構(gòu)造解釋成果在古構(gòu)造恢復中的應用
——以川西北九龍山—劍閣三維地震工區(qū)為例

謝格云 王宇峰 李洪林 鄭 超

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621709）

0 引言

構(gòu)造發(fā)展演化不僅控制了地層沉積時的區(qū)域構(gòu)造背景，也控制了油氣運移指向和聚集場所，古構(gòu)造的變遷也可使早期油氣再分配而形成新的油氣藏，進行構(gòu)造演化的研究對油氣勘探具有重要指導作用。目前，比較成熟的古構(gòu)造恢復方法主要有寶塔圖法、厚度圖法、地震屬性恢復法等［1-4］，在這些古構(gòu)造恢復法中，能否恢復地層真實厚度是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)類型決定了古構(gòu)造形態(tài)的精度。采用單井數(shù)據(jù)恢復出的古構(gòu)造，由于具有數(shù)據(jù)點少、分布不均的特征，因此無法精細刻畫古構(gòu)造的形態(tài)。利用地震數(shù)據(jù)恢復古構(gòu)造多利用地層垂直厚度，因不同構(gòu)造部位地層傾角差異，褶皺兩翼地層垂直厚度較真實厚度大，恢復出的古構(gòu)造具形成期次超前的假象。為了精細刻畫古構(gòu)造形態(tài)，確?；謴统龅墓艠?gòu)造真實可靠，筆者以四川盆地西北部九龍山—劍閣三維地震工區(qū)為例，利用三維地震構(gòu)造精細解釋成果對各構(gòu)造層數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，計算所有網(wǎng)格點地層傾角及相鄰構(gòu)造層間的地層真實厚度。在此基礎(chǔ)上，運用填平補齊原理，采用厚度法恢復研究區(qū)平面古構(gòu)造圖，精細刻畫九龍山至劍閣地區(qū)古構(gòu)造形態(tài)特征，研究構(gòu)造發(fā)展演化史。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

九龍山至劍閣地區(qū)處于上揚子地臺西北緣，屬于龍門山、米倉山山前斷褶構(gòu)造帶與川西低緩褶皺帶的結(jié)合部。九龍山構(gòu)造位于研究區(qū)中東部，具有構(gòu)造規(guī)模大、保存條件好、縱向上多產(chǎn)層及勘探開發(fā)潛力巨大等特點［5-7］，為一大型穹隆狀短軸背斜［8］，構(gòu)造軸向呈北東向，由淺至深具有相同的構(gòu)造格局，下侏羅統(tǒng)珍珠沖組礫巖頂界圈閉面積最大為141.2 km2，上二疊統(tǒng)底界圈閉面積最小為68.3 km2，隨著埋藏深度的增加，圈閉面積呈逐漸減小的趨勢，平面上表現(xiàn)為構(gòu)造形態(tài)完整、兩翼對稱。劍閣地區(qū)主要表現(xiàn)為地層平緩、褶皺強度弱、構(gòu)造不發(fā)育的特征，僅在西北部山前斷褶構(gòu)造帶內(nèi)斷層、褶皺較發(fā)育，構(gòu)造呈北東走向（圖1）。

區(qū)內(nèi)二疊系及下三疊統(tǒng)完鉆井9口，試油7口，獲工業(yè)氣井6口，測試日產(chǎn)氣量累計達644×104m3，發(fā)現(xiàn)了下侏羅統(tǒng)珍珠沖組、上三疊統(tǒng)須家河組、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、下二疊統(tǒng)茅口組及棲霞組等多個氣藏。鉆探成果展示了九龍山地區(qū)具備多層系立體勘探的有利地質(zhì)條件。前人研究認為，九龍山地區(qū)下二疊統(tǒng)儲層與巖溶、斷裂發(fā)育密切相關(guān)，已獲氣井表現(xiàn)出產(chǎn)能受斷裂發(fā)育程度控制，斷裂及古構(gòu)造的形成演化對儲層、油氣富集具重要的控制作用［9-11］。

2 古構(gòu)造恢復新方法

該方法是在三維地震構(gòu)造精細解釋成果的基礎(chǔ)上采用層位解釋數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)格化計算所有網(wǎng)格點地層傾角及相鄰構(gòu)造層間的地層真實厚度［12］，運用填平補齊原理并采用厚度法編制目的層在重要時期的古構(gòu)造圖，精細刻畫古構(gòu)造形態(tài)特征，開展構(gòu)造發(fā)展演化研究。主要包括以下3個步驟。

2.1 構(gòu)造網(wǎng)格化

利用三維地震構(gòu)造精細解釋的層位數(shù)據(jù)對各構(gòu)造層進行網(wǎng)格化。為了計算獲得各網(wǎng)格點可靠的地層傾角，網(wǎng)格間距縱橫比采用1∶1.732，則任意網(wǎng)格點P0 外圍有3 個網(wǎng)格點P1、P2、P3，可構(gòu)成等邊三角形，P0為該等邊三角形的中心點（圖2）。在構(gòu)造層上3個網(wǎng)格點P1、P2、P3確定的平面傾角代表P0點地層傾角（α）。利用各網(wǎng)格點相鄰兩構(gòu)造層的高程數(shù)據(jù)可獲得地層垂直厚度（h）。

2.2 地層傾角及真實厚度求解

由空間解析幾何可知，平面點法式方程為：a（x-x0）+b（y-y0）+c（z-z0）＝0，其中平面法向量→n ＝（a，b，c），已知點P0（x0，y0，z0）。

已知P1、P2、P3 的坐標分別為（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），則由該3 點確定平面的法向量→n 垂直于向量和，其中：

根據(jù)前述網(wǎng)格化確定的網(wǎng)格間距縱橫比，設(shè)縱向間距為L，則橫向間距為1.732 L，設(shè)等邊三角形中心點P0 在XY 軸平面上為原點，則中心點及等邊三角形3 點坐標分別為P0（0，0，z0）、P1（0，2L，z1）、P2（-1.732L，-L，z2）、P3（1.732L，-L，z3），上述法向量參數(shù)a、b、c公式可簡化為：

根據(jù)求解獲得的法向量→n（a，b，c），由空間解析幾何可知，平面P1P2P3 與水平面的夾角，即地層傾角α有：

由地層傾角α和地層垂直厚度h 可進一步求得地層真實厚度H：

至此，由已知3點的空間坐標，從空間解析幾何上獲得了地層傾角、地層真實厚度的計算公式。

2.3 古構(gòu)造恢復新方法的應用

根據(jù)新確定的古構(gòu)造恢復方法，對九龍山—劍閣三維地震工區(qū)上二疊統(tǒng)底界古構(gòu)造進行了恢復，重新精細刻畫了重要時期的古構(gòu)造形態(tài)。本次構(gòu)造層數(shù)據(jù)網(wǎng)格化采用了Surfer軟件，應用克里格法，以120 m×207.84 m 的縱橫網(wǎng)格間距分別對上二疊統(tǒng)底界、飛仙關(guān)組底界、飛四段底界、須家河組底界、侏羅系底界和遂寧組底界6個構(gòu)造層數(shù)據(jù)進行了網(wǎng)格化，利用其Grid Math功能，計算出各網(wǎng)格點相鄰構(gòu)造層間的垂直厚度。根據(jù)前面獲得的計算公式，在Excel 中編制公式，計算各網(wǎng)格點地層傾角和相鄰構(gòu)造層間的地層真實厚度。

由于區(qū)內(nèi)部分地區(qū)斷層較發(fā)育，斷層兩側(cè)地層的不連續(xù)性和地層重復，在網(wǎng)格化和傾角計算中將造成斷層區(qū)及緊鄰斷層的2個網(wǎng)格點數(shù)據(jù)失真，因此剔除了斷層區(qū)及其外部450 m范圍內(nèi)的無效數(shù)據(jù)。利用剩下的所有數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)格化插值，首先恢復各構(gòu)造層間地層真實厚度的平面展布，再運用填平補齊原理并采用厚度法，恢復了上二疊統(tǒng)底界在須家河組沉積前、侏羅系沉積前和遂寧組沉積前的古構(gòu)造圖。

3 上二疊統(tǒng)底界古構(gòu)造特征及發(fā)展演化

上二疊統(tǒng)底界古構(gòu)造特征表明，該方法恢復出的古構(gòu)造具有更加豐富的形態(tài)細節(jié)，構(gòu)造行跡展布特征明顯（圖3）。九龍山地區(qū)具北東向和東西向兩組構(gòu)造行跡，以北東向為優(yōu)勢方向。九龍山主體構(gòu)造整體呈北東向，發(fā)育多個局部構(gòu)造圈閉和高點，北部地區(qū)受米倉山南北向應力作用［13］，局部構(gòu)造走向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈近東西向。米倉山前緣地區(qū)褶皺展布主要呈東西向，局部構(gòu)造發(fā)育。劍閣地區(qū)中部在須家河組和侏羅系沉積前發(fā)育一大型寬緩褶皺隆起，構(gòu)造行跡具北西向展布特征，西北部由于受龍門山推覆構(gòu)造作用影響強烈，構(gòu)造表現(xiàn)為呈北東向展布，褶皺變形強度大，構(gòu)造發(fā)育。

須家河組沉積前、侏羅系沉積前及遂寧組沉積前三期古構(gòu)造演化特征揭示，須家河組沉積前的印支早幕構(gòu)造運動是川西前陸盆地開始形成時期，研究區(qū)整體構(gòu)造幅度差異較小，僅九龍山東北段兩翼及劍閣地區(qū)西北端相對較低，區(qū)內(nèi)古構(gòu)造已初步形成。印支晚幕構(gòu)造運動后，區(qū)內(nèi)整體呈東北高西南低的構(gòu)造格局，這與形成川西前陸盆地的區(qū)域構(gòu)造背景表現(xiàn)一致［14-17］，即西南沉降、東北抬升，該期局部構(gòu)造繼承發(fā)展，褶皺強度有所加強。燕山期由于龍門山、大巴山強烈隆升，川西地區(qū)沉積沉降中心由晚三疊世的龍門山山前逐漸遷移至川北的廣元至巴中一帶［18］，到燕山中期，區(qū)內(nèi)構(gòu)造格局發(fā)生反轉(zhuǎn)，整體表現(xiàn)為西南高、東北低，局部構(gòu)造仍以繼承性發(fā)展為主，褶皺變形強度進一步加強，前期形成的劍閣中部古隆起高部位向西南遷移。研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造整體表現(xiàn)為西南低、東北高的特征（圖4），揭示在燕山晚期至喜山期米倉山及其前緣地區(qū)發(fā)生大規(guī)模隆升和地層褶皺變形［19-20］，同時劍閣地區(qū)因沉降形成現(xiàn)今的梓潼凹陷。

圖3 九龍山至劍閣地區(qū)上二疊統(tǒng)底界古構(gòu)造圖

圖4 九龍山至劍閣地區(qū)上二疊統(tǒng)底界現(xiàn)今構(gòu)造圖

4 結(jié)論

1）新方法能更加精細地刻畫古構(gòu)造形態(tài)特征，突出構(gòu)造行跡展布方向，為構(gòu)造發(fā)展演化研究提供可靠的基礎(chǔ)圖件。

2）通過新方法恢復的古構(gòu)造，表明研究區(qū)的構(gòu)造演化特征與整個川西地區(qū)構(gòu)造發(fā)展演化大背景表現(xiàn)一致；九龍山構(gòu)造受北東向和東西向兩組擠壓褶皺控制形成，以北東向為主；發(fā)現(xiàn)了劍閣中部地區(qū)在印支晚期存在大型寬緩古隆起。

3）本次古構(gòu)造恢復未考慮嘉陵江組膏巖層是否存在塑性變形，如在不同構(gòu)造部位存在增厚或減薄塑性變形，可能會造成構(gòu)造形成期次提前的假象，對此有待進一步深入研究。