CN115183739A - 一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法，步骤包括：建立年代地层格架和深度剖面；根据年代地层格架解释断层和计算各时期断层活动速率；确定研究测线的总应变；根据各时期断层活动速率和总应变，得到各时期断层强度加权的应变速率和伸展系数；根据各地层岩性，按年代从新到老的顺序对地层回剥，依次获得下伏地层去压实后的厚度；根据断层强度加权应变校正，获得下伏地层沉积时的真实地层厚度；基于真实地层厚度、古水深和基准面参数计算盆地构造沉降。本申请不仅可以校正沉积负载、水负载、古水深和基准面变化的影响，还可以校正沉积盆地多幕伸展过程中后期拉伸对早期地层减薄的影响，准确获得盆地构造沉降史。

Description

一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法

技术领域

本申请属于沉积盆地数值模拟领域，具体涉及一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法。

背景技术

被动陆缘和裂谷盆地是地表沉积、沉降和油气资源聚集重要场所。构造沉降作为地球外部岩石圈层对地球内动力引起构造负载的响应，是划分盆地构造演化阶段、量化可容纳空间、重建盆地埋藏史、模拟热演化和烃成熟度的重要依据。影响裂谷盆地构造沉降的主要因素有岩石圈的伸展减薄、区域板块构造作用和深部地幔流等。地表构造沉降作为地球不同圈层相互作用的结果，对揭示盆地形成机制、岩石圈伸展薄化过程、区域板块构造作用和深部地幔流等有重要意义。

盆地总沉降是盆内沉积物厚度和水深之和，除包含由构造负载引起的构造沉降外，还包含由充填负载(水和沉积物等)产生的均衡沉降。计算构造沉降就是从盆地总沉降中去除充填负载沉降。目前常用的构造沉降计算方法有两种：载水负载地层回剥法和无负载地层回剥法，这两种方法都是通过逐层剥去上覆地层，使下伏地层去压实，然后通过古水深和基准面校正等即可获得盆地从形成到该时期的构造沉降量。不同之处是，无负载地层回剥法得到的是不含任何充填负载的构造沉降，而载水负载地层回剥法得到的是含有水负载的构造沉降。这两种常用方法都可以对张裂盆地伸展后由岩石圈热冷却产生的构造沉降进行很好的恢复，但由于仅通过地层去压实无法得到盆地张裂早期真实地层厚度，却不能准确获得张裂早期构造沉降。在盆地多幕拉伸过程中，张裂早期地层厚度会被后期拉伸作用进一步减薄，仅通过地层去压实后得到的地层厚度要比真实地层厚度偏小，计算的张裂早期构造沉降也会偏小，并随着盆地后期伸展减薄程度的增加，计算的张裂早期地层厚度和构造沉降与真实值偏差也就越大。

发明内容

为解决现存方法中无法解决盆地多幕伸展过程中后期拉伸对早期地层减薄的影响而导致计算构造沉降不准确的问题，本申请提出一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法，步骤包括：

建立年代地层格架和深度剖面；

根据所述年代地层格架解释断层和计算各时期断层活动速率；

确定研究测线的总应变；

根据各时期所述断层活动速率和所述总应变，得到各时期断层强度加权的应变速率和伸展系数；

根据各地层岩性，按年代从新到老的顺序对地层回剥，依次获得下伏地层去压实后的厚度；

根据所述断层强度加权应变校正，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度；

基于所述真实地层厚度、古水深和基准面参数计算盆地构造沉降。

可选的，建立所述年代地层格架的方法包括：利用钻井、测井和古生物数据开展反射地震剖面地层对比、不整合面识别、年代确定、时深关系拟合和时深转换，建立所述年代地层格架。

可选的，计算所述各时期断层活动速率的方法包括：对反射地震剖面开展断层解释，根据年代地层格架计算所述各时期断层活动速率。

可选的，确定研究测线的所述总应变的方法包括：根据反射地震深部莫霍反射、重震联合反演或折射地震速度结构确定研究测线的所述总应变。

可选的，得到各时期所述断层强度加权的应变速率方法包括：根据各时期所述断层活动速率对所述总应变进行权重分配，得到各时期所述断层强度加权的应变速率：

式中，β_wc为全地壳总伸展系数，n为地层个数，Δt_i为地层i经历的时间，f_i为与地层i对应的断层活动速率，G_i为与地层i对应的断层活动速率加权的应变速率。

可选的，得到所述伸展系数的方法包括：

式中，β_i为从张裂开始到地层i形成时的全地壳伸展系数。

可选的，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度的方法包括：根据所述断层强度加权应变，对所述下伏地层去压实厚度再进行伸展校正，消除后期多幕拉伸减薄的影响，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度：

式中，SST_i和ST_i分别为从张裂开始到时间i的对去压实地层再进行伸展校正的沉积物厚度和去压实地层厚度，β_wc为全地壳总伸展系数，β_i为从张裂开始到时间i的全地壳伸展系数。

可选的，计算所述盆地构造沉降的方法包括：

式中，ρ_w，ρ_s和ρ_s分别为水、沉积物和软流圈地幔的平均密度，EBS_i，PWD_i和ΔBL_i分别是从张裂开始到时间i的无负载构造沉降、古水深和基准面变化。

本申请有效果如下：

与传统方法相比，本申请基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法不仅可以对埋藏地层进行去压实，校正沉积负载、水负载、古水深和基准面变化的影响，还可以校正沉积盆地多幕伸展过程中后期拉伸对早期地层减薄的影响，准确获得盆地多幕拉伸过程中的地层厚度和构造沉降史。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施流程示意图；

图2为多幕拉伸盆地基于伸展应变校正的地层厚度复原示意图，其中，a为现今地层剖面示意图，地层1-3代表盆地拉伸阶段沉积，地层4-6代表拉伸后沉积，b为现今各地层厚度示意图，c为各地层剥掉上覆沉积并经解压实后的厚度示意图，d为地层1-3经伸展校正后的地层厚度示意图；

图3为南海陆缘构造-地层剖面示意图；

图4为南海陆缘剖面各时期应变速率和地壳伸展系数示意图；

图5为南海陆缘剖面各时期基于伸展应变校正后的地层厚度示意图；

图6为南海陆缘剖面各时期基于伸展应变校正后的构造沉降示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示为本申请实施流程示意图，步骤包括：

1)利用钻井、测井和古生物数据开展反射地震剖面地层对比、不整合面识别、年代确定、时深关系拟合和时深转换，建立年代地层格架和深度剖面。

2)对反射地震剖面开展断层解释，根据年代地层格架计算各时期断层活动速率。

3)根据反射地震深部莫霍反射、重震联合反演或折射地震速度结构确定研究测线伸展减薄后的地壳厚度和总应变(总伸展系数)。

4)由于断层活动速率随时间变化可以反应盆地多幕伸展强度的变化，根据公式(1)，通过各时期断层活动速率对总应变(全地壳总伸展系数)进行权重分配，据此计算各时期断层强度加权的应变速率。并利用公式(2)计算从张裂开始到该地层i形成时的全地壳伸展系数：

其中，β_wc是全地壳总伸展系数(总应变)，n是地层个数，Δt_i是地层i经历的时间(Myr)，f_i是与地层i对应的断层活动速率(m/Myr)，G_i是与地层i对应的断层活动速率加权的应变速率，β_i是从张裂开始到地层i形成时的全地壳伸展系数。

5)如图2所示，结合各地层岩性，对现今地层剖面开展回剥，逐个剥去上覆地层，获得下伏地层去压实后的厚度。

6)如图2所示，根据断层强度加权应变，利用公式(3)对下伏地层去压实厚度再进行伸展校正，消除后期多幕拉伸减薄的影响，获得下伏地层沉积时的真实地层厚度。

式中，SST_i和ST_i分别为从张裂开始到时间i的对去压实地层再进行伸展校正的沉积物厚度和去压实地层厚度，β_wc为全地壳总伸展系数，β_i为从张裂开始到时间i的全地壳伸展系数。

7)利用断层强度伸展校正后的地层厚度、古水深和基准面参数，根据公式(4)计算盆地构造沉降：

式中，ρ_w，ρ_s和ρ_s分别为水(1030kg/m³)、沉积物和软流圈地幔(3184kg/m³)平均密度，EBS_i，PWD_i和ΔBL_i分别是从张裂开始到时间i的无负载构造沉降、古水深和基准面变化。

实施例二

下面将结合被实施例来详细说明本申请如何解决实际生活当中的技术问题。

南海北部陆缘是我国海上重要油气基地，准确认识盆地沉积沉降过程是正确评价和发现海底油气的基础。这里以南海北部陆缘为实施例来说明实际应用本发明提出新方法的步骤。

1.结合陆缘反射地震测网、钻井、测井和古生物数据，对选取地震剖面开展地层对比、解释、确定地层年龄，建立年代地层格架；同时开展时深转换，构建地层深度剖面图，如图3所示。陆缘多幕伸展发生在45-23Ma，随后在23-0Ma进入不受拉伸影响的裂后热沉降阶段。

2.在年代地层格架上开展断层解释，对断层编号，如图3中的断层1-10，同时计算断层各时期活动速率。断层活动主要集中在拉伸阶段，向上大都终止于23Ma的不整合界面。

3.根据地震莫霍反射、重震联合反演或者折射地震探测速度结构确定陆缘沿测线的现今地壳厚度，这里是基于清晰的地震深部莫霍反射来计算的地壳厚度，并通过与陆缘伸展减薄前的初始地壳厚度(32km)比较，获得全地壳总伸展应变。

4.利用步骤2计算的断层各时期活动速率对地壳总应变进行权重分配，计算各时期断层强度加权的应变速率，以及从张裂开始到该地层形成时的地壳伸展应变，即地壳伸展系数如图4所示。陆缘伸展应变速率在拉伸期(45-23Ma)表现出先小后大的特点，在裂后期(23-0Ma)变为0。

5.对现今地层剖面逐层剥去上覆地层，使下伏地层去压实，获取下伏地层去压实后的地层厚度，如图5所示。

6.在步骤5的基础上，结合各时期伸展应变，消除下伏地层受后期拉伸减薄的影响，获得下伏地层真实地层厚度；在图5a-图5c中，伸展校正后的地层厚度明显比未校正的要大；

7.利用伸展校正后的地层厚度、古水深和基准面参数，计算盆地构造沉降。张裂阶段，经伸展校正后的构造沉降也要比未校正的要大。

最终，如图6所示得到南海陆缘剖面各时期基于伸展应变校正后的构造沉降。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，步骤包括：

建立年代地层格架和深度剖面；

根据所述年代地层格架解释断层和计算各时期断层活动速率；

确定研究测线的总应变；

根据各时期所述断层活动速率和所述总应变，得到各时期断层强度加权的应变速率和伸展系数；

根据各地层岩性，按年代从新到老的顺序对地层回剥，依次获得下伏地层去压实后的厚度；

根据所述断层强度加权应变校正，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度；

基于所述真实地层厚度、古水深和基准面参数计算盆地构造沉降。

2.根据权利要求1所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，建立所述年代地层格架的方法包括：利用钻井、测井和古生物数据开展反射地震剖面地层对比、不整合面识别、年代确定、时深关系拟合和时深转换，建立所述年代地层格架。

3.根据权利要求2所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，计算所述各时期断层活动速率的方法包括：对反射地震剖面开展断层解释，根据年代地层格架计算所述各时期断层活动速率。

4.根据权利要求1所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，确定研究测线的所述总应变的方法包括：根据反射地震深部莫霍反射、重震联合反演或折射地震速度结构确定研究测线的所述总应变。

5.根据权利要求4所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，得到各时期所述断层强度加权的应变速率方法包括：根据各时期所述断层活动速率对所述总应变进行权重分配，得到各时期所述断层强度加权的应变速率：

式中，β_wc为全地壳总伸展系数，n为地层个数，Δt_i为地层i经历的时间，f_i为与地层i对应的断层活动速率，G_i为与地层i对应的断层活动速率加权的应变速率。

6.根据权利要求5所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，得到所述伸展系数的方法包括：

式中，β_i为从张裂开始到地层i形成时的全地壳伸展系数。

7.根据权利要求1所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度的方法包括：根据所述断层强度加权应变，对所述下伏地层去压实厚度再进行伸展校正，消除后期多幕拉伸减薄的影响，获得所述下伏地层沉积时的真实地层厚度：

式中，SST_i和ST_i分别为从张裂开始到时间i的对去压实地层再进行伸展校正的沉积物厚度和去压实地层厚度，β_wc为全地壳总伸展系数，β_i为从张裂开始到时间i的全地壳伸展系数。

8.根据权利要求7所述的基于断层活动加权伸展应变计算盆地构造沉降的方法,其特征在于，计算所述盆地构造沉降的方法包括：

式中，ρ_w，ρ_s和ρ_s分别为水、沉积物和软流圈地幔的平均密度，EBS_i，PWD_i和ΔBL_i分别是从张裂开始到时间i的无负载构造沉降、古水深和基准面变化。

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