基于鉆井和地震數(shù)據(jù)恢復(fù)福山凹陷古地貌

李 媛 丁文秀 林 松,3

1 中國(guó)地震局地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 2 地震預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 3 武漢地震工程研究院有限公司，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

古地貌恢復(fù)有助于分析物源區(qū)的剝蝕程度、沉積體系、斷裂分布與構(gòu)造格局的空間配置關(guān)系，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、資源勘探有重要的指導(dǎo)意義[1-3]，主要方法有印模法、填平補(bǔ)齊法、沉積學(xué)分析法、層序地層學(xué)法等[4-7]。

北部灣盆地福山凹陷是一個(gè)中新生代次級(jí)裂谷型凹陷，內(nèi)部多期構(gòu)造疊加，具有發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景[8-9]。本文基于鉆井、測(cè)井及三維地震數(shù)據(jù)，采用層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)方法，對(duì)福山凹陷古近系流沙港組3個(gè)關(guān)鍵界面沉積前的古地貌進(jìn)行恢復(fù)和三維建模，運(yùn)用“將古論今”的地質(zhì)學(xué)原理，以期為該地區(qū)的地震地質(zhì)構(gòu)造、資源勘探、地震預(yù)報(bào)及防震減災(zāi)工作提供基礎(chǔ)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

福山凹陷總面積約為2 920 km2，南部為海南凸起，西接臨高凸起，東臨云龍凸起，西緣的臨高斷裂和東緣的長(zhǎng)流斷裂為一級(jí)控盆大斷裂(圖1)。古近系流沙港組為一套巨厚的湖相三角洲沉積，根據(jù)層序地層基準(zhǔn)面原理和層序地層學(xué)分析技術(shù)，結(jié)合鉆井、測(cè)井及覆蓋整個(gè)研究區(qū)的高分辨率三維地震資料，在古近系流沙港組等時(shí)層序地層格架中由新到老識(shí)別出3個(gè)沉積層序：流沙港組一段(Els1)、流沙港組二段(Els2)和流沙港組三段(Els3)[8]。

圖1 北部灣盆地福山凹陷構(gòu)造格局示意圖 及回剝模擬測(cè)線位置Fig.1 Schematic diagram of structural pattern and location of stripping simulation line in Fushan sag, Beibuwan basin

2 古地貌恢復(fù)原理與方法

在建立高精度層序地層格架的基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)鉆井和三維地震數(shù)據(jù)，使用定量回剝技術(shù)[10-11]恢復(fù)流沙港組3個(gè)沉積時(shí)期的原始地貌形態(tài)，并應(yīng)用三維建模軟件對(duì)古地貌進(jìn)行立體展示。

2.1 鉆井與地震數(shù)據(jù)

本文使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由海南福山油田勘探開發(fā)有限責(zé)任公司提供，包括230口鉆井?dāng)?shù)據(jù)、綜合錄井圖、測(cè)井解釋結(jié)果等資料及基本覆蓋主要研究區(qū)的最新成果數(shù)據(jù)體(二維地震1 260.6 km，三維地震408.625 km2)(圖1)。

在整理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)重點(diǎn)井進(jìn)行聲波合成地震記錄與層位標(biāo)定，保證凹陷內(nèi)地震反射特征與地質(zhì)層位統(tǒng)一；然后對(duì)三維工區(qū)內(nèi)目的層段7個(gè)三級(jí)層序界面的地震資料進(jìn)行解釋，解釋密度達(dá)到800 m×800 m，成圖面積累計(jì)達(dá)3 680 km2；最后選取南北向及東西向共10條聯(lián)絡(luò)測(cè)線進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造分析(圖1、圖2)，以確保地震解釋的精度和覆蓋面。

圖2 福山凹陷骨干剖面(WE-1)層序地層精細(xì)解釋圖Fig.2 Detailed interpretation map of sequence stratigraphy of backbone section(WE-1) in Fushan sag

2.2 測(cè)線及觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

本文采取“點(diǎn)、線、面”結(jié)合的方法，同時(shí)體現(xiàn)“體”和“時(shí)”的概念。通過選取的7條二維地震測(cè)線和56個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(圖3)，應(yīng)用EBM盆地模擬軟件模擬流沙港組地層的沉積演化過程，分析各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沉降速率的特征。

圖3 回剝模擬測(cè)線及觀測(cè)點(diǎn)分布Fig.3 Back stripping simulation survey line and observation point distribution

2.3 沉降史模擬

通過沉降史分析，可以在三維沉積體系空間內(nèi)對(duì)盆地構(gòu)造特征及其形成過程進(jìn)行細(xì)致的剖析[12]，具體過程見圖4。在對(duì)二維測(cè)線進(jìn)行回剝計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定各個(gè)時(shí)期的總沉降量，即該時(shí)期的實(shí)際盆地深度；再根據(jù)選取的界面和時(shí)段，將沉降量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)繪到平面底圖上，描繪沉降量平面等直線，從而定量恢復(fù)得到每個(gè)時(shí)期的原始地貌形態(tài)。

圖4 回剝法工作流程Fig.4 Workflow of stripping back method

3 古地貌恢復(fù)結(jié)果

3.1 沉降史分析

通過沉降史分析得出，福山凹陷古近系流沙港組沉積時(shí)期在垂向上具有幕式沉降特征。二維地震測(cè)線WE-1的垂向沉降速率演化結(jié)果(圖5)顯示，早期凹陷西部的沉積速率大于東部，而晚期凹陷東部的沉降速率大于西部。

圖5 福山凹陷流沙港組東西向聯(lián)絡(luò)測(cè)線 沉降速率分析結(jié)果Fig.5 Analysis of settlement rate of EW connecting survey line of Liushagang formation in Fushan sag

將相應(yīng)時(shí)段的沉降量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)繪到平面等值線上，得出以下認(rèn)識(shí)：

1)Els3時(shí)期，沉降速率值主體范圍在280 m/Ma以內(nèi)，沉降中心的數(shù)目增多，主要發(fā)育4個(gè)沉降中心，水體發(fā)育和斷層活動(dòng)均呈繼承性擴(kuò)張的趨勢(shì)[12](圖6(a))。

2)Els2時(shí)期，沉降速率值主體范圍在250 m/Ma以內(nèi)，福山凹陷向北部遷移，南部斜坡帶范圍明顯擴(kuò)大，西部沉降中心持續(xù)性下沉，東部沉降中心繼承性發(fā)育，水體深度達(dá)到最大，中部低凸起略顯下降趨勢(shì)[12](圖6(b))。

3)Els1時(shí)期，凹陷萎縮，整體面積減小，但逐漸向北邊遷移，南部斜坡帶遭受的剝蝕面積達(dá)到最大，沉降速率仍呈現(xiàn)為西高東低[12](圖6(c))。

圖6 福山凹陷古近系流沙港組時(shí)期總沉降量分布Fig.6 Distribution of total settlement of Paleogene Liushagang formation in Fushan sag

3.2 古地貌恢復(fù)

本文在沉降史分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用Petrel軟件對(duì)古地貌進(jìn)行了立體展示。整體而言，福山凹陷為一北斷南超的箕狀斷陷，具有東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局，古地貌呈幕式變化特征，溝谷縱橫發(fā)育，凹凸分割性明顯。從Els3時(shí)期到Els1時(shí)期，南部斜坡帶剝蝕面積逐漸變大，中部低凸起的分割作用由強(qiáng)減弱再變強(qiáng)，北部地區(qū)持續(xù)擴(kuò)張，推測(cè)這些都與凹陷強(qiáng)烈的裂陷活動(dòng)相關(guān)(圖7)。

圖7 福山凹陷流沙港組關(guān)鍵界面古地貌立體圖Fig.7 3-D map of structure and palaeogeomorphology at the bottom interface of Liushagang formation in Fushan sag

4 結(jié) 語

本文綜合利用地質(zhì)鉆井和三維地震資料，采用層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)方法對(duì)福山凹陷古近系流沙港組3個(gè)關(guān)鍵界面沉積前的古地貌進(jìn)行恢復(fù)和三維建模，并從垂向和平面2個(gè)維度對(duì)福山凹陷古近系時(shí)期的構(gòu)造格局特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：

1)通過沉降史分析可知，早期凹陷西部沉積速率大，晚期凹陷東部沉降速率大；古地貌具有東西分帶、南北分塊的構(gòu)造特征。

2)對(duì)比沉降速率平面圖與古地貌圖可以看出，沉降速率中心與凹陷中心一致，沉降速率越大，凹陷深度越深；反之，沉降速率較小的地方則為相對(duì)凸起的地帶[12]。

3)垂向上，流沙港組古地貌起伏具有幕式沉降特征。