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1、第八讲 平衡地质剖面的实践与模拟以挤压构造为例一、地震剖面资料的平衡解释 地震资料为构造横剖面提供了大量信息，有利于解决“空白区”问题，因而对构造复杂地区的分析日益重要。如果地震资料能转换成高质量的偏移深度剖面，我们就可以应用他来编制平衡地质横剖面。这里将介绍一些易于使用的定量地震资料解释的技巧和程序，一般被称为地震资料解释的“膝折法”。,地震解释的基本方法 地震解释的膝折法简单明了，可归纳为以下几个基本步骤：等倾角区的确定；等倾角区之间轴面的确定；轴面终端或分枝处的主要构造不连续面的确定；根据断层迹线解释轴面终止原因。现对这些基本步骤分述如下：,地震解释的基本方法（l）等倾角区的确定：作为地
2、震解释的第一步，就是要确定出每一个等倾角的区段。确定几组平行的反射层位置的方法是：使用两个直角三角形。将一个三角形固定，沿其某一边滑动另一个三角形。通过这一步骤就可以确定出若干组平行的反射层，然后可将它们绘制于铺在地震剖面上面的透明工作薄膜上。使用这些方法的目的是为了在深部发现主要断层及其大致的迹线。,地震解释的基本方法（2）轴面位置的确定：第二步就是在工作薄膜上沿着等倾角区之间的枢纽带绘制出轴面。在地质剖面上，轴面通常平分褶皱两翼之间的夹角（图201a）；但是，在水平和垂直比例尺不相等的地震剖面上，轴面一般不平分褶皱两翼夹角（图201b，c）。为此，轴面必须据若干个清晰反射层的褶皱枢纽的位置
3、来确定。在未偏移和偏移有误的剖面上，由于产状较陡的反射层并未归位到正确的相对位置，轴面定位可能会产生误差（图20 1d）。,地震解释的基本方法（3）轴面分枝和终端的确定。轴面不可能无限延伸，而它们的终止位置是解释构造的重要资料。轴面可以四种方式终止：第一，它们可能在深处终止于形成断弯褶皱或断展褶皱作用的断层（图202）。第二，轴面可能被上、下的晚期断层截切。第三，它们可能分枝或与其它轴面合并。第四，轴面可能延出剖面的顶部。,地震解释的基本方法（4）断层迹线的解释。膝折法的最后一步就是利用构造几何模式略图和概念化模式来推断主要构造及层序面的位置，尤其是逆冲断层的位置。这最后一步比前三步带有更多的
4、解释性，已进入探讨与假说的范畴。在这个阶段所作出的解释在相当大的程度上可能反映了解释者的经验和想像。下面将用具体实例予以说明。,Sanwan地震测线实例 台湾西部Sanwan地震测线沿 Chung Kang Ksi河谷布置，并与构造走向斜交。这是一条相当短的测线（5km），而且只穿越了一个大构造的一部分，但可显示了膝折法对地震解释的作用。图203是未加解释的剖面。可注意到，在反射速度小于1秒的浅部，连续的反射面清楚地控制了一个背斜构造。在1秒到3秒之间的深度内出现了散布的、不连续的反射层。,图20-4是覆盖在地震剖面上透绘的反映等倾角区的工作薄膜。按膝折法的基本步骤：1）描绘出几组清楚的平行区
5、段；2）暂时确定出轴面的位置；3）标出轴面的终端，轴面C、D和E显然向下终止在约1秒的深度上，轴面A、B、A和B向上终止于约1秒到 1.2秒的深度，向下终止在约2秒的深处；4）对断层迹线解释。,Sanwan地震测线实例 在未经解释的剖面上，最明显的构造不协调出现在轴面C右侧的缓倾斜反射层区，该轴面在约1秒的深处终止于一个近水平的反射面；其下的反射层均接近水平。因此，把该不连续面解释为一条与下盘地层平行的、但切割了上盘的逆冲断层。实际上，这条断层即是西部Yunghoshan背斜中有名的Luchukeng逆冲断层。当向剖面左侧追踪该断层时，可以看到，轴面C是由于该断层从切过上盘岩层转为与上盘岩层平
6、行的变化而导生的。轴面D与E与下盘中的断层弯曲有关。因此，Luchukeng逆冲断层以上的这一背斜是由断弯褶皱作用形成的。,Sanwan地震测线实例 在Luchukeng逆冲断层以下的反射层既不清晰又不连续，但是，通过倾角区的划分，在剖面的左侧（南）清楚地显示出一个隐伏背斜。该构造很容易被解释为一个由2秒左右深处的滑脱面的台阶所引起的断弯褶皱。这条逆冲断层命名为Sanwan逆冲断层。,至此，膝折法用于Sanwan地震剖面的全过程已经完成，然而，这只是提供了一种不完整的解释，要达到完美的解释必须辅以别的方法（图205）。Luchukeng逆冲断层以上的地层是由3Km以外的YSH2控制井所确定的。
7、Luchukeng逆冲断层以下的地层与其它剖面的地层地震反射界面的比较作了修正。,对比较复杂情况的探讨 这里以台湾西部近海岸的一条地震剖面的平衡解释为例。在运用膝折法对这条地震测线进行分析时（图20一7），在工作薄膜上（图20一8）得到的第一个想法是，最右边的轴面（610炮点）可能为一与下盘的断坡起点有关的断弯向斜。通过找到该轴面以下最高的近水平层位，就可以确定往上变陡的逆冲断层的位置。由层面转变为断层的下盘断坡的切层线已经标在工作薄膜上。该滑脱面深度为2.7秒处。,对于最右边轴面的解释是暂时性的。此外，出现了一些令人困惑的问题。为什么后倾区会比前倾区宽得多（特别是在1.5秒以上和2秒以下的深
8、度）？这一事实或许表明了断展作用的存在。在滑移量相同的情况下，断展褶皱作用可以产生比断弯褶皱作用宽得多的后倾区。因此，有理由认为，这里曾发生过断展褶皱作用。那么，我们就应该意识到有陡倾甚致倒转翼存在的可能性，因为这是断展褶皱的典型特征。,下一步解释集中到490号爆破点附近约1.3秒深处的一个显著的正断层的错位上。这表明存在着一条沿层面的滑脱构造。当向右追踪时，可以看到，它与520号爆破点附近背斜前倾翼底部的近水平的逆冲断层连在了一起。上、下盘的正断层切层线的明显错位基本上一样，这样就肯定了近水平断层的存在。,进一步的解释就是利用断弯褶皱学说确定断层的去向。通过匹配横过该构造的地震地层，能确定出
9、一个位于构造上部的清楚的标志层的存在部位（图20一8）。剖面右侧的标志层虽近于水平，但是其高程却比较低，注意到这一现象是有重要意义的。因为这表明，在挤压变形作用以前，这个背斜区内已经存在某种构造，可能是一条具有差异压实作用或披盖作用的正断层。检查附近背斜构造不明显地区的层序可以证实这一猜测。实际上，在这条剖面和附近剖面上，几条正断层是十分明显的，其中之一明显向上延伸至1.3秒处的下盘切层线。,当我们试着拟合前倾部分的标志层时，就会发现，背斜顶部标志层也太高了，我们或许希望有一条逆断层往上切穿前倾区，但两侧地层似乎并未明显错断，或许有一个更好的解释。如果只是将横过前倾部分的两段标志反射层连接起来
10、，就会看到，一个褶皱轴面将平分这个夹角。所以，我们认为，地层是简单褶皱，只是倾角过大而不能反射，那些明显的反射层被解释是绕射的结果。,现在我们可以根据近60的轴角Y来计算断层弯角（褶皱必须是简单的台阶式的，见图112）。所得断层弯角约为 30。如果将断层从下盘切层线处（530号爆破点）的断层弯曲向右侧延伸，将发现30倾角的断层无法通过反射层连续性良好的地区。所以，断弯褶皱的预测与实际资料不符。我们必须用别的设想来试一试。,可以看到有一条很可能是正断层的陡倾断层从下盘切层线处向下、向右延伸。这条正断层也许在更新世曾再活化为逆断层，因而产生了断弯褶皱。然而，断层倾角大于30的简单的台阶式断弯褶皱，
11、如果在逆冲席内没有前翼地层的减薄作用或剪切作用是不可思议的。结果如图209所示，这些地层可以绕弯相连。这个剪切断层的解释显然是正确的，因为在右边 540号和 570号爆破点处的轴面显示了名符其实的、重要的、层间性质的剪切作用。,现在，我们已经识别出了一条出现在大约1.3秒处的上滑脱构造和约2.7秒处的下滑脱构造。滑脱面以约10的倾角向上升高，而上滑脱面则向下成为一条陡倾的（60）逆断层，后者可能是一条经过再活化的正断层。这两条断层是否相连？如果相连的话，又是如何相连的？剖面显示两条断层相连，如果该构造只是一个断弯褶皱，就会出现一个预期的高角度的反倾区，相当于岩层向上爬过这条正断层时所发生的地层
12、反褶皱区。根据该构造右侧连续的地震反射层来看，显然不是这种情况，所以，必然存在其它的情况。,由于该构造宽阔而又平缓反倾，我们提出了它是一个断展褶皱的设想。然而，我们设想的构造不同于图202中示意的断展褶皱。如果一条先存的正断层对该构造起了隔离作用，则断层左边的地层就不会卷人褶皱作用。如果将正断层下盘看作一个硬壁，就会出现图20一10所示的构造。但它需要相反的层间剪切作用，这种解释显然不能令人满意。这里出现的运动学问题是，我们希望大的水平位移量能转换成较小的垂直位移量；同时，在逆冲席下部发生水平位移时，需要一种能容纳断展褶皱紧闭部分以上的水平缩短分量的机制。,简易的解决办法是使正断层的相应部分发
13、生顺层剪切，以保证层长平衡。图2011就是把地震剖面的有关角度作了这样处理的（要同时考虑地震剖面上的反射波是否相符）。此图表现的是断展褶皱形成的早期阶段，由逆冲断层通过断展褶皱的倒转翼转移到正断层上的垂直位移。因此，正断层下盘中受到剪切的部分也就是断展褶皱倒转翼冲击的部分。图20一11中的上轴面是固定于岩层内的，因为正断层已转变为台阶式逆断层并形成断变褶皱。下轴面随着褶皱增长而向下扩展，从而将平坦的构造脊抬升，并使正断层发生了反向的滑动。,将上述模式和讨论应用于我们的地震剖面解释中（图2012）。其它小的变形是由一条下部逆冲断层的滑动产生的，该逆冲断层在断展褶皱的左侧以台阶状延伸。这条逆冲断层
14、及其伴生的断弯褶皱作用的细节在地震剖面中不甚清楚。上述讨论表明，编制精确的几何模式剖面，确实有助于人们以严谨的方式探求一个复杂构造的合理的解释。,对比较复杂情况的探讨从上述讨论得出的要点是，编制精确的几何模式剖面（图209，2010和2011）确实有助于人们以严谨的方式探求一个复杂构造的合理的解释。,二、利用地质资料编制平衡剖面的实例（一）绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 图25l是横穿爱达荷怀俄明犹他逆冲带的Moxa穹隆北端的剖面。地表和地下资料已编入剖面，且构造运动方向也已确定。该横剖面与构造运动方向平行，并向东一直延伸到了“未变形的”前陆部分。地形、地表地质资料和钻井资料已标绘在剖面上。,
15、绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 根据地表产状，将地面附近的构造投影在剖面的地下部分（图25一2）。在剖面的东半部，由钻井确定了密西西比的深度。据附近的钻井或据上覆的逆冲席可以确定出寒武系至密西西比系地层的剖面厚度，从而可以计算出Moxa穹隆基底的深度。,绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 基底面的西延可用两种方法确定：（l）如果有地震资料，可以通过应用合理的平均速度和将基底反射层转换为深度的方法近似地确定基底面；（2）如果没有地震资料，可用假设一套协调的地层组合和确定寒武系的深度来估算剖面西端基底的最小深度。地表填图表明，Commissary和 Absaroka逆冲断层都与 一个滑动层有关，该滑动
16、层把二叠宾夕法尼亚系及更新的地层与下伏的泥盆密西西比系及更老的地层拆离开了。那么，在密西西比系的碳酸盐岩顶部必定存在一个相应的下盘断坪。,绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 利用断片地层厚度，可将Darby逆冲断层延伸到据地震资料测出的基底深度处（图253）。Darby逆冲断层弯曲的位置是通过将地表膝折面（位于Absaroka逆冲断层的上盘）延伸到深部的方法来确定的。在没有地表控制资料的情况下，可假设在剖面西端Commissary逆冲断层的上盘卷入了寒武系地层。这一假设不一定是事实，但它是合理的，因为Darby逆冲断层的上盘中就包含了寒武系地层。,绘制非层饼状地层的剖面的实例 由西部的地表和钻井资
17、料可知，寒武系至侏罗系地层的合理厚度为14，000ft。在Moxa弯隆上，该套地层的厚度为8，000ft，而在紧邻其西的Darby逆冲断层的上盘中，该套地层厚度变为8，500ft。因此得知，古生代中生代地层向东急剧变薄。在Absaroka逆冲断层的下盘，通过平均东侧8，500ft和西侧的14,000ft厚度近似得出该处的古生界中生界的厚度为11，250ft。结合地震资料分析，最终确定的厚度为12，300ft。因此，Darby逆冲断层上盘的地层向西逐渐增厚，直至符和这一估算厚度。,绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 如何确定Absaroka逆冲断层的西部根带呢？业已确定，在二叠一宾夕法尼亚系的底部存
18、在一个滑动带；因而，其西部的密西西比系顶部必然存在一个断坪。所以，可利用区域地层产状将Darby逆冲断层上盘的密西西比系向西延伸，并使Commissary和Absaroka逆冲断层弯曲而与其相连。显然，这一方法并非如此简单。需要多次拟合。例如，在第一次拟合中，向西延伸的密西西比系的顶板或许与向西延伸的Absaroka及Commissary逆冲断层不相符。它可能太高或太低，在这种情况下，就需将基底面降低或升高。,绘制非饼状地层的平衡剖面的实例 最后，需要处理Darby逆冲席尾缘的空白部分（图25一4）。与Absaroka逆冲断层一样，Commissary逆冲断层也是沿二叠一密西西比系底界滑动的。
19、这就需要在剖面西段下盘的密西西比系的顶部确定出一个相应的断坪。这就可以证实，在Commissary逆冲断层的下盘存在一个断片，而且其中卷入的地层不会新于密西西比系。寒武一奥淘系地层是否卷入则是两可的。为了填满空白区，本例已将其包括在内。在这个问题上可试用各种各样的方法，并考虑所有能达到平衡的方法。,绘制非层饼状地层的剖面的实例Commissary和Absaroka逆冲断层之间的小叠瓦断层亦延伸到剖面深部。本例中我们假定这个小叠瓦断层形成于寒武一奥陶系的上盘切层线附近。为了对剖面进行调整和填满剩余的空白区，在Absaroka逆冲断恳的断坡区夹进了一个由二迭至侏罗系地层组成的小叠瓦片。最后，测量和
20、比较不同断片中地层顶、底的线条长度，即可检查平衡的程度。,（二）加拿大落基山的实例（图27l，27一2)：第一步：测出全部倾角。第二步：将倾角组合成有代表性的倾角组，在本实例中为1018；2533；40一44。第三步：选择一个具有代表性的基本切层角，并由此得出相应的前倾角和后倾角。本例只有后倾角：基本切层角选为15。所以，15为第一组，29为第二组，42为第三组。,加拿大落基山（图27l，27一2)第四步：由于假定基本切层用为常量，因此，所用的基本切层角是准确的倾角，而不是略有变化的地表倾角。然后可以算出在OI、。O、O、这些倾角组转换处的精确的轴面产状。为了便于在建立剖面中使用，可将这些轴面
21、产状制成玫瑰图置于剖面上方。用双三角形法可迅速划出平行线，或者把轴面产状从玫瑰图转绘到剖面中的任一位置。第五步：在剖面各部分的地形线上方标出倾斜角组的组别，然后在这些组之间画出分开它们的轴面产状。,加拿大落基山（图27l，27一2)第六步：倾角组的每一个组可以说明，在达到零度倾角组（区域性产状）之前要穿过多少个具不同倾角的断片。即，如果一个地区的倾角属第二组，则在它与倾角为零的地区之间必然存在一个具有第一组倾角的区域。第七步：倾角的组只有在经过断层或轴面时才发生变化。任何倾角变化都是由深部倾斜岩板的增加或减少引起的。第八步：当每一轴面遇到一条断层时，它或者中止或者改变产状，从而平分下面不同倾角
22、地层之间的夹角。,加拿大落基山（图27l，27一2)说明：a）Costigan逆冲席的倾角变化指示了McConncll逆冲断层下盘的切层线位置。b）在 Exshaw逆冲席内的 倾角变化表明，在 McConnell逆冲断层之下的下部剖面中存在一个下盘断坡。c）有必要在 Exshaw逆冲席下面加上 O组的轴面，因为所绘制的 Exshaw逆冲断层上盘在长距离内画得与Rundle组平行。所以，在Exshaw逆冲断层下盘的Banff组的项界需要有一条较长的断坪。d)剖面左端Aylmer与Exshaw两个逆冲断层之间较薄的Rundle组断片可能会令人生疑。然而，我们毕竟从中归纳出了使用严格倾角谱值的一点经
23、验，并且已将地层作为层饼状的几何形态加以处理。,（三）怀俄明区域性横剖面 如何开始编制一条区域性的平衡剖面呢？在怀俄明州的这个实例中，我们首先检查已发表的地质横剖面（Rubey，1973b）（图28l），确定出Prospect、Darby和Absaroka三个重要的区域性逆冲岩席及区域地层剖面，它们涉及的地层时代从寒武纪到白垩纪。整套地层可进一步分为五个次级单位（寒武系一泥盆系一A，密西西比系一二叠系一B，三叠系和侏罗系一一C，下白垩统一一D和上白垩统一E）。,怀俄明区域性横剖面在地表可以识别出九个主要的倾角城（图28一2），假设这些倾角域均与下伏的逆冲断层上盘或下盘的断坡构造有关。用铅笔画出
24、由倾角区（倾角区边界）限定的褶皱轴面。基底的深度是根据沿走向的区域地震剖面和实测的地层剖面确定出来的。显然，基底的深度至少要相当于整套地层的厚度（剖面前陆一侧的地层A一E）。,怀俄明区域性横剖面并非在每一个逆冲席中所有的地层单元均有出露。E层的厚度是由剖面东段前陆部分的地震资料得出的。D层在三个区域性逆冲席中是最年轻的地层。逆冲断层均向上切割剖面，并于首缘切穿了下伏的D层。因此，逆冲席的产状不会严格地平行于深部的地层界面。为了较容易地建立一个初步的横剖面，可将原始剖面的资料作一些简化。在第一条剖面中，可忽略次级逆冲断层Z、一些次要的伸展断层W、X和Y以及W处的小型褶皱。像W、X和Y这样的铲形伸
25、展断层经常出现在怀俄明逆冲断层带中主要的下盘断坡上面。,怀俄明区域性横剖面Ahsaroka逆冲席 在开始建立剖面时，应首先给出地形线（1）和基底面（2）（图 28一3）。一旦限定了这些边界和未变形的前陆，就给绘制剖面内部构造提供了重要的控制条件。然后，先绘制后陆逆冲席的倾斜层面（3、45）。在由前述的倾角域所限定的主轴面处使层面倾角改变。在绘制过程中，可以进行适当的技术性处理，在原始剖面上许多上古生代地层的褶皱具有较圆滑的弯曲形态，但我们把它们简化为三个倾斜的板片（在最后的剖面上，又使它们的弯曲的褶皱样式恢复），在线4处（图283）可以通过将其分为两个具中等倾斜度的板片而使褶皱变宽，但那里是一
26、个二级构造。最后以线 611完成 Absaroka逆冲席底板的绘制。,怀俄明区域性横剖面Darby逆冲席 完成层面和断面的地表产状的绘制（1216）（图28一4)。在限定了地表构造以后，就可以给制剖面的后陆一端的深部地层。线17、18、19代表A、B、C和D四个地层分界面的深度，并表明，相当厚的D层可延至Absaroka冲逆冲席之下。在Darby道冲席尾缘给定A、B、C层的厚度之后，即可较容易地绘出线2030，以完成该岩席尾缘至寒武系基底沿脱层的这部分地层的绘制。线10与21和线11且与12均大致平行。选择厚度较稳定的 D层以标出 Absaroka逆冲席的主要倾向后陆的板片的轴面。这个倾向后陆
27、板片确定了一个下盘断坡的位置（在Darby逆冲断层之下），但两者并不平行。最后绘出线3133便完成了Darby逆冲席。,前陆在这一步，可以用许多方法绘出Darby逆冲席的下盘及Prospect逆冲断层的上、下盘（图28一5）。在前陆钉线处，主要地层（A一E）界面的深度可以（用铅笔）在逆冲带下面向后延伸（3437）。Prospect逆冲断层必然向深处变陡，所以，选用CD边界（线15）作为它可能的倾角。如果将Prospect逆冲断层向深部平行于线15（38）延伸，线15至线16的Prospect逆冲席内的倾角变化就会切断DE边界（线37）。不能肯定Prospect逆冲断层延伸的深度，但至少应该延伸
28、到Darby逆冲席的前缘轴面处。线34、35和36可以一直向后延伸至 Darby逆冲断层面。,Prospect逆冲席 Darby逆冲断层面（线32）与基底之间的这个空间非常接近于A、B、C三个地层厚度的两倍（图285）。因此，可以推断，在Darby逆冲席下盘的C层顶界（平行于原始倾角）存在一拆离面，即线39。线39与Darby逆冲席前缘的轴面交切处大致与线38及该轴面交切部位一致，并使Prospect逆冲断层继续向深处延伸。由于线39的定位，即可绘出40、41和42三条地层界面，进而能完成底部沿脱面和Prospect逆冲席之间的地层界面的绘制（线43一47）。线39、40、41和42与区域性滑
29、脱面平行。由于A层表现为各逆冲席的底部滑脱层，将它延至Prospect逆冲席底面看来是合理的。线43与底部滑脱面之间的轴面应在Prospect逆冲断层下盘切过A、B层的断坡处的这一合理位置上。,怀俄明区域性横剖面由此可见，Absaroka逆冲席倾向后陆的断片确定了Darby逆冲断层下盘断坡的位置。而Darby逆冲席倾向后陆的板片确定了Prospect逆冲断层下盘断坡的位置。如果回到原始剖面，这些地方就是小型伸展断层发育的部位。最后，在Prospect逆冲席前缘绘出平行于CD界面的线48和49。一旦绘制出简化剖面并进行了复原，就可以根据此地区发育的园滑的褶皱型式将该剖面改绘得更加符后实际（图28
30、6）。,三、计算机应用 目前的计算机应用集中于两个方面，即正向模拟和复原程序。正向模拟:正向模拟的程序不直接地把剖面进行平衡，而是采用地质学家关于剖面所应包括的原始条件，并根据这些条件建立起变形剖面；然后将计算机编制的剖面（图24l）与所用的地质资料进行比较，以决定它是否适用。,计算机应用 在正向模拟程序中使用的主要变量是断坡的角度和高度、地层的厚度、逆冲断层的数目以及逆冲断层的间距和位移量。正向“模式”的优越性在于，它可以快速提出若干个构造模式以检验一个地区可能存在的几种不同的构造假说。对于新研究者来说，正向模式是极好的教学工具，因为它们可以用不同的构造型式进行快速实验。例如，在连续的模拟中
31、，通过递增逆冲断层的位移量，可以对一个构造演化不同阶段的几何特征进行检验。,正向模拟:由于正向模拟不具有复原变形剖面的功能，在平衡工作中它们可以起到“型式识别”的作用，这些模式提供了我们能从地质资料中分析出的构造型式。正向模拟程序完全以算法为基础，这些算法可以产生出典型逆冲构造的几何形态。有些算法依据的是已发表的逆冲构造的规律，如断弯、断展褶皱的规律。1989年已出现了各种程序。如果我们打算编写一个新的程序，首要的一步是了解所用的或打算在模拟中使用的算法以及这些算法同你对构造型式理解相吻合的程度。,复原剖面程序:复原程序可以一次处理整个变形剖面；或者可以分步，一次只复原一部分。一次复原可以指出
32、一条剖面是否平衡，但是矫正工作需要手工操作，尔后必须重复整个复原步骤。如果复原程序的展平方法非常灵活，就可以进入程序并矫正各个线段，而不影响剖面中其它的数值，这将加快第二步复原。分步式的计算系统允许在变形剖面中加进另一线段之前，插入任意线段并进行复原。这一功能对于在将下盘断坡绘入变形剖面之前，希望通过复原上盘断坡来直接了解下盘断坡的形态时特别有用。分步式的程序允许在编制剖面的过程中进行修改工作，因此，所画出的平衡变形剖面是初步的，没有任何东西可以替代地质学者的直觉和经验，计算工具对于行家来说才是最有用的。,讨论 用于平衡剖面的输入数据，取自数字化板，或据变形剖面将数据列成表格，然后以数字形式输
33、人计算机。输出的结果一般为打印的复原剖面图，或者是将变形剖面图与复原剖面图一起打印出来。输出的质量直接取决于输入数据的质量。Depaor（1988）提出了关于在建立平衡剖面时如何在测点之间正确内插数据的的问题。这对于手工编制横剖面似乎是个小问题，但却是计算机工作所必需的。,讨论 平衡剖面的过程迫使地质学家比过去更加谨慎地考虑如何在横剖面上绘出每一条线。平衡操作的计算机化则对所绘的线条长度和地层厚度的精确性提出了更高的要求。在绝大多数情况下，为了使程序得以进行，对于缺乏基底深度和地层厚度资料的地区必须提出专门的假设条件。不同学者根据各种方法编出了计算机辅助的平衡剖面。根据我们的经验，计算机的优越
34、性在于：（l）对称性强，而且具重复制图能力；（2）制图精确并可减少测量误差；（3）可以快速检验几种解释。但是，计算机无法判断它们所提供的几何学上的精确性对于地质问题的适应程度。,四、讨论和总结（一）平衡他人的剖面 有时我们希望使用其他地质学家的剖面，以避免自已重新编制剖面的麻烦。那么应如何评价他人剖面的质量呢？下面概况出六个步组以供讨论：1检查剖面与平面图是否一致。2检查逆冲断层的型式。3.检查地层的一致性。4剖面是否平衡？5评价可能存在的误差。6纠正曲解和谬误。,平衡他人的剖面检验已发表的剖面对已发表的剖面进行检查就是参照我们的基本假设来进行：l）逆冲断层是否向前上切剖面？2）逆冲断层的位移
35、是否有突然变化?3）逆冲断层上、下盘的断坡和断坪可否匹配？4)地层是否一致？,平衡他人的剖面剖面与平面图的一致性 作者绘制的剖面是否与构造运移方向平行（图29）？是否避开了侧向断坡和捩断层？剖面中是否正确地利用了地表地质资料？是否恰当地确定了断层和地层界面的位置？剖面中是否正确地对倾角进行了投影，并把它改为视倾角？构造系统是否正确？剖面上的构造与地表及平面图上所观察到的特征是否一致？如果对上述问题的回答是肯定的，或者误差很小，即可进行下一步。如果存在着严重的错误，最好丢开此剖面而去绘制你自己的剖面。,平衡他人的剖面逆冲断层的型式 如果要平衡一条平面，上盘和下盘的轨迹必须相匹配。上盘和下盘的断坡
36、和断坪是否相互一致呢（图30）？地震、钻孔以及地表资料证明，前陆逆冲断层几乎总是沿构造运动方向上切剖面的，因此，那些沿构造运动方向下切剖面的逆冲断层肯定是有问题的。局部会出现例外的情况，在那里褶皱的形成早于逆冲断层的端缘，后来由于逆冲断层的扩展而将其切过。,平衡他人的剖面逆冲断层的型式 剖面是否有大尺度的截切褶皱的现象？如果有的话，作者是否掌握了野外的证据来支持这种解释？如果截切作用能够得到证实，则断层两侧位移了的截切褶皱应该能够匹配。如果在上盘中存在被截切的背斜和向斜，在下盘中必然有相应的被截切构造。如果符合上述准则，该横剖面就具备了平衡的合理条件，就可以进人查明情况是否属实的下一个步骤。另
37、外，如果未加解释地违反了上述准则，那么，着手绘制你自己的剖面比试图去修改旧剖面要省时省力得多。,平衡他人的剖面地层厚度大家应当知道，在制作可以平衡的剖面中一个常见的问题就是使地层的厚度守恒。使用膝折几何特征绘制剖面最吸引人的一个方面是，平直的褶皱翼易于保持地层厚度不变。正弦波状的同心褶皱也可以用恒定的岩层厚度绘制。但是，粗心却总会引起平衡方面的问题，在实践中如果不细心，这种类型褶皱的翼部不变的岩层厚度反而会成为一个问题。,平衡他人的剖面检查平衡 按前面所讨论的方法，选出钉线的位置。应该记住，如果横剖面延伸到了未变形的前陆，最好将一条钉线的位置定在那里。如果韧性差异小，此类岩性可称之为“能干型的
38、”，它们几乎或根本没有压溶劈理。在这种情况下，用比较不同层位的线条长度的方法可以很快地对平衡作出检查。如果韧性反差大，可以比较“能干”岩层的线条长度和“非能干”岩层的剖面面积。平衡操作的最后一步是将横剖面恢复到未变形状态，这是常常被人们忽略的重要一步。人们常在这一步上自欺欺人，因为它非常耗费时间。需要注意的是，一条剖面通过了线条长度的检查后似乎应该是平衡的，但复原后的断层轨迹在断坡部位则可能表现为不合理的过陡的产状。,平衡他人的剖面评价视误差如果已经识别出若干错误，如何进行纠正？在回答这个问题以前，应该首先考虑另外两个问题：（1）这些错误是否都是真实的？（2）有些视误差是否来自平衡技术本身？有
39、些剖面不平衡是因为剖面太短，无法得到全部构造图象。请看一看图31a、b和c的情况。注意，在图31a中，上、下盘的断坡和断坪不相匹配，线条长度也不平衡。图31b是更长一些的剖面。在原始剖面的左侧多了第三个背斜和上盘断坡，这样，线条长度就平衡了。但是，如何解释上盘的断坡和断坪与下盘不匹配的问题呢？剖面左端的断坡要求在B层的底部有一个滑脱面。该断坡的位移量转移到这个滑脱面上，从而解释了右侧背斜下的上盘断坪长度比较大的原因。在B层底部加面一条逆冲断层就可简单地纠正这条剖面中的错误。但是，如果不观察更大些的构造图象，也就不会注意到为使这条剖面成为可接受剖面必须进行的修正。图31c显承了纠正后的构造剖面。
40、,平衡他人的剖面纠正曲解除非前人剖面中的误差不大，自己绘制剖面可能更节省时间。应搜集一切可靠准确的资料，如地表资料、地形和钻孔资料等。如果在原有的剖面上是用地震资料确定的基底深度，则仍可用于你的剖面。然后着手编制剖面。,平衡他人的剖面其它平衡方法 Dixon（1982）法。Dixon（1982）的富有想像力的爱达荷一怀俄明一犹他逆冲带的平衡剖面是根据波状层方法，利用透明薄膜建立的（图32）。他把薄膜（已绘上基底表面）置于变形剖面中一个逆冲席的尾线上，并透出单斜的尾缘岩板，他通过适当地转动薄膜，使薄膜上的基底断层与逆冲席每一段单斜部分的底板相拟合，再造了未变形逆冲席的几何形态。实质上，用这种方法
41、恢复了每个逆冲席之下的底板断层的波状层长度。地球物理法。Kulander和Dean（1978）在他们的横剖面上加人了综合性的重力和航磁模式，为平衡横剖面增加了另一种约束条件（图33）。这样，剖面得到了修正，直至它们不仅得以平衡而且满足了重力或航磁资料的限制条件。如果增加适用于任一剖面的若干独立限制条件，无疑会提高剖面的正确程度。,（二）绘制你自己的剖面在搜集了绘制所有横剖面所必需的全部资料以后，如何开始终制一条“可以平衡的”剖面呢？最主要的准则就是细心。逆冲断层应符合前述的几何学规则，尤其是以下两点：逆冲断层只能向前上切剖面；上盘和下盘的断坡必须匹配。如果存在多期变形作用，就必须以一种正确的反
42、序方法复原和平衡每一期变形事件。不论是同心状还是膝折状的褶皱样式都可使用，使地层厚度守恒主要是绘图方面的一个问题，但也是一个困难的问题。面积平衡中出现的多数问题是由地层的不规则性引起的假如你已选出剖面线并使其平行于构造运移方向，也按照“基本原理”一讲中所讨论的方法立起了地层往，就可以开始编制这条剖面。,绘制你自己的剖面选择比例尺和开始编制剖面 如果比例尺与地质图的比例尺相同，第一步是将全部过硬的资料，即那些已知是比较准确的、在绘制和修改剖面时不太可能变动的资料转绘到剖面上。这些资料包括地形以及地表地质特征，如地质界面、断层和构造的倾角等。所用资料只限于剖面线两侧约一定范围以内。剖面所采用的比例
43、尺因目的不同而变化。如果是用于石油勘探，最终剖面的比例尺可能是1：25000。区域性逆冲构造剖面的比例尺可能是1：100，000。而整个造山带剖面的比例尺可能是l：250，000或更小一些才合适。比例尺的选择还取决于所有资料的质量和平衡的方法。确定了比例尺以后，用墨水描出过硬资料，它将不允许作任何改动。然后复制若干份，因为在绘制过程中会出现很多误差，需要反复修改。图件上墨措施就是为了在涂改时保护过硬资料。,绘制你自己的剖面复原地层 搜集到变形剖面的地层资料后，还要把它展平成“复原的”地层剖面（图34）。在该地层剖面上，需要一条相当于前陆钉线的垂直基准线（与层面垂直）和一条由其向下测量地层深度的
44、水平基准线。在正常情况下，可通过加倍延长现有剖面的水平距离，确定出不同逆冲席地表地层剖面之间的复原距离D1和D2的范围（初步假设逆冲断层的缩短量为50）。这种初步的复原在绘出断层面之后，需要通过比较变形的逆冲席中所测量的地层位置与复原剖面中的地层位置来加以验证。,绘制你自己的剖面复原地层另一个简便的方法是，在绘制一条变形剖面以前，独立地通过地层断距图确定出平均的断层轨迹；然后尽量使地层简化以减少需要平衡的地层。这步简化工作是根据断层的形态将地层剖面分为断坡部分和断坪部分，或者根据剖面中变形样式的变化而实现的。在无法设置区域性钉线的情况下，可以将局部的“平均”断层轨迹作为测量起点。少数构造一地层
45、单元可以利用波状层法和等面积平衡法在允许的时间和最小的累积测量误差前提下进行复原。用这些方法编制的简化区域横剖面可使我们了解局部横剖面在区域构造中的位置，并便于与邻近地区其它局部剖面进行比较。,绘制你自己的剖面 剖面以外资料的投影在剖面线以外可能有一些非常有用的资料，如钻孔和地表资料。我们如何把这些资料利用到剖面中呢？从理论上讲，一条可复原的剖面同时应该是一条与倾伏构造垂直的剖面，因为只有在这样的剖面上才能观察到真正的地层厚度。在倾伏角小于15的情况下使用垂直剖面，地层厚度误差小于5。应该记住，只要横剖面线与构造运移方向的偏差在5范围以内，复原结果的误差就较小。如果没有什么地形起伏，而且褶皱轴
46、的倾伏角又很小（“小”是离开剖面线的距离的函数），操作就比较简单。当褶皱倾伏角小，而且剖面线的选择适当，地层的走向就会大致与剖面线垂直。在这种情况下，就可以将剖面线以外的资料垂直投影到剖面上。作为一般规律，距离剖面1至2km以外的资料是不宜利用的。用同样的方法也可以将钻孔资料沿区域走向投影到剖面中来。在投影钻孔资料时，必须用海平面作为深度基准线。如果有明显的地形起伏，以地表作为深度基准线将产生误差。,绘制你自己的剖面 剖面以外资料的投影就许多区域性剖面来说，上述投影方法的结果是令人满意的。但是，如果存在大尺度的倾伏褶皱或较大的地形起伏，就需要有精确的倾伏投影技术（图35）。如在“基本原理”一讲
47、中所讨论的，倾伏投影可以用手工方法或计算机来完成。对于一条粗绘的或很小比例尺的区域性剖面来说，投影可以是示意性的，并且仅用以了解总的构造几何特征。,剖面以外资料的投影由于褶皱很少是纯园柱状的，因此对剖面来说，投影只能绘出较好的轮廓，而并非精确的资料。或许有人认为，地形起伏和褶皱的倾伏对横剖面的编制是一种麻烦的事情，但是，请注意，这些麻烦的事情可能会提供在其它地方得不到的资料。应该将这些剖面线以外的资料投影到剖面的地形线以下和以上，尽管我们并不使用地形线以上的资料进行线条长度或面积的测量。我们认为，不应对地形线以上的投影进行线条长度和面积测量，原因是沿走向构造的几何特征或位移总会发生一些变化，如
48、果增加或减少地形线以上的线条长度或面积，就会“平衡出“许多对地下构造的十分荒谬的解释。,绘制你自己的剖面复原的剖面这是检查你的横剖面是否平衡的最后一步。测量每一个逆冲席中各层位的所有岩层长度，将它们绘入复原的地层楔剖面中，对于那些切层线被剥蚀掉的地层，可用局部钉线使其与下状地层固定在一起。在复原剖面中绘出因复原而变形的地形线，测量变形和复原剖面中的地层面积，并进行比较。,绘制你自己的剖面绘制和平衡一条走向剖面 我们讨论的所有有关横剖面的编制和平衡的技术只适用于倾向剖面。纵向剖面本质上可将一系列平衡的横剖面联合在一起，以显示一条断层走向的几何特征的变化。在较大的范围内，构造的纵向变化是很重要的，
49、因为沿走向和垂直走向叠瓦状断层的位移会发生变化，逆冲席可能相互交替，断片的规模和形状也会变化，而且非园住状褶皱的几何形态也会在纵向上发生变化。如何建立和平衡走向剖面呢？首先，我们不能用平衡倾向剖面的方法来平衡走向剖面。“平衡”的简单含义是指一条剖面是可以复原的。为了考查一条剖面是否是可以复原的，这条剖面必须从目前逆冲席所在位置延伸到逆冲席开始产生的地方。而走向剖面只是切过了现在逆冲席的所在部位，因此，它是不可以复原的，因而也是不能够平衡的。如何建立“平衡的走向剖面”呢？,绘制你自己的剖面绘制和平衡一条走向剖面我们建议，走向剖面应该根据一系列平行的平衡剖面来编制。走向地震测量可提供一些一般的资料
50、，但是，在具有陡倾的地质构造地区，必须谨慎地对待这些资料，因为在这些地区，大部分资料可能取自剖面两侧地区。如同绘制倾向剖面那样，将地形、地表地质和视倾角标绘在剖面线上。在走向剖面与倾向剖面相交处画出垂直线。将倾向剖面的深部资料转绘到这些垂直线上。然后将地层界线和断层连接，就完成了剖面的编制。我们可以将这样编出的综合剖面看作是“平衡的”,（三）总结如 Dahlstrom所说，如果剖面能够被拆解，它有可能是正确的；如果不能被拆解，它肯定是错误的。剖面的平衡过程要求将变形剖面与复原剖面进行比较，“平衡”意味着，这两条相比较的剖面在定量方面（线条长度和面积）是一致的。建立平衡剖面的步骤 1）搜集各种地
