趙 恒，郭建明，鄭建京，關(guān)寶文，鄭有偉

(1.中國科學(xué)院油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

引言

地層經(jīng)歷的演化過程為沉積-壓實(shí)-褶皺-斷裂，而在剝蝕量恢復(fù)的基礎(chǔ)上對(duì)這一過程進(jìn)行反向推導(dǎo)，即去斷層-去褶皺-去壓實(shí)-古構(gòu)造即可得出該地區(qū)的構(gòu)造演化歷史［1-2］。構(gòu)造演化的研究可以揭示一個(gè)地區(qū)的構(gòu)造發(fā)展史和沉積過程，一直都是地質(zhì)學(xué)家們研究的熱點(diǎn)問題。多年來都是通過平面地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、地震剖面等二圖件進(jìn)行二維構(gòu)造演化的研究。這些方法雖然比較成熟，但存在可視性弱、精確度低、對(duì)于只在三維空間里平衡的變形不適用等弊端，因此構(gòu)造演化的研究從二維提升到三維是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)［3-7］。本文主要介紹三維構(gòu)造演化研究在構(gòu)造建模與構(gòu)造恢復(fù)方面的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀，總結(jié)其優(yōu)勢(shì)與不足，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

1 構(gòu)造演化研究從二維到三維的發(fā)展過程

二維構(gòu)造演化的研究方法種類繁多，如“寶塔圖”法、平衡剖面法、回剝法、厚度圖法等，這些方法的出現(xiàn)使得構(gòu)造演化研究實(shí)現(xiàn)了從定性到定量的飛躍，但是它們?nèi)源嬖谥诙S空間無法解決的缺陷。其中平衡剖面法應(yīng)用最廣，是目前構(gòu)造恢復(fù)中最成熟的技術(shù)工具［1，8-10］。平衡剖面法是依據(jù)幾何守恒原則而提出的地質(zhì)剖面演化方法，通過體積守恒、面積守恒、層長守恒等一系列幾何法則對(duì)變形過程進(jìn)行合理的限制，能更真實(shí)地反應(yīng)演化過程，還可驗(yàn)證地震剖面的構(gòu)造解釋是否合理。平衡剖面法彌補(bǔ)了長期以來只能對(duì)構(gòu)造演化過程進(jìn)行定性分析的不足，它可以對(duì)演化過程進(jìn)行定量分析。但是對(duì)那些由于在多個(gè)方向上發(fā)生了物質(zhì)遷移而在二維剖面上不平衡的變形過程，如不同方向的疊加構(gòu)造、斜向滑動(dòng)構(gòu)造和塑性變形等并不適用［1，6，11-14］。后來涌現(xiàn)的一些新的方法如物理平衡剖面法［4，7，15］、相對(duì)平衡剖面法［16-17］等在一定程度上彌補(bǔ)了二維構(gòu)造演化方法的不足，推動(dòng)了構(gòu)造演化研究從二維向三維的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及三維構(gòu)造演化研究的不斷深入，一些難點(diǎn)問題如體平衡［7，18］、三維構(gòu)造建模［19-22］、三維可視化［23］等陸續(xù)得到解決。與此同時(shí)，三維地表勘探技術(shù)及交互軟件不斷投入應(yīng)用，一系列的三維構(gòu)造建模軟件和恢復(fù)軟件如 Petrel、Gocad、3DMove、KINE3D等也趨于成熟，用三維構(gòu)造演化的方法進(jìn)行科學(xué)研究與實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)得到實(shí)現(xiàn)。

2 三維構(gòu)造演化的研究現(xiàn)狀

2.1 三維構(gòu)造建模的研究

三維構(gòu)造演化研究的核心為三維構(gòu)造建模，是一項(xiàng)在三維空間環(huán)境下運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將地質(zhì)解釋、空間信息管理、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、實(shí)體內(nèi)容分析、空間分析及預(yù)測(cè)、圖形可視化等工具結(jié)合起來運(yùn)用于地質(zhì)分析的技術(shù)［20］。構(gòu)造建模理論致力于研究模型內(nèi)部的約束機(jī)制，利用這些機(jī)制可以建立斷層形態(tài)、斷層位移、褶皺形態(tài)、力學(xué)結(jié)構(gòu)、沉積作用等，對(duì)于限制變形過程有重要作用［3］。

2.1.1 三維構(gòu)造建模的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家在三維構(gòu)造建模研究方面起步較早，處于領(lǐng)先地位。我國在三維建模方面起步較晚，加上我國的構(gòu)造背景復(fù)雜，三維構(gòu)造建模的應(yīng)用尚處于探索階段。近年來由于國家自然科學(xué)基金委員會(huì)對(duì)可視化建模的支持力度不斷加大，加上我國在三維建模方面廣大的市場需求，三維地質(zhì)建模研究發(fā)展迅速，已成為地學(xué)領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)［21-22］。

在三維構(gòu)造建模軟件方面，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過多年的研究已經(jīng)擁有了一批成熟的商業(yè)化軟件，如斯倫貝謝公司的 Petrel軟件、Emerson公司的RMS、Fugro集團(tuán)的 FastTracker、GOCAD研究聯(lián)合體的 Gocad等，這些軟件基本上都可以代表當(dāng)今建模軟件的最高水平。總體而言，Petrel功能全面、性能良好、操作簡單，在國際上處于主導(dǎo)地位。國內(nèi)也開發(fā)出了一系列三維構(gòu)造建模軟件，如 GSIS、Geo View、GeoMo3D等。但是與國外相比這些軟件起步較晚、產(chǎn)品尚未成熟，商業(yè)化程度低。因此，國內(nèi)的石油公司、地球物理公司對(duì)于國外昂貴的建模軟件依賴性仍然較大［19］。

2.1.2 構(gòu)造建模的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)

早期構(gòu)造建模的研究主要是謀求在幾何形態(tài)方面建立模型內(nèi)部的約束機(jī)制，對(duì)褶皺的幾何學(xué)描述和分類方面做了大量研究，如平行褶皺、相似褶皺以及二者之間過渡類型的劃分等［3］。自從20世紀(jì)80年代Suppe提出斷層相關(guān)褶皺理論［24］以來，這方面的理論不斷發(fā)展完善，能夠反映斷層形態(tài)、褶皺形態(tài)與斷層位移之間的定量關(guān)系，是目前最為成熟的建模技術(shù)［3，25-29］。但是斷層相關(guān)褶皺理論主要是運(yùn)用幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行建模，卻沒有涉及構(gòu)造的實(shí)際承載者——地層的力學(xué)結(jié)構(gòu)，近期的實(shí)驗(yàn)表明構(gòu)造樣式更多地與地層的力學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外，斷層相關(guān)褶皺理論不適用于需要在三維空間內(nèi)觀測(cè)的構(gòu)造變形，如走滑構(gòu)造、斜向擠壓構(gòu)造等。針對(duì)其不足，斷層相關(guān)褶皺模型目前正在完成從二維向三維、從幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型向力學(xué)模型的轉(zhuǎn)變。在三維模型方面，對(duì)斷層相關(guān)褶皺的三維描述或表征、恢復(fù)、正演模擬的新技術(shù)不斷完善，對(duì)斷層相關(guān)褶皺的自然實(shí)例或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ图皵鄬酉嚓P(guān)褶皺的三維生長發(fā)育過程開展了深入研究［30］。在力學(xué)模型方面，對(duì)模型進(jìn)行三維力學(xué)數(shù)值模擬，定量研究控制斷裂作用和傳播褶皺作用力學(xué)過程的參數(shù)，如斷層的滑動(dòng)量、斷層的傳播量、地層的力學(xué)特征等［31］。由于斷層面幾何特征、斷層位移梯度沿走向上復(fù)雜多變，不同巖層力學(xué)性質(zhì)不同且存在各向異性，三維斷層相關(guān)褶皺理論尚處于探索階段。實(shí)現(xiàn)構(gòu)造模型由形態(tài)模型向力學(xué)模型、由二維平衡剖面向三維平衡模型的轉(zhuǎn)化已成為該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

目前最準(zhǔn)確的建模方法為首先用斷層相關(guān)褶皺理論建立剖面模型和確定構(gòu)造解釋方案，在此基礎(chǔ)上結(jié)合巖層力學(xué)性質(zhì)針對(duì)地震工區(qū)進(jìn)行三維建模。其中利用斷層相關(guān)褶皺理論建立剖面模型是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其利用淺層構(gòu)造形態(tài)約束深部地震反射雜亂區(qū)的斷層與褶皺形態(tài)，尤其在山前沖斷帶等構(gòu)造復(fù)雜、資料約束程度低的地區(qū)作用更加顯著。

2.1.3 三維構(gòu)造建模的流程

首先遵循斷層相關(guān)褶皺分析原理，根據(jù)等傾角區(qū)劃分、軸面分析等環(huán)節(jié)確定地震工區(qū)的構(gòu)造解釋方案。然后依據(jù)地震解釋得到的斷層數(shù)據(jù)、層面數(shù)據(jù)以及單井分層數(shù)據(jù)建立斷層模型和層面模型并對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化。最后設(shè)定模型邊界，封閉模型內(nèi)的所有區(qū)域并進(jìn)行空間四面體化形成實(shí)體。以國際上主流的建模軟件Petrel為例，其三維構(gòu)造建模的流程為(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與導(dǎo)入;(2)建立斷層模型;(3)建立層面模型;(4)網(wǎng)格化;(5)屬性建模。具體來說就是將地震、測(cè)井、分層數(shù)據(jù)等資料導(dǎo)入Petrel后利用fault stick生成斷層并通過key pillar對(duì)斷層進(jìn)行調(diào)整。然后通過分層數(shù)據(jù)生成層面模型后再通過網(wǎng)格化生成骨架。最后通過屬性建模進(jìn)行幾何建模、巖相建模以及巖石物理學(xué)建模，使模型非常接近真實(shí)的地質(zhì)體［20，32-35］。

2.2 三維構(gòu)造恢復(fù)的研究

2.2.1 構(gòu)造恢復(fù)的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)

圖1 a.簡單剪切算法進(jìn)行去褶皺恢復(fù);b.斜剪切算法進(jìn)行去斷層恢復(fù);c.斷層平行流法進(jìn)行去斷層恢復(fù);d.彎滑法進(jìn)行去褶皺恢復(fù)1Fig.1 a.Simple shear unfolding;b.Inclined shear unfaulting;c.Fault parallel flow unfaulting;d.Flexural slip unfolding

經(jīng)典的二維和三維構(gòu)造恢復(fù)是通過幾何方法實(shí)現(xiàn)的，即先通過彎滑與簡單剪切這兩種變形模式的研究來獲得物質(zhì)流變學(xué)特征［36］，然后進(jìn)行幾何學(xué)的構(gòu)造恢復(fù)。這兩種變形模式可以代表大的沉積巖塊體的變形行為、剛性塊體的旋轉(zhuǎn)、塑性變形流動(dòng)以及由壓實(shí)和地層縮短所引起的體積變化等［36］。這種方法后來成為許多構(gòu)造恢復(fù)工具如LOCACE、GEOSEC、MOVE等的基礎(chǔ)，也被用來進(jìn)行正演與反演模擬以及平面去褶皺［36］。以MOVE為例，對(duì)于去褶皺的恢復(fù)(不考慮斷層的恢復(fù))采用簡單剪切去褶皺的算法和彎滑去褶皺的算法;對(duì)于斷層的恢復(fù)則采用斜剪切、彎滑和斷層平行流的算法。其中簡單剪切就是通過垂向或斜向的剪切去除變形從而達(dá)到去褶皺的目的;彎滑去褶皺是恢復(fù)由彎滑機(jī)制引起的沖斷褶皺帶、倒轉(zhuǎn)構(gòu)造和鹽丘構(gòu)造等;斜剪切是通過垂向或斜向的剪切矢量來恢復(fù)斷層的幾何形態(tài)與上盤變形之間的關(guān)系;彎滑去斷層是用來恢復(fù)由彎滑引起的逆沖斷層上盤地層;斷層平行流是通過模擬斷層表面的粒子流來塑造斷層上盤的褶皺(圖1)(Midland Valley.Presentation to 3DMOVE.Apexsolutions，Inc.ppt.130)。

此外，還可以用力學(xué)的方法進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)，這種方法可以在給定幾何形態(tài)、變形行為、邊界應(yīng)力與位移的演化史等起始條件下對(duì)變形進(jìn)行計(jì)算。該方法廣泛地應(yīng)用于在軟流圈、巖石圈等大尺度上對(duì)地球的演化過程進(jìn)行研究。同時(shí)也可以應(yīng)用于在較小的尺度上定量研究某個(gè)位置的演化過程。然而在盆地規(guī)模的研究方面卻難以施展，因?yàn)榱W(xué)的方法第一個(gè)難點(diǎn)是要假定地質(zhì)時(shí)期的基本規(guī)律和介質(zhì)性質(zhì);其次還要確定初始條件尤其是生成剪切帶的先存不連續(xù)面。另外，無論是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測(cè)量還是小時(shí)間尺度的地震推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)都不能代表盆地中斷層面上的摩擦力在大時(shí)間尺度上的演化［36］。

圖2 用KINE3D對(duì)被斷層錯(cuò)斷的背斜進(jìn)行三維構(gòu)造恢復(fù)Fig.2 Three-dimensional structural restoration of a faulted anticline as deduced from the KINE 3D technique

然而要準(zhǔn)確地對(duì)變形進(jìn)行恢復(fù)，單獨(dú)使用幾何學(xué)或者力學(xué)方法都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，于是將這兩種方法結(jié)合起來進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)。首先用GOCAD Geomodeller確定不同時(shí)期的幾何特征及主斷層的斷距，然后通過有限元力學(xué)編碼計(jì)算塊體內(nèi)部的恢復(fù)量。Lepage［33］提出了這種工業(yè)化方法的原型，然后在KINE3D和IFP-Earth Decision Sciences的框架下得到進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，依據(jù)動(dòng)力松弛方法的GOCAD插件及擁有獨(dú)立算法的DYNEL也相繼問世，結(jié)合力學(xué)與地質(zhì)力學(xué)的構(gòu)造恢復(fù)新方法在實(shí)際應(yīng)用中得到實(shí)現(xiàn)［36］(圖2)。利用這種方法不僅可以準(zhǔn)確地恢復(fù)古構(gòu)造，還可以計(jì)算構(gòu)造內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，研究構(gòu)造位移變化及地層力學(xué)結(jié)構(gòu)在構(gòu)造演化過程中的作用。

2.2.2 三維構(gòu)造恢復(fù)的現(xiàn)狀

當(dāng)今對(duì)三維構(gòu)造的恢復(fù)主要通過面模型和體模型來進(jìn)行，通過面模型和體模型不僅可以恢復(fù)某一地質(zhì)歷史時(shí)期的應(yīng)變場和應(yīng)力場，還能夠?qū)?gòu)造裂縫發(fā)育方位、密度、強(qiáng)度等做出預(yù)測(cè)。面模型恢復(fù)的核心思想是將三維空間內(nèi)變形的曲面轉(zhuǎn)化為二維空間內(nèi)的水平面，從數(shù)學(xué)上講就是將三維坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到二維坐標(biāo)系的一種計(jì)算方法［5］。Muron等將三維空間內(nèi)的變形曲面轉(zhuǎn)換到二維U-V坐標(biāo)系下，同時(shí)計(jì)算出曲面上每個(gè)點(diǎn)的恢復(fù)矢量，然后在U-V坐標(biāo)系內(nèi)用斷層矢量連接來表示面模型內(nèi)的斷層［37］。面模型的方法在層面恢復(fù)過程中不僅遵循幾何守恒的限制條件，而且還遵循最小應(yīng)變?cè)瓌t，從而使構(gòu)造恢復(fù)的合理性得到了最大保證［5，37，38］。具體流程為:使用Gocad面模型恢復(fù)插件，首先建立斷層上下盤截層線間的矢量連接，然后將大地坐標(biāo)網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為U-V坐標(biāo)網(wǎng)格，最后設(shè)置釘線與參考方向，計(jì)算出曲面上每個(gè)點(diǎn)的恢復(fù)矢量。

體模型恢復(fù)方法是根據(jù)卷入變形的地層力學(xué)結(jié)構(gòu)，利用有限元和動(dòng)態(tài)松弛的計(jì)算方法恢復(fù)應(yīng)變場并以釘線、釘面為限制條件沿水平基準(zhǔn)面來恢復(fù)古構(gòu)造，整個(gè)恢復(fù)過程同樣遵循最小應(yīng)變準(zhǔn)則［5］。體模型的恢復(fù)計(jì)算基于線性胡克定律或非線性胡克定律，并通過在實(shí)體三維域中設(shè)置剪切模量、楊氏模量、巖層密度等參數(shù)來反映地層的力學(xué)結(jié)構(gòu)。三維域的具體數(shù)目要根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)巖石力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜程度而定，以便使模型更接近于實(shí)際的地質(zhì)體。以往的恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)表明，巖石力學(xué)參數(shù)的設(shè)置控制著恢復(fù)過程中體積守恒與最小應(yīng)變之間的平衡，對(duì)于恢復(fù)結(jié)果有重大影響。如在對(duì)能干層與非能干層互層的褶皺進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，由于地層力學(xué)參數(shù)的差異，能干層能夠得到完全恢復(fù)，而非能干層卻常常顯示恢復(fù)應(yīng)變［3，5，39］。具體流程為:使用Gocad體模型恢復(fù)插件，依照從單條斷層到多條斷層的思路，根據(jù)各斷塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)整個(gè)體模型開展構(gòu)造恢復(fù)。

利用面模型可以很快地恢復(fù)地質(zhì)體表面上的應(yīng)變，確定構(gòu)造應(yīng)力場，并可快速驗(yàn)證地震解釋方案。但是因?yàn)闆]有對(duì)地質(zhì)體內(nèi)部施加變形，所以恢復(fù)的結(jié)果在幾何上不能夠很好地吻合。體模型因?yàn)榭紤]了介質(zhì)的流變學(xué)及應(yīng)力的重新定向等因素，所以可通過計(jì)算地質(zhì)體在某一地質(zhì)時(shí)期的幾何特征對(duì)變形進(jìn)行定量計(jì)算。計(jì)算出的三維空間內(nèi)的恢復(fù)應(yīng)變狀態(tài)可用于研究地層力學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)造生長過程的影響，但是這一過程計(jì)算量大、耗時(shí)長，應(yīng)用中只能針對(duì)局部構(gòu)造。根據(jù)這些算法進(jìn)行層拉平并進(jìn)行層層回剝，可以研究構(gòu)造演化過程，同時(shí)可以再造不同時(shí)期的古應(yīng)力場(圖3)。

構(gòu)造演化研究需要一個(gè)認(rèn)識(shí)-驗(yàn)證-再認(rèn)識(shí)的連續(xù)循環(huán)過程，地質(zhì)模型需要技術(shù)與實(shí)踐的雙重檢驗(yàn)才能不斷完善。隨著研究不斷深入，構(gòu)造模型得到修正和提高，并指導(dǎo)地震資料的采集、處理以及構(gòu)造解譯，從而使構(gòu)造建模和構(gòu)造恢復(fù)過程更加精確。

3 三維構(gòu)造演化的應(yīng)用前景

3.1 研究區(qū)構(gòu)造演化過程及機(jī)制

在三維的環(huán)境下利用層拉平和回剝技術(shù)，可以準(zhǔn)確直觀地了解研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造演化過程。此外，通過對(duì)應(yīng)力應(yīng)變分布的研究還可以分析構(gòu)造演化的機(jī)制。圖3為Csato等利用Dynel3D得出的Pico del Aguila背斜的演化過程。研究區(qū)Guara組的頂部和其上的生長地層I～I(xiàn)V為同褶皺期的地層，其它地層為褶皺之前形成的地層。通過三維構(gòu)造恢復(fù)，可以直觀準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)Pico del Aguila背斜的演化過程以及生長地層的展布情況。在此基礎(chǔ)上，通過生長地層的幾何展布特征研究褶皺的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、演化過程、變形時(shí)間、沉積作用與構(gòu)造活動(dòng)的相互影響、沉積速率與構(gòu)造抬升速率的相對(duì)關(guān)系以及褶皺活動(dòng)的期次等［40，41］。

另外，還可以通過三維構(gòu)造恢復(fù)過程中的平均剪應(yīng)變分布來研究褶皺的演化機(jī)制。Poblet等認(rèn)為，當(dāng)平均剪應(yīng)變集中在樞紐區(qū)域出現(xiàn)，表明褶皺是由翼部的旋轉(zhuǎn)形成的;當(dāng)剪應(yīng)變?cè)谝聿考谐霈F(xiàn)，表明褶皺是由兩翼的拉長而形成的［42］。Pico del Aguila背斜的剪應(yīng)變分布如圖3所示。根據(jù)Poblet的理論可以得出該褶皺是由翼部的旋轉(zhuǎn)與翼部的拉長這兩種機(jī)制驅(qū)動(dòng)下形成的:在褶皺形成的初期(圖3中的d、e時(shí)期)是由翼部的旋轉(zhuǎn)形成的;而在中期(圖3中的b、c時(shí)期)翼部旋轉(zhuǎn)與翼部拉長作用共同起作用;在后期(圖3中的a時(shí)期)褶皺形成機(jī)制以翼部旋轉(zhuǎn)為主。

圖3 用Dynel3D對(duì)Pico del Aguila背斜的連續(xù)恢復(fù)過程，左列為三維演化過程，中間列為二維剖面展示，右列為剖面中的平均剪應(yīng)變分布。(a)對(duì)生長地層IV的恢復(fù);(b)對(duì)生長地層III的恢復(fù)(c);對(duì)生長地層II的恢復(fù);(d)對(duì)生長地層I的恢復(fù);(e)對(duì) Guara組的恢復(fù)［28］Fig.3 Sequential structural restoration of the Pico del Aguila anticline as deduced from the Dynel 3D modelling

3.2 不同地質(zhì)時(shí)期構(gòu)造裂縫的預(yù)測(cè)及分析

三維構(gòu)造恢復(fù)可利用恢復(fù)應(yīng)變的分布情況可以預(yù)測(cè)出常規(guī)地震解釋無法識(shí)別的構(gòu)造裂縫，從而指導(dǎo)油氣勘探。恢復(fù)應(yīng)變由最大恢復(fù)主應(yīng)變、中間恢復(fù)主應(yīng)變和最小恢復(fù)主應(yīng)變3個(gè)分量組成，其中最大恢復(fù)主應(yīng)變軸對(duì)應(yīng)壓性裂縫，最小恢復(fù)應(yīng)變軸代表張性裂縫，而恢復(fù)應(yīng)變數(shù)值的分布方式可以代表構(gòu)造裂縫的發(fā)育強(qiáng)度和密度［29］。目前這一方法在中西部某些前陸盆地致密砂巖儲(chǔ)集層的構(gòu)造裂縫預(yù)測(cè)方面效果顯著。圖4為管樹巍等利用在Gocad平臺(tái)上得出的準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏爾禾構(gòu)造內(nèi)的恢復(fù)應(yīng)變預(yù)測(cè)到的張裂縫區(qū)［3，26，29］。通過分析恢復(fù)應(yīng)變所處的層位及恢復(fù)應(yīng)變數(shù)值判斷裂縫的產(chǎn)生時(shí)期及其所對(duì)應(yīng)的構(gòu)造作用，可為更大的區(qū)域內(nèi)的油氣勘探提供目標(biāo)層段。此外，通過3D Move等軟件還能對(duì)裂縫的封閉性、開啟性、聯(lián)通程度、發(fā)育密度等進(jìn)行分析。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏爾禾—夏子街構(gòu)造帶下二疊統(tǒng)風(fēng)城組恢復(fù)應(yīng)變計(jì)算結(jié)果［29］Fig.4 Strain restoration of the Lower Permian Fengcheng Formation in the Urho-Xiazijie structural zone in northern Junggar Basin

3.3 古地貌及沉積、油氣運(yùn)移與圈閉分析

通過三維構(gòu)造恢復(fù)可以直觀準(zhǔn)確地得到某一歷史時(shí)期的古地貌［43］，根據(jù)古地貌進(jìn)行古水流分析，結(jié)合單井相及相分析來預(yù)測(cè)沉積相的分布。利用3D Move可以分析可容納空間的變化、確定沉積中心的變化、評(píng)價(jià)不同圈閉在不同排烴期捕獲油氣的能力，計(jì)算出油氣圈閉的面積和體積、研究油氣從烴源巖區(qū)到儲(chǔ)層的圈閉成藏過程。

3.4 對(duì)構(gòu)造解釋進(jìn)行合理化驗(yàn)證

由于不同的解釋員對(duì)工作區(qū)的構(gòu)造認(rèn)識(shí)不同，運(yùn)用的技術(shù)與方法不同，加之資料的約束程度不同，構(gòu)造解譯具有多解性。其中有些構(gòu)造解譯是不合理的，這就需要用構(gòu)造演化的方法進(jìn)行驗(yàn)證。三維構(gòu)造演化可以驗(yàn)證構(gòu)造解釋在三維空間的一致性與合理性，其驗(yàn)證解釋方案的原理為解釋模型能在平衡的條件下被恢復(fù)至未變形的狀態(tài)，且在未變形的情況下有容納的空間。三維構(gòu)造演化的方法比平橫剖面法適用性更強(qiáng)，可以對(duì)走滑構(gòu)造、塑性變形構(gòu)造的解釋進(jìn)行驗(yàn)證［3，14］。驗(yàn)證原則為達(dá)到體平衡的構(gòu)造解譯結(jié)果不一定是合理的，但是不符合體平衡的構(gòu)造解譯結(jié)果一定是不合理的，對(duì)構(gòu)造模型的驗(yàn)證還要與勘探實(shí)踐相結(jié)合。

4 三維構(gòu)造演化研究的不足與展望

(1)三維構(gòu)造恢復(fù)由于運(yùn)算量巨大而難以在大范圍內(nèi)進(jìn)行，且對(duì)于被多條斷層所切割的復(fù)雜構(gòu)造而言，三維恢復(fù)軟件操作空間不足，尤其是對(duì)多條不同傾向斷層疊加的區(qū)域進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)模型發(fā)生位移，需要進(jìn)行原位恢復(fù)［44］。

(2)利用三維構(gòu)造恢復(fù)消除復(fù)雜斷層的斷距時(shí)因?yàn)橐裱沟貙拥钠唇恿孔畲髸?huì)導(dǎo)致斷塊發(fā)生水平旋轉(zhuǎn)。

(3)剝蝕量的恢復(fù)、古水深校正、壓實(shí)量校正等作為構(gòu)造演化的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于多旋回的疊合盆地精度不高［1，45］，這對(duì)構(gòu)造恢復(fù)的結(jié)果影響較大。

(4)目前三維地震工區(qū)覆蓋范圍相對(duì)較小，地質(zhì)建模更多的是采用一系列二維地震剖面內(nèi)插生成的假三維模型，其精度還有待提高。三維構(gòu)造演化研究過程中構(gòu)造建模、構(gòu)造恢復(fù)仍存在多解性，受個(gè)人的主觀性因素影響仍然較大。

隨著油氣勘探程度的不斷深入，勘探的難度不斷提升，探井風(fēng)險(xiǎn)也不斷增加?？碧街攸c(diǎn)向復(fù)雜構(gòu)造油氣藏、巖性油氣藏、深層-超深層油氣藏、深水油氣藏和非常規(guī)油氣藏等轉(zhuǎn)移［46-49］，這就要求我們對(duì)構(gòu)造演化過程、沉積過程、層序格架、油氣的運(yùn)移過程等有更加精確、全面的認(rèn)識(shí)。三維構(gòu)造演化的研究方法憑借著更加真實(shí)的地質(zhì)建模、精確地構(gòu)造恢復(fù)與定量的應(yīng)力分析，可以從構(gòu)造恢復(fù)、地層對(duì)比、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、圈閉評(píng)價(jià)、油氣運(yùn)移、開采開發(fā)等方面為油氣勘探開發(fā)過程進(jìn)行精確指導(dǎo)。三維構(gòu)造演化的研究全面結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料，直觀準(zhǔn)確地展示油氣藏的地質(zhì)特點(diǎn)，能夠以較低的投入降低勘探風(fēng)險(xiǎn)。因此，在油氣勘探難度不斷增大、油氣供需比日益嚴(yán)峻的形勢(shì)下，三維構(gòu)造演化的研究更能凸顯其優(yōu)勢(shì)，有望能夠解決新形勢(shì)下油氣勘探的難點(diǎn)問題。

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