平衡剖面培訓(xùn)手冊

1、第一章 平衡剖面基本原理與方法一、平衡剖面的原理與研究意義 平衡剖面技術(shù)是根據(jù)物質(zhì)守恒定律推出的，自然界的任何事物都是力求達(dá)到平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。舊的平衡態(tài)的破壞與新的平衡態(tài)的建立是相輔相成的。就全球構(gòu)造而言，一個地區(qū)的拉張必然伴隨著另一個地區(qū)的壓縮，否則就無法保持地球表面積的恒定。對于一條剖面而言，剖面的縮短與地層的加厚是一致的，否則就不能保持剖面面積的守恒，平衡剖面正是根據(jù)這一原理提出了一系列幾何學(xué)法則并以此制約在剖面解釋中的隨意性。平衡剖面的概念：首先剖面應(yīng)該是可以被接受的剖面，即剖面上的構(gòu)造應(yīng)是在露頭上觀察到的或者證實(shí)是確實(shí)存在的；其次它必須是合理的剖面，即能夠?qū)⑵拭婧侠淼鼗謴?fù)到未變形的狀

2、態(tài)，這種既合理又可以被接受的剖面就叫做平衡剖面。在實(shí)際應(yīng)注意區(qū)分不同的概念，防止將平衡剖面的概念簡單化。 平衡剖面并不等于復(fù)原剖面。首先，一條好的剖面應(yīng)當(dāng)是一個地區(qū)構(gòu)造特征的濃縮；其次，平衡剖面應(yīng)當(dāng)是合理的，這就是要對剖面中缺乏資料的地區(qū)進(jìn)行合理的推測，從平衡剖面的幾何學(xué)法則對解釋和推斷進(jìn)行限制，減少隨意性。任何一條剖面無論其合理與否，都可以進(jìn)行復(fù)原，一條剖面可以有多種不同的解釋，也就有多種復(fù)原方案，如果簡單地把復(fù)原剖面當(dāng)作平衡的剖面，就會得出錯誤的結(jié)論。 應(yīng)注意區(qū)分不平衡的剖面與不能平衡的剖面，這是兩個不同的概念，不平衡的剖面是指在解釋中存在著不合理的因素，經(jīng)過檢驗(yàn)修改后可以獲得平衡的剖面。

3、而不能平衡的剖面是指所選剖面中由于本身的地質(zhì)因素，如剖面線選擇與構(gòu)造方向交角太大，或剖面線穿過走滑構(gòu)造帶等，這些因素決定了剖面本身并不符合平衡剖面的前提，如果用平衡的原理進(jìn)行修改，反而會誤入歧途。二、平衡剖面方法目前主要應(yīng)用于以下幾個方面： 進(jìn)行剖面的合理性檢驗(yàn)用平衡剖面進(jìn)行剖面的合理性檢驗(yàn)是平衡剖面應(yīng)用的最主要的一個方面。平衡的剖面是合理的，但不一定是真實(shí)的剖面，但不平衡的剖面卻一定是錯誤的。平衡剖面可能只是一種模式，且可能有多種解釋，但與不平衡的剖面相比，它滿足了大量的合理性限制，因此，可能更接近正確，它必須與其它方法結(jié)合使用才能收到良好的效果。 構(gòu)造變形定量分析在對剖面進(jìn)行平衡檢驗(yàn)和合理

4、復(fù)原之后，即可計(jì)算構(gòu)造變形量，其計(jì)算公式為：變形量=復(fù)原剖面長度-現(xiàn)今剖面長度變形量的計(jì)算可以為古構(gòu)造復(fù)原或古盆地范圍的恢復(fù)提供定量數(shù)據(jù)，為正確進(jìn)行油氣資源評價(jià)提供依據(jù)。尤其是在前陸褶皺-沖斷帶中，強(qiáng)烈的擠壓作用常常造成地層的大量重疊和巖相帶的缺失，因此，我們必須通過構(gòu)造的復(fù)原來恢復(fù)初始相帶的關(guān)系，并確定有利相帶的現(xiàn)在位置，為油氣勘探提供依據(jù)。 模式化解釋 在對剖面進(jìn)行解釋時經(jīng)常遇到一些非常復(fù)雜的情況，而令我們無從下手。根據(jù)平衡剖面的原理，運(yùn)用正演模擬的方法，可以提供一系列構(gòu)造變形的模型，這些模型的產(chǎn)生是嚴(yán)格受平衡剖面的幾何學(xué)法則限制的，因此，所獲得的剖面都是平衡的。正演形成的模型可以為實(shí)際剖

5、面解釋提供參考，同時，正演模擬也可以生動地塑造構(gòu)造發(fā)育的過程，為研究油氣形成和演化的歷史提供參考。根據(jù)平衡剖面原理編制的計(jì)算機(jī)軟件為該項(xiàng)技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用推廣開辟了道路，為地震解釋的定量化研究奠定了基礎(chǔ)。三、平衡剖面的幾何學(xué)法則 面積守恒面積守恒是指剖面由于縮短所減少的面積應(yīng)當(dāng)?shù)扔诘貙又丿B所增加的面積，變形前后只是剖面的形態(tài)發(fā)生了變化，剖面的總面積沒有改變。面積守恒定理是由體積守恒定理推斷的，其前提條件是變形主要發(fā)生在沿構(gòu)造運(yùn)動的方向上。根據(jù)這一原理可以計(jì)算剖面的縮短量或滑脫面深度，其前提是先推算出兩者之一。在滑脫面為已知的情況下，可以根據(jù)滑脫面的深度和剩余面積來計(jì)算構(gòu)造變形量。縮短量=剩

6、余剖面/原始地層厚度（到滑脫面的深度）2 層長一致層長守恒定理是在面積守恒的基礎(chǔ)上簡化而來的，其前提條件是在變形過程中地層的厚度未發(fā)生明顯的變化，地層只是發(fā)生了斷裂、褶皺，而沒有發(fā)生透入性變形。層長守恒定理在剖面平衡中應(yīng)用較多，在使用前應(yīng)首先研究其使用條件，可以通過測量巖層中礫石、鮞粒的應(yīng)變來確定地層是否發(fā)生過透入性變形。對大部分前陸地帶而言，該條件是適用的。但在實(shí)際應(yīng)用中，要保持剖面中各層的長度都一致是不可能的，因?yàn)榈貙又杏熊浻矊又?，一般軟弱地層在變形中容易發(fā)生塑性變形，層厚也不能保持恒定。因此在具體工作中，常選用關(guān)鍵層作為平衡依據(jù)。關(guān)鍵層就是在變形過程中相對強(qiáng)硬的巖層，其厚度和長度基本保

7、持恒定。3 位移一致位移一致性的原則是進(jìn)行斷塊間平衡的最有用工具。巖石發(fā)生斷裂后沿?cái)嗔衙姘l(fā)生位移，原則上沿同一條斷層各對應(yīng)層的斷距應(yīng)當(dāng)一致，但實(shí)際上斷距不一致的情況卻很常見，應(yīng)當(dāng)作出合理的解釋。斷距不一致的情況可以用多種方法來解釋，如斷層向上發(fā)生分叉，這樣各分支斷層的斷距之和應(yīng)當(dāng)?shù)扔谥鲾鄬拥臄嗑?；斷層的位移也可以由向上的褶皺所代替或發(fā)生透入性變形。因此，如果發(fā)現(xiàn)斷層斷距不等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的解釋。同生斷層本身斷距不守恒，不能用斷距一致的原則進(jìn)行檢驗(yàn)。4 縮短量一致的原則是指造山帶中各剖面間應(yīng)當(dāng)具有大致相同的縮短量。由于邊界條件的差異，構(gòu)造樣式會沿走向發(fā)生變化，同時，斷層向兩側(cè)也不會一直

8、延伸，常會變小或消失。但為了保持造山帶縮短量的一致，一個斷層的消失往往會隨著另一個斷層的出現(xiàn)，或者是褶皺的出現(xiàn)。該方法有利于進(jìn)行剖面間的相互驗(yàn)正。四、平衡剖面技術(shù)適用的構(gòu)造范圍平衡剖面技術(shù)適用的構(gòu)造范圍包括：張性構(gòu)造區(qū)；壓性構(gòu)造區(qū)；山前褶皺帶；逆沖褶皺帶；高陡構(gòu)造區(qū)；鹽類褶皺帶；隱伏褶皺帶；滑脫褶皺帶等。第二章 GEOSEC軟件的工作原理及其功能一、概述了解一個地區(qū)的構(gòu)造發(fā)育過程，對油氣勘探有重要意義?！捌胶馄拭妗豹M義上指構(gòu)造發(fā)育剖面。平衡剖面技術(shù)就是依據(jù)在垂直構(gòu)造走向的剖面上，地層長度和面積（2D）或體積（3D）是均衡的，不均衡的剖面一般不真實(shí)。在此原理基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)手段對盆地構(gòu)造發(fā)育史進(jìn)行

9、正演和反演模擬，再現(xiàn)地下構(gòu)造的原始幾何形態(tài)，深刻認(rèn)識構(gòu)造發(fā)育過程，為分析油氣運(yùn)移及聚集規(guī)律提供依據(jù)，把解釋通過圖形準(zhǔn)確、直觀地反映出來，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和地震解釋的較完美結(jié)合。下面主要介紹GESOSEC軟件包是如何實(shí)現(xiàn)平衡剖面的制作和完成。二、GEOSEC軟件包簡介GESOSEC是GEOLOGICAL SECTION（地質(zhì)剖面的簡寫），它是在UNIX操作環(huán)境下運(yùn)行的一個大型地質(zhì)軟件，具備強(qiáng)大的地質(zhì)制圖功能，平衡剖面的制作只是其功能中的一項(xiàng)。平衡剖面技術(shù)主要是對一個地質(zhì)（深度）或地震（時間）剖面進(jìn)行解釋、采集數(shù)據(jù)、建立地質(zhì)模型和消除斷距，反演構(gòu)造發(fā)育史。三、GEOSEC工作原理：GEOSEC軟件主要

10、是根據(jù)提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)先建立地質(zhì)模型，然后對地質(zhì)模型的斷層構(gòu)造進(jìn)行平衡，其基本原理是：層長守恒；面積守恒（2D）、體積守恒（3D）；斷距守恒。根據(jù)以上3個守恒原則，把地層看作“沉積之后，擠壓（拉張）之前形成的一個堅(jiān)固體”。四、GEOSEC軟件的窗口特點(diǎn)GEOSEC軟件除了具備一般操作窗口的基本特點(diǎn)外，還有其自身的特點(diǎn)：1、 具有方便的下拉菜單（PULL-DOWN MENUS）操作者可以從任一子窗口中的編輯對象上點(diǎn)取下拉菜單，而不是僅僅局限于主菜單的頂端才能點(diǎn)取。2、 具有功能齊全的工具盒（TOOL BOX）該工具盒有8個活動按紐，可以區(qū)分控制不同類型數(shù)據(jù)的編輯。3、 具有人機(jī)聯(lián)作的對話框（DIA

11、LOG BOX）該對話框可以提醒用戶根據(jù)所提示的信息作出相應(yīng)選擇。4、 具有靈活實(shí)用的圖形框（GRAPHICS WINLOWS）操作者可以把GEOSEC的母窗口（PREMARY VIEW WINDOW）中圖形的任一部分顯示到子窗口（NEW VIEW WINDOW）中進(jìn)行編輯處理。5、 具有信息條（INFORMATION BARS）GEOSE軟件具有兩個非常有用的信息條，一個是顯示操作者正在編輯對象的位置和類型的DATA BAR，另一個是顯示所編輯對象狀態(tài)的STAUS BAR。五、GEOSEC軟件制作平衡剖面的工作流程如下圖所示：解釋地震剖面時深轉(zhuǎn)換選擇復(fù)原層位去壓實(shí)復(fù)原否選擇校正方法是否平衡是

12、壓實(shí)時深轉(zhuǎn)換正演模擬對比修正否是否平衡是復(fù)原最終復(fù)原剖面第三章 GEOSEC平衡剖面具體制作過程主要以二維地質(zhì)（地震）剖面為例說明其制作過程一、 準(zhǔn)備工作1、 啟動運(yùn)行GEOSEC軟件在窗口下鍵入geosec后再按回車鍵，這時將出現(xiàn)以下三個窗口：在第二個窗口下按下OK鍵，這時將彈出一個工具箱窗口，如下：2、 建立工區(qū)（NEW PROJEOT）、新線（NEW SECTION LINE）和新剖面（NEW SECTION），在該步驟中需要提供坐標(biāo)系統(tǒng)的單位，如剖面的實(shí)際長度、縱坐標(biāo)比例等。在主菜單PROJECT下點(diǎn)擊NEW PROJEOT這時將會彈出如下的窗口：在PROJECT NAME下輸入工區(qū)名

13、；在DISTANCE UNITS下選擇好長度單位，然后按OK鍵。這時一個新工區(qū)就建好了。再從主菜單PROJECT下選Import fromFile，這時選取事先采集好剖面文件（注意后綴必須是.ihf），點(diǎn)擊OK鍵，將會出現(xiàn)如下窗口：在此窗口下再一次點(diǎn)擊OK鍵，這樣被采集的剖面圖形文件就會被輸入進(jìn)來。這時就可做下一步的工作了。3、 建立地層柱，在這一步中需要確定地層的名稱，要充填的地層顏色、層速度（深度剖面可以不要該參數(shù)）、地層的巖性組成等參數(shù)。在主菜單STRATIGRAPHY下有兩個選項(xiàng)：CREATE與DEFAULT_SC。若選CREATE，這時將會出現(xiàn)如下的窗口：在窗口中輸入地層柱的名稱，并

14、點(diǎn)擊OK鍵，這時將彈出以下窗口：在該窗口中的EDIT菜單下選中EDIT UNIT，然后在粉紅色的區(qū)域內(nèi)的任一位置用MB1點(diǎn)擊一下，這時就會出現(xiàn)如下的窗口：這時在該窗口中就可以完成我們所需要的一系列工作了。若選DEFAULT_SC，這時將出現(xiàn)如下窗口： 在該窗口下同樣可以完成以上的操作。二、 平衡過程在以上的準(zhǔn)備工作都做好后，我們就可以做以下的工作了。在主菜單SECTION下選取EDIT SECTION選項(xiàng)，這時將會彈出如下窗口：選中要做的剖面文件名，按OK鍵，這時就會出現(xiàn)所要平衡的剖面圖形。在平衡過程中關(guān)鍵操作主要分為點(diǎn)編輯、線編輯、斷距消除、層拉平以及復(fù)制（或移動）1、 點(diǎn)編輯是指對圖形中的

15、數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行增刪、移動、調(diào)整等。用鼠標(biāo)左鍵（MB1）選取下拉菜單中的MODIFY即可進(jìn)行點(diǎn)編輯。2、 線編輯當(dāng)鼠標(biāo)光標(biāo)移近線時，線變亮并出現(xiàn)線編輯的下拉菜單，可以對線進(jìn)行定義（SET TYPE）、連接（SPLICE）、截?cái)啵―IVIDE）、抽?。═HIN）、刪除（DELETE）等編輯功能。點(diǎn)、線編輯是平衡剖面操作中最基礎(chǔ)的步驟，如果這些做的不好，會影響或不能做斷距消除。3、 斷距消除斷距消除是平衡剖面技術(shù)的核心，這一步是在主菜單（MAIN VIEW）中的模式（MODULES）子菜單中完成的。 模型轉(zhuǎn)換(TRANSFER)：GEOSEC軟件的優(yōu)點(diǎn)之一就是盡可能反映實(shí)際斷層構(gòu)造活動過程,一般把地震(

16、時間)剖面轉(zhuǎn)換為地質(zhì)(深度)剖面之后較方便地進(jìn)行斷距的消除。 壓實(shí)和去壓實(shí)校正(COMPACT & DECOMPACT):去壓實(shí)校正適合拉張盆地(同沉積盆地)的壓實(shí)恢復(fù)，而壓實(shí)校正適合于拉張盆地的壓實(shí)計(jì)算。 斷距消除：斷距消除有兩種基本模式:垂直斜向滑移模式 (VERTICAL/OBLIQUE SLIP)和彎滑模式(FAULT SLIP FOLD)，這兩種模式也只適合拉張盆地中斷層構(gòu)造演化史的 正演或反演。垂直/斜向滑移模式:該模式是根據(jù)拉張盆地中構(gòu)造應(yīng)力場的特點(diǎn)來模擬斷層的形成的。這種模式轉(zhuǎn)換是把地層從一種形變狀態(tài)（SOURCE）轉(zhuǎn)換到其原始沉積時無斷距的平衡狀態(tài)（TARGET）。具

17、體而言，從形變的源狀態(tài)到平衡的目標(biāo)狀態(tài)的模式轉(zhuǎn)換可分為兩種情況：垂直/滑移轉(zhuǎn)換（水平模式）：這種模式是指斷層上盤HANGING WALL（HW）首先被恢復(fù)為水平面，再以此水平面為目標(biāo)參考平衡下盤FOOT WALL（FW）。當(dāng)HW/FW不平衡或相關(guān)斷層匹配不合理時，就說明初始的地震解釋可能存在問題。垂直/滑移轉(zhuǎn)換（斷裂模式）：這種模式總是以位置最低的上盤的上部地層作源參考線，用次最低的下盤的上部地層作目標(biāo)參考線進(jìn)行平衡，與水平模式道理相同，當(dāng)HW/FW不平衡或相關(guān)斷層匹配不合理時，說明初始的地震解釋可能存在問題。彎滑褶曲模式：該模式比較適合于有剪切作用的應(yīng)力場下形成的斷層，它一般先選后期發(fā)育的斷

18、層進(jìn)行平衡，最終也是消除所有斷距，達(dá)到反演構(gòu)造發(fā)育史的目的。4、 層拉平當(dāng)某地層的斷距被完全消除（平衡）之后，需要做層拉平，其過程類似于垂直/斜向滑移轉(zhuǎn)換，具體地說可分三大步： 畫一條和要被拉平的源參考線同類型的水平目標(biāo)參考線。 把欲被拉平的整個模型作組合。 從主菜單中MOUDLE（模式）下點(diǎn)取TRANSFER-VERTIVAL/OBLIQUE SLIP，按照對話框提示步驟依次操作既可完成層拉平。5、 復(fù)制和移動（COPY/MOVE）對某地層進(jìn)行完層拉平之后，需把該標(biāo)準(zhǔn)模型復(fù)制1份作為分析下部地層斷裂的源地質(zhì)模型。一般情況下，一條剖面的斷層構(gòu)造發(fā)育史反演過程可由重復(fù)以上五步操作，并結(jié)合具體情況靈活判斷、應(yīng)用不同模式轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的。三、 應(yīng)用實(shí)例實(shí)例一：Transfer-Flexural Slip彎滑褶曲模型(適用于擠壓模式)。在路徑/home4/focus/data/geosec Tutorial下打開文件comprest2.DB實(shí)例二：Transfer-Vertical/Obliqus Slip垂直/斜向滑移拉模式（它適用于拉張模式），分為斷裂模式與水平模式。斷裂模式的恢復(fù)實(shí)例在上面相同的路徑下：./EXREST1.db ，水平模式實(shí)例也同樣的在路徑下：./EXREST3.db第四章 平衡剖