盆地分析-平衡剖面原理
利用平衡剖面快速判定盆地区域古构造应力方向――一种分析古构造概要
第29卷第6期石油雾劈沾质 V01.29.No.6 2007年12月PETROLEUM GEOLOGY&EXPERIMENT Dec..2007文章编号:1001--6112(200706一0633一04利用平衡剖面快速判定盆地区域古构造应力方向一种分析古构造应力方向的新方法佟彦明1’2,钟巧霞(1.中国地质大学资源学院,武汉430074;2.斯伦贝谢(中国DCS,北京100004;3.西南石油大学经济管理学院,成都610500摘要:确定古构造应力方向是盆地古构造应力场研究中一个非常重要的内容,该文提出了一种分析盆地古构造应力方向的新方法。
首先利用平衡剖面技术,计算盆地在各地质时期不同方向上的形变率,然后借鉴材料力学中利用应变花求取主应力方向的办法,将盆地在3个不同方向上的形变率等同于应变花的3个线应变,进而利用相应公式求得盆地的古构造应力方向。
利用该方法求得胶莱盆地白垩纪莱阳期、青山期和王氏期的第一拉张主应力方向分别大致为北东一南西、北西一南东和南一北向,这与由其他传统地质方法分析得到的结果对应性良好,说明该方法是实际可行的。
此外。
形变率在不同方向剖面上的变化趋势可反映盆地的力学性质,因此该方法还有助于判定盆地类型和成盆机制。
该方法具有方便、快捷的特点,并且不受地层出露情况的制约。
关键词:古构造应力方向;古构造应力场;平衡剖面;白垩纪;胶莱盆地中图分类号:TEl21.2文献标识码:AFAST DETERMINATIoN OF BASIN’S PALE0-TECTONICSTRESS DIRECTION BY BALANCED CROSS SECTION—A NEW METHoD T0ANALYZE PALEO—TECTONIC STRESS DIRECTION T ong Yanmin91”, Zhong Qiaoxia3(1.Faculty of Resources,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei 430074,China;2.Schlumberger(ChinaDCS,Beijing 100004,China;3.School of Business Administration,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,ChinaAbstract:To determine the direction of paleo-tectonie stress is a very important matter for basin’S paleo-tectonic stress field research.A new method has been brought forward to analyze paleo-tectonic stress direction.Firstly,the balanced cross section techn ique is applied to obtain basin’S deformation.rates in different directions during each geological stage.Then,the strain rosette method is employed to calcu-1ate principal stress direction in mechanics of materials.Further。
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。
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：
盆地分析7平衡剖面复原挤压构造为例
盆地的构造演化与油气成藏密切相关，通过 对盆地的平衡剖面复原和挤压构造分析，可 以为油气勘探和开发提供重要指导。
探讨挤压构造形成机制
挤压构造是盆地中常见的构造类型， 通过对其形成机制的研究，可以深入 了解盆地的构造特征和动力学背景。
研究意义
01
深化对盆地构造演化的认识
通过对盆地的平衡剖面复原和挤压构造分析，可以深化对盆地构造演化
对未来研究的展望
深入开展三维构造 研究
随着三维地震资料的不断丰富 和处理技术的不断提高挤压构造 的空间展布和几何形态。
加强构造动力学研 究
目前对挤压构造的研究主要侧 重于几何学和运动学方面，对 动力学方面的研究相对较少。 未来可以加强构造动力学研究 ，探讨挤压构造的形成机制和 驱动力来源等问题。
03 平衡剖面技术
平衡剖面原理与方法
平衡剖面原理
基于物质守恒定律，通过几何学和运动学原理，将地层变形前后状态进行恢复与 对比，从而揭示构造变形过程。
平衡剖面方法
主要包括正演模拟法、反演模拟法和综合分析法。正演模拟法通过设定初始条件 ，模拟构造变形过程；反演模拟法根据已知地质资料，反推构造变形历史；综合 分析法结合地质、地球物理等多源信息，进行综合解释。
04 挤压构造识别与复原
挤压构造类型与特征
逆冲断层
01
断层面倾斜，上盘上升，下盘相对下降的断层，主要由水平挤
压形成。
褶皱构造
02
岩层在侧向压缩应力作用下发生弯曲的现象称为褶皱，褶皱能
直观地反映地壳的水平收缩。
挤压盆地
03
挤压盆地是在地壳挤压应力作用下形成的盆地，通常具有不对
称的构造形态。
挤压构造识别方法
结合数值模拟方法 进行验证
平衡剖面在焉耆盆地构造演化分析中的应用
系保 留不全 ， 整体 剥蚀 严重 。从 沉 积特征 看 ， 属 于 应
山 间的挤压 盆 地 。从 构 造变 形 特 征 看 ， 个 盆 地 在 几
中新 生代 都处 于挤 压 背 景 ， 挤 压 的强 度 及 边 界 条 但 件不 同 ， 因此也 有 较 大 差 异 。库 车 盆地 与准 噶 尔 南 缘 盆 地表 现 为典 型 的前 陆褶 皱一 冲 断带 ， 造 成 排 构 成 带分 布 ， 焉耆 盆 地 则 总体 表 现 为 斜 向挤 压 背 景 而 下 的构造 变 形 ， 变 形 强 度 较前 两 个 盆 地 要 弱 。从 且 变 形 时期看 ， 山两 侧 的 两个 盆 地 在 喜 山期 变 形 强 天
文 章 编 号 ：１０ ０ ０—２３ （０ ６ ０ ６４ ２ ０ ）４—０ １ ０ ０ ７— ５
平衡剖 面在 焉耆 盆地构造 演化 分析 中的应 用
胡 斌 ， 齐丽军 张 辉 ， ， 冯全 东 ， 方江 雪４
（． １河南油 田地质调查处 ， 河南 南 阳 ４ ３ ３ ； ． ７ １２ ２ 中国地质大学 （ 北京 ） 研究生院
总呈西 １ｍ ６北 体， ０Ｉ ｋ￣
北方 向宽 ６ ９ ｍ，面积约 １ ０ ｍ 。 ０～ ０ｋ ３０ ０ｋ
囫 １囫 ２团 ３
４ 圈 ５ 圈 ６圈 ７圈 ８回 ９田 １ ０
１ 正断层； ． ２ 逆断层 ： ． ３ 走滑 断层 ： ． ４ 缝合带： ． ５ 磨拉石盆地 ； ．复理石盆地： ６
前 陆盆地 及 吐哈盆 地 在 成 因 上 与 之 紧密 相 连 ， 有 具
致 ； 断 层发 生分叉 ， 移量 分散 到 各 支 断层 上 ； ② 位 ③ 滑脱褶 皱作 用 ， 缩 短机 制与 断层 传播作 用 相 同。 其
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。
3
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。
盆地分析(7)平衡剖面复原挤压构造为例
等面积法
在地层发生紧闭褶皱或强烈变形地区，波状层法很可能失效， 因而等面积法则显得尤为重要。 在对标志层进行平衡时，要对以夹层产出的，通常是软弱的或 透入性变形的岩层进行面积测量，以作面积比较；按照“平衡” 原理，在变形和复原两种状态下它们的面积必须相等。由于不能 用波状层法平衡，当然就必须用等面积法来平衡。
一条剖面的复原
钉线是测量线条长度的起始部位。对任一剖面来说，区域性 的钉线都应选在造山带的前陆，因为那里没有变形和层间滑动。 在图16－1所示剖面上，可将钉线设置于最靠近前陆的逆冲席尾缘 。 首先，绘制一条准备复原的地层剖面，将其中的地层画成层饼 状（地层厚度不变）或楔状（地层厚度呈楔形变化）（图16一2） 。
波状层法
对逆冲带剖面的平衡都是首先按照逆冲断层的规律绘 制出变形剖面，然后测量所有岩层的长度以重新确定未变 形状态中断层的位置。如果一条逆冲断层在复原时倾向错 误的方向，我们就认为该变形剖面是不平衡的（它在几何 学上是不合理的）。当波状的地层能够在地震反射剖面上 反映出来时（图13－3），这种方法比较奏效。但是当剖 面只有地表资料并且观察不到下盘断坡时，情况就要困难 的多。
波状层法
实际上这种一致性并非一成不变， 反而确实需要合理的变化。通常有两种 情况可能会出现岩层长度不相等。 在逆冲断层发育地区，许多同造山沉 积物是在已经缩短了的地层之上沉积的 。只有前造山沉积物才是完全可复原的 ，同造山沉积层通常要比复原的前造山 沉积层的长度短。 在伸展环境中，沉积作用一般随生长 断层的活动同期进行，由于伸展量的增 加，每一套较年青的沉积层都会比它早 先的沉积层要长。
局部钉线
在南阿巴拉契亚，上盘断坡很少能保存下来（图 12 － 2），因 此无法用一般的方法将上、下盘断坡复位。所以，最好的办法就 是在每一个逆冲席的尾缘设置局部钉线（假定其层间滑动最小） ，并将这些逆冲席作为一些分离的断块复位，沿着基底滑脱面排 成一串。与被侵蚀掉的上盘断坡有关的缩短显然仅代表了最小估 算值。
盆地(构造)分析第六讲 平衡地质剖面的制作-以挤压构造为例
断层优选图解
Dahlstrom的图解仅考虑了下盘的地层，其实也可考虑整个地 层剖面。FPD直方图可用来在一个地区判断最适于发生滑脱的 层位。另一方面，在地形起伏较大的地区，断层线是弯曲的， 因而相对于地形平缓的地区来说，其平面长度将会被夸大。
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五、切层线图
由平面图件资料识别二维
及三维构造几何形态最好的方
整理ppt
整理ppt
切层线图
Absaroka和 Darby逆冲断层 为了解切层线如何说明构造几何 形态提供一个很好的例子。在 Darby逆冲断层的McDougal山 地区（图4一3），Darby逆冲断 层的地层断距图解（图3－5）表 明了一个向北上切的断坡。这是 一个斜侵蚀面上的前断坡还是受 到侵蚀的向北上切的侧断坡呢？
在爱达荷一怀俄明一犹 他州北部的逆冲带中，若 干个逆冲席表现出逆冲断 层位置的侧向变化，这种 现象被认为是由于侧断坡 的存在的缘故（图3一4， A．B）。
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地层断距图解
Darby逆冲断层在McDougal山（ MtM）向北并向上切过了近300m 的地层剖面（A），在该逆冲带 北部，Absaroka前缘逆冲断层向 上切割剖面；向南，其分支与 St.John逆冲断层相连（B）。
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单一逆冲席的几何形态。 一个简单显露的逆冲席由其前缘
的显露断层（首缘断层）及尾部的尾 缘断层（下一个逆冲席的首缘断层） 所围限（图6－la)。在一个逆冲席中 通常可出现三种类型的褶皱：在逆冲 席位移通过下伏逆冲断层的断坡时， 由于弯曲作用形成的断坡背斜；由于 逆冲席内部缩短作用引起的席内褶皱 和逆冲席前缘的紧闭褶皱。席内褶皱 通常以“盲”叠瓦构造为核，这是由 于上覆褶皱的缩短作用需要下伏的叠 瓦构造的缩短作用来平衡（Faill， 1969，1973）。Suppe（1983）称断 坡背斜为断弯褶皱（ fault－bend fold ）， Suppe和Medwedeff（1984）将 核部具叠瓦断层的褶皱定义为断展褶 皱（fault—ProPagation fold）。整理ppt
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：
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。
盆地分析(8)平衡剖面实践挤压构造为例
地震解释的基本方法
（ 2）轴面位置的确定 ： 第二步就是在工作薄膜上沿着等倾角区 ） 轴面位置的确定： 之间的枢纽带绘制出轴面 在地质剖面上， 轴面。 之间的枢纽带绘制出轴面。在地质剖面上，轴面通常平分褶皱两 翼之间的夹角（ 翼之间的夹角（图20－1a）；但是，在水平和垂直比例尺不相等 － ） 但是， 的地震剖面上，轴面一般不平分褶皱两翼夹角（ 的地震剖面上 ， 轴面一般不平分褶皱两翼夹角 （ 图 20－1b，c） － ， ） 若干个清晰反射层的褶皱枢纽的位置来确定 为此，轴面必须据若干个清晰反射层的褶皱枢纽 。为此，轴面必须据若干个清晰反射层的褶皱枢纽的位置来确定 未偏移和偏移有误的剖面上 的剖面上， 。在未偏移和偏移有误的剖面上，由于产状较陡的反射层并未归 位到正确的相对位置，轴面定位可能会产生误差（ 位到正确的相对位置，轴面定位可能会产生误差（图20－1d）。 － ）
对于右边向斜轴面的解释是暂时性的 。 此外，出现了一些令 对于右边向斜轴面的解释是暂时性的 此外， 右边向斜轴面 的解释是 暂时性 人困惑的问题。中部背斜为什么后倾区会比前倾区宽得多 为什么后倾区会比前倾区宽得多（ 人困惑的问题 。 中部背斜 为什么后倾区会比前倾区宽得多 （ 特别 是在1 秒以上和2秒以下的深度） 这一事实或许表明了断展作 是在 1 . 5 秒以上和 2 秒以下的深度） ？ 这一事实或许表明了断展作 的存在。在滑移量相同的情况下， 用 的存在 。 在滑移量相同的情况下 ，断展褶皱作用可以产生比断 弯褶皱作用宽得多的后倾区 因此，有理由认为， 宽得多的后倾区。 弯褶皱作用 宽得多的后倾区。 因此 ，有理由认为 ， 这里曾发生过 断展褶皱作用。宽的后倾区和陡倾甚致倒转翼 这是断展褶皱的典 断展褶皱作用。 这是断展褶皱的典 型特征。 型特征。
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）。 ）。
平衡剖面技术及原理简介-培训
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
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。
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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。
历史的回顾
“能合理地推 断出来”这一用语是 关键。在建立平衡剖 面过程中全部的目的 就是将未知限制到在 地质上被认为是合理 的地步。
3．识别构造群落：
如果剖面上有被截切的褶皱，则在野外 应能见到被截切的褶皱（图17）。 不同的构造岩性层在褶皱及逆冲断层的形态上会有不同的 表现。不同的构造群落表明了不同的构造环境。 一个地质学家在试图建立一条剖面之前，并不一定总有机 会进行野外调查。在这种情况下，主要构造的几何形态及变形 样式常可由航空照片或地形地质图上查明。例如，尖棱褶皱与 正弦形同心状褶皱可通过平面图及产状资料加以区别。
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 皱和违序逆冲断层可能属实际问题，而岩层长度问题则可能是绘 图粗糙的结果。 剖面是对平面图资料立体化的常规解释方法，其质量取决于 我们的原始资料。如：在侵蚀深度达到足以将可能存在的顶板断 面侵蚀掉的情况下，要想确定叠瓦扇与双重逆冲构造之间的不同 是很困难的。此外，对露头差的地区的解释取决于我们对区域背 景及良好露头区的了解。
1．选择剖面线
在确定了运移方向后，需要为第一条横剖面选择一个特定的 位置。第一条剖面应当是区域性的，最好是能够被“钉”在未变 形的前陆上（图12）。
1．选择剖面线
最初的剖面还应避开侧断坡和捩断层。侧断坡会严重地限制 运移方向，与此有关的褶皱方位，相对于运动方向也是变化的。 通过或靠近这些构造的剖面常常是不平衡的，也是无法复原的。
层的长度……如果不存在间断，这些岩层的长度必定是一致的；② 在一个特定的地质环境中，只可能存在一套特定的构造…”。
目
的
Elliott（1983）的定义显得稍微严格一些：“…剖面上所画 的构造应是能在悬崖、公路截面和山的侧面等地能见到的构造, 利用这些构造就能编制出一张可以接受的剖面；另外，复原剖面 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 状态，那么它就是一条合理的剖面。按照定义，一条平衡了的剖 面应当既是合理的又是可接受的…”。 如果我们真正理解了构造是如何形成的，那么就应该能够将 构造复原。因此，当岩层长度或剖面面积在变形与未变形的两种 状态下相等时，剖面就平衡了。如果它们不相等，而且对这种不 一致性又无法解释（应变？），那么剖面就是不平衡的。如果仅 提供了变形剖面而无复原的剖面，则无法确定它是否平衡，只有 作者提供了复原剖面后才能证实它是平衡的。 如在建立横剖面时，遵循断弯褶皱作用（F· F）倾角谱分析 B· 的原则（Suppe，1983），则该剖面将能准确复原，因而也是能 够退变形的（以后将会讲到）。
历史的回顾
如在落基山，60年 代的地震数据的质量 一般比现在要差，但 是与原地寒武系及下 伏基底有关的反射事 件通常是可以识别出 来的（图1－2）。 寒武纪和下伏基底 的地震反射面与地表 地质条件清楚地限定 了编制构造剖面的边 界，严格制约了对落 基山深部构造的推断 （Bally,1996）。
历史的回顾
目
的
由于在平衡一条剖面的过程中增加了这些额外的限制，在完成 平衡过程之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；但与未平衡的剖面相比，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，因此有助于对勘探 目标的评估。 利用剖面的平衡技术，还可以在逆冲构造带寻求可预测和可 识别的型式。 利用计算机模拟可以对许多不同的构造样式进行快速研究。 正向的构造模拟（即从未变形状态到所观察到的变形状态）比反 向模拟（即变形状态的剖面由计算机进行复原）要常见得多。正 向模拟可通过变换任一重要的输入参数产生多种合理的剖面。严 格平衡的计算机模拟可能不完全与实际资料相符，但它们几乎总 是能够对实际剖面中出现的平衡问题提供解答。
1．选择剖面线
Price（1981） 指 出 ， 如果剖面线方位与构 造运移方向的偏差在 30° 范 围 以 内， 缩 短 作用结果中不存在重 大误 差 （15％） 。 图 11表明，对于50km长 的剖面来说，当偏角 为30°时 ， 岩 层 长 度 的改 变 小 于 15％ ， 但 是沿走向剖面的端点 却偏离了30km。
基本原理
6．定位下盘断坡
一般来说，逆冲席中倾 向后陆的段落反映了下盘断 坡的倾斜及位置（图18）。
6．定位下盘断坡
犁式正断层通常 在一个断坡部位向 下并入逆冲断层（ 图21）。
定位下盘断坡：落基山逆冲带怀俄明一犹他区段的勘探揭示，较 高层次的逆冲断层可以以一个位于上盘断坡褶皱内的软弱层作为 其底板，因此并非严格地在断坡处并入逆冲断层（图22）。 在这种情况下，晚期的叠瓦状分支断层往往在断坡上发育， 与地表主要背斜一起亦可给出与断坡位置有关的附加信息。
4．计算基底深度
地表地质常与基底深度有关。 在图19中，剖面东端的一个深钻给出寒武系——侏罗系的厚度 为8500ft，向西约25mi的另一钻井资料表明相同地层的厚度为 14000ft。因此剖面中不是简单的平板状地层，基底深度的计算 必须考虑到增厚的沉积楔。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4．计算基底深度
Darby逆冲席的厚度为10000ft(图19），这意味着其下盘寒 武系－侏罗系的厚度不会大于10000ft。 根据地表地质确定出褶皱轴面以后，可以定位Darby逆冲断 层下盘的断坡，并因此可以定出在逆冲带前缘的基底的最小深度 。注意，由于Darby逆冲席中卷入了寒武系，因此，根据Darby逆 冲席内的地层资料就足以计算出基底的深度。
4．计算基底深度
如果没有其它资料，我们可以将基底以2°－3°的倾角向西 延伸；2°－3°就是在大多数逆冲带内基底表面的平均倾角． 年青的逆冲带可能具有倾斜较陡的基底，倾斜度可达4．8°。
基本原理
5．沿倾伏投影法
理想情况下，剖面线上应具有连续的露头，完善的产状数据及 地层界线，而且钻井应直接定位在剖面线上。 但实际上，露头情况不好及任意的钻井定位常使我们不得不 将剖面以外的资料投影到剖面上来，这种方法称为沿倾伏投影法 。图20中概括了沿倾伏投影的基本方法。
平衡地质剖面的基本原理 －－以挤压构造为例
一、导论--目的
平衡剖面源于19世纪50－60年代的石油工业。最早出版的一
批平衡剖面是由研究加拿大落基山的Bally等（1966)编制的。
首先，应该如何来定义一条“平衡了的”剖面呢？ Dahlstrom（1969）提出了两个准则：
“①对横剖面几何学合理性的一种简单检验方法就是测量岩
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。
1．建立一条平衡剖面涉及到哪些假设？ 2．绘制一条平衡剖面需要哪些资料？ 3．这些资料的来源是什么？ 4．如何将这些资料用于我们的剖面？ 5．由地表资料能推测哪些地下情况？
基本原理
1．选择剖面线 剖面的平衡方法要求剖面 线平行于逆冲运动的方向，因 此第一步就是确定构造运移的 方向。构造运移的方向通常是 用区域构造线的平均走向来确 定。 图8中所选剖面线垂直于： ①主要逆冲断层的走向； ②主体褶皱的走向。
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）。
平衡剖面的发展――历史的回顾