平衡剖面实践挤压构造为例PPT演示文稿课件

1、第四讲 平衡地质剖面的实践与模拟以挤压构造为例一、地震剖面资料的平衡解释 地震资料为构造横剖面提供了大量信息，有利于解决“空白区”问题，因而对构造复杂地区的分析日益重要。这里将介绍一种易于使用的定量地震资料解释的方法，一般被称为“膝折法”。地震解释的基本方法 地震解释的膝折法，可归纳为以下几个基本步骤： 等倾角区的确定； 等倾角区之间轴面的确定； 轴面终端或分枝处的主要构造不连续面的确定； 根据断层迹线解释轴面终止原因。 现对这些基本步骤分述如下：地震解释的基本方法 （l）等倾角区的确定：作为地震解释的第一步，就是要确定出每一个等倾角的区段。 首先，在地震剖面上，确定几组平行的反射层位置。 其

2、方法是：使用两个直角三角形。将一个三角形固定，沿其某一边滑动另一个三角形。通过这一步骤就可以确定出若干组平行的反射层，然后可将它们绘制于铺在地震剖面上面的透明工作薄膜上。其目的是为了在深部发现主要断层及其大致的迹线。图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)(Suppe和Chang,1983) 图203 台湾西部Sanwan地区地震剖面(Suppe和chang,1983) 地震解释的基本方法 （2）轴面位置的确定：第二步就是在工作薄膜上沿着等倾角区之间的枢纽带绘制出轴面。在地质剖面上，轴面通常平分褶皱两翼之间的夹角（图201a）；但是，在水平和垂直比例尺不相等的地震剖面

3、上，轴面一般不平分褶皱两翼夹角（图201b，c）。为此，轴面必须据若干个清晰反射层的褶皱枢纽的位置来确定。在未偏移和偏移有误的剖面上，由于产状较陡的反射层并未归位到正确的相对位置，轴面定位可能会产生误差（图201d）。图201 显示膝折褶皱的地震剖面上的一些反射层型式的略图(Suppe和Chang,1983) 地震解释的基本方法 （3）轴面分枝和终端的确定。轴面不可能无限延伸，而它们的终止位置是解释构造的重要资料。轴面可以四种方式终止：第一，它们可能在深处终止于形成断弯褶皱或断展褶皱作用的断层（图202）。第二，轴面可能被上、下的晚期断层截切。第三，它们可能分枝或与其它轴面合并。第四，轴面可能

4、延出剖面的顶部。图202 断展褶皱(上)和断弯褶皱(下)略图 (Suppe和Chang,1983) 图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)(Suppe和Chang,1983) 地震解释的基本方法 （4）断层迹线的解释。膝折法的最后一步就是利用构造几何模式略图和概念化模式来推断主要构造及层序面的位置，尤其是逆冲断层的位置。这最后一步比前三步带有更多的解释性，已进入探讨与假说的范畴。在这个阶段所作出的解释在相当大的程度上可能反映了解释者的经验和想像。下面将用具体实例予以说明。图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)(Suppe和Chang,19

5、83) 图205 Sanwan地震剖面的解释(见图203和204)(Suppe和Chang,1983) Sanwan地震测线实例 台湾西部Sanwan地震测线是一条较短的测线（5km），只穿越了一个大构造的一部分；但可显示膝折法对地震解释的作用。 图203是未加解释的剖面。可注意到，在反射速度小于1秒的浅部，连续的反射面清楚地控制了一个背斜构造。在1秒到3秒之间的深度内出现了散布的、不连续的反射层。图203 台湾西部Sanwan地区地震剖面(Suppe和chang,1983) 图20-4是覆盖在地震剖面上透绘的反映等倾角区的工作薄膜。按膝折法的基本步骤：1）描绘出几组清楚的平行区段；2）暂时确

6、定出轴面的位置；3）标出轴面的终端，轴面C、D和E显然向下终止在约1秒的深度上，轴面A、B、A和B向上终止于约1秒到 1.2秒的深度，向下终止在约2秒的深处；4）对断层迹线解释。图203 台湾西部Sanwan地区地震剖面(Suppe和chang,1983) 图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)(Suppe和Chang,1983) Sanwan地震测线实例 在未经解释的剖面上，最明显的构造不协调出现在轴面C右侧的缓倾斜反射层区，该轴面在约1秒的深处终止于一个近水平的反射面；其下的反射层均接近水平。因此，把该不连续面解释为一条与下盘地层平行的、但切割了上盘的逆冲断层。

7、实际上，这条断层即是西部Yunghoshan背斜中有名的Luchukeng逆冲断层。当向剖面左侧追踪该断层时，可以看到，轴面C是由于该断层从切割上盘岩层转为与上盘岩层平行的变化而导生的。轴面D与E与下盘中的断层弯曲有关。因此，Luchukeng逆冲断层以上的这一背斜是由断弯褶皱作用形成的。图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)图203 台湾西部Sanwan地区地震剖面(Suppe和chang,1983) Sanwan地震测线实例 在Luchukeng逆冲断层以下的反射层既不清晰又不连续，但是，通过倾角区的划分，在剖面的左侧（南）清楚地显示出一个隐伏背斜。该构造很容易

8、被解释为一个由2秒左右深处的滑脱面的台阶所引起的断弯褶皱。这条逆冲断层命名为Sanwan逆冲断层。图204 表示Sanwan地震剖面等倾角区的工作薄膜(见图203)(Suppe和Chang,1983) 至此，膝折法用于Sanwan地震剖面的过程已经完成。 然而，这只是提供了一种不完整的解释，要达到完美的解释必须辅以别的方法进行地层解释，看是否配套（图205）。Luchukeng逆冲断层以上的地层是由3Km以外的YSH2控制井所确定的。Luchukeng逆冲断层以下的地层是与其它剖面的地层地震反射界面的比较作的解释。图205 Sanwan地震剖面的解释(见图203和204)(Suppe和Chan

9、g,1983) 对比较复杂情况的探讨 这里以台湾西部近海岸的一条地震剖面的平衡解释为例。 在运用膝折法对这条地震测线进行分析时（图20一7），在工作薄膜上（图20一8）得到的第一个想法是，右边向斜的轴面（610炮点）可能为一与下盘的断坡起点有关的断弯向斜。通过找到该轴面下端最初的近水平层位向上拐折的地方，就可以确定往上变陡的逆冲断层的位置。由平行层面转变为断层的下盘断坡的切层线已经标在工作薄膜上。该滑脱面深度为2.7秒处。 图208 用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜(见图207)(Suppe,1984) 图207 台湾西部近海岸“L”构造的偏移地震剖面(Suppe,1984) 对于右边向斜

10、轴面的解释是暂时性的。此外，出现了一些令人困惑的问题。中部背斜为什么后倾区会比前倾区宽得多（特别是在1.5秒以上和2秒以下的深度）？这一事实或许表明了断展作用的存在。在滑移量相同的情况下，断展褶皱作用可以产生比断弯褶皱作用宽得多的后倾区。因此，有理由认为，这里曾发生过断展褶皱作用。宽的后倾区和陡倾甚致倒转翼这是断展褶皱的典型特征。图207 台湾西部近海岸“L”构造的偏移地震剖面(Suppe,1984) 断展褶皱(上)和断弯褶皱(下)略图用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜 下一步解释集中到490号爆破点附近约1.3秒深处的一个显著的正断层的错位上。这表明存在着一条沿层面的滑脱构造。当向右追踪时

11、，可以看到，它与520号爆破点附近背斜前倾翼底部的近水平的逆冲断层连在了一起。上、下盘的正断层切层线的明显错位基本上一样，这样就肯定了近水平断层的存在。 这说明更有可能是断弯褶皱模式，而不是断展褶皱模式。图207 台湾西部近海岸“L”构造的偏移地震剖面(Suppe,1984) 用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜 进一步的解释就是利用断弯褶皱模型确定断层的去向。通过对比横过该构造的地震地层，能确定出一个位于构造上部的清楚的标志层的存在部位（图20一8）。剖面右侧的标志层虽近于水平，但是其高程却比较低，注意到这一现象是有重要意义的。因为这表明，在挤压变形作用以前，这个背斜区内已经存在某种构造，可

12、能是一条正断层。检查附近背斜构造不明显地区的层序可以证实这一猜测。实际上，在该剖面和附近剖面上，几条正断层是十分明显的（事实上剖面右侧上下各标志层均越来越低于左侧）。图207 台湾西部近海岸“L”构造的偏移地震剖面(Suppe,1984) 用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜 当试着用Super(1983)量板和测量的褶皱断层形态参数拟合前倾部分的标志层时，就会发现，前倾角太陡，背斜顶部标志层也太高了，我们或许希望有一条逆断层往上切穿前倾区，但两侧地层似乎并未明显错断，也许有更好的解释？如果只是将前倾部分的两段标志反射层连接起来，就会看到，一个褶皱轴面将平分这个夹角。所以，可以认为，地层是简单

13、褶皱，只是倾角过大。用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜图2012 “L”构造地震剖面的构造解释 现在我们可以根据近60的轴角Y来计算断层弯角（褶皱必须是简单的台阶式的，见图112）。所得断层弯角约为 30。如果将断层从下盘切层线处（530号爆破点）的断层弯曲向右侧延伸，将发现30倾角的断层无法通过反射层连续性良好的地区。所以，断弯褶皱的预测与实际资料不符。我们必须用别的设想来试一试。用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜图2012 “L”构造地震剖面的构造解释 可以看到有一条很可能是正断层的陡倾断层从下盘切层线处向下、向右延伸。这条正断层也许在更新世曾再活化为逆断层，因而产生了断弯褶皱。然而，

14、断层倾角大于30的简单的台阶式断弯褶皱，如果在逆冲席内没有前翼地层的减薄作用或剪切作用是不可思议的。结果如图209所示，这些地层可以绕弯相连。这个剪切断层的解释显然是正确的，因为在右边 540号和 570号爆破点处的轴面显示了实际存在的、重要的、层间性质的剪切作用。图209 在具有大于30o切层角的断弯褶皱作用过程中岩层厚度守恒要求的顺层剪切分布图(Suppe,1983) 用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜 现在，我们已经识别出了一条出现在大约1.3秒处的上滑脱构造和约2.7秒处的下滑脱构造。下滑脱面以约10多的倾角向上升高，而上滑脱面则向下成为一条陡倾的（60）逆断层，后者可能是一条经过再

15、活化的正断层。这两条断层是否相连？如果相连的话，又是如何相连的？ 剖面显示两条断层相连，如果该构造只是一个断弯褶皱，就会出现一个预期的高角度的反倾区，即岩层向上爬过这条正断层时所发生的地层向斜褶皱区。根据该构造右侧连续的地震反射层来看，显然不是这种情况，所以，必然存在其它的情况。用于确定“L”构造同倾斜区的工作薄膜图2012 “L”构造地震剖面的构造解释 由于该构造宽阔而又后翼平缓反倾，作者最初曾提出它是一个断展褶皱的设想（刚开始就怀疑过？）。然而，他们设想的构造不同于图202中示意的断展褶皱。如果一条先存的正断层对该构造起了隔档作用，则断层左边的地层就不会卷入褶皱作用。 如果将正断层下盘看作

16、一个硬壁，就会出现图20一10所示的构造。但它需要相反的层间剪切作用，这种解释显然不能令人满意。这里，我们希望下部大的水平位移量能转换成上部较小的垂直位移量；同时，在逆冲席下部发生水平位移时，需要一种能容纳断展褶皱紧闭部分以上的水平缩短分量的机制，使之不出现反向剪切作用。图2010 断展褶皱与先存正断层下盘(被看作刚体)相互作用的图解模式。此模式已被否定 (Suppe,1983) 断展褶皱(上)和断弯褶皱(下)略图 简易的解决办法是使正断层的相应部分发生顺层剪切，以保证层长平衡。图2011就是把地震剖面的有关部分的断层及角度作了这样解释的（要同时考虑地震剖面上的反射波是否相符）。此图表现的是断

17、展褶皱形成的早期阶段，由逆冲断层通过断展褶皱的倒转翼转移到正断层上的垂直位移。因此，正断层下盘中受到剪切的部分也就是断展褶皱倒转翼上方冲击的部分。 图2010 断展褶皱与先存正断层下盘(被看作刚体)相互作用的图解模式。此模式已被否定 (Suppe,1983) 图2011 断展褶皱与先存正断层相互作用的图解模式。其中滑动达到正断层时分解成一平行于正断层的分量和一平行于层理的分量。这一模式使用于“L”构造的地震剖面。 将上述模式和讨论应用于该地震剖面解释中（图2012）。其它小的变形是由一条下部逆冲断层的滑动产生的，该逆冲断层在断展褶皱的左侧以台阶状延伸。这条逆冲断层及其伴生的断弯褶皱作用的细节在

18、地震剖面中不甚清楚。 上述讨论表明，编制精确的几何模式剖面，确实有助于人们以严谨的方式探求一个复杂构造的合理的解释。图2012 “L”构造地震剖面的构造解释 (Suppe,1984) “L”构造的工作薄膜图2011 断展褶皱与先存正断层相互作用的图解模式。二、利用地质资料编制平衡剖面的实例 （一） 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 图25l是横穿爱达荷怀俄明犹他逆冲带的Moxa穹隆北端的剖面。该横剖面与构造运动方向平行，并向东延伸到了“未变形的”前陆部分。地形、地表地质资料和钻井资料已标绘在剖面上。图251怀俄明剖面的原始资料 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 根据地表产状，将地面附近的构造投影在

19、剖面的地下部分（图25一2）。在剖面的东半部，由钻井确定了密西西比系的深度。据附近的钻井或据上覆的逆冲席可以确定出寒武系至密西西比系地层的剖面厚度，从而可以计算出Moxa穹隆基底的深度。图252 将地表地质构造投影到剖面的中深部 图251怀俄明剖面的原始资料 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 基底面的西延可用两种方法确定：（l）如果有地震资料，可以通过应用平均速度将基底反射层转换为深度近似地确定基底面；（2）如果没有地震资料，可用假设一套协调的地层组合确定寒武系的深度,估算剖面西端基底的最小深度。 地表填图表明， Commissary和 Absaroka逆冲断层都与 一个滑脱层有关，该滑动层把二

20、叠宾夕法尼亚系及更新的地层与下伏的泥盆密西西比系及更老的地层拆离开了。那么，在密西西比系的碳酸盐岩顶部必定存在一个相应的下盘断坪。图252 将地表地质构造投影到剖面的中深部 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 利用断片地层厚度，可将Darby逆冲断层延伸到据地震资料测出的基底深度处（图253）。注意：Darby逆冲断层弯曲的位置是通过将地表膝折面（位于Absaroka逆冲断层的上盘）延伸到深部的方法来确定的。 在没有地表控制资料的情况下，可假设在剖面西端Commissary逆冲断层的上盘卷入了寒武系地层。这一假设不一定是事实，但它是合理的，因为该上盘地层厚度大且Darby逆冲断层的上盘中就包含了寒

21、武系地层。图253 完成Absaroka逆冲席和下部的Prospect逆冲席的剖面 绘制非层饼状地层的剖面的实例 由西部的地表和钻井资料可知，寒武系至侏罗系地层的合理厚度为14，000ft。在Moxa弯隆上，该套地层的厚度为8，000ft，而在紧邻其西的Darby逆冲断层的上盘中，该套地层厚度变为8，500ft。 因此得知，古生代中生代地层向东急剧变薄。 在Absaroka逆冲断层的下盘，通过平均东侧8，500ft和西侧的14,000ft厚度近似得出该处的古生界中生界的厚度为11，250ft。结合地震资料分析，最终确定的厚度为12，300ft。因此，Darby逆冲断层上盘的地层向西逐渐增厚，直

22、至符和这一估算厚度。图253 完成Absaroka逆冲席和下部的Prospect逆冲席的剖面 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 如何确定Absaroka逆冲断层的西部根带呢？现已确定，在二叠宾夕法尼亚系的底部存在一个滑动带；因而，其西部的密西西比系顶部必然存在一个断坪。所以，可利用区域地层产状将Darby逆冲断层上盘的密西西比系向西延伸，并使Commissary和Absaroka逆冲断层弯曲而与其相连。 显然，这一方法并非如此简单。需要多次拟合。例如，在第一次拟合中，向西延伸的密西西比系的顶板或许与向西延伸的Absaroka及Commissary逆冲断层不相符。它可能太高或太低，在这种情况下，就

23、需将基底面降低或升高。图253 完成Absaroka逆冲席和下部的Prospect逆冲席的剖面 绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 最后，需要处理Darby逆冲席尾缘的空白部分（图25一4）。与Absaroka逆冲断层一样，Commissary逆冲断层也是沿二叠一密西西比系底界滑动的。这就需要在剖面西段下盘的密西西比系的顶部确定出一个相应的断坪。这就可以证实，在Commissary逆冲断层的下盘存在一个断片，而且其中卷入的地层不会新于密西西比系。寒武一奥淘系地层是否卷入则是两可的。为了填满空白区，本例已将其包括在内。在这个问题上可试用各种各样的方法，并考虑所有能达到平衡的方法。图254 最终完成剖

24、面 绘制非层饼状地层的剖面的实例Commissary和Absaroka逆冲断层之间的小叠瓦断层亦延伸到剖面深部。本例中我们假定这个小叠瓦断层形成于寒武一奥陶系的上盘切层线附近。 为了对剖面进行调整和填满剩余的空白区，在Absaroka逆冲断层的断坡区夹进了一个由二迭至侏罗系地层组成的小叠瓦片。 最后，测量和比较不同断片中地层顶、底的线条长度，即可检查平衡的程度。图254 最终完成剖面 （二）加拿大落基山的实例（图27l，27一2) ： 第一步：测出全部倾角。 第二步：将倾角组合成有代表性的倾角组，在本实例中为1018；2533；40一44。 第三步：选择一个具有代表性的基本切层角，并由此得出相

25、应的前倾角和后倾角。本例只有后倾角：基本切层角选为15。所以，15为第一组，29为第二组，42为第三组。图271 阿尔伯达省Minnewanka湖的地表地质剖面(Price和Ollwewnshaw,1971) 加拿大落基山（图27l，27一2) 第四步：然后可以算出在OI、。O、O 、这些倾角组转换处的精确的轴面产状。为了便于在建立剖面中使用，可将这些轴面产状制成玫瑰图置于剖面上方。用双三角形法可迅速划出平行线，或者把轴面产状从玫瑰图转绘到剖面中的任一位置。 第五步：在剖面各部分的地形线上方标出倾斜角组的组别，然后在这些组之间画出分开它们的轴面产状。图271 阿尔伯达省Minnewanka湖的

26、地表地质剖面图272 最终完成剖面。图中显示了不同的倾角区和主要的倾斜板片 加拿大落基山（图27l，27一2) 第六步：倾角组的每一个组可以说明，在达到零度倾角组（区域性产状）之前要穿过多少个具不同倾角的断片。即，如果一个地区的倾角属第二组，则在它与倾角为零的地区之间必然存在一个具有第一组倾角的区域。 第七步：倾角组只有在经过断层或轴面时才发生变化。任何倾角变化都是由深部倾斜岩片的增加或减少引起的。 第八步：当每一轴面遇到一条断层时，它或者中止或者改变产状，从而平分下面不同倾角地层之间的夹角。图272 最终完成剖面。图中显示了不同的倾角区和主要的倾斜板片 加拿大落基山（图27l，27一2) 说

27、明： a）Costigan逆冲席的倾角变化轴-指示了McConnell逆冲断层上盘的地层变化轴、McConnell逆冲断层下盘的切层线位置。b）在 Exshaw逆冲席内的-倾角变化轴表明，其下的 Costigan逆冲席的地层倾角必须发生相应的降低变化；且在 McConnell逆冲断层之下的下部剖面中应存在一个下盘断坡。c）有必要在 Exshaw逆冲席下盘中加上 - O组的轴面，因为所绘制的 Exshaw逆冲断层上盘在长距离内画得与Rundle组平行;所以，在Exshaw逆冲断层下盘的Banff组的顶界需要有一条较长的断坪。图272 最终完成剖面。图中显示了不同的倾角区和主要的倾斜板片 （三）怀

28、俄明区域性横剖面 如何开始编制一条区域性的平衡剖面呢？在怀俄明州的这个实例中，我们首先检查已发表的地质横剖面（Rubey， 1973b）（图28l），确定出Prospect、 Darby和Absaroka三个重要的区域性逆冲岩席及区域地层剖面，它们涉及的地层时代从寒武纪到白垩纪。整套地层可进一步分为五个次级单位（寒武系泥盆系A，密西西比系二叠系B，三叠系和侏罗系C，下白垩统D和上白垩统E）。图281 地质横剖面(Rubey,1973b) 怀俄明区域性横剖面在地表可以识别出九个主要的倾角域（图28一2），假设这些倾角域均与下伏的逆冲断层上盘或下盘的断坡构造有关。用铅笔画出由倾角区（倾角区边界）限

29、定的褶皱轴面。基底的深度是根据沿走向的区域地震剖面和实测的地层剖面确定出来的。显然，基底的深度至少要相当于整套地层的厚度（剖面前陆一侧的地层A一E）。 图282 以地表地质资料和基底深度开始建立剖面。标出主要的轴面产状和前陆钉线处前陆地层的厚度。 图281 地质横剖面(Rubey,1973b) 怀俄明区域性横剖面并非在每一个逆冲席中所有的地层单元均有出露。E层的厚度是由剖面东段前陆部分的地震资料得出的。D层在三个区域性逆冲席中是最年轻的地层。逆冲断层均向上切割剖面，并于首缘切穿了下伏的D层。为了较容易地建立一个初步的横剖面，可将原始剖面的资料作一些简化。在第一条剖面中，可忽略次级逆冲断层Z、一

30、些次要的伸展断层W、X和Y以及W处的小型褶皱。像W、X和Y这样的铲形伸展断层经常出现在怀俄明逆冲断层带中主要的下盘断坡上面。图281 地质横剖面 图282 以地表地质资料和基底深度开始建立剖面。标出主要的轴面产状和前陆钉线处前陆地层的厚度。 怀俄明区域性横剖面Absaroka逆冲席 在开始建立剖面时，应首先给出地形线（1）和基底面（2）（图 28一3）。一旦限定了这些边界和未变形的前陆，就给绘制剖面内部构造提供了重要的控制条件。然后，先绘制后陆逆冲席的倾斜层面（3、45）。在由前述的倾角域所限定的主轴面处使层面倾角改变。在绘制过程中，可以进行适当的技术性处理，在原始剖面上许多上古生代地层的褶皱

31、具有较圆滑的弯曲形态，但我们把它们简化为三个倾斜的板片（在最后的剖面上，再使它们的弯曲褶皱样式恢复）；最后以线 611完成 Absaroka逆冲席底板的绘制。图283 首先利用倾斜面和地层厚度建立后陆逆冲席 怀俄明区域性横剖面Darby逆冲席 首先，完成层面和断面的地表产状的绘制（1216）（图28一4)。在限定了地表构造以后，就可以绘制剖面的后陆一端的深部地层。线17、18、19代表A、B、C和D四个地层分界面的深度，并表明，正好有相当厚的D层可延至Absaroka冲逆冲席之下。 在Darby道冲席尾缘给定A、B、C层的厚度之后，即可较容易地绘出线2030，以完成该岩席尾缘至寒武系基底沿脱层

32、的这部分地层的绘制。线10与21和线11与12均大致平行。这个倾向后陆板片确定了一个下盘断坡的位置（在Darby逆冲断层之下）。最后绘出线3133便完成了Darby逆冲席。图284 绘制了Absaroka逆冲席以后，就从逆冲席的尾缘(剖面底部)和首缘分别向上或向后进行工作(因为楔形D层的形态多变，不能将地表产状直接向下延伸) 前陆 在这一步，可以用许多方法绘出Darby逆冲席的下盘及Prospect逆冲断层的上、下盘（图28一5）。在前陆钉线处，主要地层（A-E）界面的深度可以（用铅笔）在逆冲带下面向后延伸（34-37）。Prospect逆冲断层必然向深处变陡，使较老的地层冲出，并使线15变陡

33、；所以，选用CD边界（线15）作为它可能的倾角。如果将Prospect逆冲断层向深部平行于线15（38）延伸，Prospect逆冲席内的倾角变化就会切断DE边界（线37）。不能肯定Prospect逆冲断层延伸的深度，但至少应该延伸到Darby逆冲席的前缘轴面处。线34、35和36可以一直向后延伸至 Darby逆冲断层面。图285 Prospect逆冲席的顶部也有一个楔形的地层D,其下的空间接近于A、B、C层厚度(A+B+C)的两倍。C层顶界可能是一个滑脱面，将前陆地层延至Prospect逆冲断层之下，并将Prospect逆冲席的地表地层延至Darby逆冲断层之下，主要断坡应位于倾向后陆的板片之

34、下。Prospect逆冲席 Darby逆冲断层面（线32）与基底之间的这个空间非常接近于A、B、C三个地层厚度的两倍（图285）。因此，可以推断，在Darby逆冲席下盘的C层顶界（平行于原始倾角）存在一拆离面，即线39。线39与Darby逆冲席前缘的轴面交切处大致与线38及该轴面交切部位一致，并使Prospect逆冲断层继续向深处延伸。由于线39的定位，即可绘出40、41和42三条地层界面，线39、40、41和42与区域性滑脱面平行。进而能完成底部沿滑脱面和Prospect逆冲席之间的地层界面的绘制（线43一47）。由于A层表现为各逆冲席的底部滑脱层，将它延至Prospect逆冲席底面看来是合

35、理的。线43与底部滑脱面之间的轴面应在Prospect逆冲断层下盘切过A、B层的断坡处的这一合理位置上。图285 Prospect逆冲席的顶部也有一个楔形的地层D,其下的空间接近于A、B、C层厚度(A+B+C)的两倍。C层顶界可能是一个滑脱面，将前陆地层延至Prospect逆冲断层之下，并将Prospect逆冲席的地表地层延至Darby逆冲断层之下，主要断坡应位于倾向后陆的板片之下怀俄明区域性横剖面由此可见，Absaroka逆冲席倾向后陆的断片确定了Darby逆冲断层下盘断坡的位置。而Darby逆冲席倾向后陆的板片确定了Prospect逆冲断层下盘断坡的位置。如果回到原始剖面，这些地方就是小型

36、伸展断层发育的部位。 最后，在Prospect逆冲席前缘绘出平行于CD界面的线48和49。一旦绘制出简化剖面并进行了复原，就可以根据此地区发育的园滑的褶皱型式将该剖面改绘得更加符后实际（图286）。图286 最终完成的怀俄明剖面 三、计算机应用 目前的计算机应用集中于两个方面，即正向模拟和复原程序。 正向模拟:正向模拟的程序不直接地把剖面进行平衡，而是采用地质学家关于剖面所应包括的原始条件，并根据这些条件建立起变形剖面；然后将计算机编制的剖面（图24l）与所用的地质资料进行比较，以决定它是否适用。图241 根据Usdansky和Groshong设计的逆冲断坡程序以及由计算机绘制的剖面 计算机应

37、用 在正向模拟程序中使用的主要变量是断坡的角度和高度、地层的厚度、逆冲断层的数目以及逆冲断层的间距和位移量。 正向“模式”的优越性在于，它可以快速提出若干个构造模式以检验一个地区可能存在的几种不同的构造假说。 对于新研究者来说，正向模式是极好的教学工具，因为它们可以用不同的构造型式进行快速实验。例如，在连续的模拟中，通过递增逆冲断层的位移量，可以对一个构造演化不同阶段的几何特征进行检验。图241 根据Usdansky和Groshong设计的逆冲断坡程序以及由计算机绘制的剖面 正向模拟:正向模拟不具有复原变形剖面的功能，但在平衡工作中它们可以起到“型式识别”的作用，这些模式为给我们分析地质资料时

38、提供了可能的构造型式。 正向模拟程序完全以算法为基础，这些算法可以产生出典型逆冲构造的几何形态。有些算法依据的是已发表的逆冲构造的规律，如断弯、断展褶皱的规律。1989年以后已陆续出现了各种程序。 图241 根据Usdansky和Groshong设计的逆冲断坡程序以及由计算机绘制的剖面 复原剖面程序:复原程序可以一次处理整个变形剖面；或者可以分步，一次只复原一部分。一次复原可以指出一条剖面是否平衡，但是矫正工作需要手工操作，尔后必须重复整个复原步骤。 设想：如果复原程序的展平方法非常灵活，操作者可以进入程序并分段复原、分段矫正各个线段，而不影响剖面中其它的数值，这将加快下一步复原。这样的分步式

39、的计算系统允许在变形剖面中加进另一任意线段并进行复原。这一功能也将允许在编制剖面的过程中进行修改工作，因此十分有用，但软件编制难度大，至今无成熟软件。因此，没有任何东西可以替代地质学者的直觉和经验，计算工具对于行家来说才是最有用的。图242 标定任一横剖面的线段和面积，为复原该剖面所使用的展平方法准备数据 讨论 用于平衡剖面的输入数据，取自数字化板，或据变形剖面将数据列成表格，然后以数字形式输入计算机。 输出的结果一般为打印的复原剖面图，或者是将变形剖面图与复原剖面图一起打印出来。输出的质量直接取决于输入数据的质量。 Depaor（1988）提出了关于在建立平衡剖面时如何在测点之间正确内插数据

40、的的问题。这对于手工编制横剖面似乎是个小问题，但却是计算机工作所必需的。讨论 平衡剖面的过程迫使地质学家比过去更加谨慎地考虑如何在横剖面上绘出每一条线。平衡操作的计算机化则对所绘的线条长度和地层厚度的精确性提出了更高的要求。在绝大多数情况下，为了使程序得以进行，对于缺乏基底深度和地层厚度资料的地区必须提出专门的假设条件。 不同学者根据各种方法编出了计算机辅助的平衡剖面。 计算机的优越性在于：（l）对称性强，而且具重复制图能力；（2）制图精确并可减少测量误差；（3）可以快速检验几种解释。 但是，计算机无法判断它们所提供的几何学上的精确性对于地质问题的适应程度。 四、平衡剖面的模拟与演化 （一）平

41、衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （1）汇编和检查数据 把所有可用资料标绘在横剖面上，地震剖面一般要作时深转换，最好为纵横同比例尺。最好标注地层对应关系、断层切层关系、褶皱两翼倾角转折端形态关系等。因为检查褶皱形态可预测断层相关褶皱关系与褶皱形成机制，如背斜较陡一翼常是构造的前翼，指示上盘运移方向等。地层特征，诸如厚度变化、上超、削截以及不整合等通常可提供构造生长、变形扩展的重要线索。（一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （2）形成工作假说 根据剖面上绘编的资料，先建立一个对构造解释的猜测，包括断层形态、初始切层

42、角、断片数、断层褶皱机制模型等。在此基础上构成简单的平衡模型并与观测构造比较，如果想法不正确就必需修改或放弃。在建立工作假说时，首先应当考虑大型构造的相互关系，留下细节以后在修改过的模型上去进一步完善。（一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （3）生成平衡正演模型 采用断层相关褶皱模型及有关平衡剖面原理（如断弯褶皱、断展褶皱、断滑褶皱、断阻褶皱、生长褶皱地层关系等）生成正演模型。构成的模型要接近观测的数据（例如，翼部的倾角和观测的构造的相对大小都是接近的），但不是精确的匹配。接着就修改模型，越来越细地去拟合观测构造的细节。（一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （4

43、）模型与观测构造比较 如果生成的模型与观测的构造不匹配，就需要修改模型、形成一个新的假设。当所建立的模型与观测构造的总体格架基本相符时，下一步就要加进更多的细节，以使模型具体化、完善化，并与真实的构造剖面进行细节对比。其中，包括观测的倾角与理论倾角的匹配关系、模型的构造及地层关系与观测资料是否吻合、断层形态及数量是否可接受等。（一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 （5）产生平衡模型的解并指导剖面构造的相关解释 经过反复的修改、拟合之后，可得到一个可接受的最佳平衡解；这个解能正确地符合观测的地层及构造关系。然后再以这个平衡解反过来指导构造剖面解释，特别是对空白区的进一步解释；同时

44、要指出模型与构造剖面之间不一致的地方，讨论其原因，通常这种不一致是由更复杂的构造作用细节、多期变形等引起。然后，根据平衡解来进一步阐明真实剖面的构造形成机制、断层褶皱关系、就位过程、变形扩展、构造演化、运动学参数等。（一）平衡剖面正演模拟策略： 断弯褶皱作用模拟与应用 墨西哥湾的实例： 断弯褶皱作用模拟与应用 （1）汇编和检查数据墨西哥湾盆地的构造纲要图盆地的地层柱状图（1）汇编和检查数据（2）形成工作假说（3）生成平衡正演模型（4）模型与观测构造比较修改（5）产生平衡模型的解并指导剖面构造的相关解释（二）双重构造叠瓦状构造的平衡剖面正演模拟： 塔里木盆地库车坳陷的实例 （1）大宛其构造 位于

45、库车前陆褶皱冲断带西侧，地震剖面最显著的特征是侏罗系、白垩系明显加厚，加厚的上覆地层有褶皱形态，因此这种加厚明显是构造挤压造成的。从地震剖面上看，保侏罗系下部反射层近水平延伸，加厚体上部的第三系底部反射连续，与上覆地层的褶皱形态一致。因此，该构造可推测是限于上、下滑脱面之间的典型双重构造。为此设计正演模型，模拟结果及剖面解释如右图。 （1）大宛其构造 正演模拟的过程为：（A）剖面初步解释：对地震剖面中比较确定的资料进行解释，在些基础上确定正演模拟的参数（地层厚度及形态、断层形态、滑脱面深度等），建立正演模拟的基本数据。（B）正演模拟：获得一系列中间剖面和结果剖面。（C）剖面比较：及模拟剖面和实

46、际剖面进行比较其符合程度，如有差异则对参数进行修改，重新模拟，直到符合为止。剖面详细解释：以模拟结果为基本模型，对地震剖面详细解释，对资料空白区进行推断解释，最终获得一个完善的构造解释剖面。 （2）克孜勒苏河剖面 位于库车前陆褶皱冲断带中段。沿该剖面地表发育两个相邻的背斜构造带，分别称为库木格列木背斜和喀桑托开背斜。在地震剖面上表现为上下构造的不协调，沿第三系底部发生明显滑脱，在该剖面上该界面表现为一连续的强反射波，其下断层大部分未穿过此面。构造加厚主要发生在侏罗白垩系之内，构成双重构造，其上形成一个褶隆构造。剖面上部及右侧（北侧）构成显露的逆冲叠瓦构造。 （2）克孜勒苏河剖面 为此设计了双重

47、构造加逆冲叠瓦构造的模型。正演模拟结果及剖面解释如右图。 平衡剖面正演模拟的优点在于能够迅速地检验不同的假设，为地震剖面解释提供依据；更为突出的是可以动态地模拟变形过程，再现变形历史与形成机制。（三）断阻褶皱的平衡剖面正演模拟： 美国加利福尼亚Lost丘陵地区的构造实例断阻褶皱的概念模型1：右图：断阻褶皱的演化，其中断坡没有发生扩展，断层末端（用白点标出）保持静止。断阻褶皱的概念模型1：右图： 生长层序用粗的花纹表示，先前形成的层序用细的花纹表示。后翼的生长层序类似于传统的断展褶皱，前翼的生长层序和褶皱脊部均不同于断展褶皱和断弯褶皱。该褶皱前翼发育楔形的生长地层，且其生长层序中的褶皱脊向前翼迁

48、移。 断阻褶皱的概念模型2：右图：断阻褶皱的演化。先期断层重新活动，前部末端向下方移动。B图和c图中断层的不活动部分用点线表示。生长层序用粗的花纹表示，先前形成的层序用细的花纹表示。该模型假设初始的断层自然形成，并且在重新活动之前没有出现断层相关构造。断阻褶皱的概念模型2：右图：后翼上的生长层序不像断展褶皱那样，但类似于断弯褶皱。同样，生长层序的脊部位于背斜后翼的上方，其薄的部分位于前翼。断阻褶皱的定量几何学图解：见右图：美国加利福尼亚Lost丘陵地区的构造实例对跨过Lost丘陵构造南端的地震线的解释结果（位置见上图）。解释的限制条件有钻透背斜上方的钻孔和地震测线网；北东部的深钻孔（大盆地井）

49、控制下盘位置。 根据地震测线网、钻井资料解释的Lost丘陵构造剖面的整体图（位置见前图） 。 表示Lost丘陵构造可能的发育史的几何模型。宽点线代表不活动的断层分段。宽实线代表活动的断层分段。 五、讨论和总结 （一）平衡他人的剖面 有时我们希望使用其他地质学家的剖面，以避免自已重新编制剖面的麻烦。那么应如何评价他人剖面的质量呢？下面概括出六个步骤以供讨论： 1检查剖面与平面图是否一致。 2检查逆冲断层的型式。 3. 检查地层的一致性。 4剖面是否平衡？ 5评价可能存在的误差。 6纠正曲解和谬误。平衡他人的剖面检验已发表的剖面对已发表的剖面进行检查就是参照我们的基本假设来进行： l）逆冲断层是否

50、向前上切剖面？ 2）逆冲断层的位移是否有突然变化? 3）逆冲断层上、下盘的断坡和断坪可否匹配？ 4)地层是否一致？图221 左边逆冲断层向前下切剖面 图222 断层的主要逆冲位移在最东部的断层上变为正断层位移，并(或)在向斜下面消失 图223 最下部逆冲叠瓦中的地层长度大大超过其上的褶皱地层 图224 剖面中的地层厚度变化巨大，或许可以进行线长平衡，但是难以进行面积平衡 平衡他人的剖面剖面与平面图的一致性 作者绘制的剖面是否与构造运移方向平行（图29）？是否避开了侧向断坡和捩断层？剖面中是否正确地利用了地表地质资料？是否恰当地确定了断层和地层界面的位置？剖面中是否正确地对倾角进行了投影，并把它

51、改为视倾角？构造系统是否正确？剖面上的构造与地表及平面图上所观察到的特征是否一致？如果对上述问题的回答是肯定的，或者误差很小，即可进行下一步。如果存在着严重的错误，最好丢开此剖面而去绘制你自己的剖面。图29 选择避开主要的横向构造的剖面线 平衡他人的剖面逆冲断层的型式 如果要平衡一条平面，上盘和下盘的轨迹必须相匹配。上盘和下盘的断坡和断坪是否相互一致呢（图30）？ 地震、钻孔以及地表资料证明，前陆逆冲断层几乎总是沿构造运动方向上切剖面的，因此，那些沿构造运动方向下切剖面的逆冲断层肯定是有问题的。局部会出现例外的情况，在那里褶皱的形成早于逆冲断层的端缘，后来由于逆冲断层的扩展而将其切过。图30

52、将轴面向深处延伸，即可确定出交切部位或上盘岩层倾角急剧变化的部位，每一个上盘断坡CD和AB均在后面留下了相应的下盘断坡CD和AB，后者还引起了上盘的褶皱 平衡他人的剖面逆冲断层的型式 剖面是否有大尺度的截切褶皱的现象？如果有的话，作者是否掌握了野外的证据来支持这种解释？如果截切作用能够得到证实，则断层两侧位移了的截切褶皱应该能够匹配。如果在上盘中存在被截切的背斜和向斜，在下盘中必然有相应的被截切构造。 如果符合上述准则，该横剖面就具备了平衡的合理条件，就可以进入下一个步骤。另外，如果未加解释地违反了上述准则，那么，着手绘制你自己的剖面比试图去修改旧剖面要省时省力得多。图30 将轴面向深处延伸，

53、即可确定出交切部位或上盘岩层倾角急剧变化的部位，每一个上盘断坡CD和AB均在后面留下了相应的下盘断坡CD和AB，后者还引起了上盘的褶皱 平衡他人的剖面地层厚度应当知道，在制作可以平衡的剖面中一个常见的问题就是使地层的厚度守恒。使用膝折几何特征绘制剖面最吸引人的一个方面是，平直的褶皱翼易于保持地层厚度不变。正弦波状的同心褶皱也可以用恒定的岩层厚度绘制。但是，在实践中如果不细心，这种类型褶皱的翼部、顶部不变的岩层厚度反而会出现一些问题，必须具体问题作具体分析。平衡他人的剖面检查平衡 按前面所讨论的方法，选出钉线的位置。应该记住，如果横剖面延伸到了未变形的前陆，最好将一条钉线的位置定在那里。 如果韧

54、性差异小，此类岩性可称之为“能干型的”，它们几乎或根本没有压溶劈理。在这种情况下，用比较不同层位的线条长度的方法可以很快地对平衡作出检查。如果韧性反差大，可以比较“能干”岩层的线条长度和“非能干”岩层的剖面面积。 平衡操作的最后一步是将横剖面恢复到未变形状态，这是常常被人们忽略的重要一步。人们常在这一步上自欺欺人，因为它非常耗费时间。需要注意的是，一条剖面通过了线条长度的检查后似乎应该是平衡的，但复原后的断层轨迹在断坡部位则可能表现为不合理的过陡的产状。平衡他人的剖面评价视误差 如果已经识别出若干错误，如何进行纠正？在回答这个问题以前，应该首先考虑另外两个问题：（1）这些错误是否都是真实的？（

55、2）有些视误差是否来自平衡技术本身？有些剖面不平衡是因为剖面太短，无法得到全部构造图象。如下图31a、b和c的情况。在图31a中，上、下盘的断坡和断坪不相匹配，线条长度也不平衡。图31b是更长一些的剖面。在原始剖面的左侧多了第三个背斜和上盘断坡，这样，线条长度就平衡了。图31 (a)相对位移HWFW和HWFW之间显然存在问题。(b)在试图解决这个问题以前，观察加长的剖面。(c)经常提出的解决办法。PL:钉线 评价视误差但是，如何解释上盘的断坡和断坪与下盘不匹配的问题呢？剖面左端的断坡要求在B层的底部有一个滑脱面。该断坡的位移量转移到这个滑脱面上，从而解释了右侧背斜下的上盘断坪长度比较大的原因。

56、在B层底部加一条逆冲断层断坪就可简单地纠正这条剖面中的错误。但是，如果不观察更大些的构造图象，也就不会注意到为使这条剖面成为可接受剖面必须进行的修正。图31c显承了纠正后的构造剖面。图31 (a)相对位移HWFW和HWFW之间显然存在问题。(b)在试图解决这个问题以前，观察加长的剖面。(c)经常提出的解决办法。PL:钉线 平衡他人的剖面纠正曲解 除非前人剖面中的误差不大，否则自己绘制剖面可能更节省时间。应搜集一切可靠准确的资料，如地表资料、地形和钻孔资料等。如果在原有的剖面上是用地震资料确定的基底深度，则仍可用于你的剖面。然后着手编制剖面。 （二）绘制你自己的剖面 在搜集了绘制所有横剖面所必需

57、的全部资料以后，如何开始终制一条“可以平衡的”剖面呢？ 最主要的准则就是细心。 逆冲断层应符合前述的几何学规则，尤其是以下两点：逆冲断层只能向前向上切剖面；上盘和下盘的断坡必须匹配。如果存在多期变形作用，就必须以一种正确的反序方法复原和平衡每一期变形事件。不论是同心状还是膝折状的褶皱样式都可使地层厚度守恒。面积平衡中出现的多数问题是由地层的不规则性引起的 假如你已选出剖面线并使其平行于构造运移方向，也按照“基本原理”中所讨论的方法建立起了地层柱，就可以开始编制这条剖面。绘制你自己的剖面选择比例尺和开始编制剖面 如果比例尺与地质图的比例尺相同，第一步是将全部过硬的资料，即那些已知是比较准确的、在

58、绘制和修改剖面时不太可能变动的资料转绘到剖面上。这些资料包括地形以及地表地质特征，如地质界面、断层和构造的倾角等。所用资料只限于剖面线两侧约一定范围以内。 剖面所采用的比例尺因目的不同而变化。如果是用于石油勘探，最终剖面的比例尺可能是1：25000。区域性逆冲构造剖面的比例尺可能是1：100，000。而整个造山带剖面的比例尺可能是l：250，000或更小一些才合适。比例尺的选择还取决于所有资料的质量和平衡的方法。 确定了比例尺以后，用墨水描出过硬资料，它将不允许作任何改动。然后复制若干份，因为在绘制过程中会出现很多误差，需要反复修改。图件上墨措施就是为了在涂改时保护过硬资料。绘制你自己的剖面复

59、原地层 搜集到变形剖面的地层资料后，还要把它展平成“复原的”地层剖面（图34）。在该地层剖面上，需要一条相当于前陆钉线的垂直基准线（与层面垂直）和一条标绘地层深度（或厚度）的水平基准线。在正常情况下，可通过适当估算现有变形剖面的水平距离，确定出不同逆冲席之间的复原距离范围。这种初步的复原地层在绘出断层面之后，需要通过比较变形的逆冲席中所测量的地层位置、厚度与复原剖面中的地层位置、厚度来加以修改和验证。图34 在绘制变形剖面的同时，需要为复原剖面设计一个变形前后的层饼状或楔状的地层剖面，水平基准线通常是保存良好的最年轻的地层，而垂直基准线即前陆钉线。实测地层剖面、钻井资料等通常作为地层柱置于水平

60、基准线上。例如，逆冲构造地区的缩短量为50，因此，将地层柱之间的水平间距放大至约现今的二倍，然后绘上重要的地层层位，如果在变形剖面中出现明显的地层厚度变化，在复原剖面中必须相应地表现出来，反之亦然。最常见的错误之一是面积不能平衡，其主要原因是在变形剖面和复原剖面中绘制同一地层时使用了不同的厚度。 图34 在绘制变形剖面的同时，需要为复原剖面设计一个变形前后的层饼状或楔状的地层剖面，水平基准线通常是保存良好的最年轻的地层，而垂直基准线即前陆钉线。实测地层剖面、钻井资料等通常作为地层柱置于水平基准线上。例如，逆冲构造地区的缩短量为50，因此，将地层柱之间的水平间距放大至约现今的二倍，然后绘上重要的