古地貌恢复方法及研究进展

徐 彬

(长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100)

古地貌是控制一个含油气盆地后期沉积相发育与分布的一个主要因素，同时在一定程度上控制着后期油藏的储盖组合以及油藏分布，对于古地貌研究及恢复古地貌是油气勘探中必不可少的因素。如同现今地貌，古地貌形态受控于所处区域的构造位置、气候、基准面变化及构造运动等因素综合作用的影响[1]。国际上古地貌研究始于20世纪50年代，我国古地貌研究始于20世纪70年代，并应用于油气勘探中，取得较为丰硕成果，如鄂尔多斯盆地侏罗系油藏的发现[2]、济阳坳陷沾化地区加里东期古地貌及古岩溶的研究、塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏古地貌及古岩溶的研究、辽东带中南部古近纪古地貌的研究、鄂尔多斯盆地高桥区气藏的发现与古地貌研究等。古地貌在一定程度上控制着沉积体系的类型及展布、层序的形成及发育、优质储层的分布等。对古地貌进行研究并精确恢复能够还原沉积前的古构造格局帮助认识构造演化，重塑古物源系统，明确物源区、搬运通道、沉积区的相对位置。正确划分古地貌单元及恢复古地貌形态是当今研究的热点之一，基于目前行业中大量学者对古地貌恢复所做的研究，以及古地貌恢复对于油气勘探的重要指导意义，笔者通过大量调研前人的研究成果，明确古地貌恢复原理，总结出应用较新且广泛的古地貌恢复方法。

1 古地貌恢复方法发展历程

古地貌研究及恢复对于盆地分析至关重要。业内学者对古地貌恢复做了大量工作，随着科技的发展不断涌现出新的方法、技术，目前古地貌恢复的研究方法及理论已较为丰富，其一般包括构造恢复和地层厚度恢复。

1.1 构造恢复发展历程

沉积盆地的古构造格局对于盆地内潜在的油气生烃、运移、聚集、成藏各要素均起到一定的控制作用，恢复盆地内的古构造可以为盆地模拟、分析提供坚实可靠的依据。所以对盆地内古构造研究及恢复是盆地分析的一项重要内容，我国的含油气沉积盆地大多经历了多旋回、多期次的演化及复杂的地质运动，进行精细古构造恢复能够有效指导油气勘探。

早在上世纪四五十年代，卡拉瓦什基娜等首次提出了“宝塔图”法进行古构造恢复。Dahlstrom等于1969年提出了平衡剖面的概念；Suppe J等人对平衡剖面古构造恢复的思想做了进一步研究，定量研究了古构造的变形过程，对古构造圈闭演化过程中局部变形带的空间分布特点进行了探讨[3]。我国学者对沉积盆地古构造研究也做了大量了工作，如王玉新恢复了鄂尔多斯早古生代碳酸盐岩台地不同演化阶段的古构造格局；张银德等利用标志层—厚度法研究了赤水及邻区燕山期古构造特征；林畅松等利用地震古地貌恢复技术对塔里木盆地古生代中央隆起带古构造地貌进行了研究；郭倩等对塔里木盆地巴麦—塔中地区晚古生代古构造格局及演化进行了研究。

1.2 地层厚度恢复方法

除了构造恢复外，地层厚度恢复更是古地貌恢复的重中之中，剥蚀厚度恢复对于研究盆地的埋藏史、构造演化史、热史及生排烃史具有十分重要的意义，下面就地层厚度的恢复方法进行简述。

1.2.1 砂岩孔隙度法

地层中砂岩的孔隙度受到成岩作用的直接控制，而成岩作用又受控于物理、化学、构造等多种变化是一个极其复杂的过程。通过国内外大量油气勘探实践证实，砂岩原生孔隙度具有随着埋深增加而呈指数减少的趋势，即该趋势与深度存在着线性关系[4]。若储层砂岩未经构造运动遭受抬升剥蚀，则将其反推到地表的孔隙度应与其沉积时的孔隙度相当，若经历了抬升剥蚀则反推到地表的孔隙度应小于其沉积时的孔隙度。利用此规律，将现在地表的孔隙度值反推到沉积时的孔隙度值，其二者垂向的差值即可以大致认为是地层的剥蚀量。需要注意的是，在使用该方法时应注意排除次生孔隙的影响，减小误差。

1.2.2 泥岩声波时差法

该方法最早由Magara于1976年提出，Henry、刘景彦等学者对该方法进行了讨论并优化改进。其原理是基于不同岩性的声波时差随着埋深变化的指数关系并不会因为岩层遭受抬升剥蚀而改变。测量研究区地表未固结泥岩的声波时差，并结合现有的声波时差测井数据，根据泥岩声波时差(Δt)与埋藏深度(H)之间的关系式：Δt=Δtoe-CH，若被剥蚀的地层厚度大于不整合面之上的沉积物厚度，那么将不整合面之下的泥岩压实曲线向上延伸至古地表(Δt=Δto)，古地表与不整合界面之间的垂直距离即为剥蚀厚度[5]。

1.2.3 古地温梯度法

流体包裹体法、古地温梯度法、磷灰石裂变径迹法等都属于该方法的范畴，其原理都是利用古温标来计算不整合面上的地层的剥蚀厚度，进而实现剥蚀厚度恢复。应用时，首先要依据磷灰石裂变径迹年龄、径迹长度、长度分布等各项参数，同时选取合适的退火模型，得到最高古地温及其地温梯度进而计算剥蚀量[6]。

1.2.4 镜质体反射率法

该方法最早由Dow于1977年提出利用镜质体反射率与其对应深度的线性回归关系线来恢复地层不整合面剥蚀厚度。其原理是：当镜质体反射率剖面穿过剥蚀面时，在剥蚀面间会产生一个差值，即界面上下的Ro存在一个明显的差值。将剥蚀面之下的剖面线穿过剥蚀面并反向延长至界面以上相同的Ro数值点，该点与剥蚀面的深度差即可视为剥蚀量[7]。

该方法虽然简单便于应用，但仍存在一些问题。如引起Ro突变的因素不只有地层剥蚀一种，断层、局部热流等也会引起Ro值突变，在应用该方法时要尽量避免其它因素的影响。

1.2.5 沉积速率法

该方法由Van Hinte于1978年首次提出，对于平行不整合，可根据不整合面上、下地层的沉积速率、剥蚀速率及地层绝对地质年龄恢复剥蚀厚度[8]。应用时首先要明确不整合面所代表的是一个时间段，即该层沉积时所经历的时间以及该层沉积后遭受剥蚀所经历的时间。通过测定不整合面上下岩层的绝对地质年龄，并知道其对应的沉积速率，即可用此方法求取被剥蚀的地层厚度。

除上述方法外还有天然气平衡浓度法、地质年龄差比值与残留厚度乘积法、物质平衡法、最优化方法、沉积波动过程分析、宇宙成因核素分析等方法。需要注意每一种方法都有一定的适用条件，需在满足条件的情况下才能较为准确的反映地层的剥蚀厚度。应用单一方法往往存在着种种限制，综合多种方法，互为补充，才能取得较为准确的地层剥蚀厚度数据。

2 古地貌恢复技术方法探讨

过去传统的古地貌恢复方法主要包括残留厚度和补偿厚度印模法、回剥和填平补齐法。这些方法曾较广的应用于早期油气勘探，但由于其精度低、误差大，已不能适应现在的古地貌恢复要求。目前许多方法还只停留在定性阶段，定量化恢复手段、方法仍需深入研究开发[9]。随着科技进步及研究的深入，近年来逐渐引入了新的研究方法如：沉积学法、层拉平法、高分辨率层序地层学法、井震联合法及“双界面法”进行古地貌恢复。

2.1 沉积学古地貌恢复法

研究古地貌实际上是与沉积环境分不开的，沉积学研究可以说是各类古地貌恢复方法的基础，应用各类方法进行古地貌恢复首先要开展沉积研究工作。利用沉积学方法进行古地貌恢复，就是要结合各类基础地质图件，并结合相标志、沉积相分析、物源区及沉积区分析、古构造特征分析、古水深分析、古流向分析等进行综合研究从而对沉积前古地貌有一定的认识[1]。在应用该方法时还要注意不同岩性压实率不同及差异构造运动等影响。

应用该方法主要通过各类古地质图在区域范围内了解研究区古地形特征。通过分析确定构造抬升区块和沉降区块的位置；相标志是古地貌恢复的重要标志，应用相序递变法则判别多解的沉积环境时，还需考虑其周围的相的性质，反之，利用沉积相特征也可以反推沉积时古地貌特征；通过对槽模、流水波痕、砾石叠瓦状排列等指向标志的测量统计、物源区分析、沉积物粒度变化等研究古流向特征，进而判别相对地形的高低；通过各类基础地质图件明确地层发育特点、沉积体系发育类型、沉积体系时空配置特征、水动力条件以及古地形变化趋势。

2.2 高分辨率层序地层学古地貌恢复法

自高分辨率层序地层学引入国内以来，引起了地质工作者的高度重视，力图应用其理论研究油气勘探的各个方面。该理论基于基准面旋回变化与可容纳空间的变化,据此反映基准面旋回、沉积动力学、地层响应过程三者之间的关系[10]。应用该方法进行地层对比，其等时性强、精度高、能够更好地反映沉积前古地貌特征。该方法以基准面作为地层对比参照面，在实际操作中最大海泛面更具操作性，将二者相结合恢复沉积前古地貌是该技术的关键所在。但要注意该方法是建立在对沉积学分析研究的基础上，即首先要对沉积相进行深入研究，沉积相研究是该方法在小范围内较高精度恢复古地貌的基础。

应用时在正确建立层序地层格架的基础上，按照研究区实际情况正确划分基准面旋回期次，之后再进行地层对比。在应用时需考虑压实作用及沉积厚度校正以提高恢复精度。在具体研究不同对象时，依据基准面变化幅度及沉积体系类型，可以划分为基准面变化幅度不大的单一沉积体系、基准面变化幅度较大的单一沉积体系、多种沉积体系组合的古地貌恢复等。

2.3 井震联合古地貌恢复法

钻、测井资料具有纵向识别精度高的特点，地震资料具有横向分辨能力强的特点。对于某些研究区钻井资料相对较少，而地震资料丰富、且分辨率高的情况，将井、震资料相结合，可以更好的恢复古地貌。在应用该方法时首先通过地震资料识别各地层的界面，统计现今各地层厚度，对于有剥蚀界面的地层，应当按照其剥蚀类型采用对应的恢复方法。剥蚀类型一般可以分为5类，即平行不整合、地层顶部强烈剥蚀、凹陷边缘超覆带剥蚀、旋转断块剥蚀、凸起带地层强烈剥蚀。注意识别断层并逐层恢复研究区内地层剥蚀厚度，对于有钻、测井资料的地区采用泥岩声波时差法恢复地层剥蚀厚度，具体方法上文已经介绍；对于没有钻、测井资料的采用未剥蚀厚度趋势延伸法进行恢复，对所求厚度(包括现今地层厚度和剥蚀厚度)进行数学累加，根据沉积补偿原理，在不考虑地壳均衡及沉积速率等因素的情况下，可以近似认为原始地层厚度与古地貌是负相关关系[11]。即地层越厚代表古地形越低，地层越薄代表古地形越高，据此可以反映当时的古地貌。

2.4 “双界面法”古地貌恢复法

“双界面”法结合了高分辨率层序地层学法等方法各自的优点，综合考虑古构造、古环境、古地形对岩溶古地貌恢复的影响，对较小区块的工区能够直观、快速、准确地反映原始古地貌特征[12]。该方法虽然结合了各种方法的优点，但前提是基于大量的钻井、岩心、录井资料及盆地构造发育、区域沉积背景等相关知识，且要求工区范围较小，在较大的工区范围内应用时会产生较大误差。

应用时首先要确定上覆地层标志面和下伏地层基准面，即“双界面”。选取上覆地层标志面要依据高分辨率层序地层学理论，选择基准面旋回的转换层(层序边界或最大洪泛面)作为上覆标志层[12]。将该上覆标志层进行层拉平即得到上覆地层标志面，具有较高的等时性。拉平后的上覆沉积地层的底面可以较好的反映沉积前的原始古地貌特征。要选取下伏地层基准面，首先要确定风化壳不整合面下第一个完整发育的小层，然后求取上覆标志面到该小层底部的最大厚度值H3(常数)，上覆地层标志面自上向下平移该深度值所对应的水平面即为下伏地层基准面[12]。其古地貌值(图1)为：H=H3-H1，式中，H为古地貌值，H1为上覆地层沉积厚度，H2为下伏地层残留厚度。

3 结 语

每一种古地貌恢复方法有其对应的应用条件。应用沉积学法主要利用各类基础地质图件，结合沉积相、物源区、古构造、古流向、古水深等综合恢复沉积前相对古地貌。应用高分辨率层序地层学法的技术关键在于将基准面与最大海泛面相结合，进行基准面旋回对比来恢复沉积前相对古地貌。井震联合恢复古地貌一般适用于少井多地震资料的地区，结合井、震资料各自的优点并依据沉积补偿原理进行古地貌恢复。“双界面”法需确定上覆地层标志面与下伏地层基准面。该方法适用于较小的工区，对于较大工区应用时则会产生较大误差。

图1 “双界面法”古地貌划分原理

目前对于古地貌恢复的研究工作还停留在定性、定性—半定量阶段，主要恢复沉积前相对古地貌，定量化恢复手段仍需深入研究开发。在古地貌恢复工作中，各类基础地质资料越丰富，综合多种方法，应用一定的定量化手段可以进一步提高古地貌恢复的精度。

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