Geosec平衡剖面培训手册

第一章平衡剖面基本原理与方法
一、平衡剖面的原理与研究意义
平衡剖面技术是根据物质守恒定律推出的，自然界的任何事物都是力求达到平衡的稳定状态。

旧的平衡态的破坏与新的平衡态的建立是相辅相成的。

就全球构造而言，一个地区的拉张必然伴随着另一个地区的压缩，否则就无法保持地球表面积的恒定。

对于一条剖面而言，剖面的缩短与地层的加厚是一致的，否则就不能保持剖面面积的守恒，平衡剖面正是根据这一原理提出了一系列几何学法则并以此制约在剖面解释中的随意性。

平衡剖面的概念：首先剖面应该是可以被接受的剖面，即剖面上的构造应是在露头上观察到的或者证实是确实存在的；其次它必须是合理的剖面，即能够将剖面合理地恢复到未变形的状态，这种既合理又可以被接受的剖面就叫做平衡剖面。

在实际应注意区分不同的概念，防止将平衡剖面的概念简单化。

⑴平衡剖面并不等于复原剖面。

首先，一条好的剖面应当是一个地区构造特征的浓缩；其次，平衡剖面应当是合理的，这就是要对剖面中缺乏资料的地区进行合理的推测，从平衡剖面的几何学法则对解释和推断进行限制，减少随意性。

任何一条剖面无论其合理与否，都可以进行复原，一条剖面可以有多种不同的解释，也就有多种复原方案，如果简单地把复原剖面当作平衡的剖面，就会得出错误的结论。

⑵应注意区分不平衡的剖面与不能平衡的剖面，这是两个不同的概念，不平衡的剖面是指在解释中存在着不合理的因素，经过检验修改后可以获得平衡的剖面。

而不能平衡的剖面是指所选剖面中由于本身的地质因素，如剖面线选择与构造方向交角太大，或剖面线穿过走滑构造带等，这些因素决定了剖面本身并不符合平衡剖面的前提，如果用平衡的原理进行修改，反而会误入歧途。

二、平衡剖面方法目前主要应用于以下几个方面：
⑴进行剖面的合理性检验
用平衡剖面进行剖面的合理性检验是平衡剖面应用的最主要的一个方面。

平衡的剖面是合理的，但不一定是真实的剖面，但不平衡的剖面却一定是错误的。

平衡剖面可能只是一种模式，且可能有多种解释，但与不平衡的剖面相比，它满足了大量的合理性限制，因此，可能更接近正确，它必须与其它方法结合使用才能收到良好的效果。

⑵构造变形定量分析
在对剖面进行平衡检验和合理复原之后，即可计算构造变形量，其计算公式为：
变形量=复原剖面长度-现今剖面长度
变形量的计算可以为古构造复原或古盆地范围的恢复提供定量数据，为正确进行油气资源评价提供依据。

尤其是在前陆褶皱-冲断带中，强烈的挤压作用常常造成地层的大量重叠和岩相带的缺失，因此，我们必须通过构造的复原来恢复初始相带的关系，并确定有利相带的现在位置，为油气勘探提供依据。

⑶模式化解释
在对剖面进行解释时经常遇到一些非常复杂的情况，而令我们无从下手。

根据平衡剖面的原理，运用正演模拟的方法，可以提供一系列构造变形的模型，这些模型的产生是严格受平衡剖面的几何学法则限制的，因此，所获得的剖面都是平衡的。

正演形成的模型可以为实际剖面解释提供参考，同时，正演模拟也可以生动地塑造构造发育的过程，为研究油气形成和演化的历史提供参考。

根据平衡剖面原理编制的计算机软件为该项技术在油气勘探中的应用推广开辟了道路，为地震解释的定量化研究奠定了基础。

三、平衡剖面的几何学法则
⑴面积守恒
面积守恒是指剖面由于缩短所减少的面积应当等于地层重叠所增加的面积，变形前后只是剖面的形态发生了变化，剖面的总面积没有改变。

面积守恒定理是由体积守恒定理推断的，其前提条件是变形主要发生在沿构造运动的方向上。

根据这一原理可以计算剖面的缩短量或滑脱面深度，其前提是先推算出两者之一。

在滑脱面为已知的情况下，可以根据滑脱面的深度和剩余面积来计算构造变形量。

缩短量=剩余剖面/原始地层厚度（到滑脱面的深度）
⑵层长一致
层长守恒定理是在面积守恒的基础上简化而来的，其前提条件是在变形过程中地层的厚度未发生明显的变化，地层只是发生了断裂、褶皱，而没有发生透入性变形。

层长守恒定理在剖面平衡中应用较多，在使用前应首先研究其使用条件，可以通过测量岩层中砾石、鲕粒的应变来确定地层是否发生过透入性变形。

对大部分前陆地带而言，该条件是适用的。

但在实际应用中，要保持剖面中各层的长度都一致是不可能的，因为地层中有软硬层之分，一般软弱地层在变形中容易发生塑性变形，层厚也不能保持恒定。

因此在具体工作中，常选用关键层作为平衡依据。

关键层就是在变形过程中相对强硬的岩层，其厚度和长度基本保持恒定。

⑶位移一致
位移一致性的原则是进行断块间平衡的最有用工具。

岩石发生断裂后沿断裂面发生位移，原则上沿同一条断层各对应层的断距应当一致，但实际上断距不一致的情况却很常见，应当作出合理的解释。

断距不一致的情况可以用多种方法来解释，如断层向上发生分叉，这样各分支断层的断距之和应当等于主断层的断距；断层的位移也可以由向上的褶皱所代替或发生透入性变形。

因此，如果发现断层断距不等，应根据实际情况作出相应的解释。

同生断层本身断距不守恒，不能用断距一致的原则进行检验。

⑷缩短量一致的原则
是指造山带中各剖面间应当具有大致相同的缩短量。

由于边界条件的差异，构造样式会沿走向发生变化，同时，断层向两侧也不会一直延伸，常会变小或消失。

但为了保持造山带缩短量的一致，一个断层的消失往往会随着另一个断层的出现，或者是褶皱的出现。

该方法有利于进行剖面间的相互验正。

四、平衡剖面技术适用的构造范围
平衡剖面技术适用的构造范围包括：张性构造区；压性构造区；山前褶皱带；逆冲褶皱带；高陡构造区；盐类褶皱带；隐伏褶皱带；滑脱褶皱带等。

第二章GEOSEC软件的工作原理及其功能
一、概述
了解一个地区的构造发育过程，对油气勘探有重要意义。

“平衡剖面”狭义上指构造发育剖面。

平衡剖面技术就是依据在垂直构造走向的剖面上，地层长度和面积（2D）或体积（3D）是均衡的，不均衡的剖面一般不真实。

在此原理基础上利用数学手段对盆地构造发育史进行正演和反演模拟，再现地下构造的原始几何形态，深刻认识构造发育过程，为分析油气运移及聚集规律提供依据，把解释通过图形准确、直观地反映出来，是计算机技术和地震解释的较完美结合。

下面主要介绍GESOSEC软件包是如何实现平衡剖面的制作和完成。

二、GEOSEC软件包简介
GESOSEC是GEOLOGICAL SECTION（地质剖面的简写），它是在UNIX操作环境下运行的一个大型地质软件，具备强大的地质制图功能，平衡剖面的制作只是其功能中的一项。

平衡剖面技术主要是对一个地质（深度）或地震（时间）剖面进行解释、采集数据、建立地质模型和消除断距，反演构造发育史。

三、GEOSEC工作原理：
GEOSEC软件主要是根据提供的地质数据先建立地质模型，然后对地质模型的断层构造进行平衡，其基本原理是：层长守恒；面积守恒（2D）、体积守恒（3D）；断距守恒。

根据以上3个守恒原则，把地层看作“沉积之后，挤压（拉张）之前形成的一个坚固体”。

四、GEOSEC软件的窗口特点
GEOSEC软件除了具备一般操作窗口的基本特点外，还有其自身的特点：
1、具有方便的下拉菜单（PULL-DOWN MENUS）
操作者可以从任一子窗口中的编辑对象上点取下拉菜单，而不是仅仅局限于主菜单的顶端才能点取。

2、具有功能齐全的工具盒（TOOL BOX）
该工具盒有8个活动按纽，可以区分控制不同类型数据的编辑。

3、具有人机联作的对话框（DIALOG BOX）
该对话框可以提醒用户根据所提示的信息作出相应选择。

4、具有灵活实用的图形框（GRAPHICS WINLOWS）
操作者可以把GEOSEC的母窗口（PREMARY VIEW WINDOW）中图形的任一部分显示到子窗口（NEW VIEW WINDOW）中进行编辑处理。

5、具有信息条（INFORMATION BARS）
GEOSE软件具有两个非常有用的信息条，一个是显示操作者正在编辑对象的位置和类型的DATA BAR，另一个是显示所编辑对象状态的STAUS BAR。

五、GEOSEC软件制作平衡剖面的工作流程如下图所示：
第三章GEOSEC平衡剖面具体制作过程
主要以二维地质（地震）剖面为例说明其制作过程
一、准备工作
1、启动运行GEOSEC软件
在窗口下键入geosec后再按回车键，这时将出现以下三个窗口：
在第二个窗口下按下OK键，这时将弹出一个工具箱窗口，如下：
2、建立工区（NEW PROJEOT）、新线（NEW SECTION LINE）
和新剖面（NEW SECTION），在该步骤中需要提供坐标系统
的单位，如剖面的实际长度、纵坐标比例等。

在主菜单PROJECT下点击NEW PROJEOT这时将会弹出如
下的窗口：
在PROJECT NAME下输入工区名；在DISTANCE UNITS下选择好长度单位，然后按OK键。

这时一个新工区就建好了。

再从主菜单PROJECT下选Import from→File，这时选取事先采集好剖面文件（注意后缀必须是.ihf），点击OK键，将会出现如下窗口：
在此窗口下再一次点击OK键，这样被采集的剖面图形文件就会被输入进来。

这时就可做下一步的工作了。

3、建立地层柱，在这一步中需要确定地层的名称，要充填的地
层颜色、层速度（深度剖面可以不要该参数）、地层的岩性组成等参数。

在主菜单STRATIGRAPHY下有两个选项：CREATE与DEFAULT_SC。

若选CREATE，这时将会出现如下的窗口：
在窗口中输入地层柱的名称，并点击OK键，这时将弹出以
下
窗口：
在该窗口中的EDIT菜单下选中EDIT UNIT，然后在粉红色的区域内的任一位置用MB1点击一下，这时就会出现如下的窗口：
这时在该窗口中就可以完成我们所需要的一系列工作了。

若选DEFAULT_SC，这时将出现如下窗口：
在该窗口下同样可以完成以上的操作。

二、平衡过程
在以上的准备工作都做好后，我们就可以做以下的工作了。

在主菜单SECTION下选取EDIT SECTION选项，这时将会弹出如下窗口：
选中要做的剖面文件名，按OK键，这时就会出现所要平衡的剖面图形。

在平衡过程中关键操作主要分为点编辑、线编辑、断距消除、层拉平以及复制（或移动）
1、点编辑
是指对图形中的数据点进行增删、移动、调整等。

用鼠标左键（MB1）选取下拉菜单中的MODIFY即可进行点编辑。

2、线编辑
当鼠标光标移近线时，线变亮并出现线编辑的下拉菜单，可以对线进行定义（SET TYPE）、连接（SPLICE）、截断（DIVIDE）、抽稀（THIN）、删除（DELETE）等编辑功能。

点、线编辑是平衡剖面操作中最基础的步骤，如果这些做的不
好，会影响或不能做断距消除。

3、断距消除
断距消除是平衡剖面技术的核心，这一步是在主菜单（MAIN VIEW）中的模式（MODULES）子菜单中完成的。

⑴模型转换(TRANSFER)：GEOSEC软件的优点之一就是尽可能反映实际断层构造活动过程,一般把地震(时间)剖面转换为地质(深度)剖面之后较方便地进行断距的消除。

⑵压实和去压实校正(COMPACT & DECOMPACT):去压实校正适合拉张盆地(同沉积盆地)的压实恢复，而压实校正适合于拉张盆地的压实计算。

⑶断距消除：断距消除有两种基本模式:垂直斜向滑移模式(VERTICAL/OBLIQUE SLIP)和弯滑模式(FAULT SLIP FOLD)，这两种模式也只适合拉张盆地中断层构造演化史的正演或反演。

垂直/斜向滑移模式:该模式是根据拉张盆地中构造应力场的特点来模拟断层的形成的。

这种模式转换是把地层从一种形变状态（SOURCE）转换到其原始沉积时无断距的平衡状态（TARGET）。

具体而言，从形变的源状态到平衡的目标状态的模式转换可分为两种情况：
垂直/滑移转换（水平模式）：这种模式是指断层上盘[HANGING W ALL]（HW）首先被恢复为水平面，再以此水平面为目标参考平衡下盘[FOOT W ALL]（FW）。

当HW/FW不平衡或相关断层匹配不合理时，就说明初始的地震解释可能存在问题。

垂直/滑移转换（断裂模式）：这种模式总是以位置最低的上盘的上部地层作源参考线，用次最低的下盘的上部地层作目标参考线进行平衡，与水平模式道理相同，当HW/FW不平衡或相关断层匹配不合理时，说明初始的地震解释可能存在问题。

弯滑褶曲模式：该模式比较适合于有剪切作用的应力场下形成的断层，它一般先选后期发育的断层进行平衡，最终也是消除所有
断距，达到反演构造发育史的目的。

4、层拉平
当某地层的断距被完全消除（平衡）之后，需要做层拉平，其过程类似于垂直/斜向滑移转换，具体地说可分三大步：
⑴画一条和要被拉平的源参考线同类型的水平目标参考线。

⑵把欲被拉平的整个模型作组合。

⑶从主菜单中MOUDLE（模式）下点取TRANSFER-VERTIV AL/OBLIQUE SLIP，按照对话框提示步骤依次操作既可完成层拉平。

5、复制和移动（COPY/MOVE）
对某地层进行完层拉平之后，需把该标准模型复制1份作为分析下部地层断裂的源地质模型。

一般情况下，一条剖面的断层构造发育史反演过程可由重复以上五步操作，并结合具体情况灵活判断、应用不同模式转换来实现的。

三、应用实例
实例一：Transfer-Flexural Slip弯滑褶曲模型(适用于挤压模式)。

在路径/home4/focus/data/geosec Tutorial下打开文件comprest2.DB 实例二：Transfer-Vertical/Obliqus Slip垂直/斜向滑移拉模式（它适用于拉张模式），分为断裂模式与水平模式。

断裂模式的恢复实例在上面相同的路径下：../EXREST1.db ，水平模式实例也同样的在路径下：../EXREST3.db
第四章平衡剖面的地质意义
虽然平衡剖面可以利用数学手段对盆地的构造发育史进行正演和反演模拟，直观地再现地下构造的原始几何形态，迅速提供地震剖面的构造解释方案的正确与否，为深刻认识构造发育史、分析油气运移及聚集规律提供依据，同时把地质观点通过图形准确、直观地反映出来，极大地提高了工作效益。

另外，其结果也为盆地模拟、油藏模拟、定量计算构造伸缩量等地质研究打下了坚实的基础。

但是，事物都有其两面性，在漫长的地质年代时里，构造运动极其复杂，并非像数学公式所描述的那样精确，故平衡剖面的完成还需要地质研究人员的判断、修饰与完善，比如断层发育期次的判断，推测断层的附加和消去等都是软件自身不能完成的，需要加以分析确定。

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