陸相斷陷盆地陡坡帶砂礫巖體期次劃分
——以濟陽坳陷車西洼陷北帶中淺層為例

宋 亮，蘇朝光，張營革，郝志偉，王 楠

（1.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257000; 2.中國石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000; 3.中國石油大學(xué)資源與信息學(xué)院，北京 102249）

陸相斷陷盆地陡坡帶砂礫巖體期次劃分
——以濟陽坳陷車西洼陷北帶中淺層為例

宋 亮1，蘇朝光1，張營革1，郝志偉2，3，王 楠1

（1.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257000; 2.中國石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000; 3.中國石油大學(xué)資源與信息學(xué)院，北京 102249）

針對車西洼陷北帶中淺層砂礫巖體期次劃分困難的問題，初步探索出一種在地質(zhì)和地震資料約束下，基于測井曲線米氏旋回和小波變換技術(shù)的砂礫巖體描述方法。通過對測井曲線進行頻譜分析，認為車西洼陷北帶東營組砂礫巖體的沉積期次受米氏旋回的控制，偏心率404.0 ka和地軸傾角53.6 ka周期控制著四、五級層序的發(fā)育，是進行砂礫巖體期次劃分與對比的基礎(chǔ)。因此，依據(jù)米氏旋回和小波變換理論，在縱向上對車西洼陷北帶東營組砂礫巖體進行了精細的劃分，共識別出8～10個小的扇體期次。研究表明，應(yīng)用米氏旋回和小波變換技術(shù)分析高頻旋回，提高了沉積旋回研究的定量化水平。其中，設(shè)計的米氏旋回濾波曲線和選取的小波變換系數(shù)與高頻旋回具有較好的對應(yīng)關(guān)系，可有效地指導(dǎo)砂礫巖體期次的精細劃分。

砂礫巖;高頻旋回;米氏旋回;小波變換;陸相斷陷盆地;車西洼陷;濟陽坳陷

1 問題的提出

車西洼陷為渤海灣盆地濟陽坳陷北部車鎮(zhèn)凹陷內(nèi)部的一個次級洼陷，南北夾于無棣——義和莊凸起與埕子口凸起之間，西為慶云凸起，東部經(jīng)車3鼻狀構(gòu)造與大王北洼陷相接。車西洼陷具有明顯的陸相斷陷盆地的沉積特點，在北部陡坡帶的中淺層發(fā)育有大量的砂礫巖體沉積，普遍具有埋藏淺、緊臨生油洼陷等有利成藏條件，是重要的油氣儲層。

但該區(qū)砂礫巖體非均質(zhì)性強，成藏復(fù)雜，扇體發(fā)育期次的不同往往造成含油氣性的巨大差異。而常用于地層對比的各類測井曲線幅度異常小，不能很好的反映砂礫巖粒徑變化及其沉積旋回性。因此造成期次劃分混亂，地層對比困難，嚴重制約了砂礫巖體油氣藏的勘探開發(fā)。以往利用地震資料采用包絡(luò)面和時頻分析等手段進行砂礫巖體期次的劃分［1－2］，由于受分辨率的限制，無法精細描述砂礫巖體的期次及其內(nèi)幕旋回。近年來，利用測井曲線小波變換對砂礫巖期次進行精細劃分與對比，得到了很好的應(yīng)用［3－4］。本次研究以車西洼陷北帶中淺層?xùn)|營組砂礫巖體為例，綜合運用米氏旋回理論，結(jié)合小波變換技術(shù)，進行了砂礫巖體期次劃分方法研究。

2 砂礫巖體期次劃分技術(shù)流程

本文所要探討的砂礫巖體期次劃分的技術(shù)流程及關(guān)鍵技術(shù)主要包括（圖1）:

1）砂礫巖體低頻旋回的確定。選取研究區(qū)中基礎(chǔ)資料較全的關(guān)鍵井，采用地震時頻分析技術(shù)，結(jié)合巖心、常規(guī)測井和成像測井等多種資料，初步確定砂礫巖體的低頻旋回。

2）測井曲線的選擇與預(yù)處理。本次研究選取了能較好反映砂礫巖體特征、縱向分辨率高的自然伽馬曲線;對自然伽馬曲線進行歸一化和濾波去噪等預(yù)處理，以增強曲線的差異幅度，去除背景噪音的干擾。

3）米氏周期的判斷。對預(yù)處理后的測井曲線進行頻譜分析，確定優(yōu)勢旋回厚度，并與米氏周期比率進行比較，判斷砂礫巖體的沉積是否受米氏周期的控制。

4）砂礫巖體高頻旋回的劃分。對于符合米氏旋回的井，根據(jù)確定的優(yōu)勢旋回厚度，設(shè)計相應(yīng)的低通和帶通濾波器，進行單井的高頻層序劃分;對于不受米氏周期控制的井，則采用小波變換的方法，根據(jù)小波圖譜和小波變換系數(shù)進行單井的高頻層序劃分。

圖1 砂礫巖體期次劃分技術(shù)流程Fig.1 Flow chart of sandbody sedimentary cycle division

基于地震資料的時頻分析技術(shù)已相對成熟，在此不再贅述。本文重點探討基于米氏旋回和小波變換理論的砂礫巖體期次劃分方法。

3 應(yīng)用米氏旋回理論進行砂礫巖體期次劃分

3.1 米氏旋回理論的基本原理

米蘭科維奇旋回理論認為地球上任一緯度日照量的變化與地球公轉(zhuǎn)軌道三要素（偏心率、地軸傾角和歲差）的周期變化有關(guān)。而周期性的氣候變化將在沉積物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及沉積層的厚度上反映出來。由于天文周期具有相對的穩(wěn)定性，在地層沉積過程中留下的痕跡完全有可能成為一座精確的“沉積物鐘”和一種輔助的測齡工具［5－7］。研究認為，在過去的500 Ma內(nèi)，偏心率旋回沒有變化，地軸傾角和歲差旋回有隨著時間的推移而降低的趨勢?？山普J為米氏旋回為404.0，124.0，95.0，53.6，41.0 和 23.7 ka，米氏周期比率為404.0∶124.0∶95.0∶53.6∶41.0∶23.7。

目前米氏旋回的識別最常用的是米氏周期最佳匹配法。由于米氏旋回在地質(zhì)歷史時期具有相對的穩(wěn)定性，其各周期之間的比率關(guān)系在一定時期內(nèi)是穩(wěn)定的。同級別沉積旋回具有等時間跨度的特性，如果將地質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到時間域中進行分析（即頻譜分析）后，若地層所包含的各種旋回厚度與米氏周期比率相等，則認為符合米氏旋回［8］。

測井曲線的連續(xù)性好，分辨率高，能夠敏感地反映地層中沉積物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性及巖相等周期性變化，是高頻旋回研究的主要資料。通過對測井曲線進行頻譜分析可以找到其中的主要頻率值，求出相應(yīng)的波長，得出地層中主要的沉積旋回厚度，進而判斷是否符合米氏旋回［9］。最終，根據(jù)研究精度的不同，選擇不同的米氏周期作為各級層序的劃分標(biāo)尺，構(gòu)建濾波器，對測井曲線進行濾波處理，獲得實際測井曲線中隱藏的米氏旋回，進行相應(yīng)級別層序的劃分［10］。

3.2 米氏旋回理論的初步應(yīng)用

通過對車261井東營組的自然伽馬曲線進行頻譜分析發(fā)現(xiàn)（圖2），該段自然伽馬（GR）曲線的主頻有 0.007 8，0.025 4，0.031 3，0.058 6 和0.078 1 Hz，將頻率倒數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的波長分別為128.21，39.37，31.95，17.06和12.80 m。由于GR曲線的采樣間隔為0.125 m，因此地層主要旋回厚度為16.03，4.92，3.99，2.13和1.60 m，周期旋回之比為1.00∶0.31∶0.25∶0.13∶0.10。將這一比值與地質(zhì)歷史時期米氏旋回各周期比值進行比較發(fā)現(xiàn)，其與404.0（1.00）∶124（0.31） ∶95（0.24） ∶53.6（0.13）∶41 ka（0.10）接近，符合米氏旋回。

圖2 濟陽坳陷車西洼陷車261井東營組自然伽馬曲線頻譜分析Fig.2 Spectrum analysis on gama log of the Dongying Formation in Well Che-261 of Chexi Subsag，the Jiyang Depression

對車西洼陷北帶所有探井的東營組GR曲線進行頻譜分析發(fā)現(xiàn)，大部分井符合米氏旋回。表1中列出的是與米氏旋回（404.0∶124.0∶95.0∶53.6∶41.0）ka誤差小于10%的井，發(fā)現(xiàn)由偏心率404.0 ka周期引起的地層旋回厚度為12.79～64.10 m，平均35.15 m;124.0 ka周期引起的地層旋回厚度為3.99～18.27 m，平均9.32 m;95.0 ka周期引起的地層旋回厚度為2.85～16.00m，平均7.45 m。由地軸傾角53.6 ka引起的地層旋回厚度為1.56～8.56 m，平均4.75 m;41.0 ka周期引起的地層旋回厚度為1.60～6.10 m，平均3.46 m。

根據(jù)以上的頻譜分析結(jié)果，結(jié)合實際地質(zhì)情況和層序級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)認為［3］，偏心率404.0 ka周期控制著四級層序的發(fā)育，地軸傾角53.6 ka周期控制著五級層序的發(fā)育。分別設(shè)計相應(yīng)的低通和帶通濾波器，從測井曲線中提取出受這兩個周期控制的四、五級層序變化曲線，從而依據(jù)曲線的變化趨勢進行四、五級層序的劃分。

以車26井的東營組為例。在利用米氏旋回之前，僅能利用時頻分析技術(shù)劃分出兩個三級層序，四、五級層序不易識別，且受人為影響較大;在提取了與四、五級層序相關(guān)的GR測井濾波曲線后，可以精細而客觀的進行砂礫巖體期次描述（圖3）。分析認為，低通和帶通濾波曲線代表了不同沉積期次礫巖體中泥質(zhì)發(fā)育情況:波峰對應(yīng)于泥質(zhì)含量相對較高的礫巖或泥巖隔層發(fā)育段，波谷對應(yīng)于泥質(zhì)含量相對較低的礫巖或純礫巖發(fā)育段。由此，根據(jù)低通濾波曲線，可以劃分出5個四級層序，對應(yīng)于10個小的扇體期次;在帶通濾波曲線上可以進一步劃分出40個五級層序。

表1 濟陽坳陷車西洼陷北帶東營組地層米蘭科維奇旋回厚度Table 1 Milankovitch cycle thickness of the Dongying Formation in the northern Chexi Subsag，the Jiyang Depression

圖3 濟陽坳陷車西洼陷車26井東營組米氏旋回層序分析Fig.3 Milankovitch cycle-based sequence analysis of the Dongying Formation in Well Che-26 of Chexi Subsag，the Jiyang Depression

4 應(yīng)用小波變換技術(shù)進行砂礫巖體期次劃分

4.1 小波變換的基本原理

對于車西洼陷北帶東營組中米氏旋回不明顯的探井，則采用小波變換技術(shù)進行砂礫巖體期次的描述。小波變換是傅里葉分析的發(fā)展，可在時域和頻域兩個域內(nèi)揭示信號的特征。其實質(zhì)是引入伸縮、平移思想，對不同頻率成分自動選取時域和取樣步長，從而能夠聚焦到信號的任意微小細節(jié)，被譽為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

小波變換的基本思想是用一簇函數(shù)去表示或者逼近某一信號或函數(shù)。這一簇函數(shù)稱為小波函數(shù)系，它通過將一個基本小波函數(shù)ψ（t）的自變量t進行不同尺度的伸縮和平移構(gòu)成。連續(xù)小波變換就是把小波函數(shù)系與待變換的函數(shù)f（t）作內(nèi)積，得到具有雙參數(shù)a（尺度參數(shù)）和b（時間位移參數(shù)）的函數(shù) Wf（a，b），即:

小波函數(shù)ψa，b（t）隨尺度參數(shù)a、時間位移參數(shù)b的變換對應(yīng)于不同的頻段和不同的時間區(qū)間。由于a，b值的變化，小波變換對不同頻率在時域上的取樣步長是調(diào)節(jié)性的:在低頻時小波變換的時間分辨率較差，而頻率分辨率較高;在高頻時小波變換的時間分辨率較高，而頻率分辨率較低。這正符合低頻信號變化緩慢而高頻信號變化迅速的特點，由此構(gòu)成了利用小波變換進行信號分析的基礎(chǔ)［11－14］。

從地質(zhì)學(xué)的角度看，測井曲線可認為是多個不同周期沉積旋回的疊加反映，進行連續(xù)小波變換后，得到一系列與尺度和深度相對應(yīng)的小波變化系數(shù)曲線對應(yīng)于地層中不同沉積厚度的周期旋回。這些周期旋回以尺度的形式展示出來:尺度值大，表示該沉積周期長，對應(yīng)地層旋回厚度大，稱為大尺度旋回，反之稱為小尺度旋回。因此，通過觀察各種伸縮尺度下小波系數(shù)曲線所表現(xiàn)出的周期性振蕩特征，可與各級層序界面建立一定的對應(yīng)關(guān)系，作為層序界面劃分的依據(jù)［15－18］。

4.2 小波變換的初步應(yīng)用［19］

以車65井東營組為例，首先結(jié)合時頻分析技術(shù)，劃分出1個三級層序，識別出2個大的扇體期次。通過與測井曲線、巖性剖面的對比，認為小波變換系數(shù)a=512和a=30的曲線分別與四、五級層序?qū)?yīng)較好。根據(jù)GR曲線小波變換圖譜，結(jié)合小波系數(shù)曲線的震蕩特性，在a=512曲線上劃分出4個四級層序，識別出8個小的扇體期次;在a=30曲線上劃分出更細微的43個五級層序（圖4）。與單純利用測井曲線、巖性剖面進行期次描述相比，這一劃分結(jié)果精細的識別出了四、五級高頻旋回，準(zhǔn)確的劃分了各級的層序界面，較少受人為因素的影響，便于進行井間的期次劃分與對比。

圖4 濟陽坳陷車西洼陷車65井東營組小波變換層序分析Fig.4 Wavelet transformation-based sequence analysis of the Dongying Formation in Well Che-65 of Chexi Subsag，the Jiyang Depression

5 結(jié)論

1）綜合運用地震時頻分析、米氏旋回和小波變換等技術(shù)方法，初步形成了一套適合陸相斷陷盆地砂礫巖體期次劃分的技術(shù)流程，為砂礫巖體的期次對比和綜合地質(zhì)研究奠定了基礎(chǔ)。

2）依據(jù)米氏旋回和小波變換理論進行砂礫巖體期次劃分，提高了旋回劃分的定量化水平。選取的濾波曲線和小波變換系數(shù)曲線與高頻旋回具有較好的對應(yīng)關(guān)系，在縱向上對車西洼陷北帶東營組砂礫巖體進行了精細的旋回劃分，共識別出8～10個小的扇體期次。

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Recognition of sedimentary cycles of sandbodies in steep-slope zones of continental rifted basins—a case study of middle-shallow horizons in the northern Chexi Subsag of the Jiyang Depression

Song Liang1，Su Chaoguang1，Zhang Yingge1，Hao Zhiwei2，3，Wang Nan1

（1.Geophysical Research Institute，SINOPEC Shengli Oilfield Company，Dongying，Shandong257000，China;2.West Frontier Research Center，SINOPEC Shengli Oilfield Company，Dongying，Shandong257000，China;3.College of Resource and Information，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

In order to solve the problem of sedimentary cycle recognition of the middle-shallow sandbodies in the northern Chexi Subsag，we proposed a geologic-and seismic-constrained sedimentary cycle description method by using the Milankovitch cycle theory and wavelet transformation with well logging，constrained.Spectrum analysis of well logs shows that sedimentary cycle of sandbodies in Dongying Formation in the northern Chexi Subsag was controlled by the Milankovitch cycle.The fourth-and fifth-order sequences were controlled by the cycle of 404.0 ka eccentricity and 53.6 ka dip of earth’s axis，which is the foundation of the division and correlation of sandbody sedimentary cycle.According to the theories of Milankovitch cycle and wavelet transformation，we identified 8－10 small sedimentary fans vertically in the sandbodies of the Dongying Formation in the northern Chexi Subsag.The results show that analyses of high frequency cycles by using the Milankovitch cycle and wavelet transform can improve the quantificational level of sedimentary cycle division.The designed curves of Milankovitch cycle filters and the selected wavelet transformation coefficients correlate well with the high frequency cycles，and thus can be used to effectively recognize sedimentary cycles of sandbodies.

book=223,ebook=573

sandbody，high frequency cycle，Milankovitch cycle，wavelet transformation，continental rifted basin，Chexi Subsag，Jiyang Depression

TE122.2

A

0253－9985（2011）02－0222－07

2010－03－18;

2011－04－07。

宋亮（1983—），男，助理工程師，地震勘探。

（編輯 高 巖）