龙门山前双鱼石南地区三维构造建模与恢复研究

李晓彤，陈 伟，余养里

（西南石油大学 地球科学与技术学院，四川成都 610500）

双鱼石南地区位于龙门山构造带北段的山前隐伏构造带，已经有很多学者对双鱼石构造的地层层序、沉积特征、钻井特性、储层特征和剖面构造特征进行了较多工作，但缺乏对双鱼石南构造的三维构造特征、组合样式、演化规律等的研究。三维构造建模是三维地质建模的基础和核心内容。三维地质建模在许多地质领域发挥着越来越重要的作用，对三维构造建模技术提出了更高的要求，使其能解决更加复杂的地质问题，能够更精细地刻画地质构造。因此，本文基于文献资料分析、三维地震资料精细解释和三维构造建模与恢复研究，结合区域构造背景和构造特征，研究双鱼石南地区整体构造特征。

1 区域地质概况

川西前陆盆地区位于四川盆地西部，与西侧的龙门山造山带、东部的龙泉山前缘隆起，构成典型的前陆盆地系统，总体呈NE向延伸，现今为青藏高原东缘与秦岭造山带南缘的相交部位，受到印支期以来的多期挤压构造作用[1]，发育挤压冲断构造。双鱼石南地区位于龙门山构造带北段，从北西向南东可以划分出三个基本的构造单元：唐王寨—轿子顶推覆体、冲断前锋带和隐伏前缘带。本次研究主要以二叠系地层：P2l（龙潭组）、P1m（茅口组）、P1l（梁山组）三套地层作为主要追踪层，以此判别双鱼地区整体构造特征。

2 三维构造建模与恢复成因机理

2.1 三维构造建模

三维构造建模是三维地质建模的基础和核心内容。只有建立完整、准确的三维构造模型，才能够更好地建立和表达其他各类地质模型。三维构造建模对地质解译、地震反演、构造恢复等实际工作起到基础的核心作用。三维构造建模也是三维构造恢复的基础和核心技术，可以利用构造恢复的原理实现构造模型的地质规律验证。三维地质建模在许多地质领域发挥着越来越重要的作用，对三维构造建模技术提出了更高的要求，使其能解决更加复杂的地质问题，能够更精细地刻画地质构造[2]。

三维构造建模是要建立断层网模型、地层模型及地质体模型，不仅反映地质构造的几何形态，而且反映各构造地质要素之间宏观接触关系[2-3]，具体表现在三维断层数据与地层数据之间以及自身的接触关系上。接触关系的准确性及完整性将会影响下一个步骤的顺利进行。前人研究认为，三维构造建模就是根据已知地质数据，利用各种相关的原理与方法对各种地质体或地质现象的构造几何形态和拓扑关系进行模拟[4]。

基于地震数据精细解释的三维构造建模流程是一个自上而下的线性过程。建模过程依次要经过：三维地震数据精细解释，地震数据准确性检查，研究区域选取，建立断层面，断层面与断层面接触关系，建立地层面，断层面与地层面接触关系，完成以上工作后，形成封闭的地质体，最后经历成面过程。地质建模过程中每个步骤都需要进行质量控制，需要反复控制修改，因此在建模过程中，一旦某个步骤出现问题或者需要修改，可能整个流程都需要重来一次。在实际建模过程中，随着对地质认识的加深，三维构造建模也就成为一个反复更新的过程。

2.2 三维构造恢复

构造恢复是指将一剖面或曲面复原至未变形状态，这需要考虑到与构造事件有关的变形过程。自20世纪以来，剖面的构造恢复一直被用来检验构造解释的合理性。最近20年，三维构造平衡恢复开始应用石油勘探领域，并随着3D地震数据可用性的提高，其地位变得越来越重要。三维构造模型的恢复可以提供新的分析选项：整个模型中不同的扩展量、三维古形态，以及在变形断块体内部发生的三维内部应变，其中内部应变的大小代表了断裂的强度，高应变区可能与潜在的流体迁移途径相关。

现今获取古地貌广泛采用的“印模法”“残厚法”本质上都是通过垂直剪切层拉平后计算获取的，存在几个问题：①由于没有进行去断层操作，逆断层位置的构造叠加无法消除，存在畸变；②垂直剪切法并不考虑地层倾角的影响，最终计算获取的是地层的铅直厚度而非真实厚度。三维构造平衡恢复技术可以进行去断层操作，能很大程度去除逆断层造成的垂向构造叠加影响。此外，其去褶皱可以采用弯滑等机制，可以更为准确地计算地层的真实厚度，获取更为可靠的古地貌。

3 双鱼石南三维构造恢复与建模过程

对双鱼石-双鱼石南区域三维构造建模可以验证双鱼石-双鱼石南三维构造解释的准确性，也是三维构造恢复的前提。基于三维地震解释的成果，将双鱼石-双鱼石南三维构造区的地层和断层点源数据导入三维建模软件，并建立地层面和断层面，对成面结果异常的位置（沿倾向和走向上的突变不连续）修改地震解释并重新成面；其后通过控制设定断层主次交切关系，建立断层的接触关系；最后建立断层面和地层面的接触关系，由于双鱼石-双鱼石南构造带内的断层均为逆断层，地层上下盘会部分叠置，造成同一层一个x，y，有多个z值，自动处理结果会比较差，需要不断人为控制修改。经过多次的修改重新建立，最终建立起双鱼石三维构造模型。

本项目基于三维地震解释建立的三维构造模型开展了双鱼石-双鱼石南区域的三维构造平衡恢复，先后进行去断层和去褶皱工作，分别获取了梁山组和茅口组的古地貌。

4 结果与讨论

选取地震反射较为连续的P1l、P1m和P2l反射层为标志层，用以刻画二叠纪早、中期双鱼石地区的古形态。将双鱼石、双鱼石南地区的地震剖面进行简单的层拉平（P2l底反射层）处理，可以大致看出二叠纪早、中期的古形态变化趋势（见图1）。从北西至南东，整个双鱼石区域P1l底～P1m底、P1m底～P2l底厚度逐渐减薄，表明在茅口组沉积初期和龙潭组沉积初期，P1l底、P1m底古形态呈现北西深、南东浅的古形态特征。

图1 对双鱼石、双鱼石南过井测线的P2l底反射层进行层拉平后的地震剖面，展示了P1l～P1m、P1m～P2l的厚度变化趋势

下面通过对双鱼石、双鱼石南区域三维构造几何模型进行去断层、去褶皱处理，恢复二叠纪早中期的P1l、P1m底的古形态。

4.1 茅口组沉积初期梁山组底古形态

通过对三维构造模型中P1m底标志层进行去断层、去褶皱处理，可以获得茅口组沉积初期，梁山组底的古形态。整体上看，双鱼石地区P1l古形态呈北西低、南东隆升的构造格局。古隆起的高点出现在双鱼石地区三维地震覆盖区的东南部位、双鱼石构造南侧，古隆起较为宽缓，看似平台，走向近北东。次级古隆起出现在秀钟潜伏构造、双鱼石南地区南部以及双鱼石构造附近（按面积大小排列）。秀钟潜伏构造南部古隆起呈短轴状，长轴走向近南北。双鱼石南区域南部的古隆起表现为长轴状隆起上叠加有短轴状隆起。双鱼石构造附近的古隆起为长轴状，由两次级古隆起平行排列组成，长轴走向北东。另外，沿田坝里潜伏构造北东-南西延伸沿线附近，存在北东向长轴状古隆起，且延伸范围较大。盐店场高点沿线也存在北东向的局部古隆起，该古隆起呈长轴状，向东有抬升趋势。

4.2 龙潭组沉积初期茅口组底古形态

对三维构造模型中P2l底标志层进行去断层、去褶皱处理，可以获得梁山组沉积初期，茅口组底的古地貌。龙潭组沉积初期，古地貌整体仍然呈南隆北坳的构造格局，但南部抬升幅度受到大幅度限制，隆深高点转至双鱼石区域的中部以及双鱼石构造南侧区域，垂向抬升幅度约80m。柏胜高点-青林口潜伏构造-卢家漕潜伏构造沿线：整体走向北东，内部由分段、不同走向的次级古隆起连接而成，次级古隆起呈短轴状。双鱼石构造古隆起：走向北东的长轴状隆起，是茅口组沉积初期古隆起基础上出现的继承性抬升。

5 结束语

利用三维构造建模与恢复方法再现了双鱼石-双鱼石南区域梁山组、茅口组古构造形态，进而分析了区域整体构造特征。基于三维构造建模结果发现：从北西至南东，整个双鱼石区域P1l底～P1m底、P1m底～P2l底厚度逐渐减薄，表明在茅口组沉积初期和龙潭组沉积初期，P1l底、P1m底古形态呈现北西深、南东浅的古形态特征。基于去断层去褶皱操作的古形态恢复研究结果来看，双鱼石地区P1l古形态呈北西低、南东隆升的构造格局。龙潭组沉积初期，古地貌整体仍然呈南隆北坳的构造格局，但南部抬升幅度受到大幅度限制，隆深高点转至双鱼石区域的中部。