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。
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
利用平衡技术和造山缩短作用的估算在重建古地理的过程中 可以了解相关系（Roeder和Witherspoon 1978，图6）。
2．汇集地层资料
正确的地层资料 可以来自地表测量 、文献、钻井资料 或地震资料。地层 厚度也可由地质图 及航空照片通过三 点法计算出来（图 13）。
2．汇集地层资料
测井资料其可信度 是很高的（图14）。 地层界线在钻井剖面 上比在多数地表剖面 上稳定。
基本原理
3．识别构造群落
绘制在剖面上的构造特征应当是能够在地表、地震资料 及钻井中见得到的。如果褶皱是正弦形同心状的，则尖棱及 箱状褶皱就不应当出现在剖面上，反之亦然（图15，16）。
Bacher（1933)，Goguel(1962)，Laubscher（1962），Dahlstrom （1969）等都应用过这一技术（图3b）。
历史的回顾： Hossack(1979）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 法－结合面积平衡原理——已被Gwinn、Price和Mountjoy（1970 ）所应用（图 4）。
基本原理
2．汇集地层资料
如果我们的研究用的是不正确的地层厚度，则剖面或许 仍是平衡的并且是可以复原的，但必是不可接受的（在其几 何学的相对真实性方面）。当使用的地层厚度被低估时，就 可能需要增加额外的断片来填充剖面的空间；如果地层被估 计过厚时，我们将被迫降低基底或修改剖面来容纳多余的地 层。在工业上可能会造成数百万美元的损失。
基本原理
4．计算基底深度
剖面的下部边界是在最 下面的逆冲席之下的未变 形的原地基底。在许多逆 冲构造区，这一构造基底 同地层的结晶基底一致。 基底的深度可用地球 物理方法、钻井资料或逆 冲席中地层柱的地表厚度 计算出来（图1 8）。
4．计算基底深度
地球物理方法包括 航磁 、重力、大地电磁及地震资 料。前三种方法未必可靠， 会导致深度计算的错误。 最可靠的（精确±10％ ）估算基底深度的是地震剖 面。 即使一个钻孔不能穿透 整个地层剖面，但仍会提供 比其它方面更多的限制条件 。 一个逆冲席上全部岩层 厚度的总合（图18）就是基 底的最小深度。