平衡剖面-技术简介
盆地分析5平衡剖面原理
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历史的回顾：Dennison和 Woodward(1963), Royse、Warner和Reese （1976)利用长度平衡方法计算了造山带的缩短作用（图 5）。
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历史的回顾： Cham berlain估算滑脱面的深度的方法，在后来
Bacher（1933)，Goguel(1962)，Laubscher（1962），Dahlstrom （1969）等都应用过这一技术（图3b）。
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历史的回顾： Hossack(1979）指出，如果滑脱面深度是已知的,
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二、平衡剖面的发展――历史的回顾
平衡剖面概念的发展可归因于科学的探索与勘探 需求的结合。 Dahlstrom（1969）首先较详细地讨论 了平衡剖面的概念。然而 Bally等的剖面（1966）表 明，其他加拿大勘探地质学家于 50年代中期就在使用 平衡剖面。
虽然现在已经有了先进的处理及探测方法，但是 地震资料仍然留出了很大的推测余地。
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目的
应当细心区分平衡剖面问题的两个方面，即：①岩石在自然
界真正的行为是怎样的？②我们的几何学限制条件（假设条件）
在平衡剖面中所起的作用是怎样的？
对平衡剖面的几何学假设，必须考虑其与具体实际情况的接近
程度。例如，几何学方法通常是以平行或圆柱状褶皱作用为基础
的，但是自然界的许多褶皱并非如此。
要注意鉴别实际问题和平衡操作中可能出现的问题，如断截褶
和变形剖面必须同时建立，如果一条剖面能够被复原至未变形的
盆地分析-平衡剖面原理
相关系的研究不仅具理论 意义，而且可用来识别多孔 储油岩的位置以及查明地层 圈闭中生油层、储油层与盖 层之间的关系（图7）。连续 复原的剖面（Royse， Warner和 Reese 1975）可以 表现逆冲带在其演化的不同 阶段的构造图象，这对于评 价碳氢化合物的形成、运移 及储存的相对时间来说是很 有必要的。
平衡剖面的发展――历史的回顾
剖面的平衡技术正在日益完善。许多作者已经指出，在剖面
平衡过程中有几种误差可能是难以避免的。构造压实作用 （
Hossack，1979）和压溶作用可以产生误差。Woodward等（1986 ）还在他们编制的南阿巴拉契亚的剖面中利用了应变资料。
三、基本原理
在开始建立一条平衡剖面时必然碰到的下列问题：
历史的回顾： 平衡技术的概念孕育于20世纪初就已发展起来的构
造分析技术中。平衡剖面的概念首先被Cham－berlain（1910， 1919）用于计算滑脱面的深度。他假定在沿脱面之上的变形剖面 中的面积是守恒的，以此为前提估算出了滑脱面的深度（图 3a） 。
历史的回顾： Cham berlain估算滑脱面的深度的方法，在后来
1．选择剖面线
小规模（即露头尺度）的褶皱（图9a、b）不宜用来确定运 动方向。 解决方法是，将大量褶皱轴投影到赤平网上就可以确定出运 移方向；运移方向位于褶皱轴组成的大圆平分线上（图gb）。
1．选择剖面线
在 变质地区，稳定且一 致定向的矿物拉伸线理指 示运移方向。 例如在蓝岭区的祖父山 （图10），通过矿物拉伸 线理确定的运移方向（图 10b）与通过区域性构造的 走向确定的运移方向 （图 10a)是一致的。
尽管有了上、下 边界所给出的限制条 件，仍然可有许多不 同的方案来填补中间 空 白 区 。 Dahlstrom （1969）提出了可以 用来评价这些方案合 理性的平衡技术，主 要侧重于逆冲带构造 的几何学研究，必须 详细分析零散资料， 并尽早地识别出潜在 构造的性质、形态及 方位。
断层相关褶皱解释之平衡剖面技术
盆地的构造演化史分析—平衡剖面技术
盆地的构造演化史分析—平衡剖面技术200613003*摘要：盆地模拟做到了对盆地构造演化、油气生成、运移、聚集和分布等内容的定量研究。
地史模型作为盆地“五史模型”之一，其模拟内容包括沉降史、埋藏史及构造演化史。
而平衡剖面技术，则是目前进行盆地构造演化史分析的重要手段。
本文结合《盆地模拟与资源评价》的课堂教学内容以及前人研究成果，总结了平衡剖面技术的原理、应用、尚存不足及其发展动向。
关键词：构造演化史；平衡剖面技术；应用；尚存不足；发展动向1平衡剖面技术的原理Dahlstrom等（1969）定义平衡剖面技术为把剖面上的变形构造通过几何学原则全部复原成合理的未变形剖面的技术。
据物质守恒定律，可推导出体积守恒、面积守恒和层长守恒等系列平衡剖面恢复的几何法则。
当岩层长度在变形与未变形的两种状态下等是，剖面为平衡的。
其编制原则如下：（1）面积守恒原则。
在地层变形前后其地层所占面积应是不变的，对比区域在变形前后是同一种岩石，若孔隙度保持不变，计算过程中构造压实作用不考虑。
（2）断层法则。
断层活动引起的岩层缩短在上、下岩层一致。
（3）能量最小法则。
断层在能量消耗最小部位发生。
（4）伸缩量一致原则。
岩层经过断裂、褶皱，其伸缩量应基本一致。
2平衡剖面技术的应用平衡剖面技术已普遍应用于挤压构造和褶皱一冲断带中的构造分析，并能定量描述变形和形成发育过程。
李汉阳等（2013）利用平衡剖面技术对川西凹陷侏罗系剖面进行了构造恢复，编制了构造发育剖面，恢复了该区的构造演化史。
准噶尔盆地西北缘为典型的前陆冲断带，复杂的地质条件致使地震波速横向变化较大，郭峰等（2012）利用平衡剖面技术，解决了如何研究该区构造演化及动力学机制这一难点。
结果表明，研究区经历了挤压、伸展、挤压三期构造运动，构成一完整的构造旋回。
其中，晚二叠世存在一个小幅度的快速挤压期，而三叠纪为构造挤压最强烈期，对该区构造演化、构造格架形成、油气运聚成藏等均具重要影响和控制作用。
平衡剖面-技术简介
C
运动学恢复算法 3 ：断层平行流
原理: 基于颗粒层流理论。通过定义与断层平行的流线，上盘地层
的颗粒沿着这些流线运动来恢复上盘变形。
Footwall A Flow Lines Dip Bisectors Hangingwa ll
这一算法主要用来解 决断面几何形态复杂的褶 皱逆冲带。
B
同时，它同样适用于扩 张构造背景 ，如犁式正断 层产生的宽缓滚动背斜构 造。
下第三纪末期
白垩纪末期 晚侏罗世末期 早中侏罗世末期
97570测线平衡剖面
沉积构造演化史分析
德令哈坳陷的形成和演化受基底构造和断裂作用的控制，具阶段性演化特 征，可划分为基底形成演化阶段（前侏罗纪），整体坳陷阶段（ J—N1），断陷 演化阶段（N2—Q1+2），断陷衰亡阶段（Q3+4）。 ①印支运动末期—燕山运动早期，北部南祁连宗务隆山随同工区西南部锡铁 山—埃姆尼克山—起褶皱成山，开始出现了盆地相间的格局。早中侏罗世为内陆 潮湿坳陷型沉积时期，因地势低平，湖泊—沼泽沉积分布广泛；上侏罗统为内陆 干旱坳陷型沉积类型。 ② J3末—K，该阶段的后造山事件曾使盆地抬升和产生褶皱变形，白垩纪的 沉积类型为内陆半干旱—半潮湿型。晚白垩世后形成巨厚新生代为主的盆地。在 挤压背景下的新生代盆地，周围山区不断上升，物源供给充足，经常处于补偿和 超补偿状态。 ③ N2—Q1+2 时期，盆地遭受新构造运动的破坏严重，是盆地内逆断层活动 最强烈的时期。该区处于亚热带干旱气候环境，稳定湖区面积与盆地面积的范围 小，水上沉积和浅水沉积分布广。 ④中第四纪以来（Q3+4）周边山系进一步升起，气候更干旱，盆地地貌景观 成为广阔冲积平原上分布着若干残存的盐湖。
平衡剖面基本原理
盆地分析5平衡剖面原理
高精度地层对比技术
复杂构造变形恢复技术
建立高精度地层对比格架是平衡剖面制作 的基础，需要解决地层划分、对比和追踪 等关键技术问题。
针对复杂构造变形区，需要采用先进的数 学方法和计算机技术进行高精度恢复，以 揭示盆地的真实构造形态。
多期次构造叠加分析技术
大数据量处理与可视化技术
盆地往往经历多期次构造运动，需要采用 多期次构造叠加分析技术，以揭示盆地的 完整构造演化历史。
平衡剖面技术在实际应用中受到资料精度和解释水平等因素的限制，可能会影响分 析结果的准确性和可靠性。
目前平衡剖面技术主要关注二维剖面的恢复和分析，对于三维空间中的构造变形和 演化研究相对较少。
未来发展趋势预测
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来平衡剖 面技术将更加注重三维空间中的构造变形和演化研究，实 现更加精细化、定量化的分析。
2
通过平衡剖面分析，可以识别出盆地内的主要构 造样式和变形机制，为盆地的油气勘探和开发提 供重要的地质依据。
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平衡剖面技术还可以应用于盆地的构造-沉积分析、 构造-地貌分析等领域，推动盆地分析学科的发展。
存在问题和挑战
在复杂构造地区的平衡剖面恢复中，由于构造变形的复杂性和不确定性，往往难以 获得准确的平衡剖面结果。
盆地构造演化分析
01
通过平衡剖面恢复盆地的构造演化过程，揭示盆地的形成机制
和演化历史。
油气藏形成与分布预测
02
利用平衡剖面分析油气藏的构造背景和形成条件，预测油气藏
的空间分布和储量规模。
矿产资源评价与预测
03
通过平衡剖面分析矿产资源的赋存状态和成矿条件，评价矿产
资源的潜力和预测远景区。
关键技术与挑战
盆地分析(6)平衡剖面编制挤压构造为例
褶皱与断层的关系
（4）断展褶皱作用：是在正扩展的逆冲断层端缘形成褶皱的 ）断展褶皱作用： 一种作用。与断弯褶皱不同， 一种作用。与断弯褶皱不同，这一作用通常产生具有陡倾甚至倒 转前翼的强烈不对称褶皱。 转前翼的强烈不对称褶皱。 图9－1b表示了一个简单的 － 表示了一个简单的 断坡型断展褶皱的逐步发育情 况。断展褶皱在形成以后继续 发展会被切过 被切过并沿新的断层发 发展会被切过并沿新的断层发 位移（ 生位移（Suppe等，1984）。 等 ）。 由于这个原因， 由于这个原因，断展褶皱通常 被破坏的形式出露 是以被破坏的形式出露—例如 是以被破坏的形式出露 例如 ，以直接位于逆冲断层下盘的 倒转向斜的形式出现。 倒转向斜的形式出现。 早先， 早先 ， 象断展褶皱这样的构 造被称为破逆冲断层 一些盲 破逆冲断层。 造被称为 破逆冲断层 。 一些 盲 逆冲断层终止于断展褶皱 终止于断展褶皱， 逆冲断层 终止于断展褶皱 ， 即 沿它们的扩展方向转为褶皱。 沿它们的扩展方向转为褶皱。
四、三维逆冲断层 的几何学
Wilson和Stearns（ Wilson和Stearns（ 1985） 1985）不仅分析了田纳西 坎伯兰特逆掩断层的剖 州坎伯兰特逆掩断层的剖 面形态，而且研究了其三 面形态，而且研究了其三 维空间形态（ 1)。 维空间形态（图2－1)。 断层的前断坡 前断坡沿走向终止 断层的前断坡沿走向终止 隐伏“捩断层” 于隐伏“捩断层”出现的 地方， 地方，与这些前断坡相关 背斜亦终止于此 亦终止于此。 的背斜亦终止于此。 这些“隐伏横断层 横断层” 这些“隐伏横断层”或 “捩断层”现已被称为 侧断坡” “侧断坡”。
断坡与断坪
这种断坡－断坪逆冲模式使人们对逆冲区的构造组合特征有 这种断坡－断坪逆冲模式使人们对逆冲区的构造组合特征有 断坡 深入的了解。 了更多深入的了解 了更多深入的了解。要想建立可以复原的剖面就需要了解这种组 合特征。 东兰特高原 合特征。 Wilson和 stearns（1958）指出，田纳西州东兰特高原 和 （ ）指出，田纳西州东兰特 逆掩断层中的一系列背斜，每一个都可能与下伏逆冲断层面的断 逆掩断层中的一系列背斜，每一个都可能与下伏逆冲断层面的断 有关（ － ），即使其中多数断层并未出露亦是如此。 ），即使其中多数断层并未出露亦是如此 坡有关（图l－15），即使其坡这一术语也应 侧断坡 这一术语也应 与 横 推 断层 相 区别 。 因 为 典 型的横 推 层常常 为典 型 的横推 断 层常 常 仅切 割大型 逆 冲断层 的 仅 切 割 大型 上 盘 而 不切 上盘 而不切 割 下盘 ； 并 调 节 逆冲断 层 盘中的 调节 逆 冲断层 上 盘中 的 变 形 差异 致逆冲构 变形 差 异 ， 导 致 逆冲 构 造带的分段作用 分段作用。 造带的分段作用。
平衡剖面
2．平衡剖面优势
与简单层拉平的区别
简单层拉平
平衡剖面
要做出高质量的剖面： （l）增加更多的资料——资料越多，做出的结果越准确。 （2）提出假设——合理的假设可以代替某些资料的空缺。 （3）更有效的技术——有利于得到更高质量的平衡剖面。
3．平衡剖面恢复方法
平衡剖面的计算方法可归纳为正演法和反演法（恢复法）。
性应变的情况下，这种差异是不重要的，在平衡过程中可以忽略。
当转折端和翼部的岩层厚度发生重大变化时，通过与厚度不变岩层(标志层)长度的比较，用面 积平衡法即可处理空间问题。 如果在褶皱作用中劈理非常发育（或透入性应变），就可能出现体积变化及不可复原性的问 题。在这种情况下，可对无劈理岩层用关键层法进行去褶皱的平衡，并可用以估算其它地层可能 发生的面积变化。
1．基本概念
平衡剖面（balanced cross section） 是指剖面上的构造变形、变位通过几何准则可以复原的剖面。它遵循 在封闭体系中体积守恒、面积守恒和线长守恒三项基本原则。
0
-5
-1 0
岩层长度守恒原理，是以平行褶皱作用这一假定为前提的。
非平行褶皱的处理要点
在局部非平行褶皱作用出现时，重要的是考查在体积上是否具有重要差异。在大多数无透入
H 1 / H2 = H 3 / H 4 剥 蚀 厚 度 = H 3 - H5
邻层厚度比值法确定剥蚀厚度图 2、未被剥蚀地层厚度趋势延伸法（牟中海，2001年） 这种方法又称地质构造法或地质外推法或地质分析法或趋势面分析法。使用该方法的前提是假设剥蚀前岩层的厚度均一或厚度变化均匀。根据厚度的变化推 算剥蚀量。经常使用的资料品质比较好的地震剖面。 地层厚度在横向上常有一定的变化规律，根据未剥蚀地层厚度及沉积边界(厚度为零)内插或者根据未被剥蚀的两点地层厚度外插可估算被剥蚀地层厚度(见 图2-2)。该方法有较强的适用性。
盆地分析(6)平衡剖面编制挤压构造为例
地层断距图解
我们可将美国怀俄明州 西 部 Absaroka 和 Darby 逆 冲断层作为利用地层断距 图了解逆冲断层几何特征 的例子。
断坡与断坪
Willis(1893)提出 ，这两种型式的逆冲断 层都存在，并称其为剪 逆冲断层（从阶梯形路 径处破裂）及破逆冲断 层（萌芽于背斜褶皱核 部 的 断 层 ） 。 Rich（ 1934）对松树山逆冲构 造的断坡一断坪的解释 就是有关剪逆冲断层假 说的最好例子。
断坡与断坪
认识阶梯状逆冲断层形 迹的特点，是借助于平衡 剖面方法再造构造几何形 态的一个基本方法。
第六讲 平衡地质剖面的制作 －－以挤压构造为例
一、导 言
只有了解了逆冲构造带或伸展构造区是如何形成的，我 们才有可能了解平衡剖面。
严格地讲，这些不是平衡技术，但它们对于研究构造几 何学的工作方法来说是基础内容。
这里，将以挤压构造为例，讨论基本的构造几何形态问题 ；然后应用已提出的一些方法来系统地分析构造几何形态与 变形机制的关系；在此基础上，期望建立可平衡的地质构造 剖面。
上、下盘的断坡及断坪的一致性 与断层在运动学上是以剪逆冲断 层扩展还是以破逆冲断层扩展无 关。复原的断坡其陡缓程度则与 逆冲断层的扩展方式有关。剪逆 冲断层的断坡一般较缓，而破逆 冲断层的断坡倾角是变化的，并 且由于相伴的岩层旋转而一般较
断坡与断坪
北美科迪勒拉山的第一批阶梯状逆冲断层的例子是由Douglas （1950）研究出来的，Livingstone逆冲断层（图l—7a）尽管现 在已发生褶皱，但却是沿着其上盘底部的一层页岩发育的。
地层断距图解
横过一个侧断坡，地层断距在纵向上也会发生变化。地层断距图 解是把上盘地层相对于下盘地层关系标于地理横座标上(图3一2)。
伸展构造区的平衡剖面恢复
伸展构造区的平衡剖面恢复在伸展构造区中，平衡剖面可以反映地下岩层在伸展作用下的变形和演化过程。
平衡剖面的建立可以帮助我们更好地了解地下岩层的结构和特征，以及伸展构造的形成机制。
1.平衡剖面是指剖面上的构造变形、变位通过几何准则可以复原的剖面。
它遵循在封闭体系中体积守恒、面积守恒和线长守恒三项基本原则。
在资料足够充分时，这种平衡剖面所复原的构造符合实际，可信度高。
在建立平衡剖面时，需要注意以下几点：1. 建立平衡剖面需要综合考虑地质历史、地层学、古生物学、沉积学等多种因素，需要充分了解区域地质背景和地层特征。
2. 建立平衡剖面需要充分考虑沉积环境的变化，包括沉积速率、沉积相、古地理环境等因素。
3. 建立平衡剖面需要充分考虑地层变形和构造运动对沉积的影响，包括褶皱、断裂、地层错位等因素。
4. 建立平衡剖面需要充分考虑古气候和古环境对沉积的影响，包括气候变化、海平面变化等因素。
5. 建立平衡剖面需要充分考虑地球物理探测和数值模拟等方法的应用，以便更好地了解地下岩层的结构和性质。
2.伸展构造区建立平衡剖面，可以采用以下方法：1.逐层回剥法，该方法可以建立具有演化特征的平衡剖面。
2.在拉伸构造区，需要考虑同沉积、同剥蚀、同生正断层、盐构造和阶段性演化等问题，通过消除后期构造变动的改造，重塑各断块的初始形态，然后从断块→剖面→平面和空间→时间逐步恢复古地质构造，再现拉伸。
3.平衡剖面恢复中考虑压实作用伸展构造区中压实作用在平衡剖面恢复中起着重要的作用。
随着沉积物堆积，上覆水体和沉积物的负荷压力不断增加，沉积物中的孔隙度会逐渐降低，水分排出，体积逐渐缩小，这个过程就是压实作用。
压实作用可以分为机械压实作用和化学压实作用两种类型。
机械压实作用主要表现为颗粒的重新排列、塑性变形和破裂。
例如，在沉积物中，片状、针状和柱状颗粒会因为压力作用而发生重新排列，形成页岩的页理和沿页理方向的易裂性；化学压实作用也称为压溶作用，是指压力导致矿物选择性溶解的过程。
平衡剖面
断层的不同层位位移量异常及其解释方案
平衡剖面的几何学法则
(4)缩短量一致：指沿构造走向各剖面计算的缩短 (4)缩短量一致：指沿构造走向各剖面计算的缩短 量大致相等。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。 (5)断层轨迹合理恢复：指剖面复原后断层迹线 (5)断层轨迹合理恢复：指剖面复原后断层迹线 遵循一定的轨迹。
平衡剖面的初步认识
平衡剖面的原理及其概念 平衡剖面的几何学法则 平行剖面的应用 具体实例
具体实例
4.1 拉张环境平衡剖面技术应用
中国华北油田某地震剖面
上图是中国华北油田的一条地震剖面 ,从剖面上 可以看出基底的一条大的铲式正断层和众多小的次 级断层发育情况 ,这是一个典型的小型萁状断陷盆地。
具体实例
平衡剖面的应用
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。
平衡剖面的初步认识
平衡剖面的原理及其概念 平衡剖面的几何学法则 平行剖面的应用 具体实例
平衡剖面的应用
平衡剖面方法目前主要应用于以下几个方面： 平衡剖面方法目前主要应用于以下几个方面：
平衡剖面技术在川西凹陷的应用
平衡剖面技术在川西凹陷的应用[摘要]平衡剖面技术在研究盆地构造演化以及古地貌分析中起着重要的作用，平衡剖面技术通过几何学原则结合计算机技术，对含油气地层构造剖面进行剖面构造发育演化的模拟，通过平衡剖面技术我们可以合理的恢复盆地的构造演化史。
利用平衡剖面技术对川西凹陷侏罗系剖面进行了构造恢复，编制了构造发育剖面，恢复了该区的构造演化史。
[关键词]平衡剖面技术构造演化川西凹陷1平衡剖面技术基本原理平衡剖面方法是根据物质守恒这一自然界的基本定律提出的。
根据物质守恒定律，可以推导出体积守恒、面积守恒和层长守恒等一系列平衡剖面恢复的几何法则。
当岩层长度在变形与未变形的两种状态下相等是，剖面是平衡的。
其编制原则具体如下：（1）面积守恒原则。
在地层变形前后其地层所占的面积应该是不变的，对比区域在变形前后是同一种岩石，若孔隙度保持不变，计算过程中构造压实作用不考虑。
（2）断层法则。
断层活动引起的岩层缩短在上、下岩层一致。
（3）能量最小法则。
断层在能量消耗最小部位发生。
（4）伸缩量一致原则。
岩层经过断裂、褶皱，其伸缩量应基本一致。
2平衡剖面制作2.1对盆地进行综合分析（1）选择剖面。
为了能够正确反映构造变形量及构造的变形程度，所要求选择的剖面应垂直于区域构造的走向，与区域构造运动的方向保持一致。
在没有与区域构造走向正交剖面的情况下，也可以利用与构造运动方向有一定夹角的剖面，且剖面与构造运动方向夹角最好不得超过30°，并在定量分析构造变形时，须消除夹角所引起的误差。
（2）收集资料。
收集的资料包括研究区域的地表露头、地震、综合录井及钻井分层资料等。
先将断层位置及产状和钻井所得到的资料标记到地震剖面上，并将地震剖面进行时深转换，以确定断层面。
（3）压实及去压实。
地层在沉积过程中，地层体积减小，在制作平衡剖面时，依据面积守恒与层长守恒原则等，对相应的地层做去压实恢复，恢复其地层原始厚度。
2.2地质模型的建立、剥蚀力的分析及剥蚀类型分析基于地质模型的剥蚀面判断。
盆地分析(5)平衡剖面原理
概念与目的
由于在编制一条平衡剖面的过程中增加了上述额外的 由于在编制一条平衡剖面的过程中增加了上述额外的 限制（即平衡条件限制） 限制（即平衡条件限制），在完成平衡剖面编制过程之 后就很可能获得更多的有益结论。 后就很可能获得更多的有益结论。 平衡剖面不一定是真实的； 平衡剖面不一定是真实的 ； 但与未平衡的剖面相比 更接近于正确。 ，它满足了大量合理的限制条件，因此更接近于正确。 它满足了大量合理的限制条件，因此更接近于正确 由于平衡剖面提供了更准确的变形图象， 因此有助 由于平衡剖面提供了更准确的变形图象 ， 因此 有助 于对勘探目标的评估。 于对勘探目标的评估。
二、平衡剖面的发展――历史的回顾 平衡剖面的发展――历史的回顾 ――
平衡剖面概念的发展可归因于科学的探索与勘探 平衡剖面概念的发展可归因于科学的探索与勘探 需求的结合。 需求的结合。 Dahlstrom（1969） Dahlstrom（1969） 首先较详细地讨论了 平 衡剖面的概念。 衡剖面的概念。 Bally等的剖面 1966）表明， 等的剖面（ 然而 Bally等的剖面 （1966）表明，其他加拿 50年代中期就在使用平衡剖面。 年代中期就在使用平衡剖面 大勘探地质学家于 50年代中期就在使用平衡剖面。 虽然现在已经有了先进的处理 及 探测方法， 虽然现在已经有了先进的 处理及 探测方法 ， 但 处理 是地震资料仍然留出了很大的推测余地 推测余地。 是地震资料仍然留出了很大的推测余地。
历史的回顾： Hossack(1979）指出，如果滑脱面深度是已知的 历史的回顾： ）指出，如果滑脱面深度是已知的,
Chambarlain的技术可反过来用于计算造山带的缩短作用。这种方 的技术可反过来用于计算造山带的缩短作用。 的技术可反过来用于计算造山带的缩短作用 法－结合面积平衡原理——已被 结合面积平衡原理 已被Gwinn、Price和Mountjoy（1970 、 和 （ 已被 所应用（ ）所应用（图 4）。 ）。
平衡剖面技术在东海西湖凹陷构造演化研究中的应用
平衡剖面技术在东海西湖凹陷构造演化研究中的应用东海西湖凹陷是长江流域北部及其邻近海域的一个重要构造演化单元，对解释当地油气分布具有重要意义。
为此，许多技术被开发出来来研究该凹陷的构造演化，其中最常用的是平衡剖面技术。
它最大的特点是把空间和时间变化叠加在一起，成为一个综合性的方法，可以让科学家有效地揭示凹陷的三维结构特征和宏观构造演化过程。
在东海西湖凹陷的研究过程中，应用的平衡剖面技术的主要方法为：首先确定凹陷的宏观构造演化路线：即基于原始地质资料和实验地质资料确定历史构造破碎的位置和时间，并建立宏观构造演化路线；其次，分析、研究凹陷构造演化剖面特征：在凹陷内绘制平衡剖面，已经设计模拟实验。
采用数据证据，筛选出构造变形路线，明确古体层位、岩性、分布图，在不破坏几何平衡的前提下，求解凹陷的运动历史及构造演化特征。
最后，基于平衡剖面分析结果，深入讨论：对构造变形速率、构造变形复杂程度、构造演化和地质时期及孤立因素（如断裂、抬升、下沉等）等多维数据进行研究，形成系统动力学分析，从而探讨东海西湖凹陷构造演化机理。
采用平衡剖面技术研究东海西湖凹陷具有多重优势。
首先，从原始地质资料以及实验地质资料中把空间和时间变化叠加在一起，可以综合性的反映出凹陷的三维结构特征和宏观构造演化过程；其次，可以基于平衡剖面分析结果，深入讨论：构造变形速率、构造变形复杂程度、构造演化和地质时期及孤立因素等多维数据；最后，应用平衡剖面技术可以进行有效的地质勘探成果核验，其结果为东海西湖凹陷的油气资源勘探提供重要信息。
因此，在东海西湖凹陷的构造演化研究中，平衡剖面技术有着重要的应用价值。
采用该技术可以有效地反映凹陷的三维结构特征和宏观构造演化过程，为东海西湖凹陷的油气资源勘探提供重要依据和参考价值。
平衡剖面-技术简介
Angular Shear
C
剖面恢复流程
1、地震剖面解释
2、采用层速度、区域厚度岩性资料，进行时深转换， 将剖面转换成深度剖面。
3、选择基准层，张性构造一般以水平面作为基准面，压性构 造一般选择剖面中不缺失地层层面作为基准层，以后剖面恢 复均以该层为基准。 4、对剖面张性构造采用断层滑动及垂向/斜向滑动机制进行 恢复。 5、压性构造恢复主要采用弯滑、断滑、断弯机制进行恢复。
C
Shear vector
运动学恢复算法 2 ：弯曲滑动
原理:用弯曲滑动机制并考虑断层面产状恢复断层上盘的褶皱 形态。在恢复过程中需要定义轴面，沿钉线或钉面将褶皱恢 复到基准面，同时尽可能忠实于原始的断层形状。
轴面
A
B
这一算法用来模拟 在褶皱和逆冲带发 现的断层弯曲褶皱 的几何和运动特征 。算法限制于具有 单一的断坪-断坡断坪形态的断层。
平衡剖面技术简介
平衡剖面基本原理
构造研究一般假定构造是从原始水平状态起始变形的 ，现在保存的构造是经过变形的结果，要认识构造及其形 成发育的全过程应进行构造复原。 构造复原的一个基本依据就是岩石虽然发生变形，但 是除深层次和部分中层次的变形外，岩层厚度、面积和体 积基本不变，即变形中物质是平衡的。构造复原有以下基 本假设： ①变形期间的岩石体积基本不变。 ②岩石体积仅被剥蚀和沉积压实改变。 ③主导变形方式是脆性断层。 ④褶皱与断层有关。 ⑤假设由压溶和构造压实引起的体积损失很小。
i.e. granites
Restored Lower line B
非运动学恢复算法 2 ：弯曲滑动去褶皱
盆地分析9伸展盆地平衡剖面
(5)逆牵引褶皱
逆牵引褶皱的几何形态与牵引褶皱相反，在上盘形成背斜， 下盘形成向斜（图4a）。与牵引褶皱相比，逆牵引褶皱的分布范 围较广。如前所述，逆牵引褶皱表明位移随离开断面距离增加而 减小（图1d），这是对断层作用的弹性（或挠性)响应。逆牵引 褶皱的半径随位移而增加。如果断层的规模随时间而增加，相关 褶皱的宽度和幅度也会随之增加。总的来说，上盘逆牵引褶皱的 幅度高于下盘逆牵引褶皱的幅度（图4a）。
（1）断弯褶皱平衡模型（二）
几何学关系：d-上盘水平断距；h-上盘垂直断距； l-上盘倾斜断距；θ －断层倾角； H1、H2－上盘倾斜地层轴面； α －上盘倾斜域地层倾角； W－倾斜域地层标准宽度。
W介于两轴面之间，等于沿下部拆离面的水平拆离距离，因而 等于水平伸展量e；当H1刚好消失时，W达到最大值；进一步伸展时 ，W宽度不变，这时的水平伸展量e＞W宽度。
一般发生在断层 倾角缓的地区。
（1）断弯褶皱平衡模型（二）
假设条件：平面应变，即变形前后面积守衡； 主断层倾角的变化引起上盘地层倾角改变或漆折； 上盘褶皱地层的轴面倾角与主断层大小相等、方向相反 地层厚度可变；地层长度可变；
因此：上盘地层褶皱的轴面为不对称；发育2个轴面，其轴面1 经过下盘的断坪－断坡交点，轴面2经过上盘的断坪－断坡交点； 两轴面间距随伸展距离增加而增加，直到轴面1消失。上盘轴面1与 主断层之间的三角区地层产状、厚度、层长不变；而仅有两轴面之 间地层变倾斜、厚度变薄、层长变长。
（1）断弯褶皱平衡模型（二）
几何学关系分析：三角形ABC＝三角形DEF； 由于：三角形ABC＝多边形DIJGC面积 （面积平衡） 故有：三角形CGF面积＝三角形IJE面积
W＝2d
地层反倾角α 与断层倾角θ 有关：
Geosec平衡剖面培训手册[1]
![Geosec平衡剖面培训手册[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f288ee96daef5ef7ba0d3c85.png)
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。
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C
运动学恢复算法 3 ：断层平行流
原理: 基于颗粒层流理论。通过定义与断层平行的流线，上盘地层
的颗粒沿着这些流线运动来恢复上盘变形。
Footwall A Flow Lines Dip Bisectors Hangingwa ll
这一算法主要用来解 决断面几何形态复杂的褶 皱逆冲带。
B
同时，它同样适用于 扩张构造背景 ，如犁式 正断层产生的宽缓滚动背 斜构造。
•这一方法对恢复正断 层很有效。
A2 Key line restored to Datum Surface B HW elements collapse down onto fault plane Restored Lower line B
Defaults for: • Extensional regimes • Inversion regimes •Salt tectonics
Default for: • Fold & Thrust belts • Inversion • Salt tectonics源自Angular Shear
C
剖面恢复流程
1、地震剖面解释
2、采用层速度、区域厚度岩性资料，进行时深转换， 将剖面转换成深度剖面。
3、选择基准层，张性构造一般以水平面作为基准面，压性构 造一般选择剖面中不缺失地层层面作为基准层，以后剖面恢 复均以该层为基准。 4、对剖面张性构造采用断层滑动及垂向/斜向滑动机制进行 恢复。 5、压性构造恢复主要采用弯滑、断滑、断弯机制进行恢复。
平衡剖面技术简介
平衡剖面基本原理
构造研究一般假定构造是从原始水平状态起始变形的 ，现在保存的构造是经过变形的结果，要认识构造及其形 成发育的全过程应进行构造复原。 构造复原的一个基本依据就是岩石虽然发生变形，但 是除深层次和部分中层次的变形外，岩层厚度、面积和体 积基本不变，即变形中物质是平衡的。构造复原有以下基 本假设： ①变形期间的岩石体积基本不变。 ②岩石体积仅被剥蚀和沉积压实改变。 ③主导变形方式是脆性断层。 ④褶皱与断层有关。 ⑤假设由压溶和构造压实引起的体积损失很小。
运动学恢复算法 1 ：斜剪切
原理: 断层上盘的形变是由断层的几何形态决定的。用一系
列用户可选的参数包括移动方向、剪切矢量和水平断距等参 数来控制恢复，沿断层移动上盘，上盘体积守恒。
Footwall Hangingwall A1
A In Extension A2 = A1 A
Extensional area
下第三纪末期
白垩纪末期 晚侏罗世末期
早中侏罗世末期
97570测线平衡剖面图
沉积构造演化史分析
德令哈坳陷的形成和演化受基底构造和断裂作用的控制，具阶段性演化特 征，可划分为基底形成演化阶段（前侏罗纪），整体坳陷阶段（ J—N1），断陷 演化阶段（N2—Q1+2），断陷衰亡阶段（Q3+4）。 ①印支运动末期—燕山运动早期，北部南祁连宗务隆山随同工区西南部锡铁 山—埃姆尼克山—起褶皱成山，开始出现了盆地相间的格局。早中侏罗世为内陆 潮湿坳陷型沉积时期，因地势低平，湖泊—沼泽沉积分布广泛；上侏罗统为内陆 干旱坳陷型沉积类型。 ② J3末—K，该阶段的后造山事件曾使盆地抬升和产生褶皱变形，白垩纪的 沉积类型为内陆半干旱—半潮湿型。晚白垩世后形成巨厚新生代为主的盆地。在 挤压背景下的新生代盆地，周围山区不断上升，物源供给充足，经常处于补偿和 超补偿状态。 ③ N2—Q1+2 时期，盆地遭受新构造运动的破坏严重，是盆地内逆断层活动 最强烈的时期。该区处于亚热带干旱气候环境，稳定湖区面积与盆地面积的范围 小，水上沉积和浅水沉积分布广。 ④中第四纪以来（Q3+4）周边山系进一步升起，气候更干旱，盆地地貌景观 成为广阔冲积平原上分布着若干残存的盐湖。
通常从最新构造开始恢复，再依次恢复次新构 造，直到所有构造恢复，最后得到剖面恢复系列图
平衡剖面软件工具
Geosec软件是CSD公司研制的，具有速 度快，人机交互灵活，显示直观等特点。 该软件在青海德令哈地区的应用取得了良 好的效果。 2Dmove软件是Midland Vally公司研制 的，应用更为灵活方便，系统稳定性好。 该软件已在桩海地区、官1井区进行应用。
平衡剖面基本原理
平衡剖面是通过分析区域构造背景，将解释剖面上的变形 构造通过几何学、运动学原理，复原成未变形形态的一种技 术。其目的是帮助地质人员认识构造形成发育的全过程，以 及检验解释结果的合理性。 一般构造解释和分析是在二维完成，体积守恒被简化为 长度和面积守恒。 用于平衡分析的剖面必须与构造运动方向一致。
平衡剖面技术在德令哈地区的应用
T6 97550
为典型的 挤压构造 背景
97570
两测线横 跨德令哈 盆地，平 行构造主 应力方向， 符合平衡 剖面制作 的要求
F10 F3 F2 F1 现代沉积构造剖面 F4 F5 F6 F7 F8 F9
上第三纪N23末期
上第三纪N22末期
上第三纪N21末期
上第三纪N1末期
原理: 用垂直剪切或斜剪切方法消除地层形变，将 地层恢复到水平的或假定的区域基准面。
Datum Surface Vertical Shear Angle
Key line
A
Defaults for:
Lower line
Key line restored to Datum Surface
Extensional regimes Inversion regime Salt tectonics Homogeneous rocks
结
论
平衡剖面技术在德令哈地区的应用，取 得了良好的地质效果，为该区的沉积构造演 化史分析提供了有力的工具，同时也为检验 解释结果的合理性提供了可靠的依据。说明 该项技术对盆地构造演化、油气资源评价等 研究工作能够发挥重要的作用。
在构造恢复中应用的技术
非运动学（静态）方法—忽略断层几何形态。
剪切去褶皱（适用于扩张构造背景） 弯曲滑动去褶皱（适用于挤压构造背景）
运动学（动态）方法—考虑断层几何形状对上盘变形的影响。
斜剪切（适用于扩张构造背景）
弯曲滑动（适用于挤压构造背景） 断层平行流（适用于挤压和扩张构造背景）
非运动学恢复算法 1 ：简单剪切去褶皱
i.e. granites
Restored Lower line B
非运动学恢复算法 2 ：弯曲滑动去褶皱
原理: 用弯曲滑动机制恢复或正演褶皱模型，沿钉线或 钉面将褶皱顶层和它内部的平行滑动系统恢复到基准 面。 Template Bed
Slip System
A
B Pin Passive Bed
C
Default for: • Fold & Thrust belts • Inversion and Salt tectonics
C
Shear vector
运动学恢复算法 2 ：弯曲滑动
原理:用弯曲滑动机制并考虑断层面产状恢复断层上盘的褶皱 形态。在恢复过程中需要定义轴面，沿钉线或钉面将褶皱恢 复到基准面，同时尽可能忠实于原始的断层形状。
轴面
A
B
这一算法用来模拟 在褶皱和逆冲带发 现的断层弯曲褶皱 的几何和运动特征 。算法限制于具有 单一的断坪-断坡断坪形态的断层。