第二章構(gòu)造解釋

油氣綜合預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用

第二章地震構(gòu)造解釋

劉豪2008年2日12、地震構(gòu)造分析2.1概述2.2復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)地震響應(yīng)的形成機(jī)制2.3斷層解釋2.4典型構(gòu)造樣式的地震識別2.5構(gòu)造活動時期分析方法22.1概述2.1.1地震構(gòu)造分析的主要任務(wù)2.1.2地震構(gòu)造形態(tài)解釋的核心內(nèi)容32.1.1地震構(gòu)造分析的主要任務(wù)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要任務(wù)空間形態(tài)：構(gòu)造的形態(tài)特征、分布時間序列：構(gòu)造的形成順序與演變成因機(jī)制：構(gòu)造的成因機(jī)制地震構(gòu)造解釋的主要任務(wù)空間形態(tài)：構(gòu)造的形態(tài)特征、分布時間序列：構(gòu)造的形成順序與演變成因機(jī)制：構(gòu)造的成因機(jī)制42.1.2地震構(gòu)造形態(tài)研究的核心內(nèi)容（1）構(gòu)造解釋（2）構(gòu)造確認(rèn)（3）構(gòu)造描述5（1）構(gòu)造解釋在地震剖面上識別斷裂和褶皺等各種構(gòu)造現(xiàn)象6（2）構(gòu)造確認(rèn)Groshong（1995）將判斷構(gòu)造解釋是否“正確”的過程稱為“構(gòu)造確認(rèn)”（structuralvalidation）通過研究認(rèn)為是“正確”的構(gòu)造解釋模型稱為“確認(rèn)構(gòu)造”（avalidstructure）一個“確認(rèn)構(gòu)造”應(yīng)該在物理學(xué)（幾何學(xué)和運(yùn)動學(xué)等）和地質(zhì)學(xué)的解釋上都是合理的，必須很好地滿足4條準(zhǔn)則：即在幾何學(xué)上必須是①精確的、②可接受的、③可復(fù)原的和④平衡的構(gòu)造。7（3）構(gòu)造描述構(gòu)造剖面圖構(gòu)造平面圖地層厚度圖原始地層厚度圖剝蝕厚度圖古構(gòu)造演化剖面圖古構(gòu)造演化寶塔圖82.2復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)的地震響應(yīng)2.2.1時間剖面與深度剖面的區(qū)別2.2.2褶皺地質(zhì)模型及其地震響應(yīng)2.2.3斷層地質(zhì)模型及其地震響應(yīng)92.2.1地震時間剖面與地質(zhì)深度剖面的區(qū)別（1）偏移效應(yīng)（2）速度效應(yīng)（3）偏移剖面10（1）偏移效應(yīng)傾斜界面反射波。繞射波（長、短、點（?λ）回轉(zhuǎn)波側(cè)面反射波1112131415161718（2）速度效應(yīng)速度橫向變化引起的上提、下拉假象速度縱向變化引起的視產(chǎn)狀變化假象19202122（3）偏移剖面水平疊加剖面與偏移剖面，閉合問題二維偏移與三維偏移時間偏移與深度偏移三維疊前深度偏移232425262.2.2褶皺地質(zhì)模型及其地震響應(yīng)（1）凸界面反射：散射效應(yīng)，地震記錄上界面寬度大于實際寬度。（2）凹界面反射：按照界面半徑R與界面深度H的關(guān)系，有三種情況：１)R>H：反射界面與實際界面形態(tài)相似，但反射界面的寬度小于實際界面的寬度。２)R=H：反射波成為一個點，此即聚焦效應(yīng)。３)R<H：反射波形態(tài)是凸界面，與實際情況正相反，即形成回轉(zhuǎn)波。回轉(zhuǎn)波是在凹界面曲率半徑小于該界面埋深時，因偏移作用而形成的一種假象，這可根據(jù)區(qū)域地層產(chǎn)狀來識別，即當(dāng)區(qū)域地層產(chǎn)狀為一向斜時，則這種背斜狀的不協(xié)調(diào)反射為回轉(zhuǎn)波。27282930312.2.3斷層地質(zhì)模型及其地震響應(yīng)（1）水平地層（2）傾斜地層（3）斷層的伴生牽引構(gòu)造32（1）水平地層33（2）傾斜地層34（3）斷層的伴生牽引構(gòu)造352.3斷層解釋2.3.1斷層在地震剖面上的一般標(biāo)志2.3.2斷層平面組合362.3.1斷層在地震剖面上的一般標(biāo)志（1）同相軸錯斷，波組波系錯斷（中小斷層）（2）同相軸數(shù)目突然增減或消失（同生斷層）（3）地層產(chǎn)狀突變，地震相特征突變(邊界斷層）（4）同相軸分叉、合并、扭曲及強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換（小斷層）（5）斷面波、繞射波37（1）同相軸錯斷，波組波系錯斷（中小斷層）38（2）同相軸數(shù)目突然增減或消失（同生斷層）39（3）地層產(chǎn)狀突變，地震相特征突變(邊界斷層）40（4）同相軸分叉、合并、扭曲及強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換（小斷層）41（4）同相軸分叉、合并、扭曲及強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換（小斷層）4243（5）斷面波、繞射波（5）斷面波、繞射波44歧北凹陷南坡沙河街組一段下部濁積砂體/7845/794647484950512.3.2

斷層平面組合522.4典型構(gòu)造樣式的地震識別2.4.1構(gòu)造樣式的概念與意義2.4.2水平伸展構(gòu)造2.4.3水平收縮構(gòu)造2.4.4水平走滑構(gòu)造2.4.5

垂直升降構(gòu)造53構(gòu)造樣式（structurestyle）是指在剖面形態(tài)、平面展布、排列和應(yīng)力機(jī)制上有著密切聯(lián)系的相關(guān)構(gòu)造的總體特征，是了解特定構(gòu)造變形條件下所產(chǎn)生的一系列構(gòu)造變形的總體概貌。構(gòu)造樣式強(qiáng)調(diào)：①在剖面形態(tài)、平面展布、排列上有密切聯(lián)系的相關(guān)構(gòu)造變形的組合;②在同一應(yīng)力環(huán)境下所產(chǎn)生的構(gòu)造變形的組合;③多種相關(guān)構(gòu)造的有機(jī)組合體。

HardingTP(1979)和LowellJD(1985)2.4.1構(gòu)造樣式的概念與意義54樣式((style)一詞，原來是建筑學(xué)的術(shù)語，用來描述具有時代風(fēng)格和地域風(fēng)格的建筑群.引入地質(zhì)學(xué)后，構(gòu)造樣式用以表示具有時代風(fēng)格和地域風(fēng)格的構(gòu)造組合.就象一種速記符號便于在地質(zhì)學(xué)家之間進(jìn)行交流，因此也屬于比較構(gòu)造學(xué)范疇.構(gòu)造樣式與形成盆地的地球動力學(xué)具有一致性，因此可以分類為伸展構(gòu)造樣式、壓縮構(gòu)造樣式和走滑構(gòu)造樣式3大系統(tǒng)，然后按其卷入深度進(jìn)一步劃分為基底變形和蓋層變形。劉和甫，199355構(gòu)造樣式的分類首先根據(jù)位移場可分為四大類：①水平伸展；②水平收縮；③水平走滑（水平扭動）；④垂直升降；進(jìn)而在每個大類中可根據(jù)基底—蓋層關(guān)系分為兩個亞類：①蓋層滑脫（薄皮構(gòu)造），②基底卷入（厚皮構(gòu)造）；最后再根據(jù)幾何形態(tài)劃分出各種具體類型。56構(gòu)造樣式的分類57主要的構(gòu)造樣式58構(gòu)造樣式的研究意義構(gòu)造樣式是各類盆地中構(gòu)造組合的幾何形態(tài)表達(dá)，正確的盆地分類常?？梢灶A(yù)測盆地內(nèi)構(gòu)造樣式和沉積樣式特征，為地震剖面的構(gòu)造解釋提供構(gòu)造模型，為沉積體系解釋提供沉積模式.構(gòu)造樣式研究是油氣田構(gòu)造研究中重要的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。它不僅涉及對含油氣盆地性質(zhì)、類型及其動力學(xué)的分析與認(rèn)識，構(gòu)造變形特征及其時空演化的判識和分析；而且直接關(guān)系到油氣藏的圈閉類型、成藏條件及勘探目標(biāo)評價。592.4.2水平伸展構(gòu)造（1）正斷層的基本特征（2）薄皮（蓋層滑脫）伸展構(gòu)造的主要構(gòu)造樣式60（1）正斷層的基本特征正斷層類型正斷層的組合正斷層的相關(guān)構(gòu)造變形61正斷層正斷層是在水平引張力作用下形成的。自然界的斷層的位移有些是斜向的，地震剖面上的正斷層是指上盤下降的傾向位移分量占明顯優(yōu)勢的斷層

62正斷層的幾何學(xué)和運(yùn)動學(xué)分類63正斷層類型旋轉(zhuǎn)平面正斷層鏟式正斷層非旋轉(zhuǎn)平面正斷層坡坪式正斷層鏟式扇狀正斷層正雙重構(gòu)造64正斷層地震剖面—165正斷層地震剖面—566正斷層地震剖面—467正斷層地震剖面—768正斷層的活動方式分類同生正斷層（同沉積正斷層、生長斷層）后生正斷層697071（1）正斷層的基本特征正斷層類型正斷層的組合正斷層的相關(guān)構(gòu)造變形72正斷層剖面組合共軛狀（相背傾斜、相向傾斜、交叉）平行狀斜列狀（軟連接）鏟式扇狀（硬連接）伸展雙重構(gòu)造7374757677（1）正斷層的基本特征正斷層類型正斷層的組合正斷層的相關(guān)構(gòu)造變形78斷層形態(tài)與構(gòu)造鼻79鏟式正斷層與滾動背斜構(gòu)造背斜轉(zhuǎn)折端形態(tài)與鏟式正斷層形態(tài)相關(guān)，背斜軸面自下而上向斷層面方向遷移80鏟式正斷層與滾動背斜地震剖面-181鏟式正斷層與滾動背斜地震剖面-282泥巖與薄皮正斷層的發(fā)育模式83鏟式扇斷階帶各個斷階面上的產(chǎn)狀依次變陡84正斷層牽引構(gòu)造85（2）薄皮（蓋層滑脫）伸展構(gòu)造的主要構(gòu)造樣式基本特征共生構(gòu)造86基本特征薄皮伸展構(gòu)造是指主要由沉積蓋層卷入伸展變形的構(gòu)造。鏟式正斷層系統(tǒng)和多米諾斷層系統(tǒng)是薄皮伸展構(gòu)造的兩種主要構(gòu)造樣式。在剖面上，鏟式正斷層和旋轉(zhuǎn)平面式正斷層一般是在蓋層中的軟弱巖層（泥巖、鹽巖等）中消失，或在盆地基底頂面的不整合面上滑脫在大陸伸展半地塹斜坡上、被動大陸邊緣、大型三角洲、大陸斜坡等不同的構(gòu)造環(huán)境中都可能發(fā)育薄皮伸展構(gòu)造87共生構(gòu)造重力滑動構(gòu)造底辟構(gòu)造88伸展與拆離89半地塹斜坡上的調(diào)節(jié)正斷層組90薄皮鏟式正斷層地震剖面91薄皮鏟式正斷層及其圈閉樣式92薄皮鏟式正斷層與底辟構(gòu)造剖面樣式93鏟式正斷層地震剖面—194鏟式正斷層地震剖面—295鏟式正斷層地震剖面—396（3）厚皮（基底卷入）伸展構(gòu)造的主要構(gòu)造樣式地塹與半地塹構(gòu)造97982.4.3水平收縮構(gòu)造逆沖斷層的基本特征逆沖斷層的相關(guān)褶皺99(1)逆沖斷層的基本特征

按照庫侖—摩爾破裂準(zhǔn)則和安德森斷層模式，逆沖斷層形成時的應(yīng)力狀態(tài)是主壓應(yīng)力軸為水平方向且與逆沖斷層走向垂直相交、主張應(yīng)力軸為垂直方向、中間應(yīng)力軸為水平方向且與斷層走向一致，逆沖斷層角度一般為30°±。由于巖層能干性的差異、地層中孔隙流體對局部應(yīng)力狀態(tài)的影響等原因，逆沖斷層角度并非總是呈30°±。

100坡坪式逆沖斷層

角度101角度102103鏟式逆沖斷層

“鏟式逆沖斷層（listricthrust），即斷層面在剖面上呈上陡下緩的產(chǎn)狀，向深部逐漸變?yōu)榻降牟痣x或滑脫逆沖斷層

104105平面式高角度逆沖斷層和反鏟式逆沖斷層斷層與巖層面夾角大于60°的逆沖斷層,斷層面為平面狀或反鏟式（向上變緩）通常是一些結(jié)晶基底卷入的逆沖斷層106107雙重構(gòu)造雙重構(gòu)造是由頂板逆沖斷層（roofthrust）、底板逆沖斷層（floorthrust）以及夾持在中間的連接逆沖斷層（linkedthrust，或分支斷層branchthrust）和逆沖斷片（馬石horse,或斷片sheet）組成。

108109110111112反沖斷層（back-thrust）逆沖斷層一般是自后陸向前陸方向逆沖的，但是也有些逆沖斷層是向前陸方向傾斜、向后陸方向逆沖的，稱為“反沖斷層（back-thrust）”

在反沖斷層與逆沖斷層之間,往往形成沖起構(gòu)造或逆沖三角構(gòu)造沖起構(gòu)造（pup-up）

逆沖三角構(gòu)造（trianglezone）1131141151162.4.4水平走滑構(gòu)造走滑斷層構(gòu)造變形的一般特征走滑構(gòu)造的識別標(biāo)志薄皮走滑構(gòu)造基底卷入的走滑構(gòu)造117(1)走滑斷層變形的一般特征走滑斷層是指兩盤斷塊體以相對走滑位移為主要運(yùn)動特征的斷層

走滑斷層位移過程中也會進(jìn)一步引起兩盤斷塊或走滑斷層上覆地層的變形，所有這些與這些變形與位移矢量近水平的剪切作用有關(guān)的構(gòu)造變形統(tǒng)稱為走滑構(gòu)造118走滑斷層的位移方向位移矢量向左的斷層稱為右旋走滑斷層（right-lateralstrike-slipfault，right-slipfault）或右旋平移斷層（dextre），位移矢量向右的斷層稱為左旋走滑斷層（left-lateralstrike-slipfault，left-slipfault）或左旋平移斷層（senestre）

119走滑斷層的位移方向斷層的兩盤相對位移矢量通常是斜向的，當(dāng)走滑斷層位移矢量中有較大的傾向位移分量時可分別稱為“正走滑斷層”（傾向位移分量為正斷層）或“逆走滑斷層”（傾向位移分量為逆斷層）120(2)走滑構(gòu)造的識別標(biāo)志剖面標(biāo)志花狀構(gòu)造

走滑帶內(nèi)部構(gòu)造和夾塊

剖面上的地層不連續(xù)現(xiàn)象平面標(biāo)志

線性延伸或帶狀展布走滑帶兩側(cè)地質(zhì)界線的水平錯開斜列的蓋層褶皺

121122123124125126(3)薄皮走滑斷層通常與薄皮收縮構(gòu)造、薄皮伸展構(gòu)造共生127128(4)基底卷入的走滑構(gòu)造基底卷入的走滑構(gòu)造中的盆地基底與沉積蓋層一起發(fā)生走滑構(gòu)造變形?；拙砣氲淖呋瑯?gòu)造并不意味著主干走滑斷層一定要從蓋層巖層切入到基底巖層中。通常盆地基底巖層中發(fā)育主干走滑斷層，主干走滑斷層可以向上直接切割所有蓋層巖層，也可以在基底頂面或蓋層巖層內(nèi)部尖滅?；鬃呋瑪鄬优c蓋層之間也可以產(chǎn)生滑脫，但是這種滑脫并為破壞基底與蓋層在走滑構(gòu)造變形方面的統(tǒng)一性。129基底與蓋層關(guān)系對走滑構(gòu)造的影響基底走滑位移量愈大，蓋層走滑變形也愈強(qiáng)烈。蓋層厚度愈大，基底走滑位移引起的走滑變形帶的寬度愈大。蓋層巖層中發(fā)育有較厚的軟弱巖層時，基底走滑位移引起的蓋層走滑變形寬度愈大。蓋層巖層中發(fā)育有較厚的軟弱巖層也容易發(fā)育雁列的滑脫褶皺，而蓋層褶皺變形寬度一般比蓋層走滑斷層帶的寬度更大。1302.4.5

垂直升降構(gòu)造

(底辟構(gòu)造,diapiricstructure）

底辟構(gòu)造的一般特征（以鹽底辟為例）鹽底辟構(gòu)造的形成條件和演化過程131底辟構(gòu)造概念地殼深部的塑性物質(zhì)向上運(yùn)移及其對上覆巖層的構(gòu)造作用，稱為底辟作用（diapirism），底辟作用形成的構(gòu)造變形稱為底辟構(gòu)造。底辟構(gòu)造包括巖漿底辟形成的構(gòu)造、變質(zhì)巖底辟形成的構(gòu)造和低密度沉積巖層底辟形成的構(gòu)造。沉積盆地中常見的底辟構(gòu)造是鹽巖、膏鹽巖、泥巖底辟作用形成的，其中又以鹽巖形成的底辟構(gòu)造也普遍、最復(fù)雜。132底辟構(gòu)造類型根據(jù)底辟核與核上巖層的關(guān)系，可以將底辟構(gòu)造分為隱刺穿底辟構(gòu)造和刺穿底辟構(gòu)造兩大類。133鹽底辟核構(gòu)造樣式由鹽類巖石底辟形成的構(gòu)造也稱為“鹽穹”（saltdome，也譯為鹽丘）鹽底辟核的形態(tài)：鹽底辟核可表現(xiàn)為枕狀、丘狀、陀螺狀、柱狀、脊?fàn)?、墻狀、蘑菇狀、鴨頭狀、瓶塞狀、塔松狀等不同的形態(tài)在平面上，底辟核多為圓形、橢圓形，沿斷裂底辟的墻狀底辟則表現(xiàn)為長條形134常見的鹽底辟核樣式135“懸掛體”（overhang）：鹽底辟核向上運(yùn)移的同時可以側(cè)向擴(kuò)展，同時鹽巖底辟的通道部分受圍壓的影響可以發(fā)生收縮，使底辟核象屋檐一樣伸入到核上巖層中，并導(dǎo)致鹽巖層覆蓋在形成時代比它更晚的沉積巖層之上?！皽I滴體”（teardrop）：底辟核的鹽巖向上運(yùn)移甚至可以與鹽源部分脫離，底辟核成為一個無根的懸掛體?！胞}帽”：深層的鹽巖底辟核上升至淺層地層中時還會受到地下水的溶蝕、淋漓，一些難溶的或不溶殘渣殘留在底辟核頂部形成一層外殼，稱為“鹽帽”。鹽帽主要由硬石膏、石膏和方解石組成，厚度差別較大，從幾米到幾十米、甚至幾百米。一般可以分為三個帶：底部主要由硬石膏組成，厚度也相對較大；中間為石膏層；上部為方解石和石灰?guī)r。有時鹽帽中還含有天然硫。如果鹽巖底辟核頂面為平面狀，鹽帽的分布范圍通常比底辟核頂面的主題范圍還大。136137138139140核上巖層的變形樣式塑性的底辟核向上運(yùn)移對核上巖層施加的構(gòu)造力相當(dāng)于垂直層面的差異擠壓力或剪切力，迫使巖層發(fā)生水平方向的伸展，因此核上巖層主要表現(xiàn)為“局部的”水平伸展構(gòu)造變形。底辟構(gòu)造的發(fā)育是一個較長的地質(zhì)時期，因而沉積盆地中的底辟構(gòu)造通常也是同沉積構(gòu)造。底辟作用時期的同沉積巖層在底辟核頂部明顯減薄或局部被剝蝕。底辟核形態(tài)和垂直位移幅度隨著盆地的演化而發(fā)生變化，對上覆同沉積地層的厚度甚至巖性分布有重要影響。141常見的鹽底辟構(gòu)造樣式142143鹽底辟形成的龜背式構(gòu)造144鹽底辟核內(nèi)部變形底辟核內(nèi)部一般都有復(fù)雜的柔流褶皺或腸狀褶皺，主要表現(xiàn)為鹽巖層向上位移過程中引起單層鹽巖的拉薄和折疊加厚，一般單層鹽巖并不因為強(qiáng)烈褶皺變形而被拉斷，但鹽巖底辟核內(nèi)可能發(fā)育有韌性斷層。鹽巖層內(nèi)部的標(biāo)志層面不能在地震剖面上形成反射界面，所以底辟核內(nèi)的褶皺變形樣式也顯示不出來。1451462.5構(gòu)造活動時期分析方法2.5.１基本概念2.5.2構(gòu)造活動時期分析的基本原則2.5.3地層接觸關(guān)系分析2.5.4地層厚度變化分析1472.5.１基本概念沉積前構(gòu)造：指相對于一地層層序而言，在其沉積作用之前形成的構(gòu)造，亦即其原始沉積表面的構(gòu)造形態(tài)。同沉積構(gòu)造：指相對于一地層層序而言，與其沉積作用同時形成的構(gòu)造。沉積后構(gòu)造：指相對于一地層層序而言，在其沉積作用之后形成的構(gòu)造。148

2.5.2構(gòu)造活動時期分析的基本原則

(１)不整合面上、下構(gòu)造形態(tài)和性質(zhì)的不協(xié)調(diào)，意味著分別為不同構(gòu)造活動的產(chǎn)物。

(２)構(gòu)造層底界的最老年代為該構(gòu)造層產(chǎn)生構(gòu)造變形的最早時期。

(３)如果構(gòu)造層內(nèi)有成因聯(lián)系的斷層、褶皺具在構(gòu)造層頂界終止，則上覆構(gòu)造層的最老年代為該構(gòu)造層產(chǎn)生構(gòu)造變形的最晚時期。

(４)不整合面上、下構(gòu)造形態(tài)和性質(zhì)的協(xié)調(diào)，意味著同為晚期構(gòu)造活動的產(chǎn)物。

(５)對下覆構(gòu)造層的構(gòu)造變形應(yīng)采用剝皮法逐層消除后期構(gòu)造活動的影響。149露出沖斷層、埋藏沖斷層

和盲沖斷層

150

2.5.3地層接觸關(guān)系分析沉積前構(gòu)造：以在層序底界面上發(fā)育上超為特征，反應(yīng)了沉積前的原始構(gòu)造形態(tài)。同沉積構(gòu)造:地層厚度的楔狀增厚以及伴生的上超是同沉積構(gòu)造的重要標(biāo)志。沉積后構(gòu)造：沉積后的構(gòu)造抬升在層序頂界面造成