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[MOVE Suite] MOVE软件应用:断层滑脱深度预测

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发表于 2019-8-5 09:25:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xufeng 于 2019-8-5 09:31 编辑

MOVE软件应用:使用Area-Depth工具进行滑脱深度预测
MOVE软件中的2D Area-Depth工具主要用于验证解释方案合理性、预测断层滑脱深度、预测地层位移、分析断层周围和褶皱带的应变分布等,该技术适用于多种构造类型,可以提供复杂构造环境的应变分布信息(Groshong et al. 2012),也可快速验证解释方案合理性(Totake et al. 2017)。本文使用墨西哥湾一个挤压逆冲构造来说明该技术的应用。
1.Area-Depth分析原理
约束建模技术(例如断层构造形态预测和滑脱深度计算)是了解区域构造演化和验证剖面解释方案合理性的重要方法,该方法根据已知的地质特征,结合符合物理和地质几何学理论的方法,在假设地层在构造运功过程中体积守恒前提下(Moretti和Callot 2012),预测未知区域的地质特征,例如断层滑脱深度。
地层体积守恒在二维剖面中可简化为地层的真实长度在构造运动前后保持不变,据此可根据地层变形后的真实长度计算水平位移:
水平位移(D)= 地层真实长度(L0)— 剖面长度(W
方法1
滑脱深度(H)= 地层隆起面积(S)/ 剖面水平位移
假设地层原始构造为水平层状,根据物质守恒,由于变形导致的相对于地层基准面变化的地层面积和体积(S),与地层边界变化的体积和面积一致。在二维剖面内,计算得到的剖面水平位移(D)结合地层隆起面积(S),可以得到一个矩形,该矩形垂向边长的大小即为断层滑脱深度(H,Chamberlain1910,Groshong 2006;图1)。
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图1 物质平衡原理示意图(Chamberlain 1910)。剖面左边界位置不动,红色线条表示变形后的地层形态,右边界红色箭头表示剖面长度变化量,绿色阴影区表示隆起面积(S)。
方法2
使用方法1根据地层隆起面积和剖面水平位移的关系计算滑脱深度的前提是地层长度在构造运动前后保持守恒(Groshong2006)。但是在现实中,由于褶皱作用导致地层长度在构造运动前后长度不守恒是常见的(Groshong et al. 2012)。为了解决这个问题,测量多套地层隆起面积,然后将隆起面积与滑脱深度进行拟合,根据拟合得到的回归方程计算滑脱深度,该方法称之为Area-Depth分析法(Groshong 1994,Groshong2006;图2)。
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图2 多层位Area-Depth关系分析。a)彩色多边形显示的是地层相对于各自的基准面变化的面积。b)根据隆起面积和深度拟合得到的Area—Depth线性关系曲线及回归系数R。
如果只有一个滑脱面,那么该滑脱面之上地层的隆起面积与滑脱深度呈线性负相关(图2b),水平位移随深度均匀变化。根据隆起面积和滑脱深度拟合得到的回归线,该回归线与Y轴交点对应的数值即为该滑脱面的深度值;回归线梯度的倒数为水平位移(Groshong2006)。该方法与方法1相比,可规避地层长度在运动前后不守恒带来的风险。
Area-Depth分析法得到的结果(例如滑脱深度和水平位移)可定义构造框架,用于更进一步的解释,例如,定义水平位移演化(例如确定同生构造的单位),评估地层长度在构造运动前后变化情况等。
2.实例
本文使用墨西哥湾一条二维地震剖面展示Area-Depth工具的实际应用。从地震剖面中可看出,主要构造类型为墨西哥湾重力驱动变形体系中压缩带逆冲构造。虽然大部分区域成像较好,但是在一些不确定性,例如断层传播褶皱中逆冲带的位置、断层的几何形态和褶皱带中层位隆起面积和深度之间的关系等。
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图3 a)墨西哥湾二维地震剖面;b)两个红色双箭头之间的地层隆起面积和深度关系存在不确定性;红色半透明多边形表示断层位置;粉色矩形表示期望滑脱深度。
根据地震反射特征进行了初步地震解释(图4a),解释构造期后地层两套(h1h2)、5套同生地层(h3,h4,h5,h6h7)和5套构造前期地层(h8,h9,h10,h11h12)。得到初步地震解释结果后,使用Area-Depth工具进行了分析,得到了很差的拟合关系(图4b),构造前期的回归系数R仅为0.4272,滑脱深度11.4Km,水平位移为3.3Km。
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图4 a)仅根据地震反射特征解释得到的初始解释方案;b)对全部12套地层(h1h12)分别作隆起面积和滑脱深度分析结果,在构造前期层位中,最好拟合结果的回归系数也只是比较差的0.4272。
较差的相关性表明,尽管初始解释方案中h3h7层位拟合较好并且看上去很合理,但是在考虑物质平衡的前提下,构造前期地层(h8h12)的水平位移与滑脱深度表现为非均一值(参见图4中的残差)。移动区域面积与滑脱深度较差的相关性可能与数据的不确定性相关,可使用MOVE软件断层构建和运动学构造运动正演模拟方法,来降低不确定性和改善解释方案。根据断层构建和构造运动正演模拟方法,修改了断层下盘的解释方案(图5a)。再次对修改后的解释方案进行分析,水平位移与滑脱深度之间存在非常好的相关性(R=0.9993,图5b),预测滑脱深度为14公里,水平位移2公里。
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图5 a)使用Area-Depth工区分析并修改后的地震解释方案;b)修改后层位隆起面积和滑脱深度关系图,相关系数R = 0.9993。
通过墨西哥湾的实例展示了Area-Depth工具强大的功能,可用于发现地震解释中存在的问题,并提供了指导工作流程来修复这些问题。Area-Depth工具可发现解释方案中那些不能直接观察到的信息,例如滑脱深度、水平位移和地层平行缩短量等;进一步,Area-Depth工具可用于更复杂的解释方案的精确性分析,得到的结果可用于重新构建断层的构造形态,以及调整断层上、下盘地层之间的关系。最终,可得到地层位移的演化史。
参考文献:
[1] Chamberlin, R.T., 1910. TheAppalachian folds of central Pennsylvania. The Journal of Geology, 18(3),pp.228-251
[2] Groshong Jr, R.H., 1994. Area balance,depth to detachment, and strain in extension. Tectonics, 13(6), pp.1488-1497
[3] Groshong Jr, R.H., 2006. 3-Dstructural geology (pp. 305-371). Springer-Verlag Berlin Heidelberg
[4] Groshong Jr, R.H., Withjack, M.O.,Schlische, R.W. and Hidayah, T.N., 2012. Bed length does not remain constantduring deformation: Recognition and why it matters. Journal of StructuralGeology, 41, pp.86-97

[5] Moretti, I. and Callot, J.P., 2012.Area, length and thickness conservation: Dogma or reality?. Journal ofStructural Geology, 41, pp.64-75. [6] Totake, Y., Butler, R.W. and Bond, C.E.,2017. Structural validation as an input into seismic depth conversion todecrease assigned structural uncertainty. Journal of Structural Geology, 95,pp.32-47



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