平衡剖面技术在构造分析中的应用及意义.docx

平衡剖面技术在构造分析中的应用及意义 谭静 张林光 庹秀松摘 要：平衡剖面技术是一种遵循几何守恒原则而建立的地质剖面正演与恢复方法。通过介绍了平衡剖面技术的原理和平衡剖面的制作方法，论述了平衡剖面技术在构造分析中的应用及取得的进展。结合计算机技术，实现完整的三维地质可视化、平衡和恢复系统，是平衡剖面技术的发展趋势。关键词：平衡剖面技术，物质守恒原理，构造分析，构造演化1 引言平衡剖面技术是一种通过分析区域构造背景，对解释剖面选用合适的变形机制，将剖面上的变形构造通过几何学、运动学原理全部或部分复原成合理的未变形状态的构造分析技术。Chamberlin，Buche最早将平衡剖面技术用于确定同心褶皱的拆离面深度。20世纪50-60年代，Dahlstrom系统提出平衡剖面技术，随着Suppe、Verrall等人对平衡剖面理论的不断完善，逐渐推广至伸展构造、挤压构造以及造山带等形成演化研究。特别是与计算机结合后，平衡剖面技术在地震资料解释也取得很好的应用效果。近年来，随着一些新的反转构造、伸展构造、滑脱构造等物理模型和数学模型的建立，平衡剖技术在反转构造、挤压区盐构造平衡和伸展断陷盆地亚分辨正断层的预测等方面取得重要进展。2 平衡剖面技术的基本原理平衡剖面技术的理论基础是物质守恒原理（Ramsay，1987）。即岩石在变形前后体积保持不变，且对于一条剖面而言，剖面的缩短与地层的加厚相一致。根据地壳变形规律、物体变形机理和物质守恒定律，平衡的剖面必须要满足以下几个限制条件：面积守恒、层长守恒、位移量守恒（张进铎，2007）。即如果变形前后物质的体积不变，则在垂直构造走向剖面上体现为“面积守恒”；如果变形前后岩层厚度保持不变，则表现为“层长守恒”。因此，平衡剖面可以理解遵循岩层层长或面积在几何学上的守恒原则，考虑岩石变形的物理属性和岩层的大规模、多期次构造变形，将已变形的剖面恢复到未变形状态，或从未变形地层剖面依据变形原理得到变形剖面的方法，成为研究构造演化的有效工具。3 平衡剖面技术的构造恢复方法平衡剖面技术主要有正演法、复原法和反演法三种方法。对于含油气盆地复杂的构造样式，平衡剖面提供了多种构造恢复方法：对于挤压褶皱可以选用线长去褶法、弯滑去褶法、复原法等；对于伸展作用产生的各种正断层构造，如多米诺牌式断块、铲式断层、地堑、半地堑等，可以选用斜向剪切法。断层平行流法特别适用于模拟褶皱相关断层、逆冲断层带、盐构造、构造反转等复杂的构造样式；三向剪切法可用于断层相关的三角剪切带的构造恢复。以下结合 2DMove 工具介绍平衡剖面技术的几种构造恢复方法：（1）线长去褶法该算法适用于平行褶皱的构造恢复。此时的构造形变主要发生在两地层界面之间，如挤压作用引起的挠曲变形。线长去褶皱可能带来地层厚度的变化。（2）弯滑去褶法该算法适用于同心褶皱、平行褶皱。即围绕钉线旋转褶皱的翼部，所有与钉线相交的点，在去褶皱过程中不受剪切或去褶皱作用，将带有厚度变化的褶皱构造，参照标准层沿厚度变化平分为若干平行层，在拐点处将各分层二分形成弯滑系统，将弯滑系统参照标准层与被动地层间的厚度关系，通过弯滑去褶将褶皱的翼部校为水平基准面或指定的基面，然后利用平行层剪切达到去褶皱的目的。（3）复原法该算法适用于区域倾斜构造恢复。即将指定构造形变校正到水平基准面或者任意指定深度基准面，利用垂向剪切和斜向剪切进行去褶，且变形前后的面积不变，而线长在变形前后不守恒，尤其是倾斜角度比较大的部位，线长损失量更大。（4）斜向剪切法该算法适用于模拟沿着断层发生穿透性的变形，如大型的拆离断层、犁式断层。通过设置不同的参数（如断距、剪切矢量），可以进行拆离断层的正演模拟和反演模拟。（5）断层平行流法该算法适用于模拟受平行斷层剪切控制的断层上盘的动力学特征，特别是模拟褶皱相关断层、逆冲断层带、盐构造、构造反转等复杂的构造样式，也适用于伸展环境的构造样式。即将构造变形后的构造，沿断层将断层面划分为若干小的段块，在各段块内的各层拐点处进行二分，构成平流线，将各段块沿断层去褶滑移，恢复到发生形变前的状态。（6）三向剪切法该算法适用于研究断层相关的三角剪切带。该方法可用于断层相关褶皱（如三角剪切带）的正演和反演。 此外，对于有伸展作用下，产生的简单多米诺骨牌式的刚性断块，可以直接使用简单的旋转、平移进行处理。4 平衡剖面制作方法剖面的平衡过程是一个复杂、冗长的过程，需要对剖面进行反复的调节和变换，平衡剖面制作步骤包括平衡剖面制作、资料收集、压实与去压实、钉线确定模型选择、剖面平衡和复原。（1）剖面选择尽量选择垂直于区域构造的走向，与构造运动的方向近于一致剖面。对于不具备与区域构造走向正交剖面的地区，选择与构造运动方向具有一定夹角的剖面，夹角不应超过30，剖面的一端未发生构造变形。但在定量分析构造变形时，须消除由于剖面斜交而引起的误差；（2）资料收集收集与分析研究区岩层与构造情况的地表露头、钻井资料，将地表所见地层界线及产状、断层位置及产状和井下所见地下情况准确投影并标记在剖面线上，确定滑脱面和断层面；（3）压实与去压实岩石在有限应变过程中体积发生减小，而且沿走向拉张也能产生垂直方向剖面面积的减少。为准确反映构造变形量，在剖面平衡时须对岩层进行压实或去压实校正。（4）钉线确定钉线须与层理面相垂直，应设置在具有最小层间剪切作用的地方，可分为区域钉线和局部钉线2种。在设置钉线时，尽量避开强褶皱或者有明显次级干扰因素的地段。（5）模型选择根据研究区的构造应力环境和剖面所反映的构造样式，选取相应的平衡模型。即使在同一构造环境情况下，由于岩层变形机制的差异亦须选取不同的平衡机制。（6）剖面平衡和复原剖面平衡为一个反复调整的过程，根据几何学法则对剖面进行检验，使其平衡，这样可以提高地震剖面的解释质量；固定区域钉线，将各岩层展平且移回到变形前的位置和水平状态上。5 平衡剖面技术的发展趋势在构造演化过程中，岩层通常在三维空间上发生变形，进行了多个方向的物质迁移。因此，由二维剖面平衡与复原走向三维平衡与复原是平衡剖面技术的必然发展趋势。为了直观反映构造的变形过程，实现一个完整的三维地质可视化、平衡和恢复系统，使之能方便地利用三维构造恢复和正演模型对地震资料、钻井资料和地表资料进行分析和验证，从三维空间上直观地显示整个构造的演化过程，获取各构造发展阶段的应变量和应变速率等定量信息，以深入分析盆地构造变形及演化历史，进而为圈闭发育及油气聚集研究提供依据。参考文献1Dahlstrom C D A. Balanced cross sections J. Canadian Journal of Earth Sciences，1969，6（4）：743 -757；2毛小平，吴冲龙，袁艳斌. 地质构造的物理平衡剖面法J.地球科学-中国地质大学学报，1998，23（2）：167-170；3梁慧社，张建珍，夏义平. 平衡剖面技术及其在油气勘探中的应用M.北京：地震出版社，2002；4张明山，陈发景. 平衡剖面技术应用的条件及实例分析 J. 石油地球物理勘探，1998，33（4）：532 -540.作者简介谭静（1991-），在读研究生，长江大学，石油构造分析卷宗2018年10期卷宗的其它文章电工电子教学策略机械识图课程教法优化的思考浅谈手指基础练习在钢琴弹奏中的重要性技能大赛下的综合布线教学改革的研究浅谈新形势下的事业单位档案管理工作的改革创新土建工程项目管理的策略探析 -全文完-