龍門山前雙魚石南地區(qū)三維構造建模與恢復研究

李曉彤，陳 偉，余養(yǎng)里

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

雙魚石南地區(qū)位于龍門山構造帶北段的山前隱伏構造帶，已經(jīng)有很多學者對雙魚石構造的地層層序、沉積特征、鉆井特性、儲層特征和剖面構造特征進行了較多工作，但缺乏對雙魚石南構造的三維構造特征、組合樣式、演化規(guī)律等的研究。三維構造建模是三維地質(zhì)建模的基礎和核心內(nèi)容。三維地質(zhì)建模在許多地質(zhì)領域發(fā)揮著越來越重要的作用，對三維構造建模技術提出了更高的要求，使其能解決更加復雜的地質(zhì)問題，能夠更精細地刻畫地質(zhì)構造。因此，本文基于文獻資料分析、三維地震資料精細解釋和三維構造建模與恢復研究，結合區(qū)域構造背景和構造特征，研究雙魚石南地區(qū)整體構造特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西前陸盆地區(qū)位于四川盆地西部，與西側(cè)的龍門山造山帶、東部的龍泉山前緣隆起，構成典型的前陸盆地系統(tǒng)，總體呈NE向延伸，現(xiàn)今為青藏高原東緣與秦嶺造山帶南緣的相交部位，受到印支期以來的多期擠壓構造作用[1]，發(fā)育擠壓沖斷構造。雙魚石南地區(qū)位于龍門山構造帶北段，從北西向南東可以劃分出三個基本的構造單元：唐王寨—轎子頂推覆體、沖斷前鋒帶和隱伏前緣帶。本次研究主要以二疊系地層：P2l（龍?zhí)督M）、P1m（茅口組）、P1l（梁山組）三套地層作為主要追蹤層，以此判別雙魚地區(qū)整體構造特征。

2 三維構造建模與恢復成因機理

2.1 三維構造建模

三維構造建模是三維地質(zhì)建模的基礎和核心內(nèi)容。只有建立完整、準確的三維構造模型，才能夠更好地建立和表達其他各類地質(zhì)模型。三維構造建模對地質(zhì)解譯、地震反演、構造恢復等實際工作起到基礎的核心作用。三維構造建模也是三維構造恢復的基礎和核心技術，可以利用構造恢復的原理實現(xiàn)構造模型的地質(zhì)規(guī)律驗證。三維地質(zhì)建模在許多地質(zhì)領域發(fā)揮著越來越重要的作用，對三維構造建模技術提出了更高的要求，使其能解決更加復雜的地質(zhì)問題，能夠更精細地刻畫地質(zhì)構造[2]。

三維構造建模是要建立斷層網(wǎng)模型、地層模型及地質(zhì)體模型，不僅反映地質(zhì)構造的幾何形態(tài)，而且反映各構造地質(zhì)要素之間宏觀接觸關系[2-3]，具體表現(xiàn)在三維斷層數(shù)據(jù)與地層數(shù)據(jù)之間以及自身的接觸關系上。接觸關系的準確性及完整性將會影響下一個步驟的順利進行。前人研究認為，三維構造建模就是根據(jù)已知地質(zhì)數(shù)據(jù)，利用各種相關的原理與方法對各種地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象的構造幾何形態(tài)和拓撲關系進行模擬[4]。

基于地震數(shù)據(jù)精細解釋的三維構造建模流程是一個自上而下的線性過程。建模過程依次要經(jīng)過：三維地震數(shù)據(jù)精細解釋，地震數(shù)據(jù)準確性檢查，研究區(qū)域選取，建立斷層面，斷層面與斷層面接觸關系，建立地層面，斷層面與地層面接觸關系，完成以上工作后，形成封閉的地質(zhì)體，最后經(jīng)歷成面過程。地質(zhì)建模過程中每個步驟都需要進行質(zhì)量控制，需要反復控制修改，因此在建模過程中，一旦某個步驟出現(xiàn)問題或者需要修改，可能整個流程都需要重來一次。在實際建模過程中，隨著對地質(zhì)認識的加深，三維構造建模也就成為一個反復更新的過程。

2.2 三維構造恢復

構造恢復是指將一剖面或曲面復原至未變形狀態(tài)，這需要考慮到與構造事件有關的變形過程。自20世紀以來，剖面的構造恢復一直被用來檢驗構造解釋的合理性。最近20年，三維構造平衡恢復開始應用石油勘探領域，并隨著3D地震數(shù)據(jù)可用性的提高，其地位變得越來越重要。三維構造模型的恢復可以提供新的分析選項：整個模型中不同的擴展量、三維古形態(tài)，以及在變形斷塊體內(nèi)部發(fā)生的三維內(nèi)部應變，其中內(nèi)部應變的大小代表了斷裂的強度，高應變區(qū)可能與潛在的流體遷移途徑相關。

現(xiàn)今獲取古地貌廣泛采用的“印模法”“殘厚法”本質(zhì)上都是通過垂直剪切層拉平后計算獲取的，存在幾個問題：①由于沒有進行去斷層操作，逆斷層位置的構造疊加無法消除，存在畸變；②垂直剪切法并不考慮地層傾角的影響，最終計算獲取的是地層的鉛直厚度而非真實厚度。三維構造平衡恢復技術可以進行去斷層操作，能很大程度去除逆斷層造成的垂向構造疊加影響。此外，其去褶皺可以采用彎滑等機制，可以更為準確地計算地層的真實厚度，獲取更為可靠的古地貌。

3 雙魚石南三維構造恢復與建模過程

對雙魚石-雙魚石南區(qū)域三維構造建?？梢则炞C雙魚石-雙魚石南三維構造解釋的準確性，也是三維構造恢復的前提。基于三維地震解釋的成果，將雙魚石-雙魚石南三維構造區(qū)的地層和斷層點源數(shù)據(jù)導入三維建模軟件，并建立地層面和斷層面，對成面結果異常的位置（沿傾向和走向上的突變不連續(xù)）修改地震解釋并重新成面；其后通過控制設定斷層主次交切關系，建立斷層的接觸關系；最后建立斷層面和地層面的接觸關系，由于雙魚石-雙魚石南構造帶內(nèi)的斷層均為逆斷層，地層上下盤會部分疊置，造成同一層一個x，y，有多個z值，自動處理結果會比較差，需要不斷人為控制修改。經(jīng)過多次的修改重新建立，最終建立起雙魚石三維構造模型。

本項目基于三維地震解釋建立的三維構造模型開展了雙魚石-雙魚石南區(qū)域的三維構造平衡恢復，先后進行去斷層和去褶皺工作，分別獲取了梁山組和茅口組的古地貌。

4 結果與討論

選取地震反射較為連續(xù)的P1l、P1m和P2l反射層為標志層，用以刻畫二疊紀早、中期雙魚石地區(qū)的古形態(tài)。將雙魚石、雙魚石南地區(qū)的地震剖面進行簡單的層拉平（P2l底反射層）處理，可以大致看出二疊紀早、中期的古形態(tài)變化趨勢（見圖1）。從北西至南東，整個雙魚石區(qū)域P1l底～P1m底、P1m底～P2l底厚度逐漸減薄，表明在茅口組沉積初期和龍?zhí)督M沉積初期，P1l底、P1m底古形態(tài)呈現(xiàn)北西深、南東淺的古形態(tài)特征。

圖1 對雙魚石、雙魚石南過井測線的P2l底反射層進行層拉平后的地震剖面，展示了P1l～P1m、P1m～P2l的厚度變化趨勢

下面通過對雙魚石、雙魚石南區(qū)域三維構造幾何模型進行去斷層、去褶皺處理，恢復二疊紀早中期的P1l、P1m底的古形態(tài)。

4.1 茅口組沉積初期梁山組底古形態(tài)

通過對三維構造模型中P1m底標志層進行去斷層、去褶皺處理，可以獲得茅口組沉積初期，梁山組底的古形態(tài)。整體上看，雙魚石地區(qū)P1l古形態(tài)呈北西低、南東隆升的構造格局。古隆起的高點出現(xiàn)在雙魚石地區(qū)三維地震覆蓋區(qū)的東南部位、雙魚石構造南側(cè)，古隆起較為寬緩，看似平臺，走向近北東。次級古隆起出現(xiàn)在秀鐘潛伏構造、雙魚石南地區(qū)南部以及雙魚石構造附近（按面積大小排列）。秀鐘潛伏構造南部古隆起呈短軸狀，長軸走向近南北。雙魚石南區(qū)域南部的古隆起表現(xiàn)為長軸狀隆起上疊加有短軸狀隆起。雙魚石構造附近的古隆起為長軸狀，由兩次級古隆起平行排列組成，長軸走向北東。另外，沿田壩里潛伏構造北東-南西延伸沿線附近，存在北東向長軸狀古隆起，且延伸范圍較大。鹽店場高點沿線也存在北東向的局部古隆起，該古隆起呈長軸狀，向東有抬升趨勢。

4.2 龍?zhí)督M沉積初期茅口組底古形態(tài)

對三維構造模型中P2l底標志層進行去斷層、去褶皺處理，可以獲得梁山組沉積初期，茅口組底的古地貌。龍?zhí)督M沉積初期，古地貌整體仍然呈南隆北坳的構造格局，但南部抬升幅度受到大幅度限制，隆深高點轉(zhuǎn)至雙魚石區(qū)域的中部以及雙魚石構造南側(cè)區(qū)域，垂向抬升幅度約80m。柏勝高點-青林口潛伏構造-盧家漕潛伏構造沿線：整體走向北東，內(nèi)部由分段、不同走向的次級古隆起連接而成，次級古隆起呈短軸狀。雙魚石構造古隆起：走向北東的長軸狀隆起，是茅口組沉積初期古隆起基礎上出現(xiàn)的繼承性抬升。

5 結束語

利用三維構造建模與恢復方法再現(xiàn)了雙魚石-雙魚石南區(qū)域梁山組、茅口組古構造形態(tài)，進而分析了區(qū)域整體構造特征?；谌S構造建模結果發(fā)現(xiàn)：從北西至南東，整個雙魚石區(qū)域P1l底～P1m底、P1m底～P2l底厚度逐漸減薄，表明在茅口組沉積初期和龍?zhí)督M沉積初期，P1l底、P1m底古形態(tài)呈現(xiàn)北西深、南東淺的古形態(tài)特征?；谌鄬尤ヱ薨櫜僮鞯墓判螒B(tài)恢復研究結果來看，雙魚石地區(qū)P1l古形態(tài)呈北西低、南東隆升的構造格局。龍?zhí)督M沉積初期，古地貌整體仍然呈南隆北坳的構造格局，但南部抬升幅度受到大幅度限制，隆深高點轉(zhuǎn)至雙魚石區(qū)域的中部。