含油气盆地古构造恢复方法研究及进展

摘 要：含油气盆地古构造与油气的成烃、成藏关系密切，但目前已有的古构造恢复方法均具有一定的局
限性，制约了油气的勘探开发。 该文分析总结了古构造恢复方法发展至今形成的“宝塔图”法、厚度图法、
平衡剖面法、地震属性恢复古构造法、三维空间古构造恢复法、同一变形体古构造恢复法等诸多方法，并
分别指出了各种方法的适用范围和在实际应用中存在的问题。 剥蚀量恢复、去断层、去褶皱、去压实校正
Dahlstrom［8］提出了平衡剖面的概念，Elliot 对平 衡剖面的概念作了严格定义：“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到未变 形的状态，那么它就是一条合理的剖面”［19］。 平衡剖 面是根据物质守恒的原理提出来的，在其制作过程 中，需遵循面积守恒、层长一致、位移一致和缩短量 一致的几何学法则 。 ［19-21］ 以“地质平衡”为核心的平 衡剖面技术是古构造研究的基础，已成为油气勘探 中的一项重要技术，它对于正确判定地下构造、合理 进行盆地恢复有着重要意义。
1 古构造恢复方法
1. 1 “宝塔图”法 对于具有多个作图界面的地区，用相应较深界
面的构造等高值依次减去相应较浅界面的构造等 高值，编制出不同时期的古构造图，并按不同时间
收稿日期：2011- 07-17；修回日期：2011- 08-20 基金项目：国家自然科学基金项目“中国南方下古生界海相富有机质页岩裂缝发育程度与主控因素定量关系研究 ”（编号：41072098）资助。 第一作者简介：久凯，1986 年生，男，中国地质大学（北京）在读博士研究生，主要从事石油构造分析方面的研究工作。 地址：（100083）北京市海
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图 2 利用构造恢复原理进行古构造恢复的思路① Fig. 2 The idea of paleostructure restoration based on the principle of structural restoration
张 卫 华 等 ［16］提 出 了 利 用 地 震 属 性 恢 复 古 构 造 的方法。 该方法的关键是要获得地质上某个时刻的 地震数据体，然后任意截取该地质时刻的地震剖面 并利用三维可视化技术来研究古构造。 获取地震数 据体首先要对地层进行压实校正和剥蚀厚度恢复， 校正后的地层会有明显的变化，而现今的地震资料 无法记录这种变化，这就需要进行波场重建，然后 便可获得某一地质时刻的地震记录，再利用它计算 各种属性，进而可得到地质历史时期的构造情况。 该方法将地震属性与计算机技术相结合，其优点在
衡剖面古构造恢复的思想，不仅定量研究了古构造 的变形过程，还探讨了古构造圈闭演化过程中局部 变形带的空间分布特点。 针对我国复杂的多旋回叠 合 盆 地 类 型 ，漆 家 福 等 、 ［12］ 杜 旭 东 等 ［13］对 黄 骅 坳 陷 中 生 代 古 构 造 进 行 了 探 索 性 恢 复 ； 毛 小 平 等 ［14］提 出 了运用物理平衡剖面法恢复古构造的方法；靳久强 等 ［15］探 讨 了 西 北 地 区 侏 罗 纪 原 型 盆 地 及 其 演 化 特 点；张卫华等 提 ［16］ 出了利用地震属性恢复古构造的 方 法 ；薛 良 清 等 利 ［17］ 用 古 沉 积 相 、地 层 接 触 关 系 与 构造格架分析研究了西北侏罗纪原始盆地面貌；张 立 勤 等 ［4］利 用 层 序 充 填 特 点 和 古 水 平 面 重 塑 方 法 对 黄骅坳陷乌马营奥陶系古潜山的古构造进行了研 究；马如辉等 提 ［18］ 出了利用构造恢复原理来恢复古 构造，并应用于川西地区，取得了良好的效果。
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于可以应用三维可视化技术对剖面的构造演化过 程实现动态显示，有助于对含油气盆地古构造的深 入理解。 1. 5 三维空间古构造恢复法
以往大多数古构造恢复是在剖面图或平面图 的二维空间上进行的，但实际的构造变形则发生在 三维空间上，因此常造成恢复结果的精度较低。 随 着钻井、三维地震勘探的不断深入及计算机技术、可 视化技术的不断提高，使古构造的恢复从二维剖面 向三维剖面的转化成为可能。
（a） 原始构造模型；（b） 去断层后模型；（c） 去褶皱后模型；（d） 压实校正后模型
① 张小兵.塔里木盆地古隆起演化与油气关系.中国石化西北油田分公司 2010 年春季勘探部署会，2010.
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岩性油气藏
多位学者对含油气盆地古构造恢复进行过研 究，20 世纪 40 年代至 50 年代，前苏联石油地质学 家卡拉瓦什基娜等提出了“宝塔图”古构造分析方 法 ［7］；1969 年 Dahlstrom 等 ［8］提 出 了 平 衡 剖 面 的 概 念；Suppe［9］、Shaw 等［10］、Rowan 等 进 ［11］ 一步发展了平
（a）
变形前
刚性块体位移模型
弯曲滑动模型
变形后
（b） 垂直剪切模型
变形前
变形后
斜向剪切模型 纯剪切模型
“多米诺”骨 牌模型
图 1 运动学模型［22］ Fig. 1 Kinematic model （a） 基本运动学模型；（b） 垂直剪切模型和“多米诺”骨牌模型
平衡剖面复原的方法有 2 种：一种是正演法，另 一种是反演法。 所谓正演法，是指从未变形的状态 向变形后的剖面模拟的过程 ， ［20］ 其优点是可通过对
淀区学院路 29 号中国地质大学（北京）能源学院。 电话：（010）82320629。 E-mail：jiukai-9@ 通讯作者：丁文龙，1964 年生，男，副教授，博士生导师，主要从事石油构造分析与控油气作用方面的教学与科研工作。 E-mail：dingwenlong
2006@
及古水深校正等是古构造恢复中的关键技术，能否合理运用这些技术将直接影响到古构造恢复的准确
性。 文中对这些关键技术作了详细分析，此外还归纳了古构造恢复中存在的主要问题，并指出了古构造恢
复方法未来的发展趋势。
关键词：古构造恢复；恢复方法；发展趋势；含油气盆地
中图分类号：TE121.2
文献标志码：A
0 引言
许 浚 远 等 ［31］较 早 提 出 了 三 维 古 构 造 重 建 的 方 法。 基本思想是考虑质点的空间运动轨迹，即首先 在合适的剖面内恢复二维古构造，再将不同方向剖 面的二维古构造进行叠加，叠加方式视断裂总体变 形特征而定。 多位学者指出，对于复杂构造区，要想 较准确地对某个时期的古构造进行恢复，必须考虑 到断层和褶皱对古构造的影响。 构造恢复原理 为 ［18］ 复杂构造区的古构造恢复提供了有益的思路和方 法，它实际上是地层沉积演化的逆过程。 一般地层 的沉积演化过程是沉积—压实—褶皱—断裂，而运 用构造恢复原理对某个时期的古构造恢复过程为 去断层—去褶皱—去压实—古构造（图 2）。 值得一
不同参数的选择，利用计算机迅速地检验几个不同 的假设，为地质学家解释地质现象提供依据。 比如， 地震资料反射差的地区其地震剖面上深层的反射
2012 年
久凯等：含油气盆地古构造恢复方法研究及进展
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通常不清楚，在进行解释时存在多解性，但是通过 对正演模型的合理利用，依据浅层反射好的资料， 运用正演模拟的方法，可以对深层的构造进行合理 的预测 。 ［24］ 所谓反演法，是指从复杂的解释剖面入 手，按照顺序依次将变形的剖面恢复到未变形的状 态，并对所恢复剖面的合理性作出检验。 通过确定 现今剖面的长度、恢复后剖面的长度以及地层划分 对比的时间，对伸展盆地的伸展量、伸展率和伸展 速率进行计算 ， ［25-28］ 对挤压 性 盆 地 的 缩 短 量 和 缩 短 率进行计算 ， ［29-30］ 从而更加 深 入 地 了 解 盆 地 的 构 造 演化过程。 1. 4 地震属性恢复古构造法
在古构造恢复中，运动学模型限定了构造变形 的整个演化条件。 平衡剖面中经常使用的 4 个运动 学模型 为 ［22］ ：刚性块体位移模型、弯曲滑动模型、斜 向剪切模型和纯剪切模型［图 1（a）］。 运用不 同 的 模型对变形的构造进行恢复后会得到不同的几何 形态。 此外，“多米诺”骨牌模型和垂直剪切模型在 古构造恢复中的应用也越来越多［图 1（b）］。 近年 来，断层相关褶皱理论及技术有了进一步的发展，为 重建地质正演模拟提供了一种方法，它将平衡的观 念定量化，在构造建模与构造解析中给出了一种合 理、可行的方案 。 ［23］
在 美 国 地 质 调 查 所 1964 年 编 制 的 《地 质 学 辞 典》中，将“古构造”一词解释为：在地质历史中，一 个地区从前的地质构造或岩石序列。 崔盛芹［1］把古 构造理解为“既成的现今构造形成之前，某一或某 些发展阶段（同沉积期、造山期）的构造状况”。 古构 造的“古”字，本身并无绝对的时间概念，是相对于 现今构造而言的。 含油气盆地的古构造对油气成 烃、成藏的各种要素起到控制作用，对古构造进行 恢复可以为含油气盆地的综合分析、盆地模拟提供 可靠的依据。 中国的含油气盆地多数属于叠合盆 地 ［2］， 经 历 过 复 杂 的 多 旋 回 演 化 ［3］以 及 多 期 次 、 多 类 型盆地的垂向叠置历史，因此古构造恢复就显得尤 为重要 。 ［4-6］
第 24 卷 第 1 期 2012 年 2 月
岩性油气藏 LITHOLOGIC RESERVOIRS
文 章 编 号 ：1673-8926（2012）01-0013-07
Vol.24 No.1 Feb. 2012
含油气盆地古构造恢复方法研究及进展
久 凯1，丁文龙1，李春燕2，曾维特1
（1.中国地质大学（北京）能源学院； 2.中国石化勘探南方分公司）