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[MOVE Suite] Dip-Isogon:基于拉姆齐褶皱分类原理的褶皱建模技术

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发表于 2019-6-2 12:42:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第644篇原创文章
首发于2019年6月1日
作者:徐锋


精确描述褶皱样式是地质建模工作中最具挑战性的难题之一,MOVE软件中基于拉姆齐褶皱分类原理(Ramsay Fold Classes)的Dip-Isogon褶皱建模方法,为解决这个难题提供了一种理想的解决思路。该方法使用地层厚度和倾角之间的几何关系(Ramsay,1967)区分褶皱类型及相应的构造形态,根据地质理论建立真实的褶皱模型(图1)。

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图1:分地层建立的三维褶皱模型揭示了三期褶皱运动。在地表,地层露头表现出2型褶皱特征。

1、褶皱分类

历史上,使用两种几何关系对褶皱进行分类:1)平行褶皱(Parallel),褶皱各个部位的地层真厚度相同;2)相似褶皱(Similar),平行于枢纽方向地层视厚度相同。然而,自然界中存在的褶皱并非都可以使用以上两种类型描述,因此,Ramsay在1967年提出了一种应用范围更广泛的褶皱分类方法,该方法使用地层厚度与地层倾角之间的关系对褶皱分类(图2a)。为了计量任意褶皱的方向,任意一处地层的倾角(α)为与该点法线方向垂直的线,与和褶皱枢纽线垂直的线,所形成的夹角的角度;地层厚度为该点地层真厚度(tα)与褶皱枢纽地层厚度(t0)的比值。

02.jpg
图2:a)基于地层厚度与倾角之间关系进行褶皱分类原理示意图;
b)根据此方法,褶皱分为三大类

如上图所示,Isogon线指的是地层不同位置的真厚度或视厚度,此厚度值与褶皱枢纽地层厚度值相同。拉姆齐褶皱分类原理(Ramsay Fold Classes)根据Isogon线不同类型,将褶皱划分为三个主要类型(Ramsay&Huber,1987;图2b)

Class1型褶皱:Isogon线收敛型,即地层的Isogon线由外向内收敛。此类型褶皱进一步细分为Isogong线强烈收敛类型(1A类型)、Isogong线垂直于地层(1B类型)和Isogong线弱收敛(1C类型)三个子类型;

Class2型褶皱:Isogon线的倾角平行于褶皱枢纽倾角;

Class3型褶皱:Isogon线发散型,即地层的Isogon线由外向内发散;

2、使用Dip-Isogon关系构建褶皱

一旦褶皱类型被确认并且已知Isogon线,则可以使用地层倾角(α)和厚度(tα/t0)之间的关系作为约束条件构建褶皱的构造形态。如果有证据表明在地表观测到的褶皱类型可以表示地表之下的褶皱类型,则可使用地表观测到的地层倾角(α)和厚度(tα/t0)数据进行地下褶皱构造形态的构建。当其它途径获取的地下数据存在很大风险的情况下,此功能尤其实用。

使用Dip-Isogon方法构建褶皱模型,首先要建立每一套地层倾角(Dip)和Isogon线的关系。为了找到这种关系,MOVE软件采用Dip-Isogon图形分析工具,绘制根据地层倾斜角度矫正过的地层倾角(δ)和褶皱不同位置点的Isogon线与该点法线的夹角(Ф),图3所示。不同褶皱类型中的同源褶皱采用过中心点的直线表示,混合类型褶皱在Dip-Isogon图形工具中具有复杂的线条形态,例如复杂的“人字形”折线形态。

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图3:a)创建Isogon线的方法以及确定地层倾角(Dip)与Isogon线关系。b)Dip-Isogon图形工具显示地层倾角(Dip)与Isogon线之间的关系,例如水平蓝线表示平行(Parallel)褶皱,红色对角线表示相似(Simillar)褶皱,黑色折线表示尖顶(Chevron)褶皱。此图形工具中,地层倾角(Dip)经过地层倾斜角度矫正,所以在枢纽部位数值最小,翼部数值最大。

根据在野外地表出露的地层测量得到的图3b中地层倾角(Dip)与Isogon线的关系,可用于预测深部地层的方向。图4展示了MOVE软件褶皱建模的工作流程,首先根据测量数据建立不同出露地层的位置及地层倾角(图4a);接下来根据Dip和Isogon线之间的关系创建Isogon线,然后在Isogon线上创建一系列平行于地层倾角(Dip)的标记(图4b);第三步,将从地表或井筒得到的地层接触关系外推,与Isogon线上的地层倾角标记一致(图4c);最后,对每套地层重复以上步骤,直至建立整个褶皱的构造形态(图4d)。

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图4:使用Dip与Isogon关系构建褶皱构造形态。a)输入数据包括野外露头位置和地层倾角;b)根据每套地层的Dip与Isogon线的关系,构建Isogon线和一系列平行于地层倾角的标记;c)建立出露地层的构造形态;d)根据不同地层Dip与Isogon线的关系,建立整个褶皱构造形态。

3MOVE软件褶皱构建流程

MOVE软件中Isogon褶皱构建方法位于ConstructHorizons from Template工具中。在褶皱构建过程中,不同地层可定义不同的Dip与Isogon线的关系,这些关系可以在图3b中以数字或图形方式输入。可以使用倾角数据,或者使用近似成为一系列具有户自定义间距或采样间距的倾角数据组成的线作为模板,构建褶皱。关于3D褶皱构建,MOVE软件使用2.5D方法,使用一系列紧密排列的虚拟横截面来约束3D褶皱形态。

3.1、二维褶皱构建

在二维剖面内构建褶皱所需数据包括:不同地层露头位置,地层接触关系,测量得到的地层倾角以及根据辐辏指标得到的枢纽位置(图5a)。

工作流程如下:

1)打开MOVE软件,点击ModelBuilding主菜单,打开Horizons from Template窗口,TemplateType参数选择Dip Data,ConstructionMethod参数选择Isogon (Ramsay Fold Classes);

2)打开TemplateDip Data,把相应参数加入参数栏,然后选择一个初始倾角;

3)点击HorizonConstruction (Isogon Relationship),设置地层数据库,选择模板地层和其它所有需要构建的地层;

4)点中AddInterpolated Dip Data复选框,允许在实测倾角间插入虚拟倾角数据。将Isogon设置为0(Class1B),调整Sample Interval参数,直到地层厚度特征符合Class 1B褶皱类型,点击Options表组里面的ShowThickness Ellipses可以辅助调整地层厚度;

5)在Construction选项卡上,对每套将定义Dip-Isogon关系的地层设置Isogon值,然后点击Relationships选项卡。定义所选地层的Dip-Isogon关系,默认线性关系,也可定义为非线性关系。此例中使用“人字形”褶皱关系(图3b);

6)重复以上步骤处理其它地层。如果不同地层的Dip-Isogon关系相同,可以再Construction选项卡中复制这种相同关系;

7)通过调整Construction选项卡上的Thickness列的相应数值调整地层厚度;

8)调整虚拟倾角数值,知道和实际露头位置重合,相应的快捷键:

Shift+Click:选择虚拟倾角;

Shift+Scroll:旋转所选中的虚拟倾角;

Ctrl+Click:添加新的虚拟倾角;

Ctrl+Click(middlemouse button/scroll wheel):删除虚拟倾角。

9)点击Creat。在创建模型对象之前单击Snapto Faults / Posts或Show Polygons复选框可有助于优化显示结果(图6b)

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图5:a)用于构建褶皱的数据类型;b)通过保持厚度椭圆为圆形确定采样间隔是否合理。

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图6:a)根据“人字形”褶皱类型的Dip-Isogon关系构建的褶皱构造形态,在需要的情况下,可微调地层厚度或倾角,使模拟的结果与实测结果更好的匹配;b)最终褶皱构造形态

3.23D褶皱构建

在构建3D褶皱模型时,使用多条二维剖面单独构建、然后由二维剖面构建三维模型,既费时间,得到的结果沿褶皱走向还可能是矛盾。在一些特定情况下,通过其它途径得到了褶皱在横向的变化规律,使用多条二维剖面构建三维模型是唯一可得到精确结果的方法。通常情况下,褶皱类型沿褶皱轴向是恒定的,所以采用三维层位面约束构建三维多地层褶皱模型是最有效的途径。

在此例中,MOVE软件构建了一系列虚拟二维剖面,这些虚拟二维剖面与褶皱轴向垂直(图7)。根据指定的Dip-Isogon关系,Isogon方法同时应用于所有地层。三维褶皱构建流程和二维流程完全相同,如图7所示,单击Add Horizon Surfaces复选框,使用Linear或DelaunayTriangulation插值方法,可直接从Construct Horizons from Template工具内快速而又准确地建立三维褶皱模型。

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图7:使用MOVE软件中Isogon褶皱构建方法,通过2.5维方式构建三维褶皱构造

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