉夫，沈传波，等．平衡剖面技术在瓮地构造分析 中的应用进展及存在的问题问．油气地质与采收率，2006, 136 19-22. [10］毛小平，吴冲龙，袁艳斌．地质构造的物理平衡剖面法［巧．地 球科学（中国地质大学学报），1998, 232 167-170. [11］夏义平，徐礼贵，如j万辉，等．地震解释及综合研究中几个问 题的探讨［习．石油地球物理勘探，2005,40（增刊）1-5. ChaoXing