平衡剖面在明水-绥化地区构造演化恢复的应用

平衡剖面在明水-绥化地区构造演化恢复的应用
张明学;邱隆君
【摘要】基于平衡剖面技术,在实际地震资料解释的基础上,对松辽盆地明水-绥化地区4条主要测线进行了平衡恢复,并计算各演化阶段伸展量、伸展率和伸展速率,从而研究各构造演化阶段的特征.研究表明:研究区火石岭-营城期为断陷强烈扩张阶段,登娄库期为断陷向坳陷转化阶段,泉头-嫩江期为稳定的坳陷沉积阶段.嫩江组沉积末期由于受到区域挤压应力作用,发生构造反转,研究区中部隆升形成背斜带,形成现今的构造格局.明水-绥化地区经历了完整的伸展盆地演化序列,晚白垩世形成的绥棱背斜带是油气聚集的有利场所.%Based on the method of the balanced cross section and seismic data interpretation, four seismic profiles from Mingshui-Suihua area in Songliao Basin were balanced and restored and extension quantity, rate and rate of speed were calculated. Thereby, characteristics of different stages of structural evolution were studied. The result of study shows that in region of interest, it is a stage of intensively extended fault depression during Huoshiling to Yingcheng period. Denglongku period is a stage of transformation from fault depression to depression. It is a stable stage of sedimentary depression during Quantou to Nenjiang period. The inversion mainly occurred in late Nenjiang period because of regional compression, making the anticline belt formed in middle part, and structural framework nowadays was formed. The whole structure evolution in the study area is a complete evolution series of an extension-al basin and Suileng anticlinal belt formed in Late Cretaceous is a favorable zone to accumulation of hydrocarbon.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2012(012)005
【总页数】4页(P1119-1122)
【关键词】平衡剖面;构造演化;松辽盆地明水-绥化地区
【作者】张明学;邱隆君
【作者单位】东北石油大学地球科学学院,大庆163318;东北石油大学地球科学学院,大庆163318
【正文语种】中文
【中图分类】P631.44
平衡剖面技术于20世纪50～60年代由Dahlstrom提出，他认为平衡剖面是依
据一定原则将现今观察到的剖面复原到原来未变形状态的合理剖面［1］，并提出剖面平衡的2条原则:(1)横剖面上岩层的长度在没有地层间断的情况下，岩层长度一致;(2)在一个特定的地质环境下，只可能存在一套特定的构造。

后经众多学者深
入研究，平衡剖面技术逐渐推广至造山带、逆冲推覆和伸展构造的形成演化研究中，使得该技术成为地震剖面构造解释的验证标准和盆地构造分析的基本手段［2，3］。

现应用平衡剖面技术，开展明水-绥化地区的构造演化史研究。

图1 明水-绥化地区构造单元及测线位置
1 地质概况
明水-绥化地区位于松辽盆地北部的滨北地区，分属黑龙江省绥化市、明水县、青
冈县等市县境内，东西宽120余公里，南北长60余公里，断裂较发育，区内可划
分明水斜坡、海伦凸起、绥棱背斜带、绥化凹陷(图1)。

2 平衡剖面恢复流程
采用MIDLIAND公司开发的2D Move软件对研究区选定的剖面进行恢复，该软
件的构造恢复基本原则为:变形期间的岩石体积基本不变;岩石体积仅被剥蚀和沉积压实改变;主导变形方式是脆性断层;褶皱与断层有关。

结合工区实际情况，集体的操作流程如下。

(1)剖面选择，为了正确反映构造变形量以及变形率，要求所选择的地震剖面尽可
能垂直于区域构造的走向，还要求剖面的一端构造运动强度较弱，以利于平衡时确定钉线。

研究区的主要构造走向为近南北向，由于受到二维地震资料的约束，该区没有完全垂直构造走向的测线，因此从实际情况考虑，选取覆盖全区并具有典型构造特征的4条东西向时间剖面，这4条测线自南向北为EW-78线、EW-96线、EW-104线和 EW-124线，平面位置如图1。

图2 明水-绥化地区EW-78线平衡剖面恢复
(2)时深转换，对区内双1井、任4井、松基1井等8口井进行合成地震记录和层位标定后，拟合出本区时深关系，将选择好的地震时间剖面转换为地质深度剖面。

(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。

为了准确反映构造变形量，在剖面平衡时，针对不同的平衡方法，须对岩层进行压实或去压实校正。

(4)钉线确定，钉线是未受构造变动的线，应设置在具有最小层间剪切作用的地方，并且要尽量避开强褶皱或者有明显次级干扰因素的地段。

(5)断距消除，2D Move软件重要提供三种算法:①斜剪切，对于犁状断层的恢复
很有效;② 断层平行流，该算法常应用于收缩褶皱和逆冲带的复杂断层，同样也适用于拉伸构造环境;③ 弯曲滑动，用来模拟在褶皱和逆冲带的断弯褶皱的几何和运动特征，应用于断层几何形态为断坪-断坡-断坪的构造样式，且斜面角度小于等于
30°。

(6)剖面平衡，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。

3 平衡剖面地质分析
3.1 EW-78线
早白垩世火石岭-营城期，研究区处于强烈拉张与快速沉降期，断裂活动强烈，伸
展量大、伸展速率高，同时地层快速沉降，该时期绥化凹陷内最大沉积厚度可达2 000 m。

由于绥化凹陷中南部断裂强烈活动，地层的分布与沉积厚度明显受该断裂活动的控制，显示出明显的伸展断陷特征(图2(a))。

由于营城组末期受到区域挤压应力作用，地壳整体隆起抬升，造成全区登娄库组地层沉积厚度小，最大沉积厚度仅700 m。

登娄库期强拉张主应力开始明显减弱，伸展量和伸展速率明显变小、
降低，伸展作用趋于结束，显示出伸展断陷作用开始向坳陷作用的转化。

登楼库组地层的分布范围迅速扩大，已不再受断裂的限制，整个研究区西侧均有登楼库组分布，其分布几何样式已显示出坳陷盆地沉积特征(图2(b))。

早白垩世泉头期，真正进入了坳陷作用阶段。

虽然泉头组地层沉积仍然受到热冷却作用控制，但整个泉头组沉积厚度变化不大，在研究区西侧沉积厚度可达850 m，中部开始形成明显的
绥棱背斜，向东侧沉积厚度变小(图2(c))。

晚白垩世的青山口组沉积时期，为持续坳陷沉积，地层分布范围达到最大，为盆地最大扩张期。

该期盆地经历了一次大的构造活动，使得研究区发生一期弱伸展作用，在浅层形成一系列小型伸展正断层，在剖面上表现为“V”字型组合(图2(d))，伸展量409 m。

姚家期地层分布均匀，沉积厚度很薄，前期形成的部分小型断层仍然活动，断穿姚家组顶面(图2(e))。

嫩江期-现今，沉降中心在研究区西侧和东侧，被绥棱背斜隔开(图2(f))。

结合前人的研究成果，这是因为嫩江组沉积末期受区域NW-SE向的挤压应力作用，发生强烈构造反转运动［4］，形成褶皱背斜。

在晚白垩四方台-明水沉积时期，盆地整体
进入抬升萎缩阶段［5］，经过后期的构造运动，形成现今的构造格局。

3.2 EW-96线、EW-104线、EW-124线
主要对这3条平衡剖面恢复过程所得的伸展量和伸展速率(表1)进行分析，结合特定剖面特征，总结各构造演化阶段的特征。

火石岭-营城期，从恢复结果数据看，
这3条线的伸展量都较大，最大可达5 km，而且伸展速率都在600 m/Ma以上，同时地层分布均受到该时期所发育正断层的控制(图3(a))，为典型的断陷期强烈拉张和沉积特征。

登娄库期为断坳转化阶段，从恢复数据看伸展量和伸展速率明显比前期变小、降低，剖面上沉积地层超覆在原有断裂之上，早期断陷中心部位继续接受沉积，部分主控断层活动强度开始变弱，以绥化断裂带为边界，晚期绥棱背斜带初见规模(图3(b))。

泉头期开始盆地进入坳陷阶段，一直持续到嫩江期结束，恢复数据表明坳陷期伸展量平均在160 m，伸展速率平均在21 m/Ma，较小的伸展量和较低的伸展速率都反映出坳陷期断裂活动减弱或停止，地层分布均匀并稳定沉积的特征(图3(c)—图3(e))。

需要注意的是在嫩江组末期，由于受到强烈的区域性挤压作用，部分早期断裂发生构造反转形成逆断层，局部沉积地层遭受严重剥蚀(图
3(f))。

EW-124线嫩江期-现今的伸展量为负值，表明这种构造反转作用在研究区
北部较强，说明北部处于构造相对抬升状态，沉积地层较薄，局部遭受剥蚀缺失。

图3 明水-绥化地区EW-124线平衡剖面恢复
表1 明水-绥化地区EW-96线、EW-104线、EW-124线伸展量与伸展速率统计
表构造活动时期火石岭-营城期末库期末泉头期末青山口期末登娄姚家期末嫩江期-现今/m 102 702 102 836 103 137 103 250 103 554 102 830伸展量/m 3 660 134 301 113 304 -724伸展率/% 3.7 0.13 0.29 0.11 0.29 -0.7伸展速率
/(m·Ma-1)剖面长EW-124线610 14.9 15.1 15.1 67.6 -65.8/m 103 790 104 200 104 302 104 420 104 537 104 765伸展量/m 5 040 410 102 118 117
228伸展率/% 5.1 0.4 0.1 0.11 0.11 0.22伸展速率/(m·Ma-1)剖面长EW-104线
840 45.6 5.1 15.7 26 20.7/m 100 086 100 442 107 935 108 055 108 174 108 293伸展量/m 4 598 356 140 120 119 119伸展率/% 4.82 0.36 0.14 0.11 0.11 0.11伸展速率/(m·Ma-1)剖面长EW-96线766.3 39.6 7 16 26.4 10.8
4 结论
从早白垩世火石岭期—晚白垩世嫩江期，明水-绥化地区经历完整的伸展盆地演化序列:火石岭-营城期处于伸展断陷强烈拉张阶段;登娄库期处于断坳转化阶段;泉头-嫩江期为坳陷阶段;嫩江组沉积末期，遭受区域强烈挤压应力作用，开始进入萎缩反转阶段。

从所选择4条测线各时期的伸展量、伸展速率来看，断陷期强烈拉张阶段研究区中部和南部活动较强;萎缩反转阶段，EW-124线较大的负伸展量表明研究区构造反转作用在北部强度最大，向南减弱。

依据背斜成藏理论，晚白垩世形成的绥棱背斜带可作为深层油气聚集的有利场所。

参考文献
【相关文献】
1 Dahlstrom C D A.Balanced cross sections.Canadian Journal of Earth Sciences，
1969;6(4):743—757
2 陈伟，卢华夏，施央申.平衡剖面计算机模拟及其应用.北京:科学出版社，1993
3 毛小平，吴冲龙，袁艳斌.地质构造的物理平衡剖面法.地球科学-中国地质大学学报，
1998;23(2):167—170
4 侯贵廷，冯大晨，王明文，等.松辽盆地的反转构造作用及其对油气成藏的影响.石油与天然气地质，2004;25(1):49—53
5 胡望水，吕炳全，张文军，等.松辽盆地构造演化及成盆动力学探讨.地质科学，2005;40(1):16—31。