伸展盆地平衡剖面

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1、第五讲伸展盆地的平衡剖面第五讲伸展盆地的平衡剖面一、伸展地区的平衡剖面原理一、伸展地区的平衡剖面原理 概述概述 Gibbs(1983)首先提出平衡剖面的概念也可用于张性地区的分首先提出平衡剖面的概念也可用于张性地区的分析研究，他以析研究，他以北海油田北海油田为例，运用平衡剖面技术为例，运用平衡剖面技术编制和复原编制和复原伸展伸展地区的地质剖面、计算地区的地质剖面、计算伸展量伸展量与与滑脱深度滑脱深度。 此后，平衡剖面技术在伸展地区得到了广泛应用，取得了不此后，平衡剖面技术在伸展地区得到了广泛应用，取得了不少新的进展，如深入探讨了伸展地区平衡剖面中岩层变形的各种少新的进展，如深入探讨了伸展地区平

2、衡剖面中岩层变形的各种机制机制(如如垂向剪切垂向剪切、斜向剪切斜向剪切、层长守恒、层长守恒、弯滑作用弯滑作用及及刚体旋转刚体旋转等等)、断层与地层变形之间的几何关系、断层与地层形态的预测与恢、断层与地层变形之间的几何关系、断层与地层形态的预测与恢复、复原系列发育史剖面复、复原系列发育史剖面(反演模拟反演模拟)等方面。等方面。 从而使得平衡剖面技术在从而使得平衡剖面技术在伸展地区的油气勘探伸展地区的油气勘探中发挥出越来中发挥出越来越重要的作用。越重要的作用。2 在伸展地区建立平衡剖面在伸展地区建立平衡剖面 剖面平衡的基本思想是假定剖面平衡的基本思想是假定平面应变平面应变或或剖面面积守恒剖面面积守

3、恒。 Gibbs(1983) 指出：指出：Chamberlin Chamberlin （19101910，19191919）对对于脱顶或滑脱面之上的变形剖面于脱顶或滑脱面之上的变形剖面的等面积计算既可以用于收缩区，的等面积计算既可以用于收缩区，也可以用于伸展区。也可以用于伸展区。 图图1 1中表示变形前的中表示变形前的面积面积A A等于等于变形后的变形后的面积面积B B。面积面积C C是共有的，是共有的，因此，表示剖面未变形长度、变因此，表示剖面未变形长度、变形长度与滑脱面深度形长度与滑脱面深度d d之间的关之间的关系的方程式是：系的方程式是： l l0 0=l=l1 1A/d A/d 式中式

4、中A A是剖面的面积。是剖面的面积。2 在伸展地区建立平衡剖面在伸展地区建立平衡剖面原始长度为：原始长度为： l l0 0=l=l1 1A/d A/d 伸展量为：伸展量为： l l1 1l l0 0 = A/d = A/d 伸展率（或伸展应变）：伸展率（或伸展应变）： e=(le=(l1 1-l-l0 0)/l)/l0 0表示单位长度的地壳伸展量。表示单位长度的地壳伸展量。用伸展系数（或用伸展系数（或拉张因子拉张因子）表示：表示： = l= l1 1/l/l0 0 e= -1e= -1 =(1+e)=(1+e)伸展系数伸展系数表示伸展变形前后地壳的表示伸展变形前后地壳的长度比。长度比。 2 在

5、伸展地区建立平衡剖面在伸展地区建立平衡剖面 在伸展地区建立平衡剖在伸展地区建立平衡剖面的过程中，面的过程中，压实作用压实作用可能可能是除脆性断裂作用之外的最是除脆性断裂作用之外的最重要的要素。重要的要素。 因为压实作用既可与构因为压实作用既可与构造变形同期，也可发生在构造变形同期，也可发生在构造变形之后，在任何平衡计造变形之后，在任何平衡计算及随后的复原重建时都必算及随后的复原重建时都必须考虑这一点。须考虑这一点。 在变形剖面上进行去压在变形剖面上进行去压实作用（压实恢复）时，采实作用（压实恢复）时，采用与用与沉降史恢复压实作用沉降史恢复压实作用同同样的方法。样的方法。2 在伸展地区在伸展地区

6、建立平衡剖面建立平衡剖面 在伸展地在伸展地区，因存在区，因存在同同沉积、同剥蚀、沉积、同剥蚀、同生正断层、同生正断层、盐构造和阶段盐构造和阶段性演化性演化（幕式（幕式伸展）等问题，伸展）等问题，可采用可采用逐层回逐层回剥法剥法，建立具，建立具演化特征的演化特征的平平衡剖面衡剖面。同时。同时还要逐层去压还要逐层去压实作用。实作用。二、伸展构造中的正断层几何学二、伸展构造中的正断层几何学 （一）单条正断层的剖面几何形态（一）单条正断层的剖面几何形态（一）单条正断层的剖面几何形态（一）单条正断层的剖面几何形态 正断层正断层是伸展盆地是伸展盆地构造的基本结构要素。构造的基本结构要素。正断层及被其切割的

7、断正断层及被其切割的断块可以组合成不同样式块可以组合成不同样式的伸展构造，如的伸展构造，如半地堑半地堑（或地堑）和（或地堑）和半地垒半地垒（或地垒）。正断层还（或地垒）。正断层还可形成可形成相关褶皱相关褶皱。单条正断层的剖面几何形态单条正断层的剖面几何形态单条正断层的剖面几何形态单条正断层的剖面几何形态按按照照正正断断层层的的剖剖面面几几何何形形态态可可分分为为铲铲式式（或或犁犁式式）、坡坡坪坪式式（坐椅状）和平面状断层等。（坐椅状）和平面状断层等。(1)(1)平平面面状状非非旋旋转转正正断断层层：断断层层面面平平直直；断断层层面面及及上上、下下盘盘断断块在发育过程中块在发育过程中不发生旋转。

8、不发生旋转。 (2)(2)平平面面状状旋旋转转正正断断层层：断断层层面面平平直直；断断层层面面及及上上、下下盘盘断断块块一一般般均均不不断断发发生生旋旋转转，这这类类断断层层常常成成组组出出现现，多多被被称称为为“多多米米诺诺式式正正断断层层”或或“书书斜斜式式正正断断层层”。 (3)(3)铲铲状状（或或犁犁式式）正正断断层层：其其特特征征是是随随着着深深度度增增加加，断断层层面面倾倾角角变变缓缓，沿沿沉沉积积层层、 基基底底顶顶面面、基基底底内内缓缓断断面面以以及及中中、下下地地壳壳韧韧性性层层滑滑脱脱。这这类类断断层层具具有有旋旋转转性性质质，即即上上盘盘断断块块及及其其伴伴随随的的地层、

9、次级断层会发生旋转。地层、次级断层会发生旋转。(4)(4)坡坡坪坪式式正正断断层层：坡坡坪坪式式正正断断层层的的断断层层面面呈呈台台阶阶状状或或多多级级台台阶阶状状的的陡陡缓缓变变化化，类类似似于于逆逆冲冲断断层层的的断断坪坪断断坡坡。这这类类断断层层也也具具有有旋旋转转性性质质，即即上上盘盘断断块块及及其其伴伴随随的的地地层层、次次级级断断层层会会发发生旋转。生旋转。 ( () ) 坐坐椅椅状状正正断断层层：坐坐椅椅状状断断层层的的特特征征与与坡坡坪坪式式断断层层类类似似，其其断断层层面面呈呈坐坐椅椅状状，上上陡陡中中间间缓缓，而而后后向向下下又又变变陡陡。与与坡坡坪坪式式断断层层不不同同的

10、的是是，其其更更下下部部不不一一定定再再变变平平缓缓，这这类类断断层层多多发发育育于于沉沉积积盆地内部。盆地内部。 ( () )低角度拆离正断层：低角度拆离正断层：是在是在对美国西部盆岭省构造研究对美国西部盆岭省构造研究的基础提出的一种特殊的正断层类型。其主要特点是：断层规模的基础提出的一种特殊的正断层类型。其主要特点是：断层规模较大、断层产状平缓、断层面波状起伏、断层上盘块体发生旋转、较大、断层产状平缓、断层面波状起伏、断层上盘块体发生旋转、常与常与“变质核岩变质核岩”共生。共生。 （二）正断层的剖面组合形态（二）正断层的剖面组合形态（二）正断层的剖面组合形态（二）正断层的剖面组合形态 在剖

11、面上在剖面上, ,多条正断层或主断层与分支断层可组合成多种构多条正断层或主断层与分支断层可组合成多种构造样式的组合形态：造样式的组合形态：1.1.马马尾尾状状断断层层主主断断层层与与分分支支断断层层组组合合成成为为马马尾尾状状断断支支。它它有有两两类类：一一类类分分布布在在断断层层下下盘盘，为为向向下下的的马马尾尾状状断断层层（图图2-282-28左左图图）。另另一一类类分分布布于于断断层层上上盘盘，为为向向上上的的马马尾尾状状断断层层（图图2-282-28右右图）。图）。正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态 2.2.羽状断层羽状断层在主断层形成后产

12、生一系列分支断层与之斜在主断层形成后产生一系列分支断层与之斜交呈羽毛状，高序次主断层与低序次分支断层为交呈羽毛状，高序次主断层与低序次分支断层为同向倾斜同向倾斜。例如。例如黄骅盆地黄骅盆地沧东主断层沧东主断层与其分支断层组成的羽状断层（图与其分支断层组成的羽状断层（图2-302-30）。）。3.3.阶梯状断层（及阶梯状断层（及多米诺构造）多米诺构造）正断层正断层在剖面上呈阶梯状或多在剖面上呈阶梯状或多米诺骨牌式分布，常见米诺骨牌式分布，常见于陡坡和缓坡带。它们于陡坡和缓坡带。它们逐渐向凹陷方向下掉，逐渐向凹陷方向下掉，组成组成断阶带断阶带。4.4.Y字字型型断断层层主主断断层层与与反反向向的的

13、分分支支断断层层或或分分支支断断层层本本身身组合成组合成Y字形。字形。正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态正断层的剖面组合形态 5.5.铲状正断层扇铲状正断层扇由多条铲状正断层组成，它们向下的产由多条铲状正断层组成，它们向下的产状变缓并联合在一起；或由主铲状正断层及其上盘的次级铲状正状变缓并联合在一起；或由主铲状正断层及其上盘的次级铲状正正层联合在一起组成。根据区域正断层的倾向，又可包括正层联合在一起组成。根据区域正断层的倾向，又可包括同向正同向正断层扇、反向正断层扇（或共轭正断层扇）等断层扇、反向正断层扇（或共轭正断层扇）等。6.6.伸展双重构造伸展双重构造多发育于坡

14、坪式正多发育于坡坪式正断层的深部，由顶板断层的深部，由顶板正断层、底版正断层正断层、底版正断层及多个马石断片组成。及多个马石断片组成。与大型坡坪式与大型坡坪式正断层有关的铲状正正断层有关的铲状正断层扇和伸展双重构断层扇和伸展双重构造的发育模式：造的发育模式：A A具坡坪式形具坡坪式形态的铲状正断层，在态的铲状正断层，在上盘断块中发育一个上盘断块中发育一个滚动背斜和一个断坡滚动背斜和一个断坡向斜；向斜；B B分别在断分别在断层浅部和深部开始形层浅部和深部开始形成正断层扇和伸展双成正断层扇和伸展双重构造；重构造；C C显示了显示了断片或马石的发育顺断片或马石的发育顺序及多种断层组合。序及多种断层组

15、合。( ( ( (三）正断层三）正断层三）正断层三）正断层的平面几何形态的平面几何形态的平面几何形态的平面几何形态 最最常常见见的的是是线线型型、平平行行带带状状和和侧侧列列状状正正断断层层，此此外外也也见见有有狗狗腿腿状状、雁雁列列状状、锯锯齿齿状状、网网格格状状、弧弧形形和和平平面面分叉状等正断层。分叉状等正断层。 张性构造环境中大多数褶皱与正断层系有关。这种与正断张性构造环境中大多数褶皱与正断层系有关。这种与正断层活动相关的伸展褶皱，可主要按褶皱的延伸方向分为层活动相关的伸展褶皱，可主要按褶皱的延伸方向分为3类：即类：即（1）纵向褶皱纵向褶皱的枢纽平行或大致平行于断层走向的枢纽平行或大致

16、平行于断层走向（图（图2a）；）；（2）横向褶皱横向褶皱的枢纽垂直或近垂直于断层走向的枢纽垂直或近垂直于断层走向（图（图2b）；（）；（3）斜向褶皱的枢纽斜交于区域断层走向斜向褶皱的枢纽斜交于区域断层走向。 另外，还有一些与正断层作用无直接关系或关系尚不明确或者另外，还有一些与正断层作用无直接关系或关系尚不明确或者具有复合关系的褶皱类型，如具有复合关系的褶皱类型，如差异压实褶皱差异压实褶皱、披覆褶皱披覆褶皱、盐或泥盐或泥变形褶皱、重力褶皱、滑塌褶皱变形褶皱、重力褶皱、滑塌褶皱等，这些褶皱将不作重点讨论。等，这些褶皱将不作重点讨论。 三、正断层伸展褶皱的相关关系三、正断层伸展褶皱的相关关系 伸展

17、背景下伸展背景下常见常见褶皱褶皱类型类型的形成机制的形成机制 图解 伸展背景下褶皱按形成机制的简要分类 纵向褶皱纵向褶皱（平行断层走向（平行断层走向22.5） 横向褶皱横向褶皱（垂直断层走向（垂直断层走向22.5） 斜向褶皱斜向褶皱(与断层走向交角与断层走向交角22.5-67.5) 1、纵向褶皱、纵向褶皱（1）纵向的伸展断弯褶皱纵向的伸展断弯褶皱 发育于具有倾角变化的正断层的上盘发育于具有倾角变化的正断层的上盘之中。之中。“滚动褶皱滚动褶皱”和和“逆牵引褶皱逆牵引褶皱” 是最初用于描述这些褶皱的术语，但按是最初用于描述这些褶皱的术语，但按这种褶皱形成的机制属这种褶皱形成的机制属“断弯褶皱断弯褶

18、皱”。大多数断弯褶皱是位于铲状正断层之上大多数断弯褶皱是位于铲状正断层之上的相对简单的的相对简单的“滚动滚动”背斜背斜。由于认识。由于认识到一些正断层系可能具有类似于逆冲断到一些正断层系可能具有类似于逆冲断层的断坪断坡的几何学特征层的断坪断坡的几何学特征，推测这推测这时存在时存在更复杂的断弯褶皱更复杂的断弯褶皱。 断弯褶皱的规模变化很大，它取决于断弯褶皱的规模变化很大，它取决于相关正断层中弯曲的规模。断弯褶皱可相关正断层中弯曲的规模。断弯褶皱可以根据发育非平面状断层、下盘中缺乏以根据发育非平面状断层、下盘中缺乏褶皱作用来与其它纵向褶皱相区别褶皱作用来与其它纵向褶皱相区别。 滚动褶皱其实是一种相

19、对简单的滚动褶皱其实是一种相对简单的伸展断弯褶皱。伸展断弯褶皱。 滚滚动动褶褶皱皱（图图5）常常见见于于与与被被动动大大陆陆边边缘缘有有关关的的厚厚层层沉沉积积序序列列中中，特特别别是是墨墨西西哥哥湾湾沿沿岸岸地地区区和和尼尼日日尔尔三三角角洲洲。滚滚动动褶褶皱皱是是由由上上凸凸（铲铲状状）断断层层运运动动所所形形成成，因因而而是是断断弯弯褶褶皱皱（图图5a，b）。这这些些断断层层的的运运动动在在断断层层上上盘盘和和下下盘盘之之间间产产生生潜潜在在的的空空隙隙；上上盘盘随随后后垮垮塌塌落落入入此此空空隙隙（图图5a）。实实际际上上，从从来来不不会会形形成成空空隙隙，因因为为断断层层运运动动和和

20、上上盘盘变变形形同同时时发发生生。由由于于与与滚滚动动褶褶皱皱有有关关的的断断层层形形成成于于强度很低的未固结岩石中，下盘褶皱一般是不会存在的。强度很低的未固结岩石中，下盘褶皱一般是不会存在的。 （2）纵向的伸展）纵向的伸展断展褶皱断展褶皱 根据挤压的断展褶皱来分析，它形成根据挤压的断展褶皱来分析，它形成于断层端线处。实验与数字模拟揭示，正于断层端线处。实验与数字模拟揭示，正断层断层由下向上由下向上扩展或向上延伸，结果引起扩展或向上延伸，结果引起上覆地层的褶皱挠曲，形成上覆地层的褶皱挠曲，形成背斜向斜对背斜向斜对。 纵向的断弯褶皱与断展褶皱之间的鉴纵向的断弯褶皱与断展褶皱之间的鉴别主要根据别主

21、要根据下盘褶皱下盘褶皱是否存在和是否存在和褶皱与正褶皱与正断层之间的几何学关系断层之间的几何学关系。 伸展断展褶皱的规模取决于相关正断层伸展断展褶皱的规模取决于相关正断层的规模。的规模。 “强制褶皱强制褶皱”属于伸展断展褶皱的一类，属于伸展断展褶皱的一类，其中，下部（或基底）为断开的刚性层，其中，下部（或基底）为断开的刚性层，其上覆者为未断开的层状地层。其上覆者为未断开的层状地层。 （3）牵引）牵引褶皱褶皱 牵引褶皱通常紧靠断层面的区域牵引褶皱通常紧靠断层面的区域。向斜向斜形成于正断层的上盘；背斜见于下盘形成于正断层的上盘；背斜见于下盘。沿断沿断层面的层面的摩擦阻力摩擦阻力一直被认为是产生相邻

22、岩层一直被认为是产生相邻岩层中局部牵引褶皱的原因中局部牵引褶皱的原因。然而，可能一些作然而，可能一些作者的者的“断层牵引褶皱断层牵引褶皱”可能实际相当于可能实际相当于“断断展褶皱展褶皱”，即两者有混用的迹象，即两者有混用的迹象。 一般来说，形成一般来说，形成牵引褶皱牵引褶皱的相关断层不的相关断层不像断展褶皱那样断层由下部向上部扩展，而像断展褶皱那样断层由下部向上部扩展，而是形成于浅部，多由上向下扩展；且形成牵是形成于浅部，多由上向下扩展；且形成牵引褶皱的断层可切割上部褶皱的两盘地层。引褶皱的断层可切割上部褶皱的两盘地层。通常，如果通常，如果褶皱紧靠正断层褶皱紧靠正断层的话，它们被认的话，它们被

23、认为是典型的断层牵引褶皱。因此，它们是为是典型的断层牵引褶皱。因此，它们是规规模最小模最小的一类纵向褶皱，并且在刚性相似的的一类纵向褶皱，并且在刚性相似的上盘和下盘岩层中均产生褶皱。上盘和下盘岩层中均产生褶皱。 (4)(4)逆牵引褶皱逆牵引褶皱逆牵引褶皱逆牵引褶皱 逆逆牵牵引引褶褶皱皱的的几几何何形形态态与与牵牵引引褶褶皱皱相相反反，在在上上盘盘形形成成背背斜斜，下下盘盘形形成成向向斜斜（图图4a）。同同牵牵引引褶褶皱皱类类似似，逆逆牵牵引引褶褶皱皱的的规规模模也也较较小小，且且褶褶皱皱幅幅度度一一般般十十分分宽宽缓缓。逆逆牵牵引引褶褶皱皱表表明明位位移移随随离离开开断断面面距距离离增增加加而

24、而减减小小（图图1d），这这是是对对断断层层作作用用的的弹弹性性（或或挠挠性性)响响应应。逆逆牵牵引引褶褶皱皱的的半半径径随随位位移移而而增增加加。一一般般来来说说，上上盘盘逆逆牵牵引引褶皱的幅度高于下盘逆牵引褶皱的幅度褶皱的幅度高于下盘逆牵引褶皱的幅度（图（图4a）。）。 滚动褶皱和逆牵引褶皱的差异滚动褶皱和逆牵引褶皱的差异滚动褶皱和逆牵引褶皱的差异滚动褶皱和逆牵引褶皱的差异 由由于于几几何何形形态态相相似似，在在一一些些文文献献中中“滚滚动动”和和“逆逆牵牵引引”术术语语常常常常混混用用。请请注注意意，逆逆牵牵引引作作用用是是成成岩岩岩岩石石对对正正断断层层作作用用的的弹弹性性一一挠挠性性

25、响响应应的的结结果果，而而滚滚动动褶褶皱皱与与重重力力驱驱动动的的铲铲形形断断层层有有关关。考考虑到这两类断层在机制方面的显著不同，虑到这两类断层在机制方面的显著不同，建议不要互用这两个词建议不要互用这两个词。 滚滚动动褶褶皱皱的的存存在在很很好好地地说说明明相相关关断断层层为为铲铲状状断断层层（图图5c）。但但由由于于滚滚动动褶褶皱皱和和逆逆牵牵引引褶褶皱皱具具有有几几乎乎相相同同的的几几何何形形态态，逆逆牵牵引引褶褶皱皱可可能能被被错错误误地地解解释释为为滚滚动动褶褶皱皱，相相关关断断层层可可能能被被错错误误地地推推断断为为铲状断层铲状断层。 逆逆牵牵引引褶褶皱皱的的存存在在并并不不意意味

26、味着着铲铲形形断断层层的的存存在在。实实际际上上，大多数逆牵引褶皱与大多数逆牵引褶皱与面状或仅略具铲形形态面状或仅略具铲形形态的断层有关。的断层有关。 可可用用如如下下几几点点区区分分滚滚动动褶褶皱皱和和逆逆牵牵引引褶褶皱皱：（1）预预期期滚滚动动褶褶皱皱见见于于与与滑滑脱脱正正断断层层有有关关的的厚厚层层沉沉积积序序列列中中，断断层层面面形形态态不不同同（铲铲状状平平面面状状），地地层层特特征征不不同同（较较松松散散较较固固结结）；（2）逆逆牵牵引引褶褶皱皱可可见见于于上上盘盘和和下下盘盘，而而滚滚动动褶褶皱皱通通常常仅仅见见于于上上盘盘。（3）逆牵引褶皱影响规模小，而滚动褶皱通常影响规模大

27、。逆牵引褶皱影响规模小，而滚动褶皱通常影响规模大。 （5 5）均衡褶皱）均衡褶皱）均衡褶皱）均衡褶皱 属于规模最大的一类纵向伸展褶皱属于规模最大的一类纵向伸展褶皱类型。均衡褶皱是宽阔的褶皱，其形成类型。均衡褶皱是宽阔的褶皱，其形成是对正断层下盘的是对正断层下盘的差异卸载差异卸载作用的响应。作用的响应。大多数作者认同这种机制已产生了大多数作者认同这种机制已产生了北美北美科迪勒拉山变质核杂岩科迪勒拉山变质核杂岩中及其它地区的中及其它地区的山体尺度的背斜。山体尺度的背斜。 2、横向褶皱、横向褶皱 常见的横向褶皱按机制常见的横向褶皱按机制主要包括主要包括断弯褶皱断弯褶皱、收缩收缩褶皱褶皱和和位移梯度褶

28、皱位移梯度褶皱等。等。 （1 1）位移梯度褶皱）位移梯度褶皱）位移梯度褶皱）位移梯度褶皱 所所有有该该类类型型的的横横向向褶褶皱皱都都是是由由位位移移沿沿走走向向变变化化而而引引起起的的。位位移移的的这这种种变变化化与与正正断断层层的的规规模模无无关关。因因此此，横横向向褶褶皱皱具具有有不不同同的的规规模模。横横向向褶褶皱皱的的形形态态很很大大程程度度上上依依赖赖于于正正断断层层系系的的几几何何形形态态（孤孤立立断断层层及及分段式分段式断层体系）。断层体系）。 （2 2）横向断弯褶皱）横向断弯褶皱）横向断弯褶皱）横向断弯褶皱 “横横向向断断弯弯褶褶皱皱”（Schlische（1995）称称为为

29、“断断层层线线偏偏转转褶褶皱皱”）与与非非平平面面状状的的断断层层面面有有关关。其其关关键键特特征征包包括括：下下盘盘地地层层没没有有发发生生褶褶皱皱作作用用；上上盘盘中中的的褶褶皱皱与与相相邻邻正正断断层层中中的的横横向向断断坡坡一一致致（即即波波状状断断层层面面）。作作为为最最简简单单的的横横向向断断弯弯褶褶皱皱类类型型，在在邻邻近近断断层层的的向向形形弯弯曲曲部部分分（凹凹入入部部分分）的的上上盘盘中中发发育育向向斜斜，在在邻邻近近断断层层的的背背形形弯弯曲曲部部分分（凸凸出出部部分分）的上盘中发育背斜。的上盘中发育背斜。 （3 3）横向收缩褶皱）横向收缩褶皱）横向收缩褶皱）横向收缩褶皱

30、 “横横向向收收缩缩褶褶皱皱”记记录录了了垂垂直直于于区区域域伸伸展展方方向向的的水水平平缩缩短短作作用用。在在收收缩缩应应变变作作用用下下，正正断断层层变变成成了了褶褶皱皱形形态态，并并且且褶褶皱皱轴轴平平行行于于伸伸展展方方向向。在在断断层层上上盘盘和和下下盘盘中中的的褶褶皱皱呈呈线线状状排排列列并并协协调调一一致致。这这种种特特征征使使它它们们很很容容易易与与位位移移梯梯度度褶褶皱皱相相区区别别 （4 4）横向变换带褶皱）横向变换带褶皱）横向变换带褶皱）横向变换带褶皱形形成成于于两两条条或或两两组组倾倾向向相相反反的的正正断断层层之之间间，两两者者趋趋近近或或有有一一定定叠叠覆覆，并形成

31、横向构造变换带。并形成横向构造变换带。 3 3、斜向褶皱、斜向褶皱、斜向褶皱、斜向褶皱 常见的斜向褶皱包括斜向常见的斜向褶皱包括斜向断弯断弯褶皱褶皱、转换伸展褶皱转换伸展褶皱和斜向和斜向变换变换带褶皱带褶皱等。等。 断弯褶皱断弯褶皱与横向断弯褶皱类似，与横向断弯褶皱类似，反映了上盘岩层当它们在反映了上盘岩层当它们在非平面非平面状状的断层面上和的断层面上和刚性的下盘岩石刚性的下盘岩石上滑动时的变形。上滑动时的变形。 断层面的断层面的波状起伏波状起伏与正断层的与正断层的整体走向是整体走向是斜交的斜交的，并且只要断，并且只要断层下盘比上盘更具有刚性，断层层下盘比上盘更具有刚性，断层下盘在作用过程中均

32、不发生褶皱下盘在作用过程中均不发生褶皱变形。变形。 斜向褶皱斜向褶皱斜向褶皱斜向褶皱 转换伸展褶皱转换伸展褶皱与与伸展兼走滑伸展兼走滑的断层运动有关；其应变与收的断层运动有关；其应变与收缩应变类似；垂直于有限应变缩应变类似；垂直于有限应变伸展轴的缩短作用是这种类型伸展轴的缩短作用是这种类型的变形发生的原因，推测其褶的变形发生的原因，推测其褶皱的轴向平行于正斜滑断层皱的轴向平行于正斜滑断层上的上的滑动矢量滑动矢量。斜向变换带褶皱斜向变换带褶皱：在斜向调节：在斜向调节带中，在倾向相对的正断层沿带中，在倾向相对的正断层沿走向终止的地方，斜向背斜连走向终止的地方，斜向背斜连接两侧相互对倾的正断层的端接

33、两侧相互对倾的正断层的端点，而斜向向斜连接两侧相互点，而斜向向斜连接两侧相互背倾的正断层的端点。背倾的正断层的端点。假设条件：假设条件：平面应变，即变形前后面积守衡；平面应变，即变形前后面积守衡； 地层厚度不变地层厚度不变； 地层长度不变地层长度不变。 这时，这时，SuppeSuppe的断弯褶皱方法（的断弯褶皱方法（19831983）也适用于伸展断层。）也适用于伸展断层。 即即：伸伸展展量量和和滑滑脱脱面面的的深深度度与与基基准准面面以以下下被被运运移移出出的的物物质质的的面面积有关（积有关（A A2 2，半地堑的沉积填充物），并可进行计算。半地堑的沉积填充物），并可进行计算。 四、纵向伸展断

34、弯褶皱的平衡模型四、纵向伸展断弯褶皱的平衡模型 1、断弯褶皱平衡模型（一）、断弯褶皱平衡模型（一） 由下面的模式图可以看出：由下面的模式图可以看出： A A1 1剖面移出所占面积；剖面移出所占面积； A A2 2剖面伸展所拉出的空间，并形成半地堑的沉积填充物。剖面伸展所拉出的空间，并形成半地堑的沉积填充物。 因而有：因而有： A A1 1A A2 2e et t e eA AE E长度长度AEAE长度长度B BD D一一B BC C。 A A2 2A A1 1t t（B BD DB BC C） t = A2 /（ BDBC）。）。断弯褶皱平衡模型（一）断弯褶皱平衡模型（一） B B点处为将要形

35、成的背斜及向斜的轴面；点处为将要形成的背斜及向斜的轴面； 此后，此后，B B点为移动的背斜轴面；点为移动的背斜轴面； 同时在拉开的空间中有一个与之平行的向斜轴面；同时在拉开的空间中有一个与之平行的向斜轴面； 向斜轴面保持在原地，其中一点经过断坡断坪的折点处。向斜轴面保持在原地，其中一点经过断坡断坪的折点处。 向斜轴角向斜轴角180180- -(即即2020) )2 2 断弯褶皱平衡模型（一）断弯褶皱平衡模型（一） 应用实例：应用实例： 象象犹犹他他州州和和内内华华达达州州的的盆盆岭岭区区这这样样的的伸伸展展地地区区引引起起了了人人们们极极大大的的兴兴趣趣（图图30一一1a)。如如同同在在逆逆冲

36、冲带带一一样样，平平衡衡技技术术在在这这里里也也可可以以得得到到很很好好的的运运用用。盆盆岭岭区区的的铲铲形形正正断断层层系系统统在在一一般般的的几几何何特特征征上上与与逆逆冲冲断层系统相似，但它们的运动方向是相反的（图断层系统相似，但它们的运动方向是相反的（图 301b）。）。该平衡模型可应该平衡模型可应用于已固结的地用于已固结的地层区，再发生伸层区，再发生伸展断层作用，这展断层作用，这时的地层长度、时的地层长度、厚度及面积一般厚度及面积一般不发生变化；而不发生变化；而不是同沉积的、不是同沉积的、或尚未完全固结或尚未完全固结的地层区。的地层区。 一般发生在断层一般发生在断层倾角缓的地区。倾角

37、缓的地区。假设条件：假设条件：平面应变，即变形前后面积守衡；平面应变，即变形前后面积守衡； 主断层倾角的变化引起上盘地层倾角改变或漆折；主断层倾角的变化引起上盘地层倾角改变或漆折； 上盘褶皱地层的轴面倾角与主断层大小相等、方向相反上盘褶皱地层的轴面倾角与主断层大小相等、方向相反 地层厚度可变；地层长度可变；地层厚度可变；地层长度可变； 因因此此：上上盘盘地地层层褶褶皱皱的的轴轴面面为为不不对对称称；发发育育2 2个个轴轴面面，其其轴轴面面1 1经经过过下下盘盘的的断断坪坪断断坡坡交交点点，轴轴面面2 2经经过过上上盘盘的的断断坪坪断断坡坡交交点点；两两轴轴面面间间距距随随伸伸展展距距离离增增加

38、加而而增增加加，直直到到轴轴面面1 1消消失失。上上盘盘轴轴面面1 1与与主主断断层层之之间间的的三三角角区区地地层层产产状状、厚厚度度、层层长长不不变变；而而仅仅有有两两轴轴面面之之间地层间地层变倾斜、厚度变薄、层长变长。变倾斜、厚度变薄、层长变长。 2、断弯褶皱平衡模型（二）、断弯褶皱平衡模型（二） 几何学关系几何学关系：d-d-上盘水平断距上盘水平断距；h-h-上盘垂直断距上盘垂直断距； l-l-上盘倾斜断距上盘倾斜断距；断层倾角断层倾角； H H1 1、H H2 2上盘倾斜地层轴面；上盘倾斜地层轴面； 上盘倾斜域地层倾角；上盘倾斜域地层倾角； W W倾斜域地层标准宽度。倾斜域地层标准宽

39、度。 W W介介于于两两轴轴面面之之间间，等等于于沿沿下下部部拆拆离离面面的的水水平平拆拆离离距距离离，因因而而等等于于水水平平伸伸展展量量e e；当当H H1 1刚刚好好消消失失时时，W W达达到到最最大大值值；进进一一步步伸伸展展时时，W W宽度不变，这时的水平伸展量宽度不变，这时的水平伸展量e eW W宽度。宽度。 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 几何学关系分析几何学关系分析：三角形三角形ABCABC三角形三角形DEFDEF； 由于：由于：三角形三角形ABCABC多边形多边形DIJGCDIJGC面积面积 （面积平衡）（面积平衡） 故有：故有：三角形三角形CGFCGF面积三角

40、形面积三角形IJEIJE面积面积 W W2d2d 地层反倾角地层反倾角 与断层倾角与断层倾角有关：有关： 即：即： tantan(tan)/3(tan)/3 W W2d2d(2h)/(tan)(2h)/(tan) 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二）地层反倾角地层反倾角 与断层倾角与断层倾角关系关系 几几何何学学关关系系分分析析：由由于于两两轴轴面面之之间间地地层层变变倾倾斜斜、厚厚度度变变薄薄、层层长长变长，因此该倾斜地层发生了应变。变长，因此该倾斜地层发生了应变。 地层水平时厚度为地层水平时厚度为t t0 0；地层倾斜时厚度为；地层倾斜时厚度为t t1 1； 地层沿轴面的长度地层沿

41、轴面的长度: : l=tl=t0 0 /sin /sin 或或 l=tl=t1 1/sin(- /sin(- ) ) 地层变薄的比值：（地层变薄的比值：（t t1 1 / t/ t0 0 ） = sin(- = sin(- ) / sin) / sin 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 地层变薄的比值：（地层变薄的比值：（t t1 1 / t/ t0 0 ） = sin(- = sin(- ) / sin) / sin 线应变计算公式：线应变计算公式：e=(Le=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 e=(Le=(L1 1/L/L0 0)-1)-1 对于倾斜地层的线应变：由于

42、对于倾斜地层的线应变：由于l l0 0t t0 0=l=l1 1t t1 1( (面积守衡面积守衡) ) 有有 e e=(l=(l1 1/l/l0 0)-1=(t)-1=(t0 0/t/t1 1)-1)-1 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 几几何何学学关关系系分分析析：当当伸伸展展断断层层下下部部不不是是水水平平拆拆离离断断层层，而而是是倾倾斜斜的的滑滑脱脱断断层层，即即相相当当于于断断层层发发生生拐拐折折而而不不是是拆拆离离时时，情情况况就就稍稍微微复复杂一些。杂一些。 假定：下部断层的倾角为假定：下部断层的倾角为；沿下部断层的滑移量为沿下部断层的滑移量为f f； 最主要的不同

43、：上盘地层的区域构造高程将会降低（最主要的不同：上盘地层的区域构造高程将会降低（h h2 2）；）； H H2 2=f(sin=f(sin) W W2d2d(2h)/(tan)(2h)/(tan) 这时倾斜地层的倾角将会变小（这时倾斜地层的倾角将会变小（） 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 由由于于：地地层层变变薄薄的的比比值值：（t t1 1 / / t t0 0 ） = = sin(- sin(- ) ) / / sinsin 即：地层变薄主要取决于断层初始倾角即：地层变薄主要取决于断层初始倾角()() 和倾斜地层倾角和倾斜地层倾角( ( ) ) 当当时时，倾倾斜斜地地层层产产

44、状状与与上上部部断断层层倾倾向向相相对对，为为+ +，地层发生伸展、变薄；地层发生伸展、变薄； 当当时时，倾倾斜斜地地层层产产状状与与上上部部断断层层倾倾向向相相同同，为为- -，地层发生缩短、变厚。地层发生缩短、变厚。 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 总体伸展参数总体伸展参数： 剖面伸展量剖面伸展量E E伸展后剖面长度伸展后剖面长度L L1 1- - 伸展前剖面长度伸展前剖面长度L L0 0 E EW W2d2d(2h)/(tan) (2h)/(tan) （早期）早期） E EW W0 0D D （后后期期） （ W W0 0 为为W W的的最最大大宽宽度度；D D为为上盘最高

45、切层点距下盘断层折点水平距离）上盘最高切层点距下盘断层折点水平距离） 剖面伸展率剖面伸展率e=(Le=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 =(L=(L1 1/L/L0 0)-1)-1 剖面伸展系数剖面伸展系数= e+1= e+1 =(L=(L1 1/L/L0 0) ) 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二） 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二）美国内华达州盆岭省的一个伸展盆地实例：美国内华达州盆岭省的一个伸展盆地实例：由基础地质剖面可作出由基础地质剖面可作出两种形成机制解释模型两种形成机制解释模型和相关的断层形态预测：和相关的断层形态预测： 解释解释1：将机制模型将机制模

46、型预测为断坪断坡式拆预测为断坪断坡式拆离。根据缓坡倾角离。根据缓坡倾角19，预测断面倾角及轴面倾预测断面倾角及轴面倾角为角为46 。这时，拆离。这时，拆离面深度很浅，约面深度很浅，约6KM深；深；充填地层具有更大的厚充填地层具有更大的厚度。但预测的断层倾角度。但预测的断层倾角比实际出露倾角陡得多；比实际出露倾角陡得多；复原后盆地底部地层不复原后盆地底部地层不能拼接，上盘位置太低；能拼接，上盘位置太低；充填地层过厚。充填地层过厚。 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二）美国内华达州盆岭省的一个伸展盆地实例：美国内华达州盆岭省的一个伸展盆地实例：解释解释2：将机制模型预将机制模型预测为多段曲

47、折断层模式。测为多段曲折断层模式。断层浅部符合观测值断层浅部符合观测值3538 ，取，取37.5 ；向下；向下变为变为54 ，以满足主体，以满足主体的缓坡倾角的缓坡倾角19；下部段；下部段的预测断面倾角为的预测断面倾角为15 ，它大约在约，它大约在约6km 深以深以下，以便使复原后盆地下，以便使复原后盆地底部地层抬高构造高程底部地层抬高构造高程并与下盘地层能拼接；并与下盘地层能拼接；这时充填地层的厚度也这时充填地层的厚度也变小了。这一模式可能变小了。这一模式可能更符合实际。更符合实际。 断弯褶皱平衡模型（二）断弯褶皱平衡模型（二）美国内华达州盆岭省的一个伸展盆地实例：美国内华达州盆岭省的一个伸

48、展盆地实例：五、铲状正断层的几何形态及上盘变形五、铲状正断层的几何形态及上盘变形、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态 地地震震剖剖面面上上所所见见到到的的许许多多重重要要的的控控制制伸伸展展断断陷陷的的大大型型正正断断层层均均呈呈弯弯曲曲状状或或铲铲形形。这这种种断断层层向向下下逐逐渐渐变变平平，以以致致在在一一个个拆拆离面或滑脱面上水平运动占了优势。离面或滑脱面上水平运动占了优势。 在在有有关关铲铲状状断断层层面面形形态态的的理理论论模模型型中中，WernickeWernicke和和BurchfielBurchfiel（19821982）曾曾进进行行过过研研究究，

49、这这种种断断层层的的几几何何学学特特征征与与断层的断层的曲率半径有十分密切的关系曲率半径有十分密切的关系。铲状断层面形态的铲状断层面形态的几何学特征与断层几何学特征与断层的的曲率半径的关系曲率半径的关系如右图所示如右图所示。、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态 若铲状正断层的上盘顶面发生弧形弯曲形成了若铲状正断层的上盘顶面发生弧形弯曲形成了滚动背斜，滚动背斜，假假定岩层面与断层面之间的夹角保持不变，上盘顶面与断层面点处定岩层面与断层面之间的夹角保持不变，上盘顶面与断层面点处的切线与水平面夹角为的切线与水

50、平面夹角为，此点的此点的断层面倾角为断层面倾角为，则根据图则根据图4 45 5中的图解方法可确定断层的伸展率中的图解方法可确定断层的伸展率e e、伸展系数伸展系数、伸展量伸展量I I及及、 等角度之间的关系（等角度之间的关系（ WernickeWernicke等，等，19821982）。断层的初始切层角断层的初始切层角原始长度为：原始长度为：l l0 0；现长为：现长为：l l1 1伸展系数：伸展系数：= l= l1 1/l/l0 0 ； =(1+e) =(1+e)伸展量为：伸展量为： I Il l1 1l l0 0 l l1 1 l l1 1 、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及

51、断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态、铲状断层上盘及断层面的几何形态 Wernicke Wernicke和和BurchfielBurchfiel（19821982）还曾证明，这种断层的还曾证明，这种断层的曲曲率半径率半径大约是沿脱面深度的大约是沿脱面深度的两倍两倍。换句话说，这种断层的脱面。换句话说，这种断层的脱面深度大致为断层深度大致为断层曲率半径曲率半径的的1 12 2。2、滑脱深度和断层几何形态、滑脱深度和断层几何形态面积平衡面积平衡 铲状断层的伸展运动形成了铲状断层的伸展运动形成了滚动背斜滚动背斜（图（图1 1）。）。GibbsGibbs（19831983）证明了其过程中岩

52、层变薄和层状平行拉伸在几何学上是证明了其过程中岩层变薄和层状平行拉伸在几何学上是横截面积横截面积守衡守衡的必然结果。的必然结果。岩层变薄岩层变薄和和拉伸拉伸通常是由通常是由滚动过程滚动过程中的一组中的一组反反向正断层向正断层实现的。地层平行拉伸的另一种形式是实现的。地层平行拉伸的另一种形式是斜向剪切斜向剪切，其可，其可能是通过层面滑动实现的能是通过层面滑动实现的。在平面上弯曲的铲状断层将会形成在平面上弯曲的铲状断层将会形成枢枢扭线扭线在平面上亦呈在平面上亦呈弯曲状弯曲状的的滚动背斜滚动背斜。2、滑脱深度和断层几何形态、滑脱深度和断层几何形态面积平衡面积平衡 这种方法所的依据是，从横剖面上移去的

53、面积（见图这种方法所的依据是，从横剖面上移去的面积（见图2 2和图和图2 2中的区）等于该剖面右侧矩形的面积（见图中中的区）等于该剖面右侧矩形的面积（见图中的区）矩形的区）矩形ABCDABCD，即区的面积是即区的面积是总伸展量总伸展量（ e e）和和滑脱深度滑脱深度（）的乘积，（）的乘积， 面面 积积 面面 积积 eses （ ） 2、滑脱深度和断层几何形态面积平衡、滑脱深度和断层几何形态面积平衡 总总伸伸展展量量的的估估计计可可能能相相当当于于该该断断层层的的最最大大位位移移距距（），在在这这样样的的情情况况下下，逆逆牵牵引引中中的的上上盘盘经经受受层层状状平平行行拉拉伸伸且且变变薄薄以以保

54、保持持面面积积不不变变，但但层层长长变变长长（图图2 2）；另另一一种种办办法法是是用用岩岩层层长长度度法法计计算算总总伸伸展展量量，在在这这种种情情况况下下，位位移移距距（）将将沿沿断断层层面面变变化化（图图2 2），使用上述任何一种伸展量估计方法，均可由式（），使用上述任何一种伸展量估计方法，均可由式（ ） = = 面积面积 （ ） 求出滑脱深度求出滑脱深度。2、滑脱深度和断层几何形态面积平衡、滑脱深度和断层几何形态面积平衡 利利用用总总位位移移距距或或岩岩层层长长度度伸伸展展量量的的计计算算方方法法估估计计滑滑脱脱深深度度可可能能是是不不可可靠靠的的。这这是是因因为为侧侧剖剖面面右右侧侧

55、的的 ABCDABCD区区（见见图图 2 2a a、图图2 2b b），将将不不是是一一个个矩矩形形，由由于于岩岩层层平平行行滑滑移移，将将遭遭受受某某种种程程度度的的斜斜向向剪剪切切（GibbsGibbs，19841984），这这可可通通过过假假定定岩岩层层长长度度不不变变和和沿沿该该断层面的位移距守恒来分析（图断层面的位移距守恒来分析（图2 2c c）。）。2、滑脱深度和断层几何形态面积平衡、滑脱深度和断层几何形态面积平衡 原始岩层长度原始岩层长度（L L0 0）可通过相加下盘岩层长度可通过相加下盘岩层长度（L Lf f）和上盘和上盘岩层长度岩层长度（L Lk k）导出，即导出，即 L L

56、0 0L Lf f十十L Lk k （3 3） 因为位移距和岩层长度都是不变的，因为位移距和岩层长度都是不变的， 即即 CDCDd d （4 4） AB AB L L1 1 L L0 0 （5 5） 式中，式中， L L1 1是实际测得的变形后剖面的长度，假定其为平面变是实际测得的变形后剖面的长度，假定其为平面变形，那么该剖面右侧形，那么该剖面右侧ABCDABCD（Y Y）区的面积就等于从该剖面中移去区的面积就等于从该剖面中移去的面积（的面积（X X区）。这样，滑脱深度（区）。这样，滑脱深度（S S）就可利用这种方法通过下就可利用这种方法通过下式式导出：导出： s=X/d+( Ls=X/d+(

57、 L1 1 -L -L0 0)/2)/2 （6 6）2、滑脱深度和断层几何形态面积平衡、滑脱深度和断层几何形态面积平衡 ChapmanChapman等等（19841984）及）及BosworthBosworth（l985l985）等已经指出，在伸等已经指出，在伸展断层体系中，主滑脱面上的位移量是其次级断层面上位移量的展断层体系中，主滑脱面上的位移量是其次级断层面上位移量的总和（图总和（图2 2d d）。）。 相加单个岩层长度相加单个岩层长度（L La a，L Lb b，L Lc c等）等）就可获得原始岩层长度就可获得原始岩层长度（L L0 0）；）；同样，相加单个次级断层的位移距同样，相加单个

58、次级断层的位移距（d da a，d db b，d dc c等）等）就能就能获得总位移距获得总位移距（d d）；）；用原始岩层长度和总位移距代入式（用原始岩层长度和总位移距代入式（6 6）求）求出滑脱深度（图出滑脱深度（图2 2d d）：）： s=X/d+( Ls=X/d+( L1 1 -L -L0 0)/2)/2 （6 6）3、用、用 滚动背斜剖面预测断层的几何形态滚动背斜剖面预测断层的几何形态人字形作图法（水平断距不变模型）：人字形作图法（水平断距不变模型）： 该该作作图图法法适适用用于于依依据据滚滚动动背背斜斜剖剖面面构构制制铲铲状状断断层层的的形形态态。水水平平断断距距是是这这种种作作图

59、图法法中中的的主主要要因因素素，假假定定一一个个铲铲状状正正断断层层发发育育时时，水水平平断断距距分分量量在在该该断断层层上上盘盘运运动动中中保保持持不不变变，垂垂直直断断距距和和位位移移距距随断层角度变化而变化。随断层角度变化而变化。人字形作图法（水平断距不变模型）：人字形作图法（水平断距不变模型）： 水水平平断断距距可可通通过过测测定定横横跨跨该该断断层层的的标标志志层层的的水水平平位位移移获获得得（图图 3 3b b）。在在整整个个剖剖面面上上以以一一定定的的水水平平断断距距增增量量h h画画上上垂垂直直网网格格（图图3 3a a），再再将将标标志志层层的的区区域域倾倾向向下下盘盘连连接

60、接到到上上盘盘。这这样样，断断层层上上盘盘中中的的点点A A就就以以位位移移距距d d移移到到了了上上盘盘中中的的点点AA处处，位位移移距距d d则则可可以以分分解解为为水水平平断断距距（h h）和和垂垂直直断断距距（t t），断断层层倾倾角角为为。在在一一个个铲铲状状断断层层中中，如如果果水水平平断断距距（h h）考考虑虑为为不不变变的的，那那么么，根根据据式（式（1111），垂直断距（），垂直断距（t t）将随断层倾角而变化将随断层倾角而变化。h=h=dcosdcost=t=dsindsint=t=htanhtan人字形作图法（水平断距不变模型）：人字形作图法（水平断距不变模型）： 点点A

61、A以以水水平平断断距距（h h）和和垂垂直直断断距距（t t）的的分分量量移移到到了了现现在在的的位位置置，这这里里，垂垂直直断断距距取取决决于于断断层层的的倾倾角角（见见式式（5 5）。点点BB到到达达其其目目前前位位置置，水水平平断断距距（h h）分分量量不不变变，垂垂直直断断距距亦亦取取决决于于断断层层倾倾角角。对对角角钱钱BBBB则则代代表表该该位位移移段段中中水水平平断断距距和和垂垂直直断断距距的的合合向向量量，且且平平行行于于沿沿该该断断层层的的位位移移方方向向。因因此此，BBBB平平行行于于该该位位移移段段中中的的断断层层线线，而而该该断断层层线线可可通通过过点点AA作作一一条条

62、平平行行于于BBBB的的线线段段的的方方法法画画出出。对对逆逆牵牵引引剖剖面面的的所所有有其其它它水水平平位位移移段段重重复复这这一一过程，直到完成断层线的几何形态为止（图过程，直到完成断层线的几何形态为止（图3 3a a）。）。人字形作图法（水平断距不变模型）：人字形作图法（水平断距不变模型）：这种作图法反映该断层的位移模式如下。这种作图法反映该断层的位移模式如下。 随随着着断断层层沿沿水水平平方方向向趋趋于于变变平平，按按照照式式（9 9）和和式式（1111），只只要要水水平平断断距距（h h）不不变变，位位移移距距（d d）和和垂垂直直断断层层（t t）就就必必须须减减小小。位位移移距距

63、随随断断层层倾倾角角而而减减小小，并并趋趋向向于于水水平平断断距距的的值值，直直到到断断层层倾倾角角0 0时时，位位移移距距即即等等于于水水平平断断距距，即即d dh h。所所以以，由由于于水水平平断断距距不不变变，铲铲状状形形态态的的任任何何伸伸展展断断层层均均表表现现为为位位移移距距沿沿下下倾倾方方向向减减小小。这这种种作作图图法法的的改改进进形形式式涉涉及及位位移移距距沿沿断断层层不不变变，垂垂直断距和水平断距沿断层变化的情况直断距和水平断距沿断层变化的情况。改进的人字形作图法（位移距不变模型）：改进的人字形作图法（位移距不变模型）： 这这种种作作图图法法位位移移距距沿沿断断层层保保持持

64、不不变变，水水平平断断距距和和垂垂直直断断距距均均随随断断层层倾倾角角连连续续变变化化。位位移移距距（d d）是是依依据据剖剖面面中中标标志志层层的的位位移移距距测测定定的的（图图4 4a a和和图图4 4b b中中的的AAAA）。通通过过AA作作一一条条垂垂线线，并并将将标标志志层层的的区区域域倾倾斜斜由由下下盘盘连连接接到到上上盘盘，两两者者交交于于B B点点；由由B B点点作作一一条条长长度度等等于于位位移移距距d d（即即AAAA）的的线线段段，相相交交于于滚滚动动背背斜斜剖剖面面BB点点（以以B B为为圆圆心心、d d为为半半径径作作一一弧弧线线与与逆逆牵牵引引剖剖面面相相交交即即得

65、得B)B)；过过BB作作垂垂线线，BBBB则则平平行行于于该该段段断断层层的的位位移移向向量量；该该断断层层段段是是通通过过AA作作BBBB平平行行线线画画出出的的。然然后后对对所所有有的的其其余余断断层层段段重重复复这这一过程一过程。改进的人字形作图法（位移距不变模型）：改进的人字形作图法（位移距不变模型）： 由由于于断断层层朝朝水水平平方方向向变变平平，在在位位移移距距恒恒定定的的情情况况下下，水水平平断断距距（h h）将将增增大大，而而垂垂直直断断距距（t t）将将减减小小，当当断断层层倾倾角角减减小小到到零零时，时，即即a a0 0，水平断距趋向于等于位移距，水平断距趋向于等于位移距，

66、即即h=dh=d。滑移线作图法：滑移线作图法： 设设想想断断层层上上盘盘中中的的物物质质沿沿一一系系列列平平行行于于断断层层面面的的滑滑移移线线或或轨轨迹运动或许更合理（图迹运动或许更合理（图5 5a a）。）。 在在垂垂直直断断层层剖剖面面中中，质质点点轨轨迹迹的的倾倾角角随随深深度度而而减减小小，因因而而它它们们是是不不平平行行的的；但但在在法法线线的的剖剖面面上上，它它们们的的质质点点轨轨迹迹仍仍然然保保持持与与断断层层面面平平行行。因因此此，在在单单个个水水平平位位移移段段中中，前前述述人人字字形形作作图图法法所所假假设设的的由由区区域域面面到到滚滚动动背背斜斜面面的的质质点点轨轨迹迹

67、与与滑滑移移线线轨轨迹迹是是不不相相同同的（图的（图5 5b b）。）。滑移线作图法：滑移线作图法： 滑滑移移线线作作图图法法以以位位移移距距（d d）作作为为主主要要量量度度，上上盘盘变变形形根根据据断断层层的的法法向向位位移移段段来来考考虑虑，位位移移距距是是用用横横跨跨断断层层的的标标志志层层的的位位移移度度量量的的（图图6 6b b上上的的AAAA）。用用一一张张剪剪裁裁成成位位移移段段同同样样大大小小的的纸纸片片或或卡卡片片，这这种种作作用用方方法法就就变变得得极极为为简简便便。即即其其左左边边通通过过点点AA，其其端端边边，即即位位移移段段的的长长d d恰恰好好置置于于区区域域线线

68、和和逆逆牵牵引引线线上上，两两个个接接触触点点则则分分别别标标记记为为B B和和BB，这这条条线线即即BBBB就就代代表表平平行行于于第第二二个个位位移移段段的的位位移移向向量量的的滑滑移移线线（图图6 6a a）。通通过过AA作作BBBB的的平平行行线线确确定定BB，连连接接AB”AB”就就可可画画出出该该断断层层段段。第第三三个个断断层层段段的的是是借借助助于于在在区区域域线线和和逆逆牵牵引引线线上上用用矩矩形形位位移移段段量量板板通通过过B”B”来来找找出出C C和和CC完成的。重复这一过程，便可作出完整的断层形态（图完成的。重复这一过程，便可作出完整的断层形态（图6 6a a）。）。4

69、、根据层长守恒预测铲状正断层形态、根据层长守恒预测铲状正断层形态利利用用层层长长守守恒恒法法，也也可可以以根根据据滚滚动动背背斜斜形形态态作作出出铲铲形形断断面面向向深深部部的的延延伸伸形形态态。采采用用这这种种方方法法有有两两个个前前提提条条件件：一一是是假假定定下下降降盘盘上上的的滚滚动动背背斜斜为为一一弯弯滑滑褶褶皱皱，即即断断层层的的总总滑滑距距由由上上往往下下减减小小，从从而而产产生生收收缩缩内内应应变变；二二是是滚滚动动背背斜斜的的地地层层厚厚度度不不变变，即即层层长长不不变变。剖面编制分以下两种情况。剖面编制分以下两种情况。 (1)(1)单一铲状正断层剖面的编制单一铲状正断层剖面

70、的编制 作作图图方方法法如如图图6-796-79所所示示，首首先先计计算算出出断断层层的的水水平平断断距距，长长度度为为la la （图图6-796-79（a a），由由A A点点作作垂垂线线与与区区域域倾倾向向线线XYXY相相交交于于B B点点。由由点点A A开开始始沿沿下下降降盘盘地地层层画画弧弧，弧弧长长等等于于la,la, 得得到到点点C C。再再由由C C点点作作垂垂线线与与XYXY相相交交于于点点D D，得得到到水水平平断断距距BDBD，长长度度为为lblb。自自点点C C画画弧弧长长lblb ，得得到到点点E E。如如此此反反复复作作下下去去，直直到到最最后后画画出出的的弧弧线线

71、与与XYXY平平行行（即即图图6-796-79中中的的lhlh）。将将BCBC、DEDE，等等点点连连接接起起来来，得得到到BCBC，DEDE，等等线线段段，这这些些线线段段必必定定代代表表断断层层的的轨轨迹迹。然然后后将将线线段段BCBC向向下下平平行行移移动动使使得得B B点点与与A A点点重重合合。再再将将线线段段DEDE向向下下平平行行移移动动，使使点点B B与点与点C C重合。如此下去，最终得到图重合。如此下去，最终得到图6-796-79（a a）中的断层剖面。中的断层剖面。单一铲状正断层剖面的编制单一铲状正断层剖面的编制 最最后后一一段段线线段段lhlh即即相相当当于于水水平平伸伸

72、展展量量，lhlh不不等等于于断断层层最最初初的的水水平平断断距距，即即lhlh水水平平断断距距；将将得得到到的的lhlh 与与断断层层水水平平断断距距和和最最初初估估算算的的断断层层水水平平伸伸张张量量比比较较，即即可可有有效效地地检检验验地地层层长长度度平平衡衡作作图图法法的的精精度度。利利用用图图6-796-79（b)(b)(上上) )中中的的等等式式可可以以计计算算出出滑滑脱脱深深度度，即断层变为水平处的深度。即断层变为水平处的深度。(2)(2)具有反向正断层的铲状主断层剖面的编制具有反向正断层的铲状主断层剖面的编制 如如图图6-796-79（b b）所所示示，沿沿滚滚动动背背斜斜发发

73、育育反反向向（或或同同向向）次次级级正正断断层层，基基本本作作图图法法与与图图6-796-79（a a）相相似似。但但需需要要计计算算出出主主断断层层本本身身的的位位移移量量，次次级级断断层层所所引引起起的的位位移移量量必必须须从从主主断断层层的的总总位位移移量量中中消消除除，即即必必须须将将标标志志层层恢恢复复成成光光滑滑、连连续续的的曲曲线线ABAB，而而后后将将曲曲线线ABAB平平行行于于标标志志层层的的区区域域倾倾向向向向主主断断层层移移动动，直直到到点点A A与与主主断断层层相相接接触触为为止止。此此时时，ABAB的的位位置置应应是是图图6-796-79（b b）中中A AB B的的

74、位位置置，其其余余的的作作图图方方法法与与图图6-796-79（a a）相相同同。这这种种方方法法包包含含了了用用肉肉眼眼进进行行光光滑滑曲曲线线的的恢恢复复引引起起的的误误差差。所所以以次次级级断断层层落落差差大大时时，误误差也大。差也大。5、横剖面复原与预测、横剖面复原与预测 利利用用上上述述推推导导法法的的相相反反过过程程有有可可能能将将横横剖剖面面复复原原到到断断裂裂前前的的状状态态。根根据据一一个个标标志志层层来来复复原原整整个个剖剖面面时时，应应确确保保其其余余地地层层均均能能合理复原。这种技术可用来检验整个剖面是否平衡。合理复原。这种技术可用来检验整个剖面是否平衡。 剖剖面面复复

75、原原的的图图解解技技术术可可获获得得复复原原剖剖面面，但但相相当当费费时时。编编制制一一个个计计算算机机程程序序，依依据据导导出出的的人人字字形形作作图图法法来来进进行行断断层层形形态态预预测测和和剖面复原是一个相对简单的方法。剖面复原是一个相对简单的方法。3、横剖面复原与预测、横剖面复原与预测由由于于所所使使用用的的方方法法不不同同，即即使使用用相相同同的的上上盘盘原原始始几几何何形形态态，所所获获得的断层形态和滑脱深度结果也是各不相同的（图得的断层形态和滑脱深度结果也是各不相同的（图7 7）。）。人字形作图法以及面积平衡技术人字形作图法以及面积平衡技术不可能普遍适用不可能普遍适用于伸展断层

76、活动于伸展断层活动区。人字形作图法主要考虑的是区。人字形作图法主要考虑的是水平断距的守恒水平断距的守恒，但在某些情况，但在某些情况下，考虑下，考虑位移距守衡位移距守衡也许更现实。同样，依据水平位移段来处理也许更现实。同样，依据水平位移段来处理上盘变形可能不如上盘变形可能不如用法向位移段用法向位移段所作的所作的平行断层的滑移线平行断层的滑移线分析来分析来得直观。不同作图技术可由相同的上盘资料产生不同的断层形态。得直观。不同作图技术可由相同的上盘资料产生不同的断层形态。六、铲状正断层的几何模型与滚动褶皱综合分析六、铲状正断层的几何模型与滚动褶皱综合分析、引言、引言 主断层面的形态在很大程度上控制着

77、伴生的滚动褶皱形态主断层面的形态在很大程度上控制着伴生的滚动褶皱形态(图图1)。铲状正断层的几何模型与滚动褶皱铲状正断层的几何模型与滚动褶皱、引言、引言 如果能够推断上盘中的如果能够推断上盘中的主要变形机主要变形机制制并弄清断层形态和滚动形态之间的并弄清断层形态和滚动形态之间的几何关系，那么可以利用上盘滚动中几何关系，那么可以利用上盘滚动中的标志层形态，将断层轨迹外推到资的标志层形态，将断层轨迹外推到资料质量差、和缺乏断面反射的料质量差、和缺乏断面反射的深部深部(图图2)。一旦建立了断层形态，就可以用同。一旦建立了断层形态，就可以用同样的几何关系样的几何关系预测预测深部褶皱的、潜在深部褶皱的、

78、潜在储集层的形态。储集层的形态。、引言、引言 上盘面积的守恒上盘面积的守恒(图图1)，暗示上盘滚动地层的几何形态与导致形，暗示上盘滚动地层的几何形态与导致形成滚动构造的主铲状断层的几何形态之间存在着定量关系。许多成滚动构造的主铲状断层的几何形态之间存在着定量关系。许多学者描述了根据上盘变形层的几何形态确定主断层形态的几种方学者描述了根据上盘变形层的几何形态确定主断层形态的几种方法。表概括了主要的模型。法。表概括了主要的模型。2 2断层滚动关系的几何模型断层滚动关系的几何模型地层地层-断层模型断层模型 水水平平断断距距不不变变模模型型：又又称称人人字字形形作作图图法法， 它它假假定定断断层层的的

79、水水平平断断距距H H在在变变形形中中保保持持稳稳定定( (表表1)1)。上上盘盘中中的的质质点点被被设设想想成成从从它它原原来来未未变变形形的的位位置置水水平平移移动动一一段段距距离离H H，然然后后沿沿垂垂直直滑滑动动面面位位移移。因因此此，上上盘盘的的变变形形及及滚滚动动背背斜斜的的形形成成是是由由顺顺垂垂直直剪剪切切面面的均匀简单剪切完成的的均匀简单剪切完成的( (即相似褶皱作用即相似褶皱作用) )。位位移移距距不不变变模模型型：假假定定在在上上盘盘不不断断错错开开的的过过程程中中沿沿断断面面测测量量的的位位移移距距D的的各各个个增增量量保保持持不不变变;而而位位移移距距的的水水平平和

80、和垂垂直直分分量量沿沿滚滚动动背背斜斜横横剖剖面面是是变变化化的的。在在上上盘盘内内的的铅铅直直线线上上，质质点点的的位移路径平行位移路径平行。2 2断层滚动关系的几何模型断层滚动关系的几何模型地层地层-断层模型断层模型层层长长守守恒恒：是是建建立立和和复复原原许许多多挤挤压压构构造造平平衡衡剖剖面面的的有有力力约约束束条条件件。在在许许多多例例子子中中，层层长长不不变变模模型型已已应应用用于于伸伸展展构构造造。 层层长长不不变变模模型型假假定定上上盘盘的的滚滚动动变变形形是是由由顺顺层层面面滑滑动动的的弯弯滑滑褶褶皱皱作作用用形形成的成的( (表表1)1)。层面为活动的滑动表面层面为活动的滑

81、动表面，并假设层内变形很小。，并假设层内变形很小。滑滑移移线线模模型型：假假设设上上盘盘中中的的质质点点沿沿平平行行于于主主断断层层绘绘出出的的滑滑移移线线移移动动。滑滑移移线线模模型型并并不不象象位位移移距距不不变变模模型型那那样样认认为为位位移移路路径径在在上上盘盘中中任任意意给给定定的的垂垂线线上上都都是是平平行行的的；它它要要求求在在上上盘盘的的类类似似垂垂线线上上，单单条条位位移移路路径径的的倾倾角角随随深深度度减减小小。沿沿滑滑移移线线测测量量的的位位移移矢矢量量，只只有有在在矩矩形形图图板板垂垂直直于于主主断断层层的的倾倾角角稳稳定定段段的的方方向向上上才是平行的。才是平行的。地

82、层地层-断层模型断层模型斜斜向向剪剪切切模模型型：滚滚动动背背斜斜的的地地震震剖剖面面常常显显示示出出许许多多反反向向和和同同向向次次级级断断层层，说说明明剪剪切切破破裂裂作作用用或或断断层层作作用用是是滚滚动动褶褶皱皱变变形形期期间间变变形形活活动动的的一一种种常常见见机机制制。广广布布于于许许多多上上盘盘区区内内、具具有有与与主主断断层层反反倾倾特特征征的的小小型型剪剪切切破破裂裂和和断断层层可可能能形形成成一一个个连连续续的的变变形形体体。 这这种种现现象象表表明明,滚滚动动褶褶皱皱内内的的变变形形可可以以理理想想化化地地看看成成是是由由沿沿着着与与区区域域倾倾向向的垂线的垂线呈呈角的倾

83、斜滑动面角的倾斜滑动面发生均匀简单剪切的结果发生均匀简单剪切的结果(图图3)。地层地层-断层模型断层模型 斜斜向向剪剪切切模模型型的的简简单单图图解解作作图图法法(图图4)：在在该该作作图图法法中中，质质点点先先平平行行于于区区域域倾倾斜斜线线移移动动，然然后后以以一一个个角角度度(从从垂垂直直于于区区域域倾倾斜斜线线测测量量)向向下下剪剪切切。该该方方法法的的一一个个明明显显缺缺陷陷是是必必须须估估计计角角，角角的的值值可可能能随随着着物物性性、密密度度和和次次级级断断层层产产状状的的变变化化，在在上上盘盘内内的的空空间间上上及及发发展展的的时时间间上上都都发发生生着着变变化化。不不过过，许

84、许多多实实例例说说明明，斜斜向向剪切模型拟合上盘变形比前述其它几种模型更真实。剪切模型拟合上盘变形比前述其它几种模型更真实。斜向剪切的断层斜向剪切的断层-地层作图法地层作图法 在在那那些些主主断断层层的的几几何何形形态态通通过过钻钻探探或或者者高高分分辨辨力力的的地地震震记记录录而而获获得得了了清清楚楚了了解解的的情情况况中中，可可能能需需要要确确定定上上盘盘中中变变形形层层的的几几何何形态。形态。 根根据据斜斜向向剪剪切切模模型型的的断断层层-地地层层作作图图法法：该该方方法法在在给给定定断断层层形形态态、水水平平断断距距和和剪剪切切角角时时可可以以详细地重建滚动的几何形态详细地重建滚动的几

85、何形态。 根根据据次次级级断断层层产产状状或或通通过过迭迭代代法法可可以以确确定定剪剪切切角角。一一旦旦断断层层形形态态和和剪剪切切角角被被确确定定，便便可可以以建建立立任任何何给给定定水水平平断断距距的的滚滚动动形形态态，并并与与可可利利用用的的地地震震或或钻钻井井资资料料进进行行对对比比。斜斜向向剪剪切切的的断断层层-至至-地地层层作作图图法法也也为为复复原原解解释释的的横横剖剖面面提供了一种方法。提供了一种方法。根根据据物物理理（粘粘土土）实实验验模模拟拟，可可以以证证明明，斜斜向向剪剪切切模模型型确确实实是是很很常常见见的的正正断断层层上上盘盘变形机制。变形机制。 并并且且，可可以以清

86、清楚楚地地了了解解上上盘盘地地层层的的质质点点分分别别相相对对于于下下盘盘和和上上盘本身的位移路径。盘本身的位移路径。铲状正断层的几何模型与滚动褶皱铲状正断层的几何模型与滚动褶皱 地下实例地下实例挪威近海挪威近海在在图图8所所示示的的深深度度剖剖面面上上,原原来来的的区区域域标标志志层层沿沿主主断断层层发发生生位位移移,并并发发生生反反向向倾倾斜斜(即即地地层层向向主主断断层层倾倾斜斜)。图图中中还还显显示示了了蒸蒸发发岩岩的的顶顶面面和和两两条条反反向向断断层层。标标志志层层1的的形形态态和和水水平平断断距距被用来模拟主断层在深部的几何形态。被用来模拟主断层在深部的几何形态。 挪威近海挪威近

87、海水水平平断断距距不不变变和和层层长长不不变变模模型型预预测测的的主主断断层层形形态态，其其倾倾角角明明显显陡陡于于得得到到较较好好限限定定的的解解释释主主断断层层部部分分的的倾倾角角，并并且且最最终终的的滑滑脱脱深深度度超超过过10km。对对于于斜斜向向剪剪切切作作图图法法，根根据据反反向向断断层层的的产产状状估估计计40。用用斜斜向向剪剪切切和和位位移移距距不不变变模模型型算算出出的的断断层层形形态态与与解解释释出出的的主主断断层层位位置置接接近近一一致致，并并且且模模拟拟的的断断层层在在蒸蒸发发岩岩附附近近变变平平。滑滑移移线线模模拟拟的的断断层层形形态态也也在在蒸蒸发发岩岩的的顶顶面面

88、附附近近变变平平，但但其其倾倾角角比比解解释释的的主主断断层层缓缓得得多多，并并切切割割明明显显连连续续的的反反向向断断层层。这这说说明明斜斜向向剪剪切切和和位位移移距距不不变变作作图图法法得得出出的的模模拟拟的的与与观观测测的的断断层层滚滚动动几几何何形形态态最为一致。最为一致。地下实例地下实例 海湾沿岸海湾沿岸在在发发育育于于海海湾湾沿沿岸岸新新生生界界剖剖面面中中的的各各种种生生长长断断层层走走向向上上,滚滚动动褶褶皱皱形形成成多多而而高高产产的的构构造造圈圈闭闭。图图9 9a a是是显显示示有有两两个个标标志志层层和和解解释释主主断断层层的的一一个个多多产产滚滚动动背背斜斜的的深深度度

89、剖剖面面；根根据据层层11和和层层2 2模模拟拟的的结结果果分分别别表表示示于于图图9 9b b和和c c。地下实例地下实例 海湾沿岸海湾沿岸对对于于这这两两个个标标志志层层而而言言，滑滑移移线线模模型型绘绘出出的的断断层层形形态态在在已已知知的的滑滑脱脱深深度度上上方方变变平平；而而水水平平断断距距不不变变和和层层长长不不变变模模拟拟的的断断层层迹迹线线则则在在实实际际断断层层之之下下相相当当距距离离的的地地方方变变平平。对对于于斜斜向向剪剪切切模模型型，用用反反复复增增进进（迭迭代代法法）由由层层1(图图9b)和和层层2(图图9c)确确定定的的模模拟拟断断层层形形态态与与浅浅部部较较陡陡倾

90、倾斜斜的的实实际际断断层层(图图9c)形形态态之之间间的的一一致致性性直直至至最最大大限限度度的的方方法法，确确定定20。根根据据位位移移距距不不变变作作图图法法得得出出了了与与观观测测断断层层形形态态同同样样很很一一致致的的形形态态。与与挪挪威威的的实实例例一一样样，海海湾湾沿沿岸岸的的例例子子说说明明，斜斜向向剪剪切切和和位位移移距距不不变变作作图图法法最最接接近近于于观观测测的的断断层层形形态态。水水平平断断距距不不变变和和层层长长不不变变模模拟拟的的断断层层形形态态比比实实际际断断层层滑滑脱脱深深得得多多；而而滑滑移移线线作作图图法法得得出出的的模模拟拟断断层层形形态态在在实际断层上方

91、滑脱。实际断层上方滑脱。 地下实例地下实例 海湾沿岸海湾沿岸该该实实例例还还说说明明了了使使用用多多个个上上盘盘层层位位限限定定断断层层几几何何形形态态的的优优点点。两两个个不不同同标标志志层层模模拟拟的的断断层层形形态态近近乎乎一一致致说说明明，在在层层1和和层层2的的沉沉积积与与继继后后的的位位移移过过程程中中，主主断断层层的的形形态态保保持持稳稳定定。同同一一上上盘盘块块体体中中多多个个层层给给出出的的模模拟拟断断层层形形态态的的显显著著差差异异可可能能指指示示更更复复杂杂的的变变形形历历史史，在在该该历历史史中中主主断断层层形形态态随随时时间间发发生生变变化化。例例如如，主断层可以由于

92、滑脱面下的主断层可以由于滑脱面下的底辟作用底辟作用而逐渐变形。而逐渐变形。铲状正断层的几何模型与滚动褶皱铲状正断层的几何模型与滚动褶皱 地下实例地下实例 墨西哥湾近海墨西哥湾近海图图11a所所示示的的滚滚动动构构造造的的主主断断层层几几何何形形态态,被被用用来来详详细细说说明明从从已已知知断断层层形形态态模模拟拟滚滚动动形形态态的的斜斜向向剪剪切切断断层层-至至-地地层层作作图图法法的应用的应用(图图6)。墨西哥湾近海墨西哥湾近海有有规规律律的的变变化化H和和值值，绘绘出出断断层层-至至-地地层层模模拟拟的的一一个个系系列列，并并将将计计算算出出的的滚滚动动形形态态与与观观测测的的相相对对应应

93、的的泞泞部部地地层层的的滚滚动动形形态态比比较较。这这种种迭迭代代模模拟拟直直到到得得出出模模拟拟的的滚滚动动形形态态与与观观测测的的滚滚动动形形态态令令人人满满意意地地一一致致为为止止。当当 26、 H=10700英英尺尺(3261m)时时,获获得得了了与与观观测测资资料料最最吻合的模拟。吻合的模拟。墨西哥湾近海墨西哥湾近海 保保持持该该H和和值值，第第二二次次绘绘断断层层-至至-地地层层模模拟拟的的结结果果，其其中中主主断断层层几几何何形形态态被被有有规规律律地地修修改改,以以便便使使模模拟拟的的滚滚动动形形态态发发生生变变化化。当当主主断断层层在在靠靠近近解解释释标标志志层层终终止止处处

94、略略变变陡陡时时,得得出出的的模模拟拟滚滚动动形形态态与与解解释释的的滚滚动动形形态态接接近近一一致致(图图11b)。大大致致在在5S处处,在在重重新新解解释释的的主主断断层层的的变变陡陡段段附附近近观观测测到到与与新新解解释释的的断断层层面面近近于于平平行行的的倾倾斜斜反反射射波波组组;这这些些反反射射波波组组也也在在新新解解释释的的断断层层弯弯曲曲附附近近变变平平;因因此此说说明明对对原原来来断断层层解解释释的的修修改改是与实际资料吻合的是与实际资料吻合的。或或者者，原原来来的的主主断断层层形形态态解解释释可可能能是是正正确确的的，而而解解释释层层的的形形态可能需要修改。态可能需要修改。铲

95、状正断层的几何模型与滚动褶皱综合分析铲状正断层的几何模型与滚动褶皱综合分析 结论结论1.1.从从滚滚动动褶褶皱皱形形态态建建立立主主断断层层形形态态的的现现有有方方法法，随随着着假假定定上上盘盘中中主主导导变变形形机机制制的的不不同同，预预测测出出明明显显不不同同的的断断层层形形态态。水水平平断断距距不不变变、位位移移距距不不变变、滑滑移移线线和和层层长长不不变变模模型型所所给给出出的的断断层层形形态态各各不不相相同同，其其中中滑滑移移线线模模型型预预测测的的滑滑脱脱深深度度最最浅浅，而而层层长长不不变变模模型型预预测测的的滑滑脱脱深深度度最最深深。由由斜斜向向剪剪切切模模型型计计算算的的断断

96、层层迹迹线线和和滑滑脱脱深深度度，随随着着假假定定的的剪剪切切角角不不同同有有很很大大的的变变化化，但但选选择择正正确确的的剪剪切切角可得出十分逼近观测的滑脱轨迹的特有断层形态。角可得出十分逼近观测的滑脱轨迹的特有断层形态。2.压实作用可能改造标志层和主断层的形态压实作用可能改造标志层和主断层的形态，从而歪曲构造从而歪曲构造的几何关系。幸好压实引起的复杂情况有随深度增加而减小的趋的几何关系。幸好压实引起的复杂情况有随深度增加而减小的趋势。势。Xiao和和Suppe(1989)证实证实,铲状断层的大部分压实变平作用发铲状断层的大部分压实变平作用发生在最初埋藏的几百米内生在最初埋藏的几百米内,由较

97、深部的压实作用引起的断层倾角由较深部的压实作用引起的断层倾角的变化是比较小的的变化是比较小的(大约大约1/km)。因此对于许多应用来说，在根因此对于许多应用来说，在根据滚动形态进行断层形态模拟时，压实作用的效应是很小的。据滚动形态进行断层形态模拟时，压实作用的效应是很小的。铲状正断层的几何模型与滚动褶皱铲状正断层的几何模型与滚动褶皱 结论结论3.3.对对于于某某些些地地区区而而言言， 斜斜向向剪剪切切模模型型和和位位移移距距不不变变模模型型得得出出的的断断层层迹迹线线与与地地下下地地震震实实例例解解释释的的主主断断层层部部分分及及粘粘土土模模型型模模拟拟的的主断层的位置和形态最为相似。主断层的

98、位置和形态最为相似。4.4.根根据据地地下下实实例例，斜斜向向剪剪切切模模型型中中要要求求的的剪剪切切角角有有时时可可以以由由上上盘盘中中次次级级断断层层的的产产状状估估计计。剪剪切切角角也也可可以以用用迭迭代代模模拟拟法法逼逼近近，在在该该方方法法中中，剪剪切切角角被被有有规规律律地地改改变变，并并将将得得出出的的模模拟拟断断层层形形态态与地震记录解释的浅部主断层的形态进行比较。与地震记录解释的浅部主断层的形态进行比较。5.斜斜向向剪剪切切(平平面面状状滑滑动动面面)与与相相似似的的位位移移距距不不变变(弯弯曲曲状状滑滑动动面面)模模型型在在预预测测滚滚动动主主断断层层几几何何形形态态中中的

99、的成成功功说说明明，在在上上部部地地壳壳的的滚滚动动变变形形期期间间，受受次次级级断断层层调调节节的的分分散散剪剪切切是是主主要要的的上上盘盘变变形形机机制制。相相反反，水水平平断断距距不不变变和和层层长长不不变变作作图图法法的的失失败败，表表明明在在评评价的实例中价的实例中, 垂向剪切和层内滑动不是明显机制。垂向剪切和层内滑动不是明显机制。七、张性盆地的平衡剖面模拟技术与应用七、张性盆地的平衡剖面模拟技术与应用 、 概述概述 在张性盆地中，地层与构造往往是在张性盆地中，地层与构造往往是同步发展同步发展的，即在构造的，即在构造发生、发展的同时，往往伴随着发生、发展的同时，往往伴随着老地层的埋藏

100、与新地层的沉积老地层的埋藏与新地层的沉积；而且受区域阶段性构造运动的影响，盆地演化也显示出而且受区域阶段性构造运动的影响，盆地演化也显示出阶段性阶段性，这又往往造成构造活动的期次与变形的这又往往造成构造活动的期次与变形的叠加叠加；此外，地层的；此外，地层的压压实作用实作用与与剥蚀作用剥蚀作用也常是张性盆地构造演化中普遍存在的问题。也常是张性盆地构造演化中普遍存在的问题。因此，有必要采取按层序或阶段将地质构造因此，有必要采取按层序或阶段将地质构造依次恢复依次恢复、地层、地层逐逐层回剥层回剥的思路的思路, 复原出不同时代盆地构造与地层的连续剖面复原出不同时代盆地构造与地层的连续剖面，以此揭示盆地的

101、演化过程与构造的发展历史，并同时计算盆地以此揭示盆地的演化过程与构造的发展历史，并同时计算盆地的的伸展史伸展史、断层滑脱深度断层滑脱深度和盆地的和盆地的沉降埋藏史沉降埋藏史，在这一过程，在这一过程中实施中实施去压实去压实作用与作用与剥蚀恢复剥蚀恢复以提高模拟精度。为了编制和复以提高模拟精度。为了编制和复原高精度的地质横剖面，在模拟中要始终贯穿原高精度的地质横剖面，在模拟中要始终贯穿平衡地质剖面平衡地质剖面技技术。术。张性盆地构造分析的模拟技术与应用张性盆地构造分析的模拟技术与应用 概述概述计算机技术的应用的优越性：计算机技术的应用的优越性：(1)(1) 建建立立高高精精度度的的深深度度剖剖面面

102、利利用用计计算算机机可可根根据据时时深深转转换换公公式式、层层速速度度、区区域域变变速速度度等等资资料料，快快速速的的得得到到高高精精度度的的深度剖面。深度剖面。(2) (2) 实实现现定定量量的的压压实实恢恢复复压压实实作作用用是是伸伸展展地地区区地地层层埋埋藏藏过过程程中中的的普普遍遍现现象象，要要运运用用回回剥剥技技术术进进行行构构造造演演化化史史的的恢恢复复，就就必必定定会会遇遇到到压压实实恢恢复复问问题题。特特别别是是在在进进行行剖剖面面连连续续复复原原过过程程中中，不不同同深深度度的的地地层层要要进进行行不不同同程程度度的的连连续续恢恢复复，而而压压实实恢恢复复按按一一般般方方法法

103、常常要要进进行行积积分分处处理理。这这些些特特点点，使使得得手手工工无无法法进进行行。运用计算机技术可得到定量的、精度高的复原剖面。运用计算机技术可得到定量的、精度高的复原剖面。 概述概述计算机技术的应用的优越性：计算机技术的应用的优越性：(3)(3) 大大大大提提高高了了复复原原剖剖面面的的实实用用性性。过过去去用用人人工工制制作作演演化化史史剖剖面面很很少少考考虑虑平平衡衡原原则则的的应应用用与与变变形形机机制制问问题题，有有时时即即使使考考虑虑到到，但但在在手手工工上上也也难难于于实实施施。利利用用计计算算机机将将特特定定的的变变形形机机制制与与平平衡衡原原理理结结合合起起来来实实施施复

104、复原原过过程程, , 极极大大的的堤堤高高其其复复原原剖剖面面的的客观真实性与可靠性。客观真实性与可靠性。(4) 合合理理地地进进行行剥剥蚀蚀恢恢复复。剥剥蚀蚀作作用用在在构构造造演演化化中中是是很很常常见见的的，要要真真实实地地恢恢复复构构造造演演化化过过程程，就就必必须须解解决决剥剥蚀蚀恢恢复复问问题题，剥剥蚀蚀的的恢恢复复将将会会引引起起剖剖面面中中的的残残留留地地层层与与构构造造形形态态及及盆盆地地形形态态的的相相应应改改变变。过过去去在在手手工工上上即即使使想想进进行行剥剥蚀蚀恢恢复复，也也很很难难合合理理地地将将剥剥蚀蚀量量与与地地层层、构构造造及及盆盆地地形形态态的的恢恢复复有有

105、机机地地结结合合起起来来，更更谈谈不不上上精精度度问问题题。而而用用计计算算机机编编制制剥剥蚀蚀恢恢复复剖剖面面可可收收到到良良好好的效果。的效果。 (5) 大大提高工作效率大大提高工作效率张性盆地构造分析的模拟技术与应用张性盆地构造分析的模拟技术与应用张性盆地构造分析的模拟技术与应用张性盆地构造分析的模拟技术与应用 概述概述 自自从从平平衡衡剖剖面面技技术术应应用用于于伸伸展展地地区区后后，人人们们便便开开始始充充分分利利用用计计算算机机制制作作张张性性地地区区的的复复原原平平衡衡剖剖面面及及演演化化史史研研究究。这这一一工工作作特特别别是是在在近近十十几几年年来来取取得得了了相相当当进进展

106、展。如如M.G.Rowan等等(1989)运运用用计计算算机机软软件件，分分别别以以层层长长守守衡衡、垂垂向向剪剪切切和和斜斜向向剪剪切切的的平平衡衡约约束束, 进进行行了了断断层层形形态态及及滑滑脱脱深深度度的的预预测测，用用层层长长守守恒恒、垂垂向向剪剪切切和和面面积积守守恒恒的的原原则则, 实实施施了了包包括括盐盐构构造造在在内内的的剖剖面面的的渐渐次次复复原原；D.D.Schultz-Ela(1991)实实施施了了构构造造较较为为复复杂杂的的剖剖面面的的连连续续复复原原；A.G.Nunns(1991)运运用用所所谓谓的的“古古垂垂线线算算法法”实施了地震和地质剖面的复原工作等等。实施了

107、地震和地质剖面的复原工作等等。 、张性盆地构造分析的模拟原理、张性盆地构造分析的模拟原理、张性盆地构造分析的模拟原理、张性盆地构造分析的模拟原理2.12.12.12.1构造变形史恢复构造变形史恢复构造变形史恢复构造变形史恢复为为了了抽抽象象起起见见，以以单单一一的的铲铲状状控控盆盆正正断断层层为为对对象象讨讨论论构构造造变形史恢复的基本原理。变形史恢复的基本原理。 2.1.1 2.1.1 构造变形与复原的几何学模型构造变形与复原的几何学模型以以平平衡衡剖剖面面的的思思想想建建立立铲铲状状正正断断层层与与地地层层变变形形的的几几何何模模型型时，时，通常假设：通常假设： (1) 铲状断层的下盘相对

108、未变形，变形主要发生在上盘中；铲状断层的下盘相对未变形，变形主要发生在上盘中； (2)平平面面应应变变，即即在在上上盘盘变变形形的的过过程程中中，质质点点仅仅在在横横剖剖面面内内移动，变形前后面积守衡；移动，变形前后面积守衡； (3)上盘变形由单一的变形机制所引起。上盘变形由单一的变形机制所引起。 2.1.1 2.1.1 构造变形与复原的几何学模型构造变形与复原的几何学模型根根据据地地质质条条件件和和变变形形机机制制的的不不同同，目目前前在在张张性性地地区区建建立立的的断断层层与与地地层层变变形形的的几几何何模模型型主主要要有有垂垂向向剪剪切切、层层长长不不变变、斜斜向向剪剪切切、位位移移距距

109、不不变和滑移线等模型变和滑移线等模型。铲铲状状正正断断层层的的运运动动引引起起的的上上盘盘变变形形可可以以简简单单地地分分作作两两步步过过程程来来理理解解(图图1)。图图1A表表示示变变形形前前的的状状态态，剖剖面面中中存存在在一一条条潜潜在在的的铲铲状状正正断断层层；图图1B表表示示上上盘盘被被拉拉开开如如图图中中箭箭头头所所示示的的长长度度，造造成成上上、下下盘盘之之间间出出现现一一楔楔形形空空隙隙(该该空空隙隙面面积积等等于于上上盘盘尾尾端端所所增增加加的的矩矩形形面面积积)；图图 1C、D、E表表示示上上盘盘中中的的质质点点在在重重力力作作用用下下下下降降到到未未变变形形的的下下盘盘上

110、上，以以保保持持断断层层面面的的闭闭合合性性，上上盘盘物物质质变变形形充充填填空空隙隙时时的的位位移移矢矢量量可可能能是是垂垂直直的的、非非垂垂直直的的或或者者是是不不确确定定的的，并并由由此此最终使上盘产生不同的变形几何形态。最终使上盘产生不同的变形几何形态。 2.1.1 2.1.1 构造变形与复原的几何学模型构造变形与复原的几何学模型当当上上盘盘中中的的质质点点以以垂垂直直向向下下运运动动的的方方式式(即即垂垂向向剪剪切切机机制制)充充填填水水平平伸伸展展造造成成的的断断面面空空隙隙时时，被被称称为为垂垂向向剪剪切切模模型型(图图1C)。当当上上盘盘中中的的质质点点以以一一定定的的倾倾斜斜

111、方方向向向向下下运运动动(即即斜斜向向剪剪切切机机制制)来来充充填填由由水水平平伸伸展展造造成成的的断断面面空空隙隙时时，被被称称为为斜斜向向剪剪切切模模型型(图图1D)。该该模模型型中中上上盘盘质质点点倾倾斜斜向向下下运运动动有有两两种种情情况况，一一种种情情况况是是倾倾斜斜运运动动方方向向与与主主断断层层倾倾向向相相反反(这这种种情情况况较较常常见见)，另另一一种种则则是是倾倾斜斜运运动动方方向向与与主主断断层层运运动动方方向向相相同同。如如果果上上盘盘的的质质点点向向下下运运动动充充填填空空隙隙时时，保保持持地地层层的的原原始始长长度度不不变变则则称称为为层层长长不不变变模模型型(图图1

112、E)，在在该该模模型型中中，上上盘盘的的变变形形是是通通过过平平行行地地层层的的层层面面滑滑动动与与总总体体弯弯曲曲机机制制(即弯滑褶皱作用即弯滑褶皱作用)来实现的。来实现的。 2.1.1 2.1.1 构造变形与复原的几何学模型构造变形与复原的几何学模型 几几何何模模型型的的选选取取决决定定于于主主导导的的变变形形作作用用机机制制，而而主主导导的的变变形形作作用用机机制制将将取取决决于于岩岩性性特特征征、地地质质特特征征(基基底底特特征征、主主断断层层形形态态等等)及及变变形形环环境境(应应力力强强弱弱，应应变变速速率率等等)，其中尤其以岩性影响最为突出。，其中尤其以岩性影响最为突出。 对对于

113、于非非固固结结的的张张性性岩岩区区，由由于于岩岩石石中中的的质质点点易易于于相相对对滑滑移移，在在铅铅直直的的重重力力作作用用下下，垂垂向向剪剪切切可可能能是是最最常常见见的的机机制制；但但在在一一些些上上盘盘变变形形的的断断块块中中，有有时时见见到到发发育育密密集集的的反反倾倾向向断断层层，这这表表明明了了斜斜向向剪剪切切作作用用的的存存在在。对对于于已已固固结结的的岩岩区区，或或者者是是岩岩性性变变化化韵韵律律清清楚楚、层层次次分分明明的的岩岩区区，断断层层上上盘盘变变形形时时岩岩层层长长度度往往往往变变化化不不大大或或难难以以变变形形，而而平平行行于于层层理理的的方方向向容容易易滑滑动动

114、并并弯弯曲曲，因此层长不变模型可能更为适合。因此层长不变模型可能更为适合。2.1.2 2.1.2 变形的恢复变形的恢复可可以以按按照照上上述述不不同同的的变变形形几几何何模模型型的的逆逆过过程将变形剖面恢复到未变形的状态。程将变形剖面恢复到未变形的状态。 复原步骤如下：复原步骤如下： (1)建建立立复复原原的的标标志志面面或或线线，一一般般假假定定标标志志面面在在未未变变形形时时为为一一水水平平面面，如如果果断断层层下下盘盘与与上上盘盘一一起起曾曾遭遭受受过过整整体体的的区区域域变变形形，则则该该标标志志面面可可能能倾倾斜斜，这这时时可可用用从从下下盘盘的的地地层层断断开开点点向向上上盘盘引引

115、地地层层的的切切线线建建立立区区域域倾倾斜斜的的复复原标志面；原标志面； (2)将将断断层层上上盘盘的的变变形形层层面面上上的的各各点点按按不不同同的的几几何何变变形形模模型型恢恢复复到到标标志志面面上上，上上盘盘上上的的断断层层面面点点也也作作相相应应的的恢恢复复，这这时时断断层层上上、下盘间就会恢复出一个楔型空间出来；下盘间就会恢复出一个楔型空间出来； (3)将将断断层层上上盘盘的的各各地地层层点点及及断断面面点点向向断断层层下下盘盘方方向向整整体体移移动动一一个个等等于于标标志志面面上上地地层层拉拉开开距距离离的的长长度度值值，从从而而使使楔楔形形空空间间闭闭合合，剖面复原成为未变形状态

116、。剖面复原成为未变形状态。2.1.2 2.1.2 变形的恢复变形的恢复如如果果以以某某一一几几何何模模型型进进行行复复原原后后，断断层层上上下下盘盘的的叠叠合合程程度度出出现现较较大大的的误误差差时时，说说明明所所选选用用的的几几何何模模型型可可能能不不合合适适，可可以以更更换换几几何何模模型型再再进进行行复复原原，直直至至将将这这种种误误差差减减小小到到最最低低水水平平。但但是是由由地地质质过过程程的的复复杂杂性性，复复原原不不可可能能是是绝绝对对准准确确的的。断断层层上上下下盘盘的的叠叠合合往往往往会会出出现现一一定定程程度度的的偏偏差差，这这时时可可采采用用平平滑滑的的技技术术进进行行处

117、处理理，使使断层面单一断层面单一化。化。 2.1.3 2.1.3 复原变形史剖面复原变形史剖面以以上上是是将将上上盘盘看看作作单单一一的的地地层层来来进进行行复复原原的的。事事实实上上在在断断层层上上盘盘的的半半地地堑堑演演化化过过程程中中会会出出现现多多个个阶阶段段，形形成成多多套套地地层层，各各套套地地层层的的变变形形程程度度也也不不一一致致，通通常常最最表表面面的的覆覆盖盖层层是是最最新新的的、变变形形微微弱弱，向向下下各各层层的的变变形形强强度度会会依依次次增增加加，因因为为下下部部地地层层往往往往叠叠加加了了上上部部地地层层的的变变形形。这这时时可可以以采采取取地地层层逐逐层层回回剥

118、剥、变变形形逐层恢复的方法复原演化史剖面。逐层恢复的方法复原演化史剖面。 其其过过程程为为，首首先先将将第第层层剥剥掉掉，把把第第2层层的的顶顶面面按按前前述述变变形形恢恢复复的的方方法法复复原原成成未未变变形形状状态态，其其下下的的3、4等等各各层层的的顶顶面面也也作作相相应应的的等等量量恢恢复复，于于是是便便可可得得到到第第2层层沉沉积积后后的的构构造造剖剖面面；再再将将第第2层层剥剥去去，把把第第3层层的的顶顶面面恢恢复复到到未未变变形形状状态态，其其下下的的各各层层也也作作相相应应的的等等量量恢恢复复，于于是是得得到到第第3层层沉沉积积后后的的构构造造剖剖面面；依依此此方方法法类类推推

119、，直直到到得得到到初初始始状状态态剖剖面面。由由此此便便可可以以再再现现构构造造的演化史。的演化史。 张性盆地构造分析的模拟原理张性盆地构造分析的模拟原理 2.2 2.2 2.2 2.2 压实恢复压实恢复压实恢复压实恢复要要准准确确地地分分析析张张性性盆盆地地的的构构造造变变形形史史、伸伸展展史史和和沉沉降降埋埋藏藏史史，必必须须从从地地史史的的角角度度对对沉沉积积地地层层进进行行压压实实恢恢复复或或校校正正。当当我我们们以以回回剥剥方方法法恢恢复复地地史史过过程程时时，可可以以根根据据地地层层孔孔隙隙度度随随深深度度的变化历史，复原不同深度时的沉积层厚度。的变化历史，复原不同深度时的沉积层厚

120、度。2.2.1 2.2.1 建立孔隙度深度变化曲线建立孔隙度深度变化曲线 2.2.2 2.2.2 压实恢复计算压实恢复计算 张性盆地构造分析的模拟原理张性盆地构造分析的模拟原理 2.3 2.3 2.3 2.3 剥蚀恢复剥蚀恢复剥蚀恢复剥蚀恢复 地层沉积后地层沉积后, 由于构造运动的影响常造成地层剥蚀。由于构造运动的影响常造成地层剥蚀。 地地层层剥剥蚀蚀可可分分为为平平行行剥剥蚀蚀(即即平平行行不不整整合合)和和斜斜向向剥剥蚀蚀(即即角角度度不不整整合合)两两类类。地地层层剥剥蚀蚀恢恢复复方方法法很很多多, 各各有有千千秋秋。就就二二维维剖剖面面的的剥剥蚀蚀恢恢复复而而言言,对对于于平平行行不不

121、整整合合,必必须须给给出出剥剥蚀蚀延延续续时时间间(Te)和和剥剥蚀蚀速速率率(Re)，两两者者的的乘乘积积即即为为剥剥蚀蚀厚厚度度(He)，这这其其中中最最重重要要的的是是剥剥蚀蚀速速率率参参数数，根根据据剥剥蚀蚀沉沉积积相相关关原原理理，可可以以用用不不整整合合面面之之上上相相邻邻地地层层的的沉沉积积速速率率近近似似的的代代表表下下伏伏地地层层的的剥剥蚀蚀速速率率。对对于于角角度度不不整整合合，我我们们采采取取以以未未受受剥剥蚀蚀的的地地层层点点为为依依据据，用用最最小小二二乘乘法法、以以三三次次曲曲线线拟拟合合厚厚度度趋趋势势，从从最最老老的的剥剥蚀蚀地层向最新的剥蚀地层依次进行恢复地层

122、向最新的剥蚀地层依次进行恢复。 2.4 2.4 2.4 2.4 盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史 利利用用平平衡衡剖剖面面原原理理可可以以计计算算剖剖面面的的伸伸展展量量及及断断层层滑滑脱脱深深度度( (图图4)4)。图图4 4a a表表示示当当断断层层上上盘盘基基底底顶顶面面长长度度保保持持不不变变时时, , 伸伸展展量量e e为为: : e eL L1 1-L-L0 0L L1 1(Lf+(Lf+LhLh) ) 式式中中L L1 1为为变变形形后后的的剖剖面面长长

123、度度，L L0 0为为变变形形前前剖剖面面的的原原始始长长度度( (L L0 0=Lf+=Lf+LhLh) )；图图4 4b b表表示示断断层层滑滑移移距距沿沿断断层层面面保保持持不不变变, , 这这时时伸伸展展量量e e等等于于断断层层滑滑移移距距；但但是是， 仅仅利利用用位位移移距距或或岩岩层层长长度度计计算算伸伸展展量量可可能能是是不不可可靠靠的的,由由于于岩岩层层间间的的平平行行剪剪切切将将会会使使剖剖面面表表层层和和下下部部伸伸展展量量不不等等，这这时时可可结结合合层层长长和和位位移移距距的的方方法法来来综综合合计算伸展量计算伸展量, ,如图如图4 4c c所示所示, ,伸展量为伸展

124、量为: : e e(d+L(d+L1 1-Lf-Lf-LhLh)/2)/2 2.4 2.4 盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史 伸展量为伸展量为: : e e(d+L(d+L1 1-Lf-Lf-LhLh)/2)/2 图图1 1d d是是图图1 1c c更更复复杂杂、更更普普通通的的情情况况, ,表表示示要要累累计计各各基基底底段段的的原始长度和断层位移距。原始长度和断层位移距。以以现现今今剖剖面面为为基基础础计计算算出出的的伸伸展展量量是是剖剖面面发发展展至至今今的的累累计计伸伸展展量量之之和和，如如果果在在复复原原不不同同时时期期的的变变形形史史

125、剖剖面面的的同同时时计计算算出出相相应应的的累累计计伸伸展展量量，便便可可得得出出剖剖面面或或盆盆地地伸伸展展的的历历史史，以以伸伸展展量量的的增增长长为为纵纵坐坐标标、以以时时间间为为横横坐坐标标可可作作出出伸伸展展史史曲曲线线，该该曲曲线对于了解盆地的水平伸展运动具有重要意义。线对于了解盆地的水平伸展运动具有重要意义。 2.4 2.4 盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史盆地伸展史、断层滑脱深度和盆地沉降埋藏史 如如图图4 4所所示示，根根据据面面积积守守衡衡原原则则， 剖剖面面中中移移去去的的面面积积（区区）等等于于剖剖面面右右端端增增加加的的面面积积，亦亦等等于于断断层层滑滑脱脱深

126、深度度与与伸伸展展量量之之乘乘积积，故故断断层层滑滑脱脱深深度度可可由由区区面面积积除除以以伸伸展展量量求求得得（在现今剖面上求即可）。（在现今剖面上求即可）。 如如果果取取剖剖面面上上的的某某一一点点，将将该该点点的的各各地地层层在在不不同同时时期期的的复复原原史史剖剖面面上上的的埋埋深深输输出出，并并以以时时间间为为横横坐坐标标、以以埋埋深深为为纵纵坐坐标标，便便可可得得到到该该点点地地层层的的沉沉降降埋埋藏藏史史曲曲线线，这这种种曲曲线线可可以以利利用用计计算算机机在在剖剖面面上上任任意意一一点点方方便便地地求求取取，它它对对于于了了解解盆盆地地的的垂垂直直运运动具有重要意义。动具有重要

127、意义。 、应用实例、应用实例、应用实例、应用实例 以辽东湾地区的以辽东湾地区的LZ178LZ178 剖面为例。剖面为例。辽辽东东湾湾是是下下辽辽河河坳坳陷陷向向南南延延伸伸的的海海域域部部分分，总总体体呈呈北北东东走走向向，顺顺走走向向由由西西向向东东可可分分为为辽辽西西凹凹陷陷、辽辽西西低低凸凸起起、辽辽中中凹凹陷陷、辽辽东东凸凸起起和和辽辽东东凹凹陷陷几几个个平平行行的的次次级级构构造造带带。LZ178LZ178剖剖面面位位于于辽辽东东湾湾中中部部，横横跨跨辽辽西凹陷、辽西低凸起和辽中凹陷。西凹陷、辽西低凸起和辽中凹陷。综综合合该该区区的的钻钻井井岩岩芯芯孔孔隙隙度度、声声波波时时差及密度

128、测井资料，得到孔深方程为差及密度测井资料，得到孔深方程为: :0.4990.499EXP(-0.000465EXP(-0.000465Z) (Z) (砂岩砂岩) )0.5460.546EXP(-0.000552EXP(-0.000552Z) (Z) (泥岩泥岩) )以以该该方方程程依依据据，模模拟拟出出恢恢复复了了压压实实作作用用的的LZ178测线的复原演化史剖面（图）。测线的复原演化史剖面（图）。应用实例应用实例图图5揭揭示示的的盆盆地地构构造造演演化化史史表表明明,古古新新世世早早始始新新世世时时基基底底断断裂裂开开始始活活动动，中中、晚晚始始新新世世(相相当当于于沙沙河河街街组组三三、四

129、四段段沉沉积积时时期期)辽辽西西、辽辽东东两两凹凹陷陷的的边边界界大大断断裂裂强强烈烈活活动动，落落差差达达3000-5000米米，是是断断陷陷发发育育极极盛盛期期，凹凹陷陷中中地地层层厚厚度度达达数数千千米米，是是主主要要的生油岩发育时期。的生油岩发育时期。应用实例应用实例渐渐新新世世早早期期(相相当当于于沙沙河河街街组组一一段段、二二段段沉沉积积时时)，此此间间断断裂裂活活动动微微弱弱，断断距距落落差差不不大大，一一般般约约百百余余米米,地地层层沉沉积积薄薄，厚厚度度稳稳定定。渐渐新新世世中中期期，该该时时期期辽辽西西、辽辽东东凹凹陷陷的的边边界界大大断断裂裂再再度度强强烈烈活活动动、断断

130、距距落落差差可可达达2000余余米米，是是湖湖盆盆断断陷陷发发育育的的第第二二个个极极盛盛期期，沉沉积积厚厚度度大大，分分布布范范围围广广。渐渐新新世世晚晚期期，相相当当于于东东营营组组上上段段沉沉积积时时，断断裂裂活活动动转转弱弱(见见2界界面面复复原原剖剖面面)。中中新新世世以以来来，一一些些次次级级断断裂裂的的活活动动基基本本上上趋趋于于停停止止，仅仅凹凹陷陷边边界界等等大大断断裂裂有有较较弱弱的的活活动动,辽辽东东湾湾地地区区湖湖盆盆由由此此转转为为坳坳陷陷沉沉积积(见现今剖面见现今剖面)。 应用实例应用实例 剖剖面面中中断断层层的的形形成成时时期期主主要要是是中中、晚晚始始新新世世和

131、和渐渐新新世世中中期期, 前前者者为为控控盆盆断断层层和和切切割割基基底底的的次次级级断断层层的的主主要要形形成成时时期期, 后后者者为为盆盆内内次次级级断断层层的的主主要要形形成成期期。剖剖面面中中部部的的辽辽西西低低凸凸起起的的主主要要形形成成时时间间为为中中、晚晚始始新新世世，直直到到渐渐新新世世中中期期东东营营组组沉沉积积时时期期,该该低低隆隆基基本本上上是是位位于于水水面面以以上上的的。渐渐新新世世中中期期以以来来隆隆起起逐逐渐渐被被掩掩埋埋成成为为潜潜山山，但但隆隆起起幅幅度度仍仍得得到到了了继继续续发发展展，成成为为两两侧侧凹凹陷陷的的长长期期运运油油指指向向。因因此此在在该该构

132、构造造上上可可能能形形成成潜潜山山、不不整整合合及及断断块块等等不不同同类类型型的的油油气气藏藏。另另外外，在在东东侧侧的的半半地地堑堑中中，在在现现今今两两个个次次级级断断层层之之间间的的区区域域，并并没没有有什什么么构构造造显显示示，但但是是在在恢恢复复出出的的T13、T3、T23时时期期的的复复原原剖剖面面上上，在在沙沙河河街街组组一一段段、二二段段(T4-T33)和和沙沙河河街街组组三三段段上上部部存存在在一一较较完完整整的的背背斜斜形形态态。这这种种在在地地质质历历史史时时期期曾曾经经有有过过，而而现现今今消消失失了了的的古古构构造造，在在石石油勘探上很有意义。油勘探上很有意义。应用

133、实例应用实例 根根据据LZ178测测线线不不同同层层位位的的复复原原剖剖面面计计算算了了不不同同时时期期的的累累计计伸伸展展量量,其其现现今今的的累累计计伸伸展展量量约约9.8公公里里。图图4是是根根据据不不同同时时期期的的累累计计伸伸展展量量值值所所作作的的伸伸展展史史曲曲线线, 从从曲曲线线上上可可以以看看出出有有两两个个明明显显的的陡陡坡坡段段，即即两两个个伸伸展展速速率率大大的的时时期期，它它们们是是中中、晚晚始始新新世世和和渐渐新新世世中中期期。根根据据LZ178测测线线的的伸伸展展量量计计算算出出的的滑滑脱脱深深度度为为11.8公公里里。图图5为为LZ178剖剖面面中中辽辽西西和和

134、辽辽中中两两个个凹凹陷陷沉沉降降中中心心部部位位的的沉沉降降埋埋藏藏史史曲曲线线, 两两曲曲线线的的形形态态十十分分相相似似，均均明明显显出出现现两两个个陡陡坡坡段段，反反映映了了盆盆地地的的下下沉沉也也包括包括两个剧烈时期两个剧烈时期，亦即，亦即中、晚始新世和渐新世中期。中、晚始新世和渐新世中期。其他应用实例其他应用实例 漆漆家家福福等等（1995）在在研研究究辽辽东东湾湾地地区区的的盆盆地地构构造造演演化化与与滑滑脱脱面面拆拆离离深深度度、成成因因机机制制时时，主主要要是是以以垂垂向向剪剪切切和和面面积积平平衡衡为为约约束束条条件件，编编制制了平衡的构造发育史剖面。了平衡的构造发育史剖面。

135、其他应用实例其他应用实例 M.G.Rowan等等 (1989)对对美美国国得得克克萨萨斯斯墨墨西西哥哥湾湾沿沿岸岸的的实实例例进进行行了了研研究究，他他对对地地震震剖剖面面进进行行了了时时深深转转换换和和去去压压实实作作用用，并并以以A、B两两个个标标志志层层为为依依据据，运运用用多多种种机机制制进进行行了了断断层层面面预预测测，并并与与实实际际资资料料对对比比，发发现现垂垂向向剪剪切切是是最最合合适适的的机制。机制。其他应用实例其他应用实例 M.G.Rowan等等(1989)对对北北海海地地区区的的盐盐构构造造进进行行了了平平衡衡复复原原。在在下下图图的的盐盐构构造造中中，其其中中一一翼翼发

136、发育育许许多多正正断断层层。使使用用层层BD的的垂垂向向剪剪切切复复原原和和D层层以以下下的的盐盐岩岩面面积积平平衡衡，资资料料转转换换成成深深度度并并进进行行了了压压实实恢恢复复。其其它它的的平平衡衡方方案案由由于于不不合合适适而而被被淘淘汰汰。复复原显示出层原显示出层B的拉伸比层的拉伸比层C大。大。其他应用实例其他应用实例 M.G.Rowan等等(1989)对对北北海海实实施施了了包包括括盐盐构构造造在在内内的的剖剖面面的的渐渐次次复复原原。主主要要使使用用长长度度守守衡衡和和面面积积平平衡衡法法复复原原，并并包包括括去去压压实实作作用用；所所获获得得结结果果与与垂垂向向剪剪切切法法很很相

137、相似似。图图7a为为地地震震剖剖面面，图图7b为为简简化化地地质质解解释释剖剖面面，图图7c是是部部分分复复原原剖剖面面，其其中中钉钉线线位位于于剖剖面面左左侧，侧，EF层采用面积平衡，层采用面积平衡，ED2层采用层长平衡。层采用层长平衡。其他应用实例其他应用实例 复复原原图图7c右右边边缘缘（m-n线线）出出现现地地层层长长度度缺缺口口，推推测测可可能能是是地地层层流流变变和和解解释释不不合合理理等等因因素素造造成成，因因此此应应适适当当调调整整解解释释方方案案；另另外外断断层层2处处的的地地层层错错断断复复原原后后显显示示为为逆逆断断层层是是不不合合理理的的，此此外外由由于于小小断断块块刺

138、刺进进盐盐岩岩，所所以以小小断断块块的的厚厚度度太太厚厚。图图7e是是修修校校后后的的剖剖面面，包包括括改改变变断断层层线线、盐盐体体形形态态、增增加加有有关关地地层层长长度度等等。图图7d是是修修改改后剖面再平衡复原的结果。图后剖面再平衡复原的结果。图7f是复原到是复原到B层顶的剖面。层顶的剖面。应用意义应用意义应应用用实实践践表表明明，运运用用构构造造分分析析的的模模拟拟技技术术，可可以以帮帮助助石石油油地地质质工工作作者者快快速速地地评评价价和和检检验验地地震震地地质质解解释释剖剖面面；确确定定盆盆地地的的构构造造演演化化历历史史，认认识识局局部部构构造造的的发发生生发发展展过过程程，以以便便发发现现新新的的勘勘探探线线索索; 更更精精确确地地圈圈定定油油气气藏藏的的几几何何形形状状、范范围围及及其其演演变变；此此外外还还可可为为揭揭示盆地构造演化的运动学与动力学机制提供有用的资料。示盆地构造演化的运动学与动力学机制提供有用的资料。谢谢！谢谢！