近地表断层预测方法研究

近地表断层预测方法研究

丁艳红1,程莎1

（1中石化地球物理公司华北分公司，河南郑州 450000）

摘要微测井常用于地震采集时近地表结构调查工作，通过研究工区内低、降速带厚度和速度的变化规律,分析近地表地震地质条件的变化,为激发井深提供依据,为数据处理提供精确的静校正数据。鄂尔多斯盆地麻黄山西区块微测井调查中在草原沙化区大量微测井点出现高速层下重复出现低、高速层的现象，通过区域踏勘、露头调查、岩性及速度分析，结合构造演化，预测了近地表逆断层发育及展布。

关键词  鄂尔多斯  麻黄山  微测井  速度  断层

麻黄山西区块位于鄂尔多斯盆地西部，行政区划隶属于宁夏盐池县，构造位置处于天环向斜和西缘冲断带过渡部位（图1）。区块（红色线以北）地表以北为草原沙地区，以南为黄土覆盖区，在微测井调查过程中，在红色线以北地区（图2）出现多个微测井点在高速层之后重复出现低速层或高速层现象（图3），通过区域构造沉积演化、露头调查及岩性分析，结合地震剖面解释，明确了这个现象和近地表断层的高度相关性。

1  技术方法

1.1麻黄山区块构造特征

麻黄山区块横跨西部西缘冲断带和天环向斜这个特殊的地理位置及构造位置，造成了断层发育，构造复杂。受西部惠安堡沙井子断裂影响，断裂下盘具有明显东西分带特点，自西向东为逆掩带、前锋带、变形带，西部是高陡冲断带，东部过渡到天环坳陷。纵向上呈“双层构造”特征，下层下古生界构造相对稳定，局部差异隆升，断裂为近NS正断层；上层冲断构造前锋断层发育、变形强烈，以逆断推覆为主；发育了古生界中奥陶系、下石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系，下第三系和第四系的部分地层，这些地层之间呈整合、平行不整合和角度不整合接触关系，近地表断层多通天出露。

1.2麻黄山区块构造演化

西缘断褶带作为秦岭、祁连山、贺兰山三大活动构造带构造结点的重要组成部分，先后经历了海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期的构造作用。不同构造阶段、不同构造体系的复合叠加和联合作用，使得西缘南段地区现今地质构造及其演化特征极为复杂。海西期，鄂尔多斯盆地稳定沉积，沉积环境由海陆交互相向三角洲、河湖相逐渐过渡；印支晚期-燕山早期，挤压构造应力由近SN向逐渐向西缘冲断带整体隆升，开始逆冲推覆，沉积较厚河流相碎屑岩，西缘冲断带和天环坳陷之间局部区域形成前缘三角带，天环坳陷内发育低角度背斜褶皱；燕山中期-晚期，逆冲推覆继续发展，逆冲作用最强，多条逆冲断层和多个冲断席组成的叠瓦状构造；喜马拉雅期（晚始新世晚期-第四纪晚期），整个鄂尔多斯盆地相对隆升，周缘相对下降，形成一系列断陷盆地。

进入新生代，在太平洋板块及印度洋板块持续俯冲挤压作用下，主要以燕山晚期和喜马拉雅期构造运动的持续抬升作用为主。渐新世之后，在喜山运动II区域性全面抬升作用下，盆地内古近系地层不发育，厚度较小，仅在局部见古近系红色粘土沉积。进入第四纪时间，鄂尔多斯盆地内发育了广泛的厚层黄土高原沉积，西部麻黄山处于北草原南黄土区域，在持续抬升作用下，形成麻黄山现今构造格局：一系列向东逆冲的断层和其间夹的褶皱组成的大型推覆构造体，断层延伸长度大，约25-47km，断层具有上陡下缓的特点，时常在石炭系至山西组煤系地层中发生滑脱，浅层变形强烈；断层常呈躺椅状，西部倾角150-300，由西向东变大到400-500；同时还伴生发育有一些同向分支的逆冲断层和反向逆冲断层。穿越麻黄山西区的惠安堡沙井子断裂错断第三系第四系出露，并具有明显的左旋滑动，马家滩-惠安堡逆冲推覆断层表现为浅层强烈的逆冲推覆活动，深层影响相对较小，为薄皮构造，对地表地貌具有一定的影响作用。欧亚板块、太平洋板块及印度洋板块的作用，使得黄土高原一直处于三者共同作用并延伸至地表的构造应力场中，从而使黄土内部产生由剪切破坏并发生少量错动界面形成断层，或未错动闭合界面形成构造节理；由基底断裂延伸至黄土层中并使其发生地层错段的断裂界面（即断层）以及由断层界面持续活动过程中继承和派生的地裂界面（即地裂缝）的原因，在黄土中形成“X”型共轭剪节理。

1.3表层沉积特征及岩性分析

麻黄山区块地表西低东高，新近系仅发育中新统，缺失上新统。第四系主要为冲、洪积砂砾石夹粘土及钙质结核层，厚 3-160m，第三系和第四系之间呈现明显的角度不整合接触关系，在不整合接触面上，早期接受风化剥蚀的砾岩，结构和成分成熟度较高，成分简单，主要是砂质-粉砂质成分，粒度由下至上变细，面性分布，分布面积不大，磨圆度高，分选性好；是由不断前进的海侵陆地形成的。

1.4麻黄山西区块露头调查

麻黄山区块北部以草原为主，局部地区沙化严重，形成低矮沙丘；东边多农田，地表为黄土，个别地方有红胶泥出露地表；整个北部区域，地表一层薄黄土覆盖在红色砂岩、砾石、鹅卵石夹层、以及红色胶泥层之上。北部平坦区高速层埋深2-20m，受西部冲断带影响，部分区域红砂岩出露，断裂及东南部高速层下沉积大小不一的砾石、杂色砾石夹层。 工区南部黄土山地区，黄土层巨厚，最厚达300多米，往两边递减；岩性为黄土层，部分区域含料姜石夹层，未见红色胶泥层，南部黄土塬干湿黄土分界不明显。西北部露头剖面很好的展示了近地表逆推断层及伴生逆断层。

1.5 微测井调查

从全区完成的120口50m深微测井，近地表高速层（速度2200m/s以上）埋深20m以上的共95口，下伏高速夹层的共计52口；高速层速度在1700m/s，下付高速层速度在2200m/s，高速层厚度和埋深从东往西随着地形降低逐渐增加；南部因为巨厚的黄土层，基本没发现高速层下有高速夹层的井。（图1红星为高速层下伏地层有高速层的井，黑点为正常井）。图2显示，高速层下出现高速层的井呈现分带分块状，正常井点呈条状分布（图3红线1、2、3、4）。

1.6 现场剖面解释

现场剖面近地表解释，剖面断层和微测井红色条带处非常吻合，结合前面演化等分析，可以证明高速层之下出现高速层，是逆断层推覆形成的地层重复作用（图3从左到右3条现场剖面对应图2中3条黄线）。

图3现场剖面解释

2  效果分析

麻黄山西地区复杂的构造运动形成了推覆构造体并伴生了复杂的逆断层，深大断裂对浅层及地表地貌的影响也表现为浅层强烈的逆冲推覆活动，欧亚板块、太平洋板块及印度洋板块三者的构造应力场作用延伸至地表中，近地表黄土内部产生逆断层以及派生的地裂界面形成“X”型共轭剪节理；逆断层引起的地层重复引起微测井高速层重复现象，微测井解释结果和地震剖面近地表断层解释及露头解释具有高度相关性。

通过微测井高速层重复预测表层断层的研究，提出了预测近地表断层的6种模式（图4）：

（1）微测井钻遇正常地层，速度呈低、降、高速的特点；

（2）微测井过逆推断层后钻遇正常地层，速度呈低、降、高速的特点；上盘遭受剥蚀，高速层上盘没有厚度，只有下盘有厚度；

（3）微测井钻遇逆推断层的上下两盘，速度呈低、降、高速再低、降、高速的特点；断点处没有厚度，上下两盘都有高速层厚度；

（4）微测井钻遇逆推断层的上下两盘，速度呈低、降、高速再低、降、高速的特点；断点处没有厚度，上下两盘都有高速层厚度；

（5）微测井钻遇逆推断层的下盘，速度呈低、降、高速正常的特点；

（6）微测井钻遇逆推断层的上盘，上盘地层遭受剥蚀，钻遇的是更老的地层，速度呈相对高速的特点；

结论

在复杂构造地区，尤其是逆冲推覆构造运动比较强烈的地区，微测井高速层出现重复的现象和逆断层或地层推覆引起的地层重复有关，通过平面分析微测井展布，能够有效预测近地表断层发育情况。

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