龍門山前雙魚石南地區三維構造建模與恢復研究

李曉彤，陳 偉，余養里

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

雙魚石南地區位于龍門山構造帶北段的山前隱伏構造帶，已經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、演化規律等的研究。三維構造建模是三維地質建模的基礎和核心內容。三維地質建模在許多地質領域發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問題，能夠更精細地刻畫地質構造。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，結合區域構造背景和構造特征，研究雙魚石南地區整體構造特征。

1 區域地質概況

川西前陸盆地區位于四川盆地西部，與西側的龍門山造山帶、東部的龍泉山前緣隆起，構成典型的前陸盆地系統，總體呈NE向延伸，現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]，發育擠壓沖斷構造。雙魚石南地區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（龍潭組）、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建模的基礎和核心內容。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模型。三維構造建模對地質解譯、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構造模型的地質規律驗證。三維地質建模在許多地質領域發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問題，能夠更精細地刻畫地質構造[2]。

三維構造建模是要建立斷層網模型、地層模型及地質體模型，不僅反映地質構造的幾何形態，而且反映各構造地質要素之間宏觀接觸關系[2-3]，具體表現在三維斷層數據與地層數據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已知地質數據，利用各種相關的原理與方法對各種地質體或地質現象的構造幾何形態和拓撲關系進行模擬[4]。

基于地震數據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。建模過程依次要經過：三維地震數據精細解釋，地震數據準確性檢查，研究區域選取，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，形成封閉的地質體，最后經歷成面過程。地質建模過程中每個步驟都需要進行質量控制，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，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地震數據可用性的提高，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，以及在變形斷塊體內部發生的三維內部應變，其中內部應變的大小代表了斷裂的強度，高應變區可能與潛在的流體遷移途徑相關。

現今獲取古地貌廣泛采用的“印模法”“殘厚法”本質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-雙魚石南區域三維構造建模可以驗證雙魚石-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的地層和斷層點源數據導入三維建模軟件，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）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、中期雙魚石地區的古形態。將雙魚石、雙魚石南地區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、中期的古形態變化趨勢（見圖1）。從北西至南東，整個雙魚石區域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潭組沉積初期，P1l底、P1m底古形態呈現北西深、南東淺的古形態特征。

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。

4.1 茅口組沉積初期梁山組底古形態

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。整體上看，雙魚石地區P1l古形態呈北西低、南東隆升的構造格局。古隆起的高點出現在雙魚石地區三維地震覆蓋區的東南部位、雙魚石構造南側，古隆起較為寬緩，看似平臺，走向近北東。次級古隆起出現在秀鐘潛伏構造、雙魚石南地區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。雙魚石南區域南部的古隆起表現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 龍潭組沉積初期茅口組底古形態

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。龍潭組沉積初期，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，隆深高點轉至雙魚石區域的中部以及雙魚石構造南側區域，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了雙魚石-雙魚石南區域梁山組、茅口組古構造形態，進而分析了區域整體構造特征。基于三維構造建模結果發現：從北西至南東，整個雙魚石區域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潭組沉積初期，P1l底、P1m底古形態呈現北西深、南東淺的古形態特征。基于去斷層去褶皺操作的古形態恢復研究結果來看，雙魚石地區P1l古形態呈北西低、南東隆升的構造格局。龍潭組沉積初期，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，隆深高點轉至雙魚石區域的中部。