以T.A.Cross为代表的高分辨率层序地层学派,提出受海平面、沉积负荷补偿、构造沉降、沉积地形、沉积物供应等因素综合控制的基准面原理和基准面旋回与成因层序形成的过程-响应原理(T.A.Cross,1988).高分辨率层序地层学强调了基准面变化与可容纳空间的内在关系,这种关系主要体现在A/S值的变化中,这种变化的识别需要结合岩心、测井及地震资料的综合分析(邓宏文,1995;邓宏文等,1996).陆相层序地层的基准面升降旋回变化除了受控于海(湖)平面的升降变化以外,更多地受控于其他因素的制约,诸如构造作用、幕式沉积或气候作用.同时,在陆相层序地层学研究中,自旋回与异旋回的识别与分析同样制约着陆相层序地层学的研究,以上因素加大了陆相高分辨率层序地层基准面旋回变化识别的难度.
测井曲线包含了丰富的地层信息,能够敏感、连续地反映所测地层的旋回性特征.而测井曲线小波变换的基本思想是用一簇小波函数去逼近测井信号,将测井信号从一维深度域转换为二维深度-尺度域.对测井数据进行连续小波变换,通过考察多种伸缩尺度下小波系数曲线所表现出的明显的周期性振荡特征,可与各级层序界面建立一定的对应关系,作为测井层序地层划分的依据(李霞,2006).
前人多使用小波变换技术探讨其与地层旋回性之间的关系.余继峰等(2003)认为测井信号所提供的有关地层信息的各种参数具有分辨率较高的特点,而小波变换是测井数据时频分析与地质解释恰当的数学工具.其以济阳坳陷为研究实例,以自然伽马曲线为原始信号,基于Morlet小波识别了不同尺度的沉积旋回并探测突变点或间断面.而房文静等(2007)则以自然电位曲线为基础,基于Morlet小波变换探测不同尺度沉积旋回的分界面.
同时众多学者也将小波变换技术应用于层序地层地层学的研究中.李江涛等(2005)以鲁西地区某钻井的自然伽马曲线和声波时差曲线为例,基于Morlet小波对石炭、二叠系的含煤层序进行了层序划分,同时通过小波时频分析寻找不同类型体系域与小波时频特征之间的对应关系,分析层序内部的沉积特征及内部精细结构.朱剑兵等(2005)采用多种小波函数分别对多种测井曲线进行小波变换,进而进行准层序单元的自动划分.房文静等(2007)利用db4小波对自然伽马曲线、自然电位曲线及声波时差曲线进行多尺度分析,提取小波变换系数的时频信息和能量信息确定准层序界面.马飞宙等(2007)则采用db5小波对自然伽马测井曲线进行小波变换分析层序地层划分.任金锋等(2013)利用基于连续小波变换的井旁地震道时频分析和基于二进小波变换的测井多尺度分析,进行不同级次层序界面的划分.李占东等(2014)阐述了基于小波时频变换的不同尺度变换与各级层序界面的对应关系及其地质意义.王辉等(2015)利用大洋钻探计划井的自然伽马曲线结合小波变换获得小波系数,利用小波系数划分超层序、层序和准层序组.
近年来,学者们开始探索将小波变换技术应用于高分辨率层序地层学研究中.赵军龙等(2008)利用小波变换进行高分辨率层序界面的识别.赵莹(2013)以宋辽盆地北部英台--大安地区英37井姚家组二三段地层为例,基于Morlet小波对自然伽马曲线进行小波变换,分析一维连续小波变换在高分辨率层序划分中的适用性.贾珍臻等(2013)基于Morlet小波对测井曲线进行小波变换,建立中期基准面旋回的小波分析模型,分析小波模型对不同基准面旋回的响应特征,利用不同尺度的时频色谱图能量团特征及小波系数曲线振幅特征将研究层位划分为3期长期旋回及9期中期旋回.综上所述,前人研究主要以小波变换技术分析沉积旋回及其突变点、以小波变换技术分析准层序特征及利用小波变换获得的不同尺度的小波系数曲线或时频色谱图能量团特征分析不同级次的基准面旋回特征.
前人小波变换分析基准面旋回变化的研究对象多以砂质沉积为主,而针对砾石质沉积的研究则较为鲜见.本文研究层位X油层位于中国东部某油田,X油层属于近岸水下扇--扇三角洲沉积,砾石混杂,分选磨圆较差,整体为一套砂砾岩体组合,通过地震资料及测井曲线资料较难判断其基准面旋回变化.本文基于Morlet小波对声波时差曲线进行一维连续性小波变换,并依据获得的小波系数曲线的旋回性结合Fischer图解进行长期基准面旋回变化的识别.
1 小波变换分析基准面旋回的适用性由于测井序列包含有多种连续变化的周期信息,以及在不同类型的沉积旋回体内部存在着小的时频差异,宜采用连续Morlet小波分析(房文静等,2007),故对原始测井曲线进行一维连续性Morlet小波变换分析.由Morlet小波变换获得的曲线称之为小波系数曲线,小波系数理论研究表明,小波系数曲线上分布的特征参数与原始信号本身具有较强的相似性,对于测井曲线而言,它则是原始测井曲线信号的一种表现形式.相关研究表明,该区声波时差曲线与岩性具有一定的对应关系,砾岩声波时差值普遍较低,而泥岩与砂岩声波时差值较高,故本次研究中选定声波时差曲线作为小波变换的原始测井信号.
根据高分辨率层序地层学的概念,一般将基准面旋回划分为长期旋回、中期旋回及短期旋回.一般对应于油田的油层组,砂层组和小层.通过一维连续性小波变换获得的不同尺度下的小波系数曲线同样具有明显的旋回性,通过对小波系数曲线极值点的追踪可以获得具有周期性的旋回组合,将其称之为“小波旋回”,这种组合体现的旋回性要比原始测井曲线更易识别,更加明显(图 1).通过调整参数a值及尺度因子,可以获得不同尺度下的小波变换系数曲线,同时随着参数a值的增大及尺度因子的放大,小波旋回数目减少而旋回厚度增大,反之,旋回数目增大而旋回厚度减小,小波旋回自身呈现了类似于基准面旋回的周期性和层次性.
基准面旋回的级次性是固定的,即各级次旋回具有相对固定的时限,郑荣才等(2001)确定了高分辨率层序中长期旋回、中期旋回及短期旋回的时限范围(表 1).而贾珍臻等(2013)认为,当尺度因子为1~256及a值为128时获得的小波系数曲线及时频色谱图能量团反映了长期基准面旋回的变化.故而本文基于Morlet小波变换以声波时差曲线为原始测井信号,在选取尺度因子为1~256及a值为128的条件下,由获得的小波系数曲线及频色谱图能量团分析X油层长期基准面旋回的变化.
Fischer图解方法是在对测井曲线高频沉积旋回划分的基础上,研究沉积旋回在空间上的叠置规律、沉积基准面变化态势,为建立沉积基准面变化曲线提供一种客观适用的方法(樊太亮等,1997).Fischer图解是识别长期基准面旋回的一种有效方法,一般采用旋回数为作图横坐标,平均厚度累积偏移为纵坐标,即各个旋回的厚度与所有旋回的平均厚度的差值累积(邵宸等,2013).故对小波系数曲线进行分析可以获知其在目的层位的旋回数量及其旋回厚度,并根据其旋回数量及厚度应用Fischer图解分析长期基准面旋回的变化.
在尺度因子1~256及a值为128的限定条件下,将原始测井信号通过Morlet一维连续性小波变换获得小波系数曲线,之后依据小波系数曲线的旋回性追踪其旋回变化的极值点从而获得小波旋回,根据小波系数曲线中小波旋回的数目、厚度及旋回变化的层次性,结合Fischer图解可获知该地区的长期基准面升降旋回变化.在尺度因子1~256及a值为128的限定条件下,对研究区E井X油层层位的声波时差曲线进行Morlet一维连续性小波变换,由获得的小波系数曲线可知,E井在X油层内自下向上共包含11个小波旋回(图 2),求取其在小波系数曲线上旋回厚度及其旋回数目,可以绘制相关的Fischer图解.这里需要说明的是,该井的第一个旋回及最后一个旋回在小波系数曲线上均表现为不完整的旋回组合,故在fischer图解研究中予以剔除,仅保留9个完整旋回组合进行分析.
由Fischer图解可知,E井X油层沉积初始阶段,长期基准面快速下降,到第三旋回处长期基准面下降速度放缓,直至第四旋回处与第五旋回附近基准面下降到最低值,之后基准面缓慢上升,直到第七、第八旋回处快速上升(图 2).由时频色谱图能量团特征可知,X油层在第5、第6旋回处可明显分为两部分,说明X油层由两期长期旋回组成.由高分辨率层序地层学定义可知,一期完整的基准面旋回由由上升半旋回和下降半旋回组合而成.故X油层经历了两期长期基准面旋回变化,即仅包含下降半旋回的不对称旋回和仅包含上升半旋回的不对称旋回.相关资料表明,该区整体构造形态为一向东南方向倾斜的单斜构造,且该井位处于于斜坡的高部位,故第二个长期基准面旋回沉积时期仅能保留上升半旋回的沉积,长期基准面下降时期由于斜坡高部位可容纳空间较低,故保存条件较差,不易保存下降半旋回的沉积.
结合取心井W井的岩心资料对其进行高分辨率层序地层分析,岩性组合表明取心井W井在X油层组为以上升半旋回为主的非对称旋回,使用Morlet一维连续性小波变换并结合Fischer图解对W井进行分析,由获得的Fischer图解曲线可知,W井长期基准面主要处在上升阶段,主体由上升半旋回组成,表明该方法识别的长期基准面旋回与由岩心识别的结果有着较好的一致性(图 3).而W井与E井相比而言,由于W井测井曲线长度较短,没有达到X油层组的底部,故其只能识别出X油层上部的上升长期半旋回,通过对比可知,W井的上升长期半旋回开始的位置大致于E井的上升长期半旋回的起始处一致.
为了保证小波变换在地层对比中的准确性,首先要确定目的层位的标准层,资料表明,X油层顶部分布了一套稳定的泥岩,全区覆盖率超过90%,该套泥岩层声波时差曲线表现为高值,电阻率和感应测井曲线呈现低值.故将该套泥岩作为标准层,选取顺物源方向剖面,以声波时差曲线作为原始信号曲线进行多井的Morlet一维连续性小波变换.需要强调的是,在原始信号声波时差曲线的处理中,需自泥岩标准层起向下选取原始信号,并且为了保证剖面对比的一致性,将X油层底部声波时差曲线的空值点全部剔除.
在尺度因子为1~256及a值为128的条件下,对该剖面上中各井的声波时差曲线进行Mollet一维连续性小波变换,并根据小波系数曲线自下而上解释其所包含的小波旋回,并结合Fischer图解分析X油层长期基准面旋回的变化.由时频色谱图能量团特征可以明显地看出该X油层分为上下两部分,表明由两期基准面旋回组成,两者的分界位置即为长期基准面旋回的转换位置(图 4).而根据Fischer图解可知,剖面中大部分井均具有与E井相似的长期基准面旋回变化(图 5),即整体由下降--上升长期基准面半旋回组成.
需要指出的是,其中的C井经过基于Morlet一维连续性小波变换而获得的小波系数曲线并结合Fischer图解获得的长期基准面旋回变化与剖面中的其他井不同,其他各井长期基准面旋回变化呈下降-上升半旋回组合形式,但该井的Fischer图解则表现了杂乱分布的特点.这反映了该井的沉积旋回受到了沉积自身作用的干扰,从而影响了长期基准面旋回的识别,即异旋回的识别.通过观察其小波系数曲线与临井小波系数曲线的不同,差异主要体现在第2至第4小波旋回中(图 6).该段内上升半旋回数目明显地比临井的上升半旋回数量多,这印证了该井在X油层沉积时期内受河道自旋回沉积作用影响剧烈,多以上升半旋回的水下分流河道沉积为主,从而在局部干扰了异旋回对该井的控制作用.通过小波变换方法可以在剖面中识别与长期基准面旋回变化相异的层位,并分析自旋回对异旋回的干扰作用,从而将自旋回纳入到由异旋回所确定的层序地层格架中.
本文以声波时差曲线为基础资料进行一维连续性Morlet小波变换,并由获得的小波系数曲线结合Fischer图解分析中国东部某油田X油层长期基准面旋回变化.研究表明,通过识别小波系数曲线中所包含的小波旋回的数量及厚度,采用Fischer图解分析可知X油层由两期长期基准面旋回组成,即仅包含下降半旋回的不对称旋回和仅包含上升半旋回的不对称旋回.结合取心井长期基准面旋回识别可知该方法识别的长期基准面旋回与由岩心识别的结果有着较好的一致性.
4.2在高分辨率层序地层对比中,可先通过Morlet小波一维连续性变换结合Fischer图解分析剖面内多井的长期基准面变化,即识别异旋回变化,并通过Fischer图解异常井识别剖面中异常处,分析自旋回变化对异旋回的干扰作用,从而辅助区域高分辨率层序地层的对比.
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