第二章构造解释

油气综合预测技术及应用

第二章地震构造解释

刘豪2008年2日12、地震构造分析2.1概述2.2复杂构造形态地震响应的形成机制2.3断层解释2.4典型构造样式的地震识别2.5构造活动时期分析方法22.1概述2.1.1地震构造分析的主要任务2.1.2地震构造形态解释的核心内容32.1.1地震构造分析的主要任务构造地质学的主要任务空间形态：构造的形态特征、分布时间序列：构造的形成顺序与演变成因机制：构造的成因机制地震构造解释的主要任务空间形态：构造的形态特征、分布时间序列：构造的形成顺序与演变成因机制：构造的成因机制42.1.2地震构造形态研究的核心内容（1）构造解释（2）构造确认（3）构造描述5（1）构造解释在地震剖面上识别断裂和褶皱等各种构造现象6（2）构造确认Groshong（1995）将判断构造解释是否“正确”的过程称为“构造确认”（structuralvalidation）通过研究认为是“正确”的构造解释模型称为“确认构造”（avalidstructure）一个“确认构造”应该在物理学（几何学和运动学等）和地质学的解释上都是合理的，必须很好地满足4条准则：即在几何学上必须是①精确的、②可接受的、③可复原的和④平衡的构造。7（3）构造描述构造剖面图构造平面图地层厚度图原始地层厚度图剥蚀厚度图古构造演化剖面图古构造演化宝塔图82.2复杂构造形态的地震响应2.2.1时间剖面与深度剖面的区别2.2.2褶皱地质模型及其地震响应2.2.3断层地质模型及其地震响应92.2.1地震时间剖面与地质深度剖面的区别（1）偏移效应（2）速度效应（3）偏移剖面10（1）偏移效应倾斜界面反射波。绕射波（长、短、点（¼λ）回转波侧面反射波1112131415161718（2）速度效应速度横向变化引起的上提、下拉假象速度纵向变化引起的视产状变化假象19202122（3）偏移剖面水平叠加剖面与偏移剖面，闭合问题二维偏移与三维偏移时间偏移与深度偏移三维叠前深度偏移232425262.2.2褶皱地质模型及其地震响应（1）凸界面反射：散射效应，地震记录上界面宽度大于实际宽度。（2）凹界面反射：按照界面半径R与界面深度H的关系，有三种情况：１)R>H：反射界面与实际界面形态相似，但反射界面的宽度小于实际界面的宽度。２)R=H：反射波成为一个点，此即聚焦效应。３)R<H：反射波形态是凸界面，与实际情况正相反，即形成回转波。回转波是在凹界面曲率半径小于该界面埋深时，因偏移作用而形成的一种假象，这可根据区域地层产状来识别，即当区域地层产状为一向斜时，则这种背斜状的不协调反射为回转波。27282930312.2.3断层地质模型及其地震响应（1）水平地层（2）倾斜地层（3）断层的伴生牵引构造32（1）水平地层33（2）倾斜地层34（3）断层的伴生牵引构造352.3断层解释2.3.1断层在地震剖面上的一般标志2.3.2断层平面组合362.3.1断层在地震剖面上的一般标志（1）同相轴错断，波组波系错断（中小断层）（2）同相轴数目突然增减或消失（同生断层）（3）地层产状突变，地震相特征突变(边界断层）（4）同相轴分叉、合并、扭曲及强相位转换（小断层）（5）断面波、绕射波37（1）同相轴错断，波组波系错断（中小断层）38（2）同相轴数目突然增减或消失（同生断层）39（3）地层产状突变，地震相特征突变(边界断层）40（4）同相轴分叉、合并、扭曲及强相位转换（小断层）41（4）同相轴分叉、合并、扭曲及强相位转换（小断层）4243（5）断面波、绕射波（5）断面波、绕射波44歧北凹陷南坡沙河街组一段下部浊积砂体/7845/794647484950512.3.2

断层平面组合522.4典型构造样式的地震识别2.4.1构造样式的概念与意义2.4.2水平伸展构造2.4.3水平收缩构造2.4.4水平走滑构造2.4.5

垂直升降构造53构造样式（structurestyle）是指在剖面形态、平面展布、排列和应力机制上有着密切联系的相关构造的总体特征，是了解特定构造变形条件下所产生的一系列构造变形的总体概貌。构造样式强调：①在剖面形态、平面展布、排列上有密切联系的相关构造变形的组合;②在同一应力环境下所产生的构造变形的组合;③多种相关构造的有机组合体。

HardingTP(1979)和LowellJD(1985)2.4.1构造样式的概念与意义54样式((style)一词，原来是建筑学的术语，用来描述具有时代风格和地域风格的建筑群.引入地质学后，构造样式用以表示具有时代风格和地域风格的构造组合.就象一种速记符号便于在地质学家之间进行交流，因此也属于比较构造学范畴.构造样式与形成盆地的地球动力学具有一致性，因此可以分类为伸展构造样式、压缩构造样式和走滑构造样式3大系统，然后按其卷入深度进一步划分为基底变形和盖层变形。刘和甫，199355构造样式的分类首先根据位移场可分为四大类：①水平伸展；②水平收缩；③水平走滑（水平扭动）；④垂直升降；进而在每个大类中可根据基底—盖层关系分为两个亚类：①盖层滑脱（薄皮构造），②基底卷入（厚皮构造）；最后再根据几何形态划分出各种具体类型。56构造样式的分类57主要的构造样式58构造样式的研究意义构造样式是各类盆地中构造组合的几何形态表达，正确的盆地分类常常可以预测盆地内构造样式和沉积样式特征，为地震剖面的构造解释提供构造模型，为沉积体系解释提供沉积模式.构造样式研究是油气田构造研究中重要的基础内容之一。它不仅涉及对含油气盆地性质、类型及其动力学的分析与认识，构造变形特征及其时空演化的判识和分析；而且直接关系到油气藏的圈闭类型、成藏条件及勘探目标评价。592.4.2水平伸展构造（1）正断层的基本特征（2）薄皮（盖层滑脱）伸展构造的主要构造样式60（1）正断层的基本特征正断层类型正断层的组合正断层的相关构造变形61正断层正断层是在水平引张力作用下形成的。自然界的断层的位移有些是斜向的，地震剖面上的正断层是指上盘下降的倾向位移分量占明显优势的断层

62正断层的几何学和运动学分类63正断层类型旋转平面正断层铲式正断层非旋转平面正断层坡坪式正断层铲式扇状正断层正双重构造64正断层地震剖面—165正断层地震剖面—566正断层地震剖面—467正断层地震剖面—768正断层的活动方式分类同生正断层（同沉积正断层、生长断层）后生正断层697071（1）正断层的基本特征正断层类型正断层的组合正断层的相关构造变形72正断层剖面组合共轭状（相背倾斜、相向倾斜、交叉）平行状斜列状（软连接）铲式扇状（硬连接）伸展双重构造7374757677（1）正断层的基本特征正断层类型正断层的组合正断层的相关构造变形78断层形态与构造鼻79铲式正断层与滚动背斜构造背斜转折端形态与铲式正断层形态相关，背斜轴面自下而上向断层面方向迁移80铲式正断层与滚动背斜地震剖面-181铲式正断层与滚动背斜地震剖面-282泥岩与薄皮正断层的发育模式83铲式扇断阶带各个断阶面上的产状依次变陡84正断层牵引构造85（2）薄皮（盖层滑脱）伸展构造的主要构造样式基本特征共生构造86基本特征薄皮伸展构造是指主要由沉积盖层卷入伸展变形的构造。铲式正断层系统和多米诺断层系统是薄皮伸展构造的两种主要构造样式。在剖面上，铲式正断层和旋转平面式正断层一般是在盖层中的软弱岩层（泥岩、盐岩等）中消失，或在盆地基底顶面的不整合面上滑脱在大陆伸展半地堑斜坡上、被动大陆边缘、大型三角洲、大陆斜坡等不同的构造环境中都可能发育薄皮伸展构造87共生构造重力滑动构造底辟构造88伸展与拆离89半地堑斜坡上的调节正断层组90薄皮铲式正断层地震剖面91薄皮铲式正断层及其圈闭样式92薄皮铲式正断层与底辟构造剖面样式93铲式正断层地震剖面—194铲式正断层地震剖面—295铲式正断层地震剖面—396（3）厚皮（基底卷入）伸展构造的主要构造样式地堑与半地堑构造97982.4.3水平收缩构造逆冲断层的基本特征逆冲断层的相关褶皱99(1)逆冲断层的基本特征

按照库仑—摩尔破裂准则和安德森断层模式，逆冲断层形成时的应力状态是主压应力轴为水平方向且与逆冲断层走向垂直相交、主张应力轴为垂直方向、中间应力轴为水平方向且与断层走向一致，逆冲断层角度一般为30°±。由于岩层能干性的差异、地层中孔隙流体对局部应力状态的影响等原因，逆冲断层角度并非总是呈30°±。

100坡坪式逆冲断层

角度101角度102103铲式逆冲断层

“铲式逆冲断层（listricthrust），即断层面在剖面上呈上陡下缓的产状，向深部逐渐变为近水平的拆离或滑脱逆冲断层

104105平面式高角度逆冲断层和反铲式逆冲断层断层与岩层面夹角大于60°的逆冲断层,断层面为平面状或反铲式（向上变缓）通常是一些结晶基底卷入的逆冲断层106107双重构造双重构造是由顶板逆冲断层（roofthrust）、底板逆冲断层（floorthrust）以及夹持在中间的连接逆冲断层（linkedthrust，或分支断层branchthrust）和逆冲断片（马石horse,或断片sheet）组成。

108109110111112反冲断层（back-thrust）逆冲断层一般是自后陆向前陆方向逆冲的，但是也有些逆冲断层是向前陆方向倾斜、向后陆方向逆冲的，称为“反冲断层（back-thrust）”

在反冲断层与逆冲断层之间,往往形成冲起构造或逆冲三角构造冲起构造（pup-up）

逆冲三角构造（trianglezone）1131141151162.4.4水平走滑构造走滑断层构造变形的一般特征走滑构造的识别标志薄皮走滑构造基底卷入的走滑构造117(1)走滑断层变形的一般特征走滑断层是指两盘断块体以相对走滑位移为主要运动特征的断层

走滑断层位移过程中也会进一步引起两盘断块或走滑断层上覆地层的变形，所有这些与这些变形与位移矢量近水平的剪切作用有关的构造变形统称为走滑构造118走滑断层的位移方向位移矢量向左的断层称为右旋走滑断层（right-lateralstrike-slipfault，right-slipfault）或右旋平移断层（dextre），位移矢量向右的断层称为左旋走滑断层（left-lateralstrike-slipfault，left-slipfault）或左旋平移断层（senestre）

119走滑断层的位移方向断层的两盘相对位移矢量通常是斜向的，当走滑断层位移矢量中有较大的倾向位移分量时可分别称为“正走滑断层”（倾向位移分量为正断层）或“逆走滑断层”（倾向位移分量为逆断层）120(2)走滑构造的识别标志剖面标志花状构造

走滑带内部构造和夹块

剖面上的地层不连续现象平面标志

线性延伸或带状展布走滑带两侧地质界线的水平错开斜列的盖层褶皱

121122123124125126(3)薄皮走滑断层通常与薄皮收缩构造、薄皮伸展构造共生127128(4)基底卷入的走滑构造基底卷入的走滑构造中的盆地基底与沉积盖层一起发生走滑构造变形。基底卷入的走滑构造并不意味着主干走滑断层一定要从盖层岩层切入到基底岩层中。通常盆地基底岩层中发育主干走滑断层，主干走滑断层可以向上直接切割所有盖层岩层，也可以在基底顶面或盖层岩层内部尖灭。基底走滑断层与盖层之间也可以产生滑脱，但是这种滑脱并为破坏基底与盖层在走滑构造变形方面的统一性。129基底与盖层关系对走滑构造的影响基底走滑位移量愈大，盖层走滑变形也愈强烈。盖层厚度愈大，基底走滑位移引起的走滑变形带的宽度愈大。盖层岩层中发育有较厚的软弱岩层时，基底走滑位移引起的盖层走滑变形宽度愈大。盖层岩层中发育有较厚的软弱岩层也容易发育雁列的滑脱褶皱，而盖层褶皱变形宽度一般比盖层走滑断层带的宽度更大。1302.4.5

垂直升降构造

(底辟构造,diapiricstructure）

底辟构造的一般特征（以盐底辟为例）盐底辟构造的形成条件和演化过程131底辟构造概念地壳深部的塑性物质向上运移及其对上覆岩层的构造作用，称为底辟作用（diapirism），底辟作用形成的构造变形称为底辟构造。底辟构造包括岩浆底辟形成的构造、变质岩底辟形成的构造和低密度沉积岩层底辟形成的构造。沉积盆地中常见的底辟构造是盐岩、膏盐岩、泥岩底辟作用形成的，其中又以盐岩形成的底辟构造也普遍、最复杂。132底辟构造类型根据底辟核与核上岩层的关系，可以将底辟构造分为隐刺穿底辟构造和刺穿底辟构造两大类。133盐底辟核构造样式由盐类岩石底辟形成的构造也称为“盐穹”（saltdome，也译为盐丘）盐底辟核的形态：盐底辟核可表现为枕状、丘状、陀螺状、柱状、脊状、墙状、蘑菇状、鸭头状、瓶塞状、塔松状等不同的形态在平面上，底辟核多为圆形、椭圆形，沿断裂底辟的墙状底辟则表现为长条形134常见的盐底辟核样式135“悬挂体”（overhang）：盐底辟核向上运移的同时可以侧向扩展，同时盐岩底辟的通道部分受围压的影响可以发生收缩，使底辟核象屋檐一样伸入到核上岩层中，并导致盐岩层覆盖在形成时代比它更晚的沉积岩层之上。“泪滴体”（teardrop）：底辟核的盐岩向上运移甚至可以与盐源部分脱离，底辟核成为一个无根的悬挂体。“盐帽”：深层的盐岩底辟核上升至浅层地层中时还会受到地下水的溶蚀、淋漓，一些难溶的或不溶残渣残留在底辟核顶部形成一层外壳，称为“盐帽”。盐帽主要由硬石膏、石膏和方解石组成，厚度差别较大，从几米到几十米、甚至几百米。一般可以分为三个带：底部主要由硬石膏组成，厚度也相对较大；中间为石膏层；上部为方解石和石灰岩。有时盐帽中还含有天然硫。如果盐岩底辟核顶面为平面状，盐帽的分布范围通常比底辟核顶面的主题范围还大。136137138139140核上岩层的变形样式塑性的底辟核向上运移对核上岩层施加的构造力相当于垂直层面的差异挤压力或剪切力，迫使岩层发生水平方向的伸展，因此核上岩层主要表现为“局部的”水平伸展构造变形。底辟构造的发育是一个较长的地质时期，因而沉积盆地中的底辟构造通常也是同沉积构造。底辟作用时期的同沉积岩层在底辟核顶部明显减薄或局部被剥蚀。底辟核形态和垂直位移幅度随着盆地的演化而发生变化，对上覆同沉积地层的厚度甚至岩性分布有重要影响。141常见的盐底辟构造样式142143盐底辟形成的龟背式构造144盐底辟核内部变形底辟核内部一般都有复杂的柔流褶皱或肠状褶皱，主要表现为盐岩层向上位移过程中引起单层盐岩的拉薄和折叠加厚，一般单层盐岩并不因为强烈褶皱变形而被拉断，但盐岩底辟核内可能发育有韧性断层。盐岩层内部的标志层面不能在地震剖面上形成反射界面，所以底辟核内的褶皱变形样式也显示不出来。1451462.5构造活动时期分析方法2.5.１基本概念2.5.2构造活动时期分析的基本原则2.5.3地层接触关系分析2.5.4地层厚度变化分析1472.5.１基本概念沉积前构造：指相对于一地层层序而言，在其沉积作用之前形成的构造，亦即其原始沉积表面的构造形态。同沉积构造：指相对于一地层层序而言，与其沉积作用同时形成的构造。沉积后构造：指相对于一地层层序而言，在其沉积作用之后形成的构造。148

2.5.2构造活动时期分析的基本原则

(１)不整合面上、下构造形态和性质的不协调，意味着分别为不同构造活动的产物。

(２)构造层底界的最老年代为该构造层产生构造变形的最早时期。

(３)如果构造层内有成因联系的断层、褶皱具在构造层顶界终止，则上覆构造层的最老年代为该构造层产生构造变形的最晚时期。

(４)不整合面上、下构造形态和性质的协调，意味着同为晚期构造活动的产物。

(５)对下覆构造层的构造变形应采用剥皮法逐层消除后期构造活动的影响。149露出冲断层、埋藏冲断层

和盲冲断层

150

2.5.3地层接触关系分析沉积前构造：以在层序底界面上发育上超为特征，反应了沉积前的原始构造形态。同沉积构造:地层厚度的楔状增厚以及伴生的上超是同沉积构造的重要标志。沉积后构造：沉积后的构造抬升在层序顶界面造成