小波時(shí)頻分析技術(shù)在松遼盆地陸相深水沉積層序地層單元?jiǎng)澐旨暗葧r(shí)對(duì)比中的應(yīng)用

李翔

(中石油北京天然氣管道有限公司，北京 100101)

劉招君

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；吉林省油頁巖與共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061)

趙漢卿

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津 300452)

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小波時(shí)頻分析技術(shù)在松遼盆地陸相深水沉積層序地層單元?jiǎng)澐旨暗葧r(shí)對(duì)比中的應(yīng)用

李翔

(中石油北京天然氣管道有限公司，北京 100101)

劉招君

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；吉林省油頁巖與共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061)

趙漢卿

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津 300452)

由于陸相深水沉積的地層巖性單一、標(biāo)志物少，其層序地層單元的劃分與等時(shí)地層對(duì)比一直是地層層序研究中的難點(diǎn)。以松遼盆地青山口組(K2q)深水地層為例，應(yīng)用測(cè)井曲線小波變換技術(shù)進(jìn)行層序地層單元?jiǎng)澐旨暗葧r(shí)對(duì)比，三至五級(jí)層序界面在小波時(shí)頻能量圖上特征明顯：三級(jí)層序邊界強(qiáng)能量向中間轉(zhuǎn)移；在層序內(nèi)部時(shí)頻能量具有從向大尺度轉(zhuǎn)移-向小尺度轉(zhuǎn)移-趨于穩(wěn)定-向大尺度轉(zhuǎn)移的特征，是體系域從低水位-水進(jìn)-高水位-水退的垂向響應(yīng)；其內(nèi)部的每個(gè)能量團(tuán)代表五級(jí)準(zhǔn)層序，由此實(shí)現(xiàn)各級(jí)層序單元的劃分，該結(jié)果與利用高精度地球化學(xué)測(cè)試手段所劃分的結(jié)果較為一致。從湖盆中心到盆地邊界，小波能量由弱變強(qiáng)，反映了水體能量的橫向變化，由此建立了深水湖盆地層的等時(shí)對(duì)比，為深水沉積層序地層的劃分與對(duì)比提供了一種新手段和新思路。

小波變換；陸相深水地層；層序地層；等時(shí)對(duì)比

陸相深水沉積由于巖性單一、缺乏標(biāo)志物，地層的劃分與對(duì)比一直是其難點(diǎn)。青山口組(K2q)沉積時(shí)期是松遼盆地湖盆范圍最大的時(shí)期之一，依據(jù)地震終止反射關(guān)系和巖性關(guān)系，K2q可劃分為3個(gè)層序、11個(gè)體系域，受構(gòu)造沉降、海侵事件和全球缺氧事件影響。青山口組一段(K2q1)沉積時(shí)期湖水最深，沉積物以深灰色、黑色泥巖、油頁巖為主，是重要的烴源巖和油頁巖發(fā)育層位；青山口組二、三段(K2q2、K2q3)沉積時(shí)期緩慢水退，湖盆中心沉積物仍以泥巖為主，層序單元的劃分較盆地邊緣困難許多。

前人針對(duì)深水細(xì)粒沉積地層劃分提出了多種方法[1～4]，如利用生物標(biāo)志化合物、微量元素、稀土元素及黏土礦物等資料進(jìn)行劃分；劉招君等[5]利用地球化學(xué)資料對(duì)松遼盆地深水地層的各級(jí)層序單元進(jìn)行了劃分，該方法最為精確，但取樣價(jià)格昂貴。測(cè)井曲線包含豐富的地層旋回特征[6]，利用小波變換技術(shù)將一維測(cè)井曲線轉(zhuǎn)換為二維時(shí)間(深度)-頻率域，將不同時(shí)間域的層序單元分開，通過與地球化學(xué)資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠較好地反映單一巖性地層的層序單元。

1　小波變換原理

(1)

小波變換就是用該小波函數(shù)簇去逼近測(cè)井信號(hào)f(t)，得到具有雙參數(shù)的函數(shù)：

(2)

一維測(cè)井信號(hào)f(t)經(jīng)過小波變換后轉(zhuǎn)換到了二維深度(時(shí)間)-頻率域上，既包含深度(時(shí)間)信息，又包含了頻率信息，使得測(cè)井信號(hào)中所包含的不同尺度的地質(zhì)信息更容易體現(xiàn)出來[7]。

1.1小波變換步驟

利用測(cè)井曲線進(jìn)行小波變換的步驟一般包括4步：

1)選擇一個(gè)基本小波(如Morlet小波)，與測(cè)井信號(hào)的第一節(jié)進(jìn)行比較，計(jì)算小波與第一節(jié)信號(hào)的相似程度。

2)移動(dòng)小波至第二節(jié)測(cè)井信號(hào)，重復(fù)步驟1)，計(jì)算相似程度，直至覆蓋整個(gè)信號(hào)。

3)隨a變大，伸展小波，重復(fù)步驟1)～2)。

4)對(duì)于所有尺度進(jìn)行伸展，重復(fù)步驟1)～3)。

1.2小波變換劃分層序單元的理論基礎(chǔ)

圖1　小波變換劃分層序單元理論示意圖

圖2　3種理想準(zhǔn)層序組疊加模型

沉積地層擁有多周期的地層旋回性[8]，而測(cè)井曲線是巖石特征的一種物理表現(xiàn)[9]，深水地層巖性雖然相對(duì)單一，但測(cè)井曲線可以將巖性中粒度的細(xì)微變化表現(xiàn)出來，因而利用測(cè)井曲線的時(shí)頻能譜特征可以反映不同級(jí)次的地質(zhì)旋回周期[10]，這是利用小波變換技術(shù)劃分地層層序單元的理論基礎(chǔ)(圖1)。

1.3建立理想地層疊加模型

根據(jù)沉積物的供給速率和基準(zhǔn)面變化的大小關(guān)系，可將沉積地層分為加積型、進(jìn)積型和退積型，由此建立了3種準(zhǔn)層序組的理想模型：假定3種準(zhǔn)層序組均為砂泥互層，假定泥巖和砂巖的自然伽馬分別對(duì)應(yīng)100API和50API，且砂、泥巖的自然伽馬不變，采樣點(diǎn)為500個(gè)(見圖2)。對(duì)3種準(zhǔn)層序組的自然伽馬測(cè)井信號(hào)進(jìn)行小波變換，小波能量圖具有以下特征：加積型準(zhǔn)層序組的時(shí)頻能量圖，其能量團(tuán)基本保持不變；退積型準(zhǔn)層序組在時(shí)頻能量圖上具有能量團(tuán)向上、向小尺度變?nèi)醯奶卣鳎贿M(jìn)積型準(zhǔn)層序組在時(shí)頻能量圖上具有能量團(tuán)向上、向大尺度變強(qiáng)的特征。

三級(jí)層序可以劃分為低水位體系域、水進(jìn)體系域、高水位體系域、水退體系域共4種類型[11]，其在縱向上的地層疊加方式分別為加積(進(jìn)積)、退積、加積、進(jìn)積。在陸相地層中，層序內(nèi)頂、底的粒度較粗，水動(dòng)力最強(qiáng)，故而在大尺度的小波時(shí)頻能量圖中，一套層序的頂、底能量較強(qiáng)且向中央聚攏；在層序內(nèi)部，低水位體系域沉積物粒度較粗，水動(dòng)力較強(qiáng)，在小波時(shí)頻能量圖上能量向上、向大尺度變強(qiáng)或相對(duì)大尺度保持穩(wěn)定；水進(jìn)體系域沉積物粒度向上變細(xì)，水動(dòng)力向上變小，在小波時(shí)頻能量圖上能量向上、向小尺度變?nèi)酰桓咚怀练e物粒度較均勻，水動(dòng)力變化不大，在小波時(shí)頻能量圖上能量變化不大；水退體系域沉積物粒度向上變粗，水動(dòng)力向上變強(qiáng)，在小波時(shí)頻能量圖上能量向上、向大尺度變強(qiáng)。

一套三級(jí)層序內(nèi)部經(jīng)歷了從低水位-水進(jìn)-高水位-水退的過程，層序內(nèi)部能量團(tuán)垂向上遷移具有向大尺度轉(zhuǎn)移(或在大尺度穩(wěn)定)-向小尺度轉(zhuǎn)移-趨于穩(wěn)定-向大尺度轉(zhuǎn)移的特征；體系域依靠?jī)?nèi)部能量團(tuán)在垂向變化上的疊加反映出來，每一個(gè)能量團(tuán)代表了一個(gè)準(zhǔn)層序，因此可以利用小波時(shí)頻能量圖進(jìn)行各級(jí)層序單元的劃分。

2　小波變換技術(shù)的應(yīng)用

2.1單井層序時(shí)頻特征分析

利用小波變換技術(shù)對(duì)湖盆中部的全井段取心井ZK0833井的自然伽馬曲線進(jìn)行了小波變換，在a=170～256范圍內(nèi)，劃分出3個(gè)層序(層序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)；在a=80～170范圍內(nèi)，劃分出11個(gè)體系域，與傳統(tǒng)方法劃分結(jié)果對(duì)應(yīng)較好。對(duì)層序Ⅰ進(jìn)行時(shí)頻分析，在a=50～80范圍內(nèi)依據(jù)能量團(tuán)的變化可以進(jìn)行準(zhǔn)層序的識(shí)別，其中TST(水進(jìn)體系域)識(shí)別出3個(gè)準(zhǔn)層序，HST(高水位體系域)識(shí)別出8個(gè)準(zhǔn)層序，RST(水退體系域)識(shí)別出6個(gè)準(zhǔn)層序，與精細(xì)地球化學(xué)方法(ZK0833井層序Ⅰ為每米取樣測(cè)試)的準(zhǔn)層序劃分結(jié)果對(duì)應(yīng)較好。

2.2井間等時(shí)地層對(duì)比

將研究范圍擴(kuò)大，對(duì)松遼盆地東南部的全井段取心井SK1井、NGN01井和NGN02井分別進(jìn)行小波變換，由此建立過SK1井-ZK0833井-NGN02井-NGN01井的小波時(shí)頻連井格架(圖3)，可以看出，從盆地中心到盆地邊緣，K2q的時(shí)頻能量具有盆地中心低、向盆地邊緣逐漸增強(qiáng)的特征；位于盆地中心的SK1井的3個(gè)層序能量均較弱，而ZK0833井在層序Ⅲ的頂部則出現(xiàn)了強(qiáng)能量，NGN02井受構(gòu)造隆升，層序Ⅲ遭受剝蝕，但層序Ⅱ頂部和層序Ⅲ底部均出現(xiàn)了強(qiáng)能量團(tuán)，位于盆地最邊緣的NGN01井，其3個(gè)層序內(nèi)部均有強(qiáng)能量，這與湖盆中水動(dòng)力的強(qiáng)弱變化規(guī)律相一致，由此實(shí)現(xiàn)了深水地層的等時(shí)對(duì)比。

圖3　松遼盆地東南部小波時(shí)頻能量地層格架圖

3　結(jié)論

1)對(duì)陸相深水沉積的自然伽馬曲線進(jìn)行時(shí)頻分析，其層序地層單元?jiǎng)澐旨暗葧r(shí)對(duì)比劃分結(jié)果與高精度地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)較好，在時(shí)間(深度)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了三至五級(jí)層序單元的劃分。

2)從盆地中心到盆地邊緣時(shí)頻能量由弱變強(qiáng)，也反映了水體能量得變化，這為地層層序單元的劃分與等時(shí)對(duì)比提供了新的思路和手段，同時(shí)也降低了層序劃分的人為主觀性，提高了工作效率。

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[編輯]龔丹

2016-01-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972076)；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20110427)。

李翔(1989-)，男，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事油氣勘探及油氣儲(chǔ)運(yùn)方面研究工作，762694943@qq.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)29-0024-04

[引著格式]李翔，劉招君，趙漢卿.小波時(shí)頻分析技術(shù)在松遼盆地陸相深水沉積層序地層單元?jiǎng)澐旨暗葧r(shí)對(duì)比中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(29):24～27.