基于小波變換的盆地沉積-構(gòu)造波動分析

趙 利，李 理，董大偉

中國石油大學(華東) 地球科學與技術(shù)學院，山東 青島 266580

?

基于小波變換的盆地沉積-構(gòu)造波動分析

趙 利，李 理，董大偉

中國石油大學(華東) 地球科學與技術(shù)學院，山東 青島 266580

波動分析是一種定量研究盆地沉積-構(gòu)造演化的方法。本文分析了滑動窗口法在盆地沉積波動分析數(shù)理方法中的諸多不足，采用小波變換的多尺度分解思想對研究區(qū)19個點處的信號做了處理，方法是使用db4小波對沉積速率直方圖做Level9次分解。結(jié)果表明：以東營凹陷616-2點為例做沉積波動分析發(fā)現(xiàn)，通過小波變換可以獲得能量波(A)、次能量波(n)、沉積演化波(g)和高頻波(l)四個分解波，其中周期波n、g、l的周期分別是91、50、14 Ma；平面對比各分解波發(fā)現(xiàn)，能量波反映的是盆地沉積的整體趨勢和盆內(nèi)某點的平均沉積速率，次能量波反映的是盆地構(gòu)造演化周期和斷陷結(jié)構(gòu)，沉積演化波反映的是板塊聚斂控制下的盆地沉積-剝蝕演化，沉積干涉波反映的是盆地多尺度周期波疊加所呈現(xiàn)的地層沉積速率；空間尺度波動分析表明，一期構(gòu)造運動會在空間內(nèi)產(chǎn)生一個特定的構(gòu)造波，而多個構(gòu)造波在空間內(nèi)會有規(guī)律地相互干涉，即產(chǎn)生多期構(gòu)造疊加。

小波變換；分解波；波動分析；沉積盆地；東營凹陷

0 引言

眾所周知，許多地質(zhì)事件、現(xiàn)象在地質(zhì)歷史時期內(nèi)的變化具有明顯的周期性、韻律性。根據(jù)分形系統(tǒng)或觀察尺度的不同，前人對這些現(xiàn)象做了細致的研究，如季候紋泥或疊層石的周期性變化、層序地層學中的旋回分析、鑲嵌構(gòu)造和地殼波浪運動等[1-3]。施比伊曼等[4]在研究盆地沉積速度時發(fā)現(xiàn)，沉積速度曲線是由若干周期性波動過程疊加而成的，并建立了盆地內(nèi)沉積波動過程的分析方法；隨后，金之鈞等[5]將該方法引進到國內(nèi)以研究盆地內(nèi)沉積的發(fā)展、演化，以及構(gòu)造遷移。之后，眾多學者將該方法完善并應用到沉積中心遷移、剝蝕過程分析及剝蝕量計算、高頻波動與油氣成藏耦合等研究當中[6-11]。

當我們研究上述周期性時，會面臨兩個問題：一是如何將周期性波動用地質(zhì)參數(shù)進行表征；二是地質(zhì)現(xiàn)象非常復雜，觀察到的描述性數(shù)據(jù)是經(jīng)過多種類型、多尺度波動疊加的，應采用哪種數(shù)理方法從地質(zhì)參數(shù)中分解出我們所需要的周期性波動信號。在研究過程中，前人一致采用沉積速率直方圖來表征盆地的沉積波動，以解決第一個問題。對于第二個問題，施比伊曼等[4]最早采用滑動窗口法來獲取多個波函數(shù)。但該方法由手工操作，過程復雜，人為因素大。李京昌等[6]采用三次樣條差值法平滑沉積速率直方圖后，再利用傅里葉變換提取沉積速率曲線的幾個主周期，最后還是利用滑動窗口法分解曲線，整個過程實現(xiàn)了計算機自動化處理；國內(nèi)學者繼而研發(fā)了波動過程分析軟件[7-8]。然而，這種數(shù)理方法在信號處理當中具有相當大的局限性，對地質(zhì)現(xiàn)象的解釋也會出現(xiàn)偏差。本文立足于盆地沉積波動理論，采用信號處理中更為先進的小波變換方法來替代前人的數(shù)學處理方法，以解決上述問題；在此基礎(chǔ)上，從點、面、體三個逐步遞進的方面來論述盆地在時間域、空間域上的沉積-構(gòu)造波動，以期對盆地波動分析理論及其應用做出一定的補充和完善。

1 滑動窗口法的局限性與小波變換

如果把周期性地質(zhì)事件對沉積的控制當成信號來看，現(xiàn)今觀察到的地層沉積速率就是各種地質(zhì)作用疊合后輸出的合成信號。通過信號處理方法把合成信號中含有的周期成分抽取出來，這就是盆地沉積波動分析的目的。而且，前人統(tǒng)一采用滑動窗口法作為信號處理的數(shù)學方法，其思想表示如下：首先，使用大窗口將各組段地層沉積速率滑動平均出一系列散點，并連接散點成平滑的曲線A(低頻)；然后，使用較小的窗口以獲取曲線N(相對高頻)；當曲線A與N之差是周期曲線n，即N=n+A時，則稱n為周期波(如果n不具有周期性，則不斷調(diào)節(jié)窗口以獲得這個周期波)；再次調(diào)小窗口以獲取曲線G，且滿足G=g+N，其中g(shù)也是周期波；重復上述過程，以獲得下一個周期波l，即L=l+G[4-6]。其中，上述周期波n、g、l是時間的函數(shù)，且頻率逐漸變大。

然而，滑動窗口法的局限性及其對地質(zhì)現(xiàn)象解釋的偏差可以做以下分析：

1)滑動窗口法得到的是信號n、g、l在整個時間域內(nèi)的整體變換，使得這種變換缺乏時間和頻率的定位功能，即無法獲得某一頻率出現(xiàn)的時刻信息。也就是說，滑動窗口法獲得的波函數(shù)不能反映某一構(gòu)造運動出現(xiàn)的時間，以及這一構(gòu)造運動結(jié)束的時間。

2)n、g、l是單變量t的函數(shù)，信號分解得到的周期函數(shù)不隨時間的變化而變化，使得滑動窗口法多適用于平穩(wěn)信號的處理。在地質(zhì)演化過程中，沉積盆地內(nèi)的一期構(gòu)造運動結(jié)束之后會疊加上另一期構(gòu)造運動，從而形成多期疊合盆地，即當?shù)谝黄谥芷诓╪1(能夠指示該構(gòu)造運動特征的周期函數(shù))終止時，會續(xù)接上第二期周期波n2或l1。但是，滑動窗口法分解得到的周期波----構(gòu)造運動的特征函數(shù)會存在于整個時間域并影響整個沉積過程，導致特征函數(shù)不能反映構(gòu)造運動隨時間的變化。此外，對于許多地質(zhì)事件而言，其變化往往不具有穩(wěn)定性，常表現(xiàn)為在均變過程中伴以突變或終止，如板塊俯沖方向的變化、巖漿活動等。因此，滑動窗口法不適于處理從地質(zhì)事件中提取的信號。

3)滑動窗口法在時域分析中，時域窗和頻域窗乘積恒定且大于等于1/2，即在同時獲取高的時頻分辨率時變?yōu)椴豢赡躘12]。這對于尋找波動方程而言，在獲得n、g之后，l以及更高頻率周期波的準確性就會降低。

4)前人在利用滑動窗口法分解波動方程時需要手工繪制，對結(jié)果的準確度影響非常大；之后有學者實現(xiàn)了計算機的自動處理，但程序編制仍會在一定程度上增加獲取波動方程的難度[6，9]。

上述出現(xiàn)的數(shù)理問題及對應的實際問題在信號處理的應用史上同樣出現(xiàn)過，數(shù)學家們?yōu)榇税l(fā)明了具有良好時域和頻域定位能力的小波變換法。其思想是提供一個由各種低通及高通濾波器組成的濾波器組，通過伸縮平移的方式對信號不同尺度(頻率)上的分量進行分解，以獲得多尺度周期波函數(shù)[13]。這樣，前面提到的問題就都迎刃而解了。此外，小波分析獲得的波函數(shù)沒有解析解，它的預測功能可以通過分形幾何的自相似性加以實現(xiàn)[14]。

2 沉積波動曲線建立

筆者將以東營凹陷為例，對小波變換方法的具體應用加以說明。研究區(qū)是渤海灣盆地濟陽坳陷的亞一級構(gòu)造單元，東臨郯廬斷裂帶，南與魯西隆起相接，西連惠民凹陷，北以陳南斷層為界，與沾化凹陷相間以陳家莊凸起，是具有北斷南超特點的典型半地塹(圖1)。東營凹陷東西長約90 km，南北寬約 65 km，是濟陽坳陷內(nèi)最富油氣資源的一個凹陷。

東營凹陷基底由太古宇變質(zhì)巖基底和古生界地臺構(gòu)造層組成，蓋層由中生界和新生界組成。中生界發(fā)育上侏羅統(tǒng)--白堊系碎屑巖和火山碎屑巖，發(fā)育有坊子組、三臺組、蒙陰組、西洼組以及王氏組、卞橋組，地層受燕山運動影響沉積于NW向斷陷盆地階段。新生界以湖湘碎屑巖為主，地層發(fā)育完整，包括孔店組(Ek)、沙河街組(Es)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)和平原組(Q1p)，地層受喜馬拉雅運動影響分別經(jīng)歷了近EW向斷陷階段、NE向斷陷階段和熱沉降階段(圖2)。

本研究在東營凹陷內(nèi)共選取了19點進行基于小波變換的沉積波動分析，并以616-2點為例闡述該方法。資料準備階段與前人研究方法一樣，即首先建立研究區(qū)的地層年齡格架，確立時間參數(shù)；然后，統(tǒng)計構(gòu)造剖面上的現(xiàn)今地層觀察厚度，通過去壓實校正獲得地層原始厚度，而壓實系數(shù)與深度的關(guān)系采用不同構(gòu)造帶內(nèi)已知數(shù)據(jù)點擬合的公式[16]；最終，可以得到以時間為橫軸，以地層沉積速率為縱軸的直方圖(圖2)。沉積波動曲線建立階段，本研究經(jīng)過調(diào)試后采用db4小波對沉積速率直方圖做Level9次分解，結(jié)果如圖2所示。圖2中，A曲線整體為正值，隨時間演化平緩上升，指示東營凹陷在新生代整體持續(xù)沉降，沉積速率隨時間緩慢增大。因此，該曲線代表一個盆地地質(zhì)歷史時期的總體升降趨勢，故稱為能量波。晚白堊世以來，東營凹陷是主動裂陷機制下的盆地，構(gòu)造演化經(jīng)歷熱隆起(K2--Ek3)--伸展斷陷(Ek2--Ed)--熱沉降(N--Q)三個階段，約95 Ma[17]。而n曲線正向半波段與盆地強烈斷陷沉積階段對應，負向半波段與平緩熱沉降階段對應，符合構(gòu)造演化周期，故稱之為構(gòu)造波，也稱為次能量波。g曲線正值區(qū)對應高沉積速率時期，曲線負值區(qū)對應低沉積速率或沉積間斷時期，這與沉積速率的整體變化趨勢具有非常好的一致性，故稱之為沉積演化波。l曲線周期小、頻率大，與其他點的曲線沒有對比規(guī)律，推測該曲線對應二、三級斷層控制的沉積演化，故稱之為高頻波。L曲線是將能量波、次能量波、沉積演化波、高頻波疊加后的曲線，屬于沉積速率直方圖的沉積波動方程，稱之為干涉波。N、G、L與A、n、g、l曲線的關(guān)系如小波分解的樹枝模型所示，其中N=A+n，G=N+g，L=G+l(圖2)。

據(jù)文獻[15]修編。圖1 東營凹陷構(gòu)造簡圖Fig.1 Simplified geological map of Dongying sag

A.從沉積速率直方圖中提取完各種周期波后剩余的曲線；n.從沉積速率直方圖中提取出的周期為91 Ma的曲線；g.從沉積速率直方圖中提取出的周期為50 Ma的曲線；l.從沉積速率直方圖中提取出的周期為14 Ma的曲線；L.A、n、g、l曲線疊加后的曲線。圖2 東營凹陷616-2點(位置見圖1)沉積波動特征圖Fig.2 Sedimentary wave analysis for point 616-2 (location in Fig.1) in Dongying sag

3 波動曲線平面特征分析

平面上對比所獲得的各分解波或沉積波都可以分析其時空變化規(guī)律，進而指示對應的地質(zhì)過程。能量波(A)是經(jīng)過小波變換的多次分解之后得到的一條簡單曲線，它是周期最長的波，反映的是盆地地質(zhì)歷史時期內(nèi)的整體沉積趨勢，受控于盆地所處的構(gòu)造環(huán)境或盆地類型，控制著盆地內(nèi)各點的平均沉積速率。從圖3a中可以看出，所有19個位置點處的能量波曲線形態(tài)近乎相同，彼此近于平行；這表明同一坳陷內(nèi)能量波相同，只是不同點處平均沉積速率不同。需要指出的是，每條曲線值從65 Ma開始逐漸增大，但變化不大，反映的是盆地平均沉積速率，亦可作為沉積速率背景值。

從圖3b中可以看出：這6條曲線變化趨勢相似，所有曲線的正向半波段處于65～23 Ma，負向半波段處于23～0 Ma，這分別對應盆地斷陷階段和拗陷階段；隨著位置點逐漸遠離洼陷區(qū)(圖1中位置點616-1→616-6)，各次能量波振幅逐漸減小，體現(xiàn)出單斷式的東營凹陷地層北厚南薄沉積特征和北斷南超的盆地結(jié)構(gòu)。因此，次能量波(n)反映的是盆地構(gòu)造演化周期和斷陷結(jié)構(gòu)，推測其受控于裂陷盆地演化規(guī)律和內(nèi)部控盆斷層發(fā)育位置。

a. 所有19個位置處的能量波對比；b. 點616-1--616-6位置上的次能量波對比；c. 所有19個位置處沉積演化波與太平洋板塊俯沖速率的對應關(guān)系；d. 牛莊--民豐--利津洼陷內(nèi)4個位置處L波對比(位置見圖1)。圖3 分解波在平面上的對比Fig.3 Comparisons of wave decompositions in the plane

從圖3c中可以看出：沉積演化波g的值與板塊俯沖速率成反比，峰谷區(qū)與東營凹陷所經(jīng)歷的強烈斷陷沉積、斷陷萎縮沉積、拗陷整體沉積三個階段對應：60 Ma，凹陷開始進入新生代快速沉積階段，沉積波波處于波峰期，板塊俯沖速度由85～99 mm/a減小到約41 mm/a；36 Ma，盆地進入整體沉積速率低值時期，沉積波開始進入波谷，板塊俯沖速度增大到72～84 mm/a；10 Ma，雖然盆地沉積波進入波峰，但整體沉積速率不大，盆地進入整體拗陷階段，板塊俯沖速度增大到約100 mm/a[18-19]。因此，沉積演化波(g)反映的是盆地沉積-剝蝕演化，其受控于板塊聚斂速度的變化，控制著地質(zhì)歷史時期內(nèi)某位置處各組段地層的相對沉積速率。

沉積波動法獲取的干涉波曲線還可以反映盆地沉積中心的遷移，近年來眾多學者在黃驊坳陷、塔里木盆地等地區(qū)已做過應用[5，11]。圖3d表示的是牛莊洼陷--民豐洼陷--利津洼陷的4條L波曲線對比，而L波曲線是由A、n、g、l四條波曲線疊加而成。從圖3d中可以清楚地看出，EW向斷陷階段(Es4--Ek)凹陷沉積中心位于民豐洼陷(616-1、616-2點)、利津洼陷(593-102點)，NE向裂陷階段(Ed--Es1--3)凹陷沉積中心主要位于利津洼陷(593-102點)，熱沉降階段(Q--Ng)凹陷整體沉降。上述過程與前人研究是完全吻合的[20]。

a.干涉波痕野外照片[21]；b.干涉波z=sinxsiny+sin2xsin2y三維圖；c.沾化凹陷潛山發(fā)育圖[22](位置見圖4e)；d.圖4c分解出的兩個構(gòu)造波；e.濟陽坳陷重力異常圖[23-24](位置見圖1):1.寧津凸起,2.無棣凸起,3.義和莊凸起,4.陳家莊凸起,5.濱縣凸起,6.青城凸起,7.磁村凸起,8.廣饒凸起,9.青坨子凸起；f.干涉波z=sinx+sin(y+0.5π)平面圖:Ⅰ-Ⅸ.高z值區(qū)。G為重力場強度。毫伽(mGal)為非法定計量單位，1 mGal=10-6 m/s2。圖4 兩期構(gòu)造疊加示意圖Fig.4 Diagram of two phases’ structural overlapping

4 空間尺度波動----構(gòu)造波動分析

空間尺度的波動分析從構(gòu)造形跡的研究入手，即一期構(gòu)造運動常會在空間內(nèi)產(chǎn)生多個相似的的構(gòu)造形跡，通過定性和定量描述這些有規(guī)律的構(gòu)造行跡可以建立一個空間立體波[6]。當多期構(gòu)造運動疊加時，多個空間立體波同樣會發(fā)生干涉，從而形成所謂的構(gòu)造波動。地質(zhì)中最典型的實例就是干涉波痕(圖4a)。上述干涉過程是按一定規(guī)律進行的，用地質(zhì)語言表述為：若第一期構(gòu)造運動形成的凸起在第二期構(gòu)造運動中仍處于構(gòu)造凸起位置上，則該位置形成大的凸起或隆起；若第一期構(gòu)造運動形成的凸起在第二期構(gòu)造運動中卻處于構(gòu)造凹陷位置上，或反過來，則該位置形成潛山或低凸起；若第一期構(gòu)造運動形成的凹陷在第二期構(gòu)造運動中仍處于構(gòu)造凹陷位置上，則該位置形成大的洼陷或深洼陷。數(shù)學模型表述為：函數(shù)z1=sinxsiny的波峰與函數(shù)z2=sin2xsin2y的波峰相疊加形成高峰值區(qū)，z1的波峰與z2的波谷或z1的波谷與z2的波峰相疊加形成低峰或淺谷值區(qū)，z1的波谷與z2的波谷相疊加形成深谷值區(qū)(圖4b)。

前人曾根據(jù)沾化凹陷兩期斷層發(fā)育建立了潛山構(gòu)造疊加模型(圖4c)：晚侏羅世--白堊紀，NE向伸展應力場下發(fā)育的孤西斷層(F1)、長堤斷層(F2)發(fā)生掀斜運動，形成了兩組NW向展布的斷塊型潛山；古近紀，該區(qū)應力場轉(zhuǎn)變?yōu)镹W向伸展，NE向發(fā)育的孤南斷層(F3)、埕東斷層(F4)等切割前期斷層，其掀斜活動將前期潛山切割、改造并定型，形成“網(wǎng)格分布的格局”[22]。對該區(qū)建立三維坐標系并分解其構(gòu)造過程，可以看出：xz平面上的構(gòu)造波是晚侏羅世--白堊紀發(fā)育的F1、F2斷層產(chǎn)生的，其NE向的傳播方向為該時期應力場伸展方向；yz平面上的構(gòu)造波是古近紀發(fā)育的F3、F4斷層產(chǎn)生的，其NW向的傳播方向為該時期應力場伸展方向(圖4d)。

同理，筆者根據(jù)濟陽坳陷斷層發(fā)育和凸起、凹陷的分布情況建立了構(gòu)造疊加模型(圖4e)及其對應的數(shù)學模型(圖4f)。構(gòu)造模型的建立首先需要確定空間波的個數(shù)和傳播方向，這需要根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造演化史、斷裂發(fā)育情況等因素確定[6]。晚中生代以來，濟陽坳陷屬于多期伸展型疊加盆地[22-23]。晚侏羅--早白堊世期間，坳陷受控于郯廬斷裂左旋活動，其內(nèi)多條NW向斷層控制構(gòu)造格局；晚白堊世期間雖然其發(fā)生構(gòu)造發(fā)轉(zhuǎn)，但對構(gòu)造格局影響不大；進入新生代，郯廬斷裂受印度板塊遠程效應、太平洋板塊俯沖方向改變等因素影響由左旋活動逐漸變?yōu)橛倚?，控凹斷層也由NW向斷層逐步變?yōu)镹E向斷層(圖2)[15，20, 22-23]。此外，結(jié)合濟陽坳陷重力異常圖及以上分析，濟陽坳陷在晚中生代以來共發(fā)育兩個空間波：晚侏羅--早白堊世NE向傳播NW向展布的空間波，即由NW走向的F1、F2斷層形成的；早始新世以來NW向傳播NE向展布的空間波，即由NE走向的F3、F4斷層形成的(圖4c、d)。

通過上述分析我們可以建立一個數(shù)學模型與濟陽坳陷的構(gòu)造模型進行匹配分析：如果早期NE向傳播NW向展布的構(gòu)造采用空間波z1=sin(y+0.5π)表示，后期NW向傳播NE向展布的構(gòu)造采用空間波z2=sinx表示，那么現(xiàn)今觀察到的凸起、凹陷分布就可以用干涉波z=sinx+sin(y+0.5π)示意。以凸起為例對比發(fā)現(xiàn)，兩者具有很好的對應性：圖4e中的高重力異常區(qū)1--9分別對應圖4f中的高z值區(qū)Ⅰ--Ⅸ，即分別為寧津凸起、無棣凸起、義和莊凸起、陳家莊凸起、濱縣凸起、青城凸起、磁村凸起、廣饒凸起和青坨子凸起。當然，相鄰凸起之間會形成低凸起、潛山，如5(Ⅴ)和6(Ⅵ)之間的高青--平方王潛山；對角凸起之間會形成洼陷，如6(Ⅵ)和8(Ⅷ)之間的博興洼陷。

5 結(jié)論

為解決沉積波動中滑動窗口法在濾波過程中存在的缺陷，筆者提出了小波變換的數(shù)理方法用于多尺度分解沉積波動曲線，并以東營凹陷為例解析了各波動曲線所指示的地質(zhì)意義，得到的主要成果、認識如下：

1)盆地沉積歷史時期內(nèi)的不同周期波疊加產(chǎn)生非嚴格周期波，經(jīng)小波變換的方法可以準確、高效地從多尺度分解出不同周期波，解決滑動窗口法在數(shù)學處理過程中的不足。

2)以東營凹陷616-2點為例做沉積波動分析表明，通過小波變換可以獲得能量波(A)、次能量波(n)、沉積演化波(g)和高頻波(l)四個分解波，其中周期波n、g、l的周期分別是91、50、14 Ma。

3)平面對比各分解波發(fā)現(xiàn)，能量波反映的是盆地沉積的整體趨勢和盆內(nèi)某點的平均沉積速率，次能量波反映的是盆地構(gòu)造演化周期和斷陷結(jié)構(gòu)，沉積演化波反映的是板塊聚斂控制的盆地沉積-剝蝕演化，沉積干涉波反映的是盆地多尺度周期波疊加所呈現(xiàn)的地層沉積速率。

4)空間尺度波動分析表明，一期構(gòu)造運動會在空間內(nèi)產(chǎn)生一個特定的構(gòu)造波，而多個構(gòu)造波在空間內(nèi)會有規(guī)律地相互干涉，即產(chǎn)生多期構(gòu)造疊加。如濟陽坳陷晚侏羅世--早白堊世的NW向構(gòu)造與新生代的NE向構(gòu)造疊合。

本文得到了中國石油大學(華東)信息與控制工程學院孫偉峰老師有益的指導，在此表示感謝。

[1] 趙慶樂，張世紅，王婷婷，等. 利用Matlab函數(shù)識別沉積物中的米蘭柯維奇旋回信號[J]. 吉林大學學報：地球科學版，2010，40(5)：1217-1220. Zhao Qingyue, Zhang Shihong, Wang Tingting, et al. Recognition of Milankovitch Cycles in Sediments by Using Matlab Functions[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2010, 40(5): 1217-1220.

[2] 張伯聲，王戰(zhàn). 中國的鑲嵌構(gòu)造與地殼波浪運動[J]. 西北大學學報，1974，4(1)：1-11. Zhang Bosheng, Wang Zhan. Mosaic Structures and Wave Motion of the Crust in China[J]. Journal of Northwest University, 1974, 4(1): 1-11.

[3] 張一偉. 山東西部箕狀凹陷形成的探討：初論地殼波浪運動[J]. 石油學報，1983，4(4)：19-25. Zhang Yiwei. On the Formation of Dustpan-Shaped Depressions in the Western Part of Shandong: A Preliminary Discussion on Wave-Link Crustal Movement[J]. Acta Petrolei Sinica, 1983, 4(4): 19-25.

[4] 施比伊曼 B И，張一偉，金之鈞，等. 波動地質(zhì)學在黃驊坳陷演化分析中的應用：再論地殼波狀運動[J]. 石油學報，1994，15(增刊)：19-25. Shpilman V, Zhang Yiwei, Jin Zhijun, et al. The Application of Wave Geology in Basin Analysis in Huanghua Depression[J]. Acta Petrolei Sinica, 1994, 15(Sup.): 19-25.

[5] 金之鈞，張一偉，劉國臣，等. 沉積盆地物理分析：波動分析[J]. 地質(zhì)論評，1996，42(增刊)：170-180. Jin Zhijun, Zhang Yiwei, Liu Guochen, et al. Physical Analysis Method for Sedimentary Basin: Wave Analysis[J]. Geological Review, 1996, 42(Sup.):170-180.

[6] 李京昌，金之鈞，孫強. 盆地波動分析中的數(shù)學模型及計算機實現(xiàn)[J]. 地質(zhì)論評，1996，42(增刊)：276-282. Li Jingchang, Jin Zhijun, Sun Qiang. Numerical Model and Its Computerization for Wave Analysis in Basin Study[J]. Geological Review, 1996, 42(Sup.)：276-282.

[7] 李儒峰，郭彤樓，陳國飛，等. 米倉山前陸沖斷帶波動特征與構(gòu)造沉積演化[J]. 中國科學：D輯，2008，38(增刊I)：63-69. Li Rufeng, Guo Tonglou, Chen Guofei, et al. The Wave Analysis and Tectonic-Sedimentary Evolution for the Foreland Thrust Belt in Micangshan[J]. Science China: Series D, 2008, 38(Sup. I):63-69.

[8] 李儒峰，金之鈞，馬永生，等. 盆地波動特征與生儲蓋層耦合關(guān)系分析：以楚雄盆地為例[J]. 沉積學報，2004，22(3)：474-480. Li Rufeng, Jin Zhijun, Ma Yongsheng, et al. Analysis for the Coupling Relationship Between Basin Wave Characteristics and Source, Reservoir and Cap Rocks: A Case Study of Chuxiong Basin,Yunnan[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(3): 474-480.

[9] 李儒峰，馬永生，湯良杰，等. 云南楚雄盆地波動特征及構(gòu)造沉積演化[J]. 地球科學：中國地質(zhì)大學學報，2004，29(3)：309-316. Li Rufeng, Ma Yongsheng, Tang Liangjie, et al. Wave Characteristics and Tectonic-Sedimentation Evolution of Chuxiong Basin in Yunnan Province[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2004, 29(3):309-316.

[10] 陳書平，金之鈞，孫海龍. 庫車前陸區(qū)中--新生代盆山波動耦合[J]. 西安石油大學學報：自然科學版，2004，19(4)：24-28. Chen Shuping, Jin Zhijun, Sun Hailong. Mesozoic-Cenozoic Basin-Mountain Wave Coupling in Kuche Foreland[J]. Journal of Xi’an Shiyou University: Natural Science Edition, 2004, 19(4): 24-28.

[11] 金之鈞，張一偉，陳書平. 塔里木盆地構(gòu)造-沉積波動過程[J]. 中國科學：D輯，2005，35(6)：530-539. Jin Zhijun, Zhang Yiwei, Chen Shuping. The Tectonic-Sedimentary Wave Analysis in Tarim Basin[J]. Science China: Series D, 2005, 35(6): 530-539.

[12] 馬耀庭，邵毅全. 傅里葉變換在應用中的局限性及克服方法[J]. 內(nèi)江師范學院學報，2008，32(12)：42-44. Ma Yaoting, Shao Yiquan. The Limitation of Fourier Transform in Practice and the Methods of Solution[J]. Journal of Neijiang Normal University, 2008, 32(12): 42-44.

[13] 李琪，林云芳，曾小蘋. 應用小波變換提取張北地震的震磁效應[J]. 地球物理學報，2006，49(3)：855-863. Li Qi, Lin Yunfang, Zeng Xiaoping. Wavelet Analysis as a Tool for Revealing Geomagnetic Precursors of the Zhangbei Earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2006, 49(3): 855-863.

[14] 杜建衛(wèi)，王超峰. 小波分析方法在金融股票數(shù)據(jù)中的應用[J]. 數(shù)學的實踐與認識，2008，38(7)：68-75. Du Jianwei, Wang Chaofeng. Application of the Wavelet Transformatio in Financial Data Processing[J]. Mathematicsin Practice and Theory, 2008, 38(7): 68-75.

[15] 唐其升. 東營凹陷斷裂系統(tǒng)與中央構(gòu)造帶形成機制[D]. 杭州：浙江大學，2007. Tang Qisheng. The Fault System and Formation Mechanism of Central Structural Zone in Dongying Sag[D]. Hangzhou：Zhejiang University, 2007.

[16] 邊鳳青. 東營沙四段--孔店組剝蝕厚度與原型盆地的恢復[D]. 青島：中國海洋大學，2009. Bian Fengqing. The Restored Eroded Thickness and Prototype Basin of Kongdian Formation and the Fourth Member of the Shahejie Formation in Dongying Depression[D].Qingdao：Ocean University of China, 2009.

[17] 漆家福，張一偉，陸克政，等. 渤海灣新生代裂陷盆地的伸展模式及其動力學過程[J]. 石油實驗地質(zhì)，1995，17(4)：316-323. Qi Jiafu, Zhang Yiwei, Lu Kezheng, et al. Extensional Pattern and Dynamic Process of Cenozoic Rifting Basin in the Bohai Bay[J]. Petroleum Geology and Experiment, 1995, 17(4): 316-323.

[18] Engebretson D C, Cox A, Gordon R G. Relative Motions Between Oceanic and Continental Plates in the Pacific Basin[J]. Geological Society of America Special Papers, 1985, 206: 1-59.

[19] Nothrup C J, Royden L H, Burchfiel B C.Motion of the Pacific Plate Relative to Eurasia and Its Potential Relation to Cenozoic Extension Along the Eastern Margin of Eurasia[J]. Geology, 1995, 23(8): 719-722.

[20] 任建業(yè). 渤海灣盆地東營凹陷S6’界面的構(gòu)造變革意義[J]. 地球科學：中國地質(zhì)大學學報，2004，29(1)：69-76. Ren Jianye. Tectonic Significance of S6’ Boundary in Dongying Depression, Bohai Gulf Basin[J]. Earth Science: Journal of China University of Geoscience, 2004, 29(1): 69-76.

[21] Baker R G. Interference Ripple Marks[EB/OL]. [2007-08-31]. http://digital.lib.uiowa.edu/cdm/singleitem/collection/ geoscience/id/2793.

[22] 林會喜，方旭慶，李凌，等. 魯北濟陽坳陷沾化凹陷東部潛山的發(fā)育及油氣成藏富集規(guī)律[J]. 地質(zhì)通報，2006，25(9/10)：1160-1167. Lin Huixi, Fang Xuqing, Li Ling, et al. Development of Buried Hills of the Eastern Zhanhua Subbasin, Jiyang Depression, Northern Shandong, China and Controlling Factors of the Formation of Petro-leum Accumulations[J]. Geological Bulletin of China, 2006, 25(9/10):1160-1167.

[23] 王國芝. 濟陽坳陷陳家莊--白廟地區(qū)構(gòu)造成因及演化研究[D]. 東營：勝利油田博士后科研工作站，2006. Wang Guozhi. Tectonic Origin and Evolution of Chenjiazhuang-Baimiao Area in Jiyang Depression, Eastern China[D]. Dongying: Post-Doctoral Research Center in Shengli Oil Field, 2006.

[24] 陳海云，林春明，閆漢杰，等. 重力資料在濟陽坳陷石油勘探中的應用[J]. 石油學報，2005，26(6)：46-51. Chen Haiyun, Lin Chunming, Yan Hanjie, et al. Application of Gravity Data to Petroleum Exploration in Jiyang Depression[J]. Acta Petroleum Sinica, 2005, 26(6):46-51.

Basin’s Sedimentary-Tectonic Wave Analysis Based on Wavelet Transform

Zhao Li，Li Li, Dong Dawei

SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,Shandong,China

The wave analysis is a kind of quantitative approach to basins’ sedimentary-tectonic evolution. The authors analyze the mathematical defects of sliding-window method in the process of sedimentary wave analysis. In order to figure out the problems, we take 19 cases to apply the wavelet transform according to the multi-scale decomposition idea. The method is to use db4 wavelet to decompose the deposition rate histogram in level 9. The results show that we can get energy wave(A), second energy wave(n), sedimentary wave(g), and high-frequency wave(l) by using wavelet transform with taking case Dongying sag 616-2 as an example. The period of decomposed waves are 91 Ma (n), 50 Ma (g), 14 Ma (l). In comparison of the waves in the plane, we found that the energy waves reflect the overall depositional trend or the average deposition rate, the secondary energy waves reflect the tectonic cycle and the structure of the rifting basin, the sedimentary waves reflect the sedimentary-denudation evolution controlled by plate convergence, and the sedimentary interference waves present the sedimentary rate curve superimposed by multi-scale waves. Based on the analysis in spatial domain, we found that a period of tectonic movement produced a special structural wave. Geologically speaking, structural overlaps can be inferred from the interference of several structural waves.

wavelet transform; wave decompositions; wave analysis; sedimentary basin; Dongying sag

10.13278/j.cnki.jjuese.201504302.

2014-11-17

國家自然科學基金項目(40772132)

趙利(1988--)，男，博士研究生，主要從事油區(qū)構(gòu)造解析的研究，E-mail:orchidy@126.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201504302

P631.4

A

趙利，李理，董大偉. 基于小波變換的盆地沉積-構(gòu)造波動分析.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(4):1227-1236.

Zhao Li, Li Li, Dong Dawei. Basin's Sedimentary-Tectonic Wave Analysis Based on Wavelet Transform.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1227-1236.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504302.