提高平衡剖面应用价值的有效方法..doc

提高平衡剖面应用价值的有效方法 刁 博 ，程顺有 （西北大学 地质学系，陕西 西安 710069） 摘要：为提高平衡剖面计算机模拟技术的实际应用价值，探索将盆地构造发育史研究提高到定量研究水平的途径。通过区域地质与地球物理资料紧密结合，选择恰当的剖面方向，准确的时-深转换和多次地修改地震构造解释剖面，制作平衡剖面。结果表明，模拟的平衡剖面与实际钻井和区域地质资料十分吻合。通过运用有效的解释和制作技术，平衡剖面不仅可用于检验地震解释结果的正确性和进行构造演化分析，而且可以精确地确定目标层位深度和指导油气资源勘探。 关键词：平衡剖面技术；正演与反演模拟；构造发育史；计算机技术；时-深转换 中图分类号：P628+. 3 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0058-08 随着计算机技术的发展和与地质的结合，平衡剖面计算机模拟技术在油气和地质勘探中得到了广泛的应用，已经成为检测地质构造解释是否正确合理的标准方法。这种技术根据变形构造在几何学上守恒的原则建立地质演化剖面，利用数学计算的方法对盆地构造发育史进行正演和反演模拟[1]。利用它可以检验和修正地震解释的地质构造剖面，而计算得到的缩短量可对盆地的构造演化进行定量的分析，以便制定有效的勘探策略。近几年来，平衡剖面主要用于盆地构造发育史恢复，但一般精度不高。因此，如何运用有效的方法，利用二维平衡剖面计算机模拟技术对目标层位进行精确标定、井位的直接布置，以及高精度的构造变形研究等，具有更大的应用价值和实际意义。 1 平衡剖面技术原理概述 20世纪初，Chamber Lain（1910，1919）首次应用平衡剖面原理估算了北美阿巴拉契亚山脉及落基山脉的底部滑脱面深度。1969年，加拿大学者Dahlstrom第一次系统地提出了平衡剖面方法的概念，从几何学角度研究了剖面平衡原理的应用[2]。此后，平衡剖面技术不断发展和完善，目前主要用于检验地震解释结果的正确性、构造变形的定量研究和进行盆地构造演化分析。 平衡剖面基本原理为：如果变形前后物质的体积不变，则在垂直构造走向的剖面上体现为“面积不变”；如果变形前后岩层厚度保持不变，则转化为“层长不变”。所以，平衡剖面技术可以理解为是一种遵循岩层层长或面积在几何学上的守恒原则，将已变形的剖面恢复到未变形状态或从未变形地层剖面依据变形原理得到变形剖面的方法。 当剖面进行平衡计算时，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，剖面是平衡的。如果不相等，而且这种不相等又无法解释，那么剖面就是不平衡的。 一条未作平衡检验的剖面是不可信的，不平衡剖面的地质构造解释则是错误的。平衡剖面也只是一种模式，不一定真实，只是满足了大量合理的限制条件，更接近实际。 平衡剖面的计算方法主要有恢复法（由实际变形的剖面恢复到原始的、未经构造变形的剖面）和正演法（由原始的未变形的剖面演化至经构造变形的剖面）。它们都需要对变形过程进行定量的分析，并且可以由此得到缩短量等重要数据，正是这一点使地质构造的研究提高到了定量解析的水平。由于正演法实现起来复杂，涉及几何模型和变形模式的不确定性，所以目前广泛应用恢复法制作平衡剖面。 恢复算法可分为非运动学和运动学恢复。非运动学恢复主要有：①弯滑去褶皱（图1,a），即对由弯滑机制生成的褶皱进行恢复，去褶皱是围绕钉（线）面进行的，所有与（线）面相交的点在去褶皱过程中不受剪切或去褶皱作用；②斜剪切（图1,b），通过垂直或斜剪切的方式去除形变而对每一层去褶皱。 (a) (b) 图1 非运动学恢复 Fig.1 Non-kinematic recovery a 弯滑去褶皱 b 斜剪切 运动学恢复是在对断层进行恢复时，设下盘不动，上盘的形变是受断层形状及形变算法控制的，在断面上移 动上盘，主要有：①斜剪切（图2,a），通过保持剪切矢量棒的长度（剪切矢量方向上断面与上标志层之间的距离）不变，使形变前后上盘的体积不变；②断层平行流（图2,b），通过断层平行的流线对形变机制的控制进行恢复，形变前后上盘的体积不变，适合于逆冲褶皱、盐丘构造、反转构造等。 平衡剖面的原理表明，剖面的平衡应是三维的，而且地质体实际上多为三维变形。囿于我国实际资料和软件的限制，三维平衡剖面技术还未得到广泛的应用[3]，但基于SGI IRIX64 6.5I、SUN Solaris 2.6, 8 (64 bit)和Red Hat Linux 7.2, 7.3 3个平台，在三维构造分析和解释过程中建立三维模型的可视化软件GeoSec 3D，已经由GKC公司（The Geoscience Knowledge Company）