基于钻井和地震数据恢复福山凹陷古地貌

李 媛 丁文秀 林 松,3

1 中国地震局地震大地测量重点实验室，武汉市洪山侧路40号，430071 2 地震预警湖北省重点实验室，武汉市洪山侧路40号，430071 3 武汉地震工程研究院有限公司，武汉市洪山侧路40号，430071

古地貌恢复有助于分析物源区的剥蚀程度、沉积体系、断裂分布与构造格局的空间配置关系，对地质构造、资源勘探有重要的指导意义[1-3]，主要方法有印模法、填平补齐法、沉积学分析法、层序地层学法等[4-7]。

北部湾盆地福山凹陷是一个中新生代次级裂谷型凹陷，内部多期构造叠加，具有发生强震的构造背景[8-9]。本文基于钻井、测井及三维地震数据，采用层序地层学古地貌恢复方法，对福山凹陷古近系流沙港组3个关键界面沉积前的古地貌进行恢复和三维建模，运用“将古论今”的地质学原理，以期为该地区的地震地质构造、资源勘探、地震预报及防震减灾工作提供基础支撑。

1 区域地质概况

福山凹陷总面积约为2 920 km2，南部为海南凸起，西接临高凸起，东临云龙凸起，西缘的临高断裂和东缘的长流断裂为一级控盆大断裂(图1)。古近系流沙港组为一套巨厚的湖相三角洲沉积，根据层序地层基准面原理和层序地层学分析技术，结合钻井、测井及覆盖整个研究区的高分辨率三维地震资料，在古近系流沙港组等时层序地层格架中由新到老识别出3个沉积层序：流沙港组一段(Els1)、流沙港组二段(Els2)和流沙港组三段(Els3)[8]。

图1 北部湾盆地福山凹陷构造格局示意图 及回剥模拟测线位置Fig.1 Schematic diagram of structural pattern and location of stripping simulation line in Fushan sag, Beibuwan basin

2 古地貌恢复原理与方法

在建立高精度层序地层格架的基础上，利用地质钻井和三维地震数据，使用定量回剥技术[10-11]恢复流沙港组3个沉积时期的原始地貌形态，并应用三维建模软件对古地貌进行立体展示。

2.1 钻井与地震数据

本文使用的基础数据由海南福山油田勘探开发有限责任公司提供，包括230口钻井数据、综合录井图、测井解释结果等资料及基本覆盖主要研究区的最新成果数据体(二维地震1 260.6 km，三维地震408.625 km2)(图1)。

在整理数据的基础上，首先对重点井进行声波合成地震记录与层位标定，保证凹陷内地震反射特征与地质层位统一；然后对三维工区内目的层段7个三级层序界面的地震资料进行解释，解释密度达到800 m×800 m，成图面积累计达3 680 km2；最后选取南北向及东西向共10条联络测线进行精细构造分析(图1、图2)，以确保地震解释的精度和覆盖面。

图2 福山凹陷骨干剖面(WE-1)层序地层精细解释图Fig.2 Detailed interpretation map of sequence stratigraphy of backbone section(WE-1) in Fushan sag

2.2 测线及观测点布设

本文采取“点、线、面”结合的方法，同时体现“体”和“时”的概念。通过选取的7条二维地震测线和56个观测点(图3)，应用EBM盆地模拟软件模拟流沙港组地层的沉积演化过程，分析各个观测点沉降速率的特征。

图3 回剥模拟测线及观测点分布Fig.3 Back stripping simulation survey line and observation point distribution

2.3 沉降史模拟

通过沉降史分析，可以在三维沉积体系空间内对盆地构造特征及其形成过程进行细致的剖析[12]，具体过程见图4。在对二维测线进行回剥计算的基础上，确定各个时期的总沉降量，即该时期的实际盆地深度；再根据选取的界面和时段，将沉降量数据转绘到平面底图上，描绘沉降量平面等直线，从而定量恢复得到每个时期的原始地貌形态。

图4 回剥法工作流程Fig.4 Workflow of stripping back method

3 古地貌恢复结果

3.1 沉降史分析

通过沉降史分析得出，福山凹陷古近系流沙港组沉积时期在垂向上具有幕式沉降特征。二维地震测线WE-1的垂向沉降速率演化结果(图5)显示，早期凹陷西部的沉积速率大于东部，而晚期凹陷东部的沉降速率大于西部。

图5 福山凹陷流沙港组东西向联络测线 沉降速率分析结果Fig.5 Analysis of settlement rate of EW connecting survey line of Liushagang formation in Fushan sag

将相应时段的沉降量数据转绘到平面等值线上，得出以下认识：

1)Els3时期，沉降速率值主体范围在280 m/Ma以内，沉降中心的数目增多，主要发育4个沉降中心，水体发育和断层活动均呈继承性扩张的趋势[12](图6(a))。

2)Els2时期，沉降速率值主体范围在250 m/Ma以内，福山凹陷向北部迁移，南部斜坡带范围明显扩大，西部沉降中心持续性下沉，东部沉降中心继承性发育，水体深度达到最大，中部低凸起略显下降趋势[12](图6(b))。

3)Els1时期，凹陷萎缩，整体面积减小，但逐渐向北边迁移，南部斜坡带遭受的剥蚀面积达到最大，沉降速率仍呈现为西高东低[12](图6(c))。

图6 福山凹陷古近系流沙港组时期总沉降量分布Fig.6 Distribution of total settlement of Paleogene Liushagang formation in Fushan sag

3.2 古地貌恢复

本文在沉降史分析的基础上应用Petrel软件对古地貌进行了立体展示。整体而言，福山凹陷为一北断南超的箕状断陷，具有东西分带、南北分块的构造格局，古地貌呈幕式变化特征，沟谷纵横发育，凹凸分割性明显。从Els3时期到Els1时期，南部斜坡带剥蚀面积逐渐变大，中部低凸起的分割作用由强减弱再变强，北部地区持续扩张，推测这些都与凹陷强烈的裂陷活动相关(图7)。

图7 福山凹陷流沙港组关键界面古地貌立体图Fig.7 3-D map of structure and palaeogeomorphology at the bottom interface of Liushagang formation in Fushan sag

4 结 语

本文综合利用地质钻井和三维地震资料，采用层序地层学古地貌恢复方法对福山凹陷古近系流沙港组3个关键界面沉积前的古地貌进行恢复和三维建模，并从垂向和平面2个维度对福山凹陷古近系时期的构造格局特征进行分析。结果表明：

1)通过沉降史分析可知，早期凹陷西部沉积速率大，晚期凹陷东部沉降速率大；古地貌具有东西分带、南北分块的构造特征。

2)对比沉降速率平面图与古地貌图可以看出，沉降速率中心与凹陷中心一致，沉降速率越大，凹陷深度越深；反之，沉降速率较小的地方则为相对凸起的地带[12]。

3)垂向上，流沙港组古地貌起伏具有幕式沉降特征。