构造解释成果在古构造恢复中的应用——以川西北九龙山—剑阁三维地震工区为例

谢格云 王宇峰 李洪林 郑 超

（中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621709）

0 引言

构造发展演化不仅控制了地层沉积时的区域构造背景，也控制了油气运移指向和聚集场所，古构造的变迁也可使早期油气再分配而形成新的油气藏，进行构造演化的研究对油气勘探具有重要指导作用。目前，比较成熟的古构造恢复方法主要有宝塔图法、厚度图法、地震属性恢复法等［1-4］，在这些古构造恢复法中，能否恢复地层真实厚度是关键，数据类型决定了古构造形态的精度。采用单井数据恢复出的古构造，由于具有数据点少、分布不均的特征，因此无法精细刻画古构造的形态。利用地震数据恢复古构造多利用地层垂直厚度，因不同构造部位地层倾角差异，褶皱两翼地层垂直厚度较真实厚度大，恢复出的古构造具形成期次超前的假象。为了精细刻画古构造形态，确保恢复出的古构造真实可靠，笔者以四川盆地西北部九龙山—剑阁三维地震工区为例，利用三维地震构造精细解释成果对各构造层数据进行网格化，计算所有网格点地层倾角及相邻构造层间的地层真实厚度。在此基础上，运用填平补齐原理，采用厚度法恢复研究区平面古构造图，精细刻画九龙山至剑阁地区古构造形态特征，研究构造发展演化史。

1 区域地质背景

九龙山至剑阁地区处于上扬子地台西北缘，属于龙门山、米仓山山前断褶构造带与川西低缓褶皱带的结合部。九龙山构造位于研究区中东部，具有构造规模大、保存条件好、纵向上多产层及勘探开发潜力巨大等特点［5-7］，为一大型穹隆状短轴背斜［8］，构造轴向呈北东向，由浅至深具有相同的构造格局，下侏罗统珍珠冲组砾岩顶界圈闭面积最大为141.2 km2，上二叠统底界圈闭面积最小为68.3 km2，随着埋藏深度的增加，圈闭面积呈逐渐减小的趋势，平面上表现为构造形态完整、两翼对称。剑阁地区主要表现为地层平缓、褶皱强度弱、构造不发育的特征，仅在西北部山前断褶构造带内断层、褶皱较发育，构造呈北东走向（图1）。

区内二叠系及下三叠统完钻井9口，试油7口，获工业气井6口，测试日产气量累计达644×104m3，发现了下侏罗统珍珠冲组、上三叠统须家河组、下三叠统飞仙关组、下二叠统茅口组及栖霞组等多个气藏。钻探成果展示了九龙山地区具备多层系立体勘探的有利地质条件。前人研究认为，九龙山地区下二叠统储层与岩溶、断裂发育密切相关，已获气井表现出产能受断裂发育程度控制，断裂及古构造的形成演化对储层、油气富集具重要的控制作用［9-11］。

2 古构造恢复新方法

该方法是在三维地震构造精细解释成果的基础上采用层位解释数据，通过网格化计算所有网格点地层倾角及相邻构造层间的地层真实厚度［12］，运用填平补齐原理并采用厚度法编制目的层在重要时期的古构造图，精细刻画古构造形态特征，开展构造发展演化研究。主要包括以下3个步骤。

2.1 构造网格化

利用三维地震构造精细解释的层位数据对各构造层进行网格化。为了计算获得各网格点可靠的地层倾角，网格间距纵横比采用1∶1.732，则任意网格点P0 外围有3 个网格点P1、P2、P3，可构成等边三角形，P0为该等边三角形的中心点（图2）。在构造层上3个网格点P1、P2、P3确定的平面倾角代表P0点地层倾角（α）。利用各网格点相邻两构造层的高程数据可获得地层垂直厚度（h）。

2.2 地层倾角及真实厚度求解

由空间解析几何可知，平面点法式方程为：a（x-x0）+b（y-y0）+c（z-z0）＝0，其中平面法向量→n ＝（a，b，c），已知点P0（x0，y0，z0）。

已知P1、P2、P3 的坐标分别为（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），则由该3 点确定平面的法向量→n 垂直于向量和，其中：

根据前述网格化确定的网格间距纵横比，设纵向间距为L，则横向间距为1.732 L，设等边三角形中心点P0 在XY 轴平面上为原点，则中心点及等边三角形3 点坐标分别为P0（0，0，z0）、P1（0，2L，z1）、P2（-1.732L，-L，z2）、P3（1.732L，-L，z3），上述法向量参数a、b、c公式可简化为：

根据求解获得的法向量→n（a，b，c），由空间解析几何可知，平面P1P2P3 与水平面的夹角，即地层倾角α有：

由地层倾角α和地层垂直厚度h 可进一步求得地层真实厚度H：

至此，由已知3点的空间坐标，从空间解析几何上获得了地层倾角、地层真实厚度的计算公式。

2.3 古构造恢复新方法的应用

根据新确定的古构造恢复方法，对九龙山—剑阁三维地震工区上二叠统底界古构造进行了恢复，重新精细刻画了重要时期的古构造形态。本次构造层数据网格化采用了Surfer软件，应用克里格法，以120 m×207.84 m 的纵横网格间距分别对上二叠统底界、飞仙关组底界、飞四段底界、须家河组底界、侏罗系底界和遂宁组底界6个构造层数据进行了网格化，利用其Grid Math功能，计算出各网格点相邻构造层间的垂直厚度。根据前面获得的计算公式，在Excel 中编制公式，计算各网格点地层倾角和相邻构造层间的地层真实厚度。

由于区内部分地区断层较发育，断层两侧地层的不连续性和地层重复，在网格化和倾角计算中将造成断层区及紧邻断层的2个网格点数据失真，因此剔除了断层区及其外部450 m范围内的无效数据。利用剩下的所有数据，通过网格化插值，首先恢复各构造层间地层真实厚度的平面展布，再运用填平补齐原理并采用厚度法，恢复了上二叠统底界在须家河组沉积前、侏罗系沉积前和遂宁组沉积前的古构造图。

3 上二叠统底界古构造特征及发展演化

上二叠统底界古构造特征表明，该方法恢复出的古构造具有更加丰富的形态细节，构造行迹展布特征明显（图3）。九龙山地区具北东向和东西向两组构造行迹，以北东向为优势方向。九龙山主体构造整体呈北东向，发育多个局部构造圈闭和高点，北部地区受米仓山南北向应力作用［13］，局部构造走向发生偏转，呈近东西向。米仓山前缘地区褶皱展布主要呈东西向，局部构造发育。剑阁地区中部在须家河组和侏罗系沉积前发育一大型宽缓褶皱隆起，构造行迹具北西向展布特征，西北部由于受龙门山推覆构造作用影响强烈，构造表现为呈北东向展布，褶皱变形强度大，构造发育。

须家河组沉积前、侏罗系沉积前及遂宁组沉积前三期古构造演化特征揭示，须家河组沉积前的印支早幕构造运动是川西前陆盆地开始形成时期，研究区整体构造幅度差异较小，仅九龙山东北段两翼及剑阁地区西北端相对较低，区内古构造已初步形成。印支晚幕构造运动后，区内整体呈东北高西南低的构造格局，这与形成川西前陆盆地的区域构造背景表现一致［14-17］，即西南沉降、东北抬升，该期局部构造继承发展，褶皱强度有所加强。燕山期由于龙门山、大巴山强烈隆升，川西地区沉积沉降中心由晚三叠世的龙门山山前逐渐迁移至川北的广元至巴中一带［18］，到燕山中期，区内构造格局发生反转，整体表现为西南高、东北低，局部构造仍以继承性发展为主，褶皱变形强度进一步加强，前期形成的剑阁中部古隆起高部位向西南迁移。研究区现今构造整体表现为西南低、东北高的特征（图4），揭示在燕山晚期至喜山期米仓山及其前缘地区发生大规模隆升和地层褶皱变形［19-20］，同时剑阁地区因沉降形成现今的梓潼凹陷。

图3 九龙山至剑阁地区上二叠统底界古构造图

图4 九龙山至剑阁地区上二叠统底界现今构造图

4 结论

1）新方法能更加精细地刻画古构造形态特征，突出构造行迹展布方向，为构造发展演化研究提供可靠的基础图件。

2）通过新方法恢复的古构造，表明研究区的构造演化特征与整个川西地区构造发展演化大背景表现一致；九龙山构造受北东向和东西向两组挤压褶皱控制形成，以北东向为主；发现了剑阁中部地区在印支晚期存在大型宽缓古隆起。

3）本次古构造恢复未考虑嘉陵江组膏岩层是否存在塑性变形，如在不同构造部位存在增厚或减薄塑性变形，可能会造成构造形成期次提前的假象，对此有待进一步深入研究。