平衡剖面技术在前陆冲断带 构造恢复中的应用

２ 应用研究实例
根 据 胜 利 油 田 新 疆 探 区 ２００６ 年 的 勘 探 资 料 ， 基于平衡剖面技 术，对 准 噶 尔 盆 地 西 北 缘 这 一 典 型的前陆冲断带 的 构 造 演 化 史 进 行 研 究，通 过 缩 短量和缩短速率 的 定 量 分 析，揭 示 前 陆 冲 断 带 的 演化过程与发育历史。
础。所建模型必须保证在平面上要充分利用地质 图上展现的区域 构 造 变 形 等 信 息；剖 面 上 要 体 现 各地震反射界面 的 反 射 特 征；理 论 上 要 合 乎 冲 断 带构造变形理论。
地震剖面是构建地质剖面的原始依据。通过 时—深转换，将剖 面 由 时 间 域 转 化 为 深 度 域。 在 此 过 程 中 要 综 合 运 用 钻 井 资 料 、地 震 分 层 数 据 ，并 结合地表地质调查资料以及重磁电等普通物探资 料，这样得到 的 地 质 剖 面 才 是 比 较 准 确 的。 由 于 前陆冲断带的复 杂 性 在 前 文 中 已 叙 述，故 此 处 不
（３）位 移 量 守 恒 沿 同 一 条 断 层 ，各 相 当 层 的 位移应保持一致。
对于复杂的前 陆 冲 断 带，地 层 变 形 机 制 则 更 为复杂，不能死板 地 套 用 以 上 三 原 则 进 行 构 造 恢 复，需 结 合 地 质、地 球 物 理 资 料，必 要 时 还 要 采 取 数 值 模 拟 等 技 术 手 段 ，分 析 其 变 形 机 制 ，采 取 更 有 针对性的恢复方 法，才 可 更 真 实 地 反 映 构 造 演 化 过程。
摘 要：平衡剖面技术是一种遵循几何守恒原则而反演地质构造演化过程的剖面 、亦是恢 复重建地质演化历史活 动 及 过 程 的 一 种 方 法，同 时 也 是 构 造 演 化 定 量 分 析 的 有 效 手 段。 准 噶 尔 盆 地 西 北 缘 是 典 型 的 前 陆 冲 断 带 ，由 于 其 地 质 条 件 复 杂 、地 震 波 速 横 向 变 化 大 等 原 因，故对该区构造演化及动力学机制研究与油气地质条件的分析一直不能深入进行 ，因而 严重制约了油气勘探进程。针对以上症结所 在，从 技 术 层 面 提 出 了 更 好 的 利 用 平 衡 剖 面 技 术 进 行 构 造 演 化 恢 复 的 方 法 ，进 而 为 深 刻 认 识 该 区 构 造 发 育 史 、分 析 油 气 运 移 及 聚 集 规 律等提供了依据。通过平衡剖面恢 复 的 结 果 表 明，研 究 区 经 历 了 挤 压—伸 展—挤 压 三 期 构 造 运 动 ，并 由 此 构 成 了 一 个 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 整 个 构 造 演 化 中 最 强 烈 的 构 造 挤 压 时 期 ，其 对 该 区 构 造 演 化 及 构 造 格 架 形成与油气运聚成藏等均具重要影响和控制作用。 关 键 词 ：平 衡 剖 面 技 术 ；构 造 演 化 历 史 恢 复 ；前 陆 冲 断 带 ；准 噶 尔 盆 地 西 北 缘
选择地震剖面要保证其地震测线方向与主构 造运动方向相同，即 所 选 择 的 地 震 剖 面 要 垂 直 于 区域 性 构 造，例 如 深 大 断 层、大 规 模 褶 皱 的 走 向。 笔 者 在 综 合 应 用 地 质 、地 球 物 理 资 料 基 础 上 ，确 定 了研究区断裂 发 育 主 要 以 ＮＥ 向 为 主，少 量 ＮＷ 向断裂（图１）。故选 取 与 近 ＮＥ 向 构 造 线 垂 直 的 ＮＷ 向构 造 剖 面 作 为 平 衡 剖 面 恢 复 的 原 始 剖 面 （见图１中测线位 置），这 样 得 到 的 恢 复 结 果 才 能 更加准确地反映 主 构 造 发 育 史，相 应 计 算 得 出 的 缩 短 量 （伸 展 量 ）才 能 反 映 研 究 区 在 区 域 应 力 作 用 下的最大形变量。
ｖ０为初始速度，ｍ／ｓ ； ｅ为自然对数； ｋ 为速度随深度变化率； ｔ 为单程旅行时，ｓ 。 在该式中，除 ｋ 为 变 量 外，其 余 皆 为 常 量，ｋ 可以根据速度谱确定。
１．３ 编 制 构 造 平 衡 剖 面
为约束平衡剖 面 的 随 意 性，地 质 学 家 们 在 多 年的实际工作中 建 立 了 一 系 列 法 则，来 确 保 平 衡 剖面的准确性 。 ［１０－１２］ 这些法则主要有：
（１）面 积 守 恒 剖 面 其 变 形 前 后 面 积 不 变， 即 ：缩 短 面 积 要 与 地 层 形 前 后 的 层 长 不 变 ，前 提 是 变 形 过 程 中 岩 层 厚 度 不 发 生 变 化 ，只 发 生 断 裂 、褶 皱。
再赘述，本文 在 时—深 转 换 时 采 用 变 速 时—深 转 换方式。从速度谱等资料中拾取剖面不同深度的 速度 值，再 利 用 ＭＯＶＥ 软 件 中 变 速 时—深 转 换 模块，可得到 相 对 较 准 确 的 地 质 剖 面。 变 速 时— 深转换关系如下：
ｚ ＝ ｖ０·（ｅ ｋｔ－１ ）／ｋ 式中：ｚ 为恢复后的深度，ｍ ；
此 外 ，除 了 以 剖 面 的 构 造 形 态 、岩 性 和 埋 深 情 况为依据来确定 地 层 的 变 形 机 制，构 造 物 理 模 拟 实验也是一种有效的辅助验证手段 。 ［１３，１４］
１．４ 校 正 压 实 量
岩 石 的 压 实 曲 线 （即 孔 隙 度 随 深 度 变 化 关 系 ） 是进行去压实校正必须的资料。已采用的去压实 校正公式是基于 Ｓｃｌａｔｅｒ ａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｉｅ［１５］在北海 盆 地开展的工作，该 公 式 假 设 孔 隙 度 随 深 度 变 化 呈 指数衰减。该公 式 经 多 年 验 证，认 为 基 本 能 满 足 构造演化恢复所需的精度要求。公式如下：
以直观地在剖面图上显示出各构造演化阶段构造 变 形 的 特 征 ，通 过 测 量 剖 面 长 度 变 化 ，可 以 计 算 出 应变量与应变速 率 等，这 为 定 量 分 析 构 造 演 化 史 提供了更为准确的依据。
笔者以在准噶尔盆地西北缘地区做过的一些 工作为基础，探讨 前 陆 冲 断 带 构 造 演 化 平 衡 剖 面 恢复的方法要点，希 望 能 为 今 后 研 究 该 区 构 造 演 化史及分析油气运移及聚集规律提供一些参考依 据。
ＩＳＳＮ １００９－２７２２ ＣＮ３７－１４７５／Ｐ
文 章 编 号 ：１００９－２７２２（２０１２）１２－００４６－０６
海洋地质前沿 Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ
第 ２８ 卷 第 １２ 期 Ｖｏｌ ２８Ｎｏ １２
平衡剖面技术在前陆冲断带 构造恢复中的应用
———以准噶尔盆地西北缘为例
图 １ 准 噶 尔 盆 地 西 北 缘 哈 拉 阿 拉 特 山 地 区 断 裂 分 布 Ｆｉｇ．１ Ｍａｐ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｕｌｔｓ ｉｎ
Ｈａｌａ′ａｌａｄ Ａｒｅａ，ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ｍａｒｇｉｎ ｏｆ Ｊｕｎｇｇａｒ Ｂａｓｉｎ
１．２ 构 建 地 质 剖 面 准确的构 建 地 质 剖 面 是 编 制 平 衡 剖 面 的 基
所谓平衡剖面技术就是通过分析区域构造背 景，对 解 释 剖 面 选 用 恰 当 的 变 形 机 制，运 用 几 何 学、运动学原理将 剖 面 上 的 变 形 构 造 复 原 到 初 始 沉积 未 变 形 状 态 的 一 种 技 术［６，７］。通过该技术可
收 稿 日 期 ：２０１２－０７－０７ 基金项目：国家自然 科 学 基 金 （４１１０２０７７）；教 育 部 博 士 点 新 教 师 基 金 （２０１１０１７１１２００１６） 作者简介：郭 峰（１９８５—），男，在 读 博 士，主 要 从 事 含 油 气 盆 地 分 析 工 作 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｆｅｎｇ＿ｇｉｇ＠ｑｑ．ｃｏｍ
以图１中的 ｍｉｇ１１２测线剖面作为实例介绍。 研究剖面 ｍｉｇ１１２ 呈 ＮＷ—ＳＥ 向，横 跨 陆 梁 隆 起 与西部隆起，由 ＳＥ 向 ＮＷ 先后穿过石西凹陷、石 英滩凸起、乌 夏 断 裂 带。 据 胜 利 石 油 管 理 局 地 质 录井公 司 ２００５ 年 在 测 线 东 北 部 对 新 １ 井 的 录 井 资 料 ，研 究 区 主 要 地 层 有 希 贝 库 拉 斯 组 （Ｃ１ｘ）、包 古 图 组（Ｃ１＋２ｂ）、太 勒 古 拉 组 （Ｃ２ｔ）、佳 木 河 组 （Ｐ１ｊ） 、风 城 组（Ｐ１ｆ）、夏 子 街 组（Ｐ２ｘ）、乌 尔 禾 组 （Ｐ２ｗ）、 百口泉组（Ｔ１ｂ）、克 拉 玛 依 组 （Ｔ２ｋ）、白 碱 滩 组 （Ｔ３ ｂ）、八 道 湾 组（Ｊ１ｂ）、三 工 河 组（Ｊ１ｓ）、西 山 窑 组 （Ｊ２ｘ）、 头屯河组（Ｊ２ｔ）、吐 谷 鲁 组（Ｋ１ｔｇ）、东 沟 组（Ｋ２ｄ）和 红 砾 山 组（Ｋ２ｈ）。 由 图 ２ 得 出 ，该 条 地 震 剖 面 主 要 发育 逆 冲 推 覆 构 造 ，二 叠 — 三 叠 系 自 盆 缘 向 盆 内 加 厚 ，中 东 段 发 育 宽 缓 的 褶 皱 构 造 。 北 部 向 ＳＥ 逆 冲 ， 形 成 叠 瓦 式 的 冲 断 构 造 组 合 样 式 ，旗 ３ 东 段 背 斜 发 育其中，在 剖 面 上 二 叠 系 与 三 叠 系 之 间 界 面 较 清 晰。三叠系与下伏地层间均呈不整合接触。
４８
Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ 海 洋 地 质 前 沿 ２０１２ 年 １２ 月
ｆ ＝ ｆ０ｅ－ｃｚ 式中：ｆ 为在某一深度处地层的现今孔隙度；
ｆ０为 地 表 处 的 初 始 孔 隙 度 ； ｅ为自然对数； ｃ 为孔隙度—深度系数，ｋｍ－１； ｚ 为深度，ｍ。 由于研究区 的 复 杂 性 ，在 去 压 实 校 正 过 程 中 ， 先将剖面按岩性分割成段，然后对岩性相对统一的 区段进行校正，最后再把校正后的各段重新拼接成 完整剖面。该操作虽繁琐，但能将误差控制在各地 层区段中，从而在根本上保证了结果的准确性［１６］。
郭 峰１，２，侯 树 杰３，刘 如 红４，夏 斌５，袁 亚 娟１，２，万 志 峰５