川南云錦地區(qū)三維構(gòu)造平衡恢復(fù)的斷裂體系研究

尹文韜，陳 偉，余養(yǎng)里

（西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500）

四川盆地的構(gòu)造種類較多且變化多樣，例如華鎣山以西的寬緩褶皺帶、盆內(nèi)較為典型的隔擋式以及隔槽式構(gòu)造、盆地邊緣的山前構(gòu)造等都是較為典型的構(gòu)造。這些構(gòu)造的形成經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主要由古生代至新生代。云錦區(qū)塊地處四川省瀘縣東部、瀘州東北部，東與百和鎮(zhèn)，南與兆雅鎮(zhèn)、太伏鎮(zhèn)，西與奇峰鎮(zhèn)、玄灘鎮(zhèn)，北與立石鎮(zhèn)接壤。距瀘州主城區(qū)30.7km，距縣城附近27.2km，距重慶永川區(qū)40.9km。地層分區(qū)屬于華南地層大區(qū)揚(yáng)子地層區(qū)的上揚(yáng)子地層分區(qū)，該區(qū)地質(zhì)資源豐富優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層分布相對(duì)穩(wěn)定（厚度為30～50m）[1]。而構(gòu)造條件包括地層變形強(qiáng)度、斷層、構(gòu)造樣式以及裂縫等是控制該區(qū)地質(zhì)資源勘探開發(fā)的主要影響因素之一。因此，根據(jù)四川盆地南部瀘州地區(qū)包括云錦區(qū)塊在內(nèi)的地震、露頭等資料，運(yùn)用三維構(gòu)造平衡恢復(fù)技術(shù)研究該區(qū)的斷裂體系特征。

1 區(qū)域構(gòu)造特征

研究范圍在川南地區(qū)，為內(nèi)江至大足以南，瀘州合江縣以北的瀘州地區(qū)中的云錦區(qū)塊。本次研究區(qū)地層主要包括古生界和中生界，但是缺失泥盆系和石炭系地層，各地層厚度總計(jì)約10km。該區(qū)出露的地層以侏羅系占主導(dǎo)，其余出露地層以三疊系為主。實(shí)際上，該區(qū)的構(gòu)造樣式以及構(gòu)造組合受到多種因素的控制，例如巖性組合、巖層的拉伸及剪切強(qiáng)度等都對(duì)構(gòu)造樣式具有直接或間接的影響。此外，綜合前人對(duì)該地區(qū)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，川南以及周遭地區(qū)存在多套滑脫層對(duì)川南地區(qū)構(gòu)造變形具有比較顯著的影響，且這些滑脫層以膏鹽巖和泥巖為主[2]。更為具體來說此區(qū)塊存在3套滑脫層，即中-下寒武統(tǒng)膏鹽巖、下志留統(tǒng)龍馬溪組（S1l）泥頁巖和下三疊統(tǒng)嘉陵江組（T1j）膏鹽巖。

在不同的構(gòu)造變形強(qiáng)度的條件下，該區(qū)塊的構(gòu)造具有不同的樣式：華鎣山以西具有低緩褶皺構(gòu)造特征；盆內(nèi)瀘州、重慶等地區(qū)構(gòu)造具有向斜寬而緩，背斜緊且陡的“隔擋式褶皺”的特征，但部分構(gòu)造走向不盡相同。區(qū)內(nèi)構(gòu)造走向主要有NE-SW向、近S-N向和近E-W向。該區(qū)背斜核部多以三疊系地層為主，而向斜核部以侏羅系為主且背斜核部多出露不同特征的斷層，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是由于大婁山和齊岳山山前坳陷以及沉降作用的影響所產(chǎn)生的。

構(gòu)造變形特征：該地區(qū)剖面構(gòu)造樣式以經(jīng)典的“隔擋式”為主，即背斜較為緊閉而向斜相對(duì)寬緩；此外，該區(qū)還存在多套滑脫層以及較為穩(wěn)定的變形基底，形成這種構(gòu)造特征的原因是受到了來自造山帶的水平擠壓作用以及華鎣山的阻擋作用。在多期次不同方向應(yīng)力的水平擠壓條件下，該區(qū)的幾個(gè)典型構(gòu)造的走向以NE-SW向?yàn)橹鳌Ｓ捎谑艿交椎拇瓜蜃饔孟鄬?duì)不強(qiáng)且受到較強(qiáng)的水平擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致基底處的背斜隆起幅度不及上方地層。事實(shí)上，該區(qū)還存在三個(gè)不同層位的以沉積蓋層為主的滑脫層，以及與之伴生的各類斷層。具體為嘉陵江組膏鹽巖層、龍馬溪組泥頁巖層以及中-下寒武統(tǒng)膏鹽巖層[3]，以其三者為界垂向上能將該區(qū)分為上部、中部和下部3個(gè)變形層和一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的變形基底，不同層在受到水平應(yīng)力的擠壓而導(dǎo)致變形收縮時(shí)，斷層便會(huì)沿著滑脫層順勢(shì)滑脫；區(qū)內(nèi)大部分?jǐn)鄬右话阒淮┻^一個(gè)滑脫層，但云錦向斜區(qū)的斷層卻從下部滑脫層穿過中部和上部滑脫層一直延伸至近地表；多數(shù)斷層只穿過一個(gè)滑脫層并可能與其存在聯(lián)系，如石燕橋背斜區(qū)下部斷層由中-下寒武統(tǒng)高鹽巖出發(fā)，向上斷穿上寒武統(tǒng)和奧陶系之后，可能沿著龍馬溪組底部滑脫，從而形成背斜前翼較陡后翼較寬緩且斷層中部傾角較陡、上部和下部傾角較寬緩的斷層傳播褶皺；也有可能斷層斷穿部分龍馬溪組地層并形成尖滅，則產(chǎn)生斷層上部傾角較陡、下部傾角較緩的特征，即形成斷層轉(zhuǎn)折褶皺。除此之外，在石燕橋背斜區(qū)二疊系到三疊系地層間存在兩條斷層背向逆沖形成逆沖三角帶；風(fēng)坡山背斜區(qū)斷層相向逆沖形成沖起構(gòu)造；長林村背斜區(qū)存在深部斷層和淺部斷層傾角相似的情況，由此推斷可能該區(qū)部分深部斷層和淺部斷層的形成與演化存在一定的關(guān)聯(lián)。

2 三維建模與三維構(gòu)造平衡恢復(fù)

2.1 三維構(gòu)造模型的建立與平衡恢復(fù)方法

本次研究使用三維構(gòu)造建模軟件來實(shí)現(xiàn)從二維地震解釋數(shù)據(jù)到三維模型的轉(zhuǎn)化，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行目標(biāo)層的三維地層平衡恢復(fù)。具體來說，三維構(gòu)造平衡恢復(fù)的方法是將地質(zhì)時(shí)間域坐標(biāo)系統(tǒng)通過特定的算法轉(zhuǎn)換為具體的三維模型，再把建立的三維模型通過不同的恢復(fù)方法（如彎滑、斷層平行流等）進(jìn)行各層的恢復(fù)。本次三維構(gòu)造平衡恢復(fù)主要包含五個(gè)步驟。

（1）地震解釋數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。從地層解釋軟件中輸出地層和斷層數(shù)據(jù)。本次研究以云錦區(qū)塊奧陶系五峰組和二疊系梁山組的地層單元為例。

（2）斷層模型的建立。斷層模型的建立是依賴于地震反射剖面中斷層的多種要素，包括斷層的傾角以及斷層的軌跡等。與此同時(shí)，在斷層模型的生成過程中還需定義或修改各個(gè)斷層間的接觸關(guān)系、斷層體模型的邊界框或邊界點(diǎn)等。由于不同的數(shù)據(jù)類型會(huì)使模型的有效性發(fā)生變化，故需綜合考慮斷層數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)空間分布的均勻程度和斷層解釋數(shù)據(jù)的實(shí)際精度。

（3）地層模型的建立：在地質(zhì)圖、地震剖面、構(gòu)造等因素的約束條件下，選取目的層和相應(yīng)的斷層進(jìn)行建立，并在生成模型后進(jìn)行檢查，檢查體模型是否正常，若出現(xiàn)異常則消除異常點(diǎn)。

（4）檢查地層和斷層模型的結(jié)構(gòu)：核查地層與斷層之間的接觸關(guān)系以及地層與地層之間的接觸關(guān)系。由于本次研究只包含五峰組和梁山組地層，故不涉及地層間的接觸關(guān)系。

（5）三維構(gòu)造平衡恢復(fù)：對(duì)建立好的地層模型進(jìn)行重取樣即美化模型的三角網(wǎng)格（網(wǎng)格的美化是必要的，因?yàn)槿S恢復(fù)技術(shù)的結(jié)果部分受制于模型的構(gòu)成方式以及取樣密度，取樣密度越大恢復(fù)后的結(jié)果相對(duì)更加理想）；選取想要恢復(fù)的主動(dòng)層和將要被恢復(fù)的被動(dòng)層，本次研究選取梁山組地層為主動(dòng)層，五峰組地層為被動(dòng)層；根據(jù)選定恢復(fù)的目的層運(yùn)用合適的恢復(fù)方式進(jìn)行平衡恢復(fù)（選定目的層的同時(shí)還需確立相應(yīng)的基準(zhǔn)面，正確的基準(zhǔn)面是后續(xù)恢復(fù)后參數(shù)觀察的必要條件）（見圖1）；三維構(gòu)造平衡恢復(fù)后會(huì)生成對(duì)應(yīng)的模型且具有如曲率、斷裂發(fā)生或應(yīng)力變化指數(shù)等的屬性可供參考。

圖1 五峰組地層三維構(gòu)造平衡恢復(fù)結(jié)果對(duì)比圖

2.2 三維構(gòu)造模型與斷裂體系分析

（1）現(xiàn)今五峰組地層斷裂體系特征：通過觀察恢復(fù)后現(xiàn)今的五峰組地層曲率的結(jié)果可知，現(xiàn)今的五峰組存在多條NNE、NE-SW走向的大型斷層和中小型斷層，初步分析這些斷層的形成可能是受到北西向和南東向的應(yīng)力擠壓而產(chǎn)生的，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征分析，這些斷層的形成可能是因?yàn)辇R岳山山前推覆帶的推覆作用，即北西向的應(yīng)力和華鎣山的阻礙作用即南東向的應(yīng)力這兩者的主導(dǎo)，以及其他潛在因素的影響所形成的；向斜的核部可以觀察到近NEE向的斷層，這些斷層的形成不僅受到了華鎣山和齊岳山所產(chǎn)生的北西向和南東向應(yīng)力的影響，還受到了來自大婁山所產(chǎn)生的作用力，因此斷層的規(guī)模不同于部分NNE、NE-SW向的斷層；此外在云錦向斜南段還存在近N-S向的小型斷層，這些斷層有的與大型NNE、NE-SW向斷層相交或相連，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的部分原因是因?yàn)閿鄬釉诔醪叫纬珊笫艿蕉螖D壓，擠壓的應(yīng)力條件可能與之前存在偏差，導(dǎo)致斷層發(fā)生改變。

（2）梁山組沉積初期五峰組的斷裂體系特征：梁山組沉積初期五峰組地層的斷裂體系與現(xiàn)今的斷裂體系特征存在一定的差異。雖然NNE、NE-SW向的斷裂已經(jīng)形成且位置與現(xiàn)今斷裂的位置相差甚微，但是可以觀察到向斜核部的斷層發(fā)生了不同程度的變化：①向斜核部的中段至北段部分存在多個(gè)小型E-W向斷層，這些斷層的大體位置與現(xiàn)今NEE向的部分?jǐn)鄬酉嘟菙鄬拥囊?guī)模不及現(xiàn)今，可能是梁山組地層沉積后這些小型斷層逐漸合并，并在包括各項(xiàng)應(yīng)力在內(nèi)的不同條件影響下而形成現(xiàn)今的NEE向斷層；②在向斜的南段也存在近N-S向的斷層，但其所分布的位置與現(xiàn)今的位置存在一定的差異，這就表明這些斷層在梁山組沉積后可能還是受到了來自北西或者南東向的應(yīng)力；③在向斜的兩翼不管是斷層的走向、規(guī)模還是分布位置都與現(xiàn)今十分相似，故這些斷層在梁山組沉積時(shí)就已形成并可能對(duì)于后期形成的其他斷層產(chǎn)生影響。

3 討論

通過對(duì)三維地質(zhì)構(gòu)造模型的分析可以發(fā)現(xiàn)，三維構(gòu)造平衡恢復(fù)方法是一種十分有效的斷裂體系研究方法且較地球物理學(xué)方法在某些方面有一定提升。具體來說，雖然三維模型需要受到各種條件的制約和影響，但是通過三維建模軟件所建立的三維模型可以更直觀且立體地觀察和研究具體的區(qū)塊或構(gòu)造單元，不論是地層還是斷層均可建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行處理和分析；通過三維構(gòu)造平衡恢復(fù)后曲率圖與相干圖中斷裂體系的對(duì)比，可以觀察到曲率圖在斷裂較為復(fù)雜的區(qū)域所反映的斷裂較相干圖更加清晰可見；此外，三維構(gòu)造平衡恢復(fù)方法可以實(shí)現(xiàn)特定地層沉積初期老地層的構(gòu)造形態(tài)以及與之相應(yīng)的斷裂體系的觀察和研究，這可作為地球物理學(xué)方法之外的一種新的研究途徑。

4 結(jié)論

1）該區(qū)的構(gòu)造類型豐富且多樣，主要以較陡的背斜和較為寬緩的向斜所組成的“隔擋式”褶皺為特征，平面上該區(qū)的幾個(gè)典型構(gòu)造多為NE-SW、NNE向；剖面上該區(qū)具有多套以沉積蓋層為主的滑脫層及穩(wěn)定變形基底，在造山帶的水平擠壓和華鎣山阻擋作用的共同影響下形成了各類構(gòu)造和不同樣式的斷層。

2）云錦區(qū)塊的斷裂主要包含多條NNE、NE-SW走向的大型斷層和中小型斷層，且這些斷裂的形成在一定程度上都與齊岳山山前推覆帶的推覆作用及北西向的應(yīng)力和華鎣山的阻礙作用及南東向的應(yīng)力有關(guān)。

3）該區(qū)某些早期形成的斷裂對(duì)晚期形成的斷裂可能具有一定的影響或控制作用。