平衡剖面技術(shù)恢復(fù)云南蘭坪—金頂?shù)貐^(qū)白堊紀(jì)地層縮短歷史及其意義

劉禮潔，郭福生，姜勇彪，朱志軍

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 撫州 344000)

平衡剖面技術(shù)恢復(fù)云南蘭坪—金頂?shù)貐^(qū)白堊紀(jì)地層縮短歷史及其意義

劉禮潔，郭福生，姜勇彪，朱志軍

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 撫州 344000)

蘭坪盆地為中新生代陸內(nèi)盆地，地處歐亞板塊與印度板塊的拼合帶，其中蘭坪金頂?shù)貐^(qū)白堊系發(fā)育，很好地記錄了該區(qū)的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征。通過野外實(shí)測(cè)和室內(nèi)資料整理，在蘭坪金頂?shù)貐^(qū)選擇一條北西—南東向地質(zhì)剖面，用平衡剖面技術(shù)恢復(fù)研究區(qū)白堊系因歐亞板塊與印度板塊碰撞而引起的北西—南東向地層縮短量，揭示盆地的性質(zhì)及變形歷史，檢驗(yàn)其地質(zhì)構(gòu)造解釋的正確合理性，并進(jìn)行數(shù)字化分析。研究結(jié)果表明，白堊系景星組下段至南新組沉積期間地層總縮短量為2.938 km，在南新組構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈。

蘭坪金頂?shù)貐^(qū);白堊系;縮短量;平衡剖面技術(shù)

平衡剖面技術(shù)誕生于石油勘探實(shí)踐，從Dahlstrom(1969)提出此概念，至今經(jīng)歷了40余年的時(shí)間［1～3］。在此期間，平衡剖面技術(shù)不斷得到完善，已成為油氣勘探中一項(xiàng)重要技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征分析，成為一種重要的模型解釋工具［4～8］。構(gòu)造剖面分為不平衡剖面、不能復(fù)原剖面、可復(fù)原或可承認(rèn)剖面、有價(jià)值平衡剖面4類。編制平衡剖面應(yīng)遵循體積守恒、面積守恒、層長守恒、斷距守恒的原則［9］。平衡剖面的制作有反演、正演和恢復(fù)3種方法［9］。本文在云南蘭坪盆地蘭坪金頂?shù)貐^(qū)選擇了一條有價(jià)值平衡剖面 (北西—南東向剖面)，用平衡剖面技術(shù)方法恢復(fù)該區(qū)中生代白堊系縮短歷史，揭示其區(qū)域構(gòu)造意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

云南蘭坪盆地位于云南省西部，地處歐亞板塊與印度板塊的拼合帶，是在海西褶皺帶基礎(chǔ)上發(fā)育起來的中新生代陸相裂谷沉積盆地，西以瀾滄江深大斷裂與保山盆地分界，東以哀牢山深大斷裂與滇中盆地分界［10］。它是在瀾滄江洋和金沙江洋消亡后發(fā)展起來的一個(gè)中新生代陸內(nèi)盆地［11］，由此形成了蘭坪金頂?shù)貐^(qū)的“推覆—滑動(dòng)”構(gòu)造體系。

蘭坪思茅盆地勘探開發(fā)研究工作起步早，地層學(xué)研究比較完善，目前地層命名已被廣泛接受，白堊系按巖性、沉積旋回等特征由老到新劃分為下白堊統(tǒng)景星組、上白堊統(tǒng)南新組及虎頭寺組。蘭坪金頂?shù)貐^(qū)下白堊統(tǒng)景星組由砂巖和泥巖組成，砂巖多為白色、灰綠色石英砂巖;上白堊統(tǒng)南新組為砂巖、砂礫巖及泥巖組成，巖石主要呈紫紅色，含灰質(zhì)較高;上白堊統(tǒng)虎頭寺組為一套單一的塊狀砂巖，一般含石英砂巖及長石石英砂巖，細(xì)粒為主，巖石常呈淺灰、黃灰或淺紅色。

2 平衡剖面恢復(fù)

2.1 測(cè)線剖面選取

本文研究對(duì)象已建立了正確的地層柱狀圖模型，在一定的構(gòu)造變形研究基礎(chǔ)上，本次研究選取的剖面方向?yàn)楸蔽魑鞣较?，與本區(qū)主構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方向夾角小于30°，途徑蘭坪老縣城、金頂?shù)V區(qū)一帶，剖面全長約為20.494 km(見圖1)并由此制作出綜合剖面圖 (見圖2)。依據(jù)平衡剖面編制復(fù)位的原理［12～13］，認(rèn)為這條剖面是相對(duì)塑性變形較小的地段，各套地層均可以確認(rèn)和對(duì)比，剖面上的主要構(gòu)造樣式清晰可辯，可以較好地兼顧盆地內(nèi)的構(gòu)造特征，是一條有價(jià)值平衡剖面。在剖面上選擇各標(biāo)志層面，分別為T1、T2、T3、T4，其中T1至T2是南新組，T2至T3是景星組上段，T3至T4是景星組下端。

2.2 平衡剖面恢復(fù)過程中參數(shù)的確定

剝蝕補(bǔ)償:蘭坪金頂?shù)貐^(qū)乃至整個(gè)蘭坪盆地經(jīng)受過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，白堊系景星組與侏羅系壩注路組之間，白堊系虎頭寺組與古近系云龍組之間，地層存在著不整合面，需要對(duì)不整合面以下的地層進(jìn)行剝蝕補(bǔ)償。剝蝕量數(shù)據(jù)可以參考前人研究成果，但由于蘭坪金頂?shù)貐^(qū)缺乏可靠的剝蝕量數(shù)據(jù)，因此，主要采取厚度趨勢(shì)法進(jìn)行合理估算。

斷距消除:在進(jìn)行平衡恢復(fù)之前，需要進(jìn)行斷距消除，重建地層沉積時(shí)的水平狀態(tài)。斷距消除時(shí)，淺部地層采取“彎滑機(jī)制”處理，深部地層采取 “垂直/彎滑機(jī)制”處理［13～14］。

去壓實(shí):當(dāng)巖層厚度發(fā)生改變時(shí)，利用巖石的壓實(shí)曲線進(jìn)行去壓實(shí)校正，但只是針對(duì)巖性均勻的巖層，對(duì)于巖性巖相橫向變化大的陸相盆地則無法直接使用，需要根據(jù)巖性的變化把剖面分割成巖性相對(duì)一致的區(qū)段分別進(jìn)行去壓實(shí)校正，再把校正后的各段重新拼接完成剖面［15］。本研究區(qū)各組內(nèi)巖性基本無變化，可認(rèn)為此剖面是巖性均勻的地層。

3 縮短率與縮短速率分析

圖3為蘭坪盆地蘭坪金頂?shù)貐^(qū)北西西向平衡剖面恢復(fù)圖。通過平衡剖面恢復(fù)可以得到各演化階段剖面的構(gòu)造形態(tài)和長度數(shù)據(jù)。自景星組沉積以來，蘭坪金頂?shù)貐^(qū)始終處于擠壓變形狀態(tài)，各組地層沉積變形過程中均有地層縮短變形，并且從景星組到虎頭寺組，變形量逐漸增加。由圖3可以看出，南新組沉積期間有一個(gè)快速縮短變形期，反映蘭坪金頂?shù)貐^(qū)在這個(gè)時(shí)期地層變形量較大，盆地處于相對(duì)活動(dòng)期。

表1為本次平衡剖面的研究成果。本剖面現(xiàn)今長度約為20.494 km，景星組下段至南新組沉積期間地層總縮短量約為2.938 km。從縮短率的分配 (見圖4)上可以看出剖面反映的變形縮短過程明顯呈現(xiàn)一個(gè)相對(duì)較快縮短期，并且地層由老到新，縮短量越來越大。景星組下段沉積期為一個(gè)相對(duì)較慢的縮短期，縮短量約為0.696 km，占整個(gè)研究區(qū)間縮短量的23.690%。景星組上段，縮短量約為0.932 km，占整個(gè)研究區(qū)間縮短量的31.722%。南新組沉積期為一個(gè)快速縮短期，縮短量約為1.310 km，占整個(gè)研究區(qū)間縮短量的44.588%。

圖1 研究區(qū)附近地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the studied area in Lanping-Jinding area

圖2 綜合地質(zhì)剖面圖Fig.2 Generalized geologic profile

圖3 蘭坪金頂?shù)貐^(qū)北西－南東向平衡剖面恢復(fù)圖Fig 3 NW-SE balanced section across the Lanping-Jinding area

表1 蘭坪金頂?shù)貐^(qū)北西—南東向平衡剖面白堊系地層縮短特征Tab 1 The Cretaceous strata shortening character from a NW-SE profile in the Lanping-Jinding area

圖4 縮短率－時(shí)間曲線圖Fig.4 The shortening ratio－time curve diagram

4 討論與結(jié)論

劉棟梁等［6］認(rèn)為，印度板塊自距今約55 Ma開始與亞歐板塊碰撞;宋廷光［16］認(rèn)為，受印度板塊與歐亞板塊碰撞影響，整個(gè)中國西部地區(qū)處于擠壓縮短環(huán)境，出現(xiàn)許多同沉積逆沖斷層;覃功炯等［17］認(rèn)為，蘭坪金頂?shù)貐^(qū)的喜馬拉雅構(gòu)造是東西兩邊的對(duì)沖形式。本文用平衡剖面方法恢復(fù)蘭坪金頂?shù)貐^(qū)的一條北西西向剖面，得出該剖面在整個(gè)白堊紀(jì)期間地層均有縮短變形，表明蘭坪盆地處于擠壓應(yīng)力場(chǎng)，白堊系處于長期縮短變形狀態(tài)，與上述研究結(jié)果吻合。同時(shí)，可以清楚地揭示蘭坪盆地屬于同沉積擠壓盆地。

白堊系景星組下段到南新組沉積期間地層總縮短量為2.938 km，而且從老到新縮短率明顯增加，表明白堊系擠壓越來越強(qiáng)烈，尤其南新組表現(xiàn)的最為強(qiáng)烈。研究結(jié)果深化了對(duì)金頂?shù)V床的成因認(rèn)識(shí)，為青藏高原東—北緣新生代Pb-Zn-Cu-Ag成礦系統(tǒng)及發(fā)育體制研究提供了區(qū)域構(gòu)造背景。

因此，平衡剖面技術(shù)既檢測(cè)了前人對(duì)地質(zhì)構(gòu)造解釋的合理性，又可以對(duì)構(gòu)造變形進(jìn)行數(shù)字化分析，為區(qū)域構(gòu)造的認(rèn)識(shí)和油氣資源評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

［1］Dahlstrom C D A.Balanced cross section［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，1969，36(6):743～759.

［2］ElliottD.The construction of balanced cross section［J］.Journal of Structural Geology，1983，5(2):153～160.

［3］李樂，王靜.平衡剖面技術(shù)在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)地震資料解釋的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2010，33:76～82.LI Le，WANG Jing.Apply balanced section technology to elucidate Seismic data of complex structures［J］.Drilling and Production Technology，2010，33:76～82.

［4］施澤進(jìn)，曾慶，茍量，等.庫車前陸盆地構(gòu)造特征及縮短量研究［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，26(4):403～406.SHI Ze-jin，ZENG Qing，GUO Liang，et al.Study on structural characteristics and amount of cross-section shortening in Kuqa Foreland Basin［J］.Journal of Chengdu University of Technology，1999，26(4):403 ～406.

［5］余一欣，湯良杰，殷進(jìn)垠，等.應(yīng)用平衡剖面技術(shù)分析庫車坳陷鹽構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［J］.石油學(xué)報(bào)，2008，29(3):378～382.YU Yi-xin，TANG Liang-jie，YIN Jin-yin，et al.Analysis on kinematic characteristics of salt structures in Kuqa Depression by using balanced section technology［J］.Acta Petrolei Sinica，2008，29(3):378～382.

［6］劉棟梁，方小敏，王亞東，等.平衡剖面方法恢復(fù)柴達(dá)木盆地新生代地層縮短及其意義［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43(4):637～647.LIU Dong-liang，F(xiàn)ANG Xiao-min，WANG Ya-dong，et al.Cenozoic deformation history determined by restoration of the balanced section across the Qaidam Basin［J］.Chinese Journal of Geology，2008，43(4):637～647.

［7］胡望水，柴浩棟，李瑞升，等.平衡剖面技術(shù)對(duì)東海西湖凹陷正反轉(zhuǎn)構(gòu)造及其成藏控制的研究［J］.特種油氣藏，2010，17(1):5～19.HU Wang-shui，CHAI Hao-dong，LI Rui-sheng，et al.Application of balanced section technique to the study of positive in version structure and hydrocarbon accumulation control in Xihu Depression of East China Sea［J］.Special Oil and Gas Reservoirs，2010，17(1):5 ～19.

［8］NumA G.Structural restoration of seismic and geologic sections in extensional regimes［J］.AAPG Bulletin，1991，75(2):278～297.

［9］蔣錄全，劉光炎.平衡剖面技術(shù)綜述［J］.南方油氣地質(zhì)，1995，1(3):39～46.JIANG Lu-quan，LIU Guang-yan.Review of balanced cross section technique［J］.The Petroleum Geology in Southern China，1995，1(3):39 ～46.

［10］顏文，歐陽自遠(yuǎn)，李朝陽.蘭坪—思茅盆地脈狀銅礦床黝銅礦的礦物化學(xué)［J］.礦物學(xué)報(bào)，1994，14(4):361～368.YAN Wen，OUYANG Zi-yuan，LI Chao-yang.Mineral chemistry of tetrahedrites from Lanping-Simao vein copper deposits，Yunnan province［J］.Acta Mineralogica Sinica，1994，14(4):361～368.

［11］朱創(chuàng)業(yè)，夏文杰，伊海生，等.蘭坪—思茅中生代盆地性質(zhì)及構(gòu)造演化［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，24(4):23～30.ZHU Chuang-ye，XIA Wen-jie，YI Hai-sheng，et al.The tectonic nature and evolution of Mesozoic Lanping-Simao Basin［J］.Journal of Chengdu University of Technology，1997，24(4):23 ～30.

［12］梁慧社，張建珍，夏義平.平衡剖面技術(shù)及其在油氣勘探中的應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，2002:1～114.LIANG Hui-she，ZHANG Jian-zhen，XIA Yi-ping.Balanced cross section technique and its application in the oil and gas exploration［M］.Beijing:Geological Publishing House，2002:1～114.

［13］張向鵬，楊曉薇.平衡剖面技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2007，35(2):78～80.ZHANG Xiang-peng，YANG Xiao-wei.Research present situation and progress about balanced-section technique［J］.Coal Geology and Exploration，2007，35(2):78～80.

［14］張榮強(qiáng)，吳時(shí)國，周雁，等.平衡剖面技術(shù)及其在濟(jì)陽坳陷樁海地區(qū)的應(yīng)用［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2008，28(6):135～142.ZHANG Rong-qiang，WU Shi-guo，ZHOU Yan，et al.Tectonic evolution of the Zhuanghai area，Bohai Bay Basin，East China:The application of balanced cross sections［J］.Marine Geology and Quaternary Geology，2008，28(6):135～142.

［15］周建勛.同沉積擠壓盆地構(gòu)造演化恢復(fù)的平衡剖面方法及其應(yīng)用［J］.地球?qū)W報(bào)，2005，26(2):151～156.ZHOU Jian-xun.The balanced cross-section method for restoration of structural evolution in compressional basins with synkinematic sedimentation and its application［J］.Acta Geoscientica Sinica，2005，26(2):151～156.

［16］宋廷光.同沉積逆斷層的發(fā)育特點(diǎn)及油氣聚集條件分析［J］.青海地質(zhì)，1997，(2):6～13.SONG Ting-guang.Properties of synsedimentary reverse faults and petroleum accumulation［J］.Qinghai Geological，1997，(2):6～13.

［17］覃功炯，彭斯震.蘭坪金頂?shù)貐^(qū)推覆－滑動(dòng)構(gòu)造及其平衡剖面［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，1994，8(2):177～185.QIN Gong-jiong，PENG Si-zhen.Nappe-sliding structure and balanced cross-section of the Lanping-Jinding region，Yunnan，China［J］.Geosciences，1994，8(2):177 ～185.

CRETACEOUS DEFORMATION HISTORY DETERMINED BY RESTORATION OF THE BALANCED SECTION ACROSS THE LANPING-JINDING REGION，YUNNAN，CHINA

LIU Li-jie，GUO Fu-sheng，JIANG Yong-biao，ZHU Zhi-jun
(East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou，Jiangxi 344000，China)

The Nanping Basin，located between the India and Eurasian plates，was a large Mesozoic-Cenozoic basin and deposited huge thick continuous Cretaceous strata，which recorded well the regional tectonic movement characteristics.Based on field survey and indoor data sorting，a technique of balanced section across the Lanping-Jinding region was applied to a NW-SN geological profile to reconstruct the crust shortening history from Cretaceous and to understand the nature of the basin and to check up its geological structure explained correctly and to make a digital analysis.The results showed that the total length about the Cretaceous crust shortening was 2.938 km from the under section of Jingxing Formation to Nanxin Formation，and Nanxin Formation had the most strongest tectonic movement.

Lanping-Jinding region;Cretaceous;shortening length;technique of balanced section

P534.53

A

1006-6616(2011)03-0243-06

2011-03-14

東華理工大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目 (DYCA10005)，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (U0933605)及中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目 (12120108180096)聯(lián)合資助。

劉禮潔 (1986-)，女，碩士研究生，專業(yè)方向沉積盆地分析，E-mail:llj102510251025@yahoo.com.cn

郭福生，E-mail:fsguo@263.net