地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (2): 672-680   PDF    
基于小波变换的ODP1148A井测井层序地层研究
王辉1, 黎明碧2, 唐勇2, 方银霞2, 丁巍伟2, 付洁2, 王聪3, 杨丽丽1, 聂聪4    
1. 中国石油集团测井有限公司长庆事业部, 西安 710201;
2. 国家海洋局海底科学重点实验室, 杭州 310012;
3. 浙江大学地球科学系, 杭州 310012;
4. Hekou Oil Production Factory, Shengli Oilfield Co. Ltd., Sinopec, Dongying 257000, China
摘要:对大洋钻探计划1148A井自然伽马测井曲线进行小波变换, 不同尺度的小波系数反映出了原信号中的不同周期成分, 相当于不同尺度的沉积旋回.根据小波系数, 共识别出了3个超层序、8个层序和25个准层序组, 其中的超层序和层序分界面均能较好的与前人通过其他资料所确定的地层界面相对应, 而准层序组和短期基准面变化是前人通过测井外的其他资料所未能识别出的, 反映出该方法划分层序更精细.
关键词大洋钻探计划     小波变换     层序划分     基准面     南海北部    
Logging sequence stratigraphy study of ODP hole 1148A logging based on wavelet transform
WANG Hui1, LI Ming-bi2, TANG Yong2, FANG Yin-xia2, DING Wei-wei2, FU Jie2, WANG Cong3, YANG Li-li1, NIE Cong4    
1. Changqing Business, China Petroleum Logging Co., Ltd, Xi'an 710201, China;
2. Key Laboratory of Submarine Geosciences, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China;
3. Earth Science Department, Zhejiang University, Hangzhou 310012, China;
4. Hekou Oil Production Factory, Shengli Oilfield Co. Ltd., Sinopec, Dongying 257000, China
Abstract: The natural gamma ray log of the Ocean Drilling Program(ODP) hole 1148A were transformed by wavelet, the wavelet coefficients of different scales represented diverse periodic components, corresponding to various levels of sedimentary cycles. Based on the wavelet coefficients of suitable scales, 3 supersequence, 8 sequence and 25 parasequence sets were recognized and simultaneously the change of base level cycles were analyzed. Among them, the supersequence and sequence agreed well with that divided by paleontological, paleomagnetic and isotopic data, so it's reasonable to infer that the parasequence sets identified here by the coefficients but so far not spotted by other material evidence were proper.
Key words: Ocean Drilling Program(ODP)     wavelet transform     sequence division     base-level     north part of the South China Sea    
 0 引 言

大洋钻探计划(the Ocean Drilling Program——ODP)在我国南海仅有184一个航次,6个站位.已有的研究成果,如南海北部陆坡的沉积特征、成岩环境、构造演化、古生物古地理、和古气候等,部分是利用该航次所取岩心进行古生物和地球化学的研究,如李安春等通过对南海北部陆坡下部ODP1148站位沉积物中陆源矿物的各种分析,探讨南海沉积演化及其构造响应(李安春等,2011);李杰等通过ODP1148站位沉积物中的化石研究南海渐新世的生物地层(李杰等,2005);黄维等对南海张裂以来的沉积量进行统计,进而探讨南海沉积物分布及其演变过程(黄维和汪品先,2006);邵磊等利用沉积物元素地球化学分析方法对ODP1148井以及珠江口盆地PY33-1-1井进行对比,用来研究南海北部渐新世末的构造事件和沉积演化(邵磊等, 20042009);杨丽红等利用南海ODP1143站位岩心中的放射虫化石研究南海南部的古生态环境(杨丽红等,2002);刘宝林等通过对ODP1146站位沉积物中的稀土元素含量来研究南海北部陆坡沉积物的物源及成岩环境(刘宝林等,2004);唐松通过对ODP1148站深海沉积物中粘土矿物的分析,研究南海的扩张历史和气候变化(唐松等,2004).

另外一部分研究则是利用地球物理数据,而在地球物理资料的利用率方面,地震、重磁等数据利用较多,如吴时国等根据新获得的海底地形地貌资料和地震资料,研究了南海块体搬运沉积体系(吴时国等,2011);李家彪等根据高分辨率重、磁测网数据的分析,结合多波束海底地貌的构造解释,研究了南海海盆的海底扩张(李家彪等,2011);李守军等通过南海北部陆坡神狐海域浅地层、单道地震剖面联合解释,研究了南海北部的天然气水合物资源(李守军等,2010).丁巍伟等通过两条973多道地震测线分析了南海南部陆缘构造变形特征及伸展作用(丁巍伟和李家彪,2011);吴招才等利用船载磁力测量数据,研究了南海北部磁异常特征及对前新生代构造的指示(吴招才等,2011).

然而,地球物理资料中测井数据利用则较少,而且多是直接基于其测井原始数据或稍作标准化处理和常规处理后,对地震剖面进行垂向约束、标定或反演,如黎明碧等通过测井垂向约束地震分层,进行了南海中北部陆坡层序地层与海底扇的研究(黎明碧,2005);钟广法等利用测井数据进行的该井矿物成分的反演(钟广法等,2006).

另一方面,另一方面,南海的很多问题还未解决或需要更深入的研究,如海平面变化、古沉积环境和南海海盆的扩张方式及扩张时期等都还存在一定的争议(黎明碧等,2005;刘光鼎,2011; 李家彪等,2011),所有这些问题的解决都必须依赖于更先进的调查设备和调查技术,更多的物探资料和数据.而在短期内又没有类似ODP这样的大规模钻探计划,所以对已有的数据,如ODP184航次的测井数据,进行更深入的处理和分析研究是挖掘更丰富有效的地质信息的最直接方法,可以取得一定的实际价值,如王辉等人通过引入小波神经网络对ODP1148A井进行岩性预测(王辉等,2014).在此基础之上,本文借助于小波分析方法,对该井的层序进行了精细的划分,深入挖掘该井测井资料中所蕴含的层序地层信息.

1 ODP1148井概况

ODP184航次共有6个站位,即1143、1144、1145、1146、1147和1148站位,其中1148站位(SCS-5C)位于我国南海下陆坡陆壳与洋壳转换带,北纬18°50.169′,东经116°33.939′,水深约3294 m,钻探深度为海底以下700 m,是该航次钻探的最深的井位(图 1)(Wang et al., 2000).

图 1 ODP1148井位置图( Wang P et al., 2000)Fig. 1 The location map of ODP1148(Wang P et al., 2000)

ODP184航次1148站位的钻探目的是研究以下问题(Wang et al., 2000):(1)通过恢复南中国海的半深海沉积层序重建南海的古气候(渐新世至中新世);(2)找出南中国海季风变化的原因以及其在渐新世到中新世的演变过程;(3)确定南海沉积速率及其样式是否与南海大陆边缘演化模型一致,是否与喜马拉雅-青藏高原隆起、季风加剧和海平面变化相关.

该站位钻探至渐新统,取得了南海裂后沉降阶段的沉积物.前人通过对该区地震地层的解释,识别出了位于海底约0.2 s的T1反射面(中新世的顶界面,5.2 Ma),以及海底约0.52 s的T7反射面(中-渐新世,约30 Ma).

1148A站位沉积物比184航次的其他站位沉积物变化大,主要岩性为含有不同量微化石的粘土.根据ODP184的航次报告(Wang et al., 2000),通过沉积物的成分、沉积相,特别是颜色变化,将1148站位划分为7个岩性单元.单元Ⅰ由含石英和微化石的浅灰绿色粘土构成,单元II主要为含微化石的橄榄-灰和浅红棕色粘土,单元Ⅲ为浅灰绿色粘土质微化石软泥,单元Ⅳ主要为棕色微化石粘土,含浅绿色微化石软泥夹层或斑点,单元Ⅴ主要为略带绿的灰色微化石粘土和一些含有微化石粘土的混合沉积物.这些单元未表现有大尺度幕式再沉积事件的证据,从而指示着连续的半深海沉积.尽管单元Ⅵ和单元Ⅶ,与其他单元一样,主要为微化石粘土和含微化石粘土的混合物,但该单元却含有特征性的滑塌和断层构造.在单元Ⅵ底部有一个2.5百万年的间断面.而且单元Ⅵ和单元Ⅶ,同时受到了与南海扩张有关的构造活动的影响.

根据地震、古生物、同位素和古地磁等方法,该井已经进行了层序级别的划分,包括3个超层序和8个三级层序.3个超层序分别对应于第四系、新近系和古近系.其中第四系可划分为两个三级层序,分别对应于布谷期和松山期地层;新近系可划分出四个层序,分别与上新统、晚中新统、中中新统和早中新统相对应;而古近系又可划分出两个三级层序,即晚渐新统和早渐新统.

2 小波变换划分测井层序的原理

自然伽马测井曲线主要反映的是岩石的放射性强弱,而岩石的放射性主要是由于含有铀、钍、锕及其衰变物和钾的放射性同位素,而这些放射性同位素在泥质岩中含量较高,随泥质含量的增加而增加.泥质含量又与沉积环境相关,而沉积环境的改变就形成了不同的沉积层序.因此通过自然伽马测井曲线形态、幅度以及频率(周期)的不同就可以划分出不同的沉积层序.

然而,如果直接在这些测井曲线上进行不同级别层序的划分,则十分困难,这是由于这些测井曲线含有不同的周期信号,呈现出的是这些不同信号的综合特征.不同频率的信号相互叠加在一起,难以辨识出其中振幅、相位和周期不同的子信号,它们相互重叠,使得各自的特征模糊不清,特别是用于层序划分的突变界面显示的十分模糊,难以直接对其进行层序旋回的划分.而传统的测井解释则是直接在其上进行不同级别层序的划分,显然,这样由于不同解释人员的视觉差异和经验不同,划分的层序也不同,人为误差较大.

测井曲线的小波变换系数可以很好的反映原信号中的各频段信号特征,即具有很高的频率分辨率;而其小波系数的峰值与原信号的突变点所在的时间点准确对应,即其又具有极高的时域分辨率,其小波系数模的极大值相当于层序突变界面,因此小波变换系数可以用来划分不同的层序旋回,从而避免了传统划分层序方法的人为误差.小波变换后不同尺度的小波系数可以识别出原信号中的不同周期成分,相当于自然伽马测井曲线中的不同尺度的沉积层序.大尺度因子a处的小波系数可用于划分大尺度、长周期的低频沉积旋回,如超层序或层序;小尺度因子a处的小波系数可用于划分小尺度、短周期的高频沉积旋回,如准层序组或准层序.

3 测井信号的小波多尺度分解

设测井信号为 f(x),其连续小波变换定义为(李霞,2007)

其中,Wf(a,b)为小波变换,f为测井信号,ψ为小波分量.

由上式可知,小波变换将测井数据从一维深度域转换为二维深度—尺度域,使信号能同时在深度位置 b和尺度空间 a 上进行描述.小波函数中因子1/a的作用是使在不同尺度a 下的小波函数的能量保持相等.测井信号的小波变换Wf(a,b)反映了信号中含有的特定小波分量ψa,b的大小,|Wf(a,b)|2就是信号在a,b时的小波频谱能量.小波变换系数值是位移因子与尺度因子的函数,小波系数的数值大小揭示了小波函数与测井信号的相似程度,可理解为要分析的测井信号与小波的协方差.

在连续小波变换中使用最广泛、效果最好的是Morlet小波(余继峰和李增学,2003). Morlet 小波基函数是连续小波函数,所以它不仅能克服二进小波变换上二分尺度分割的粗糙,还克服了离散小波离散化对信号特征信息的遗失.同时,Morlet 小波函数,它的尺度因子与地层的沉积周期有着良好的映射关系,能够很清楚的分析信号的频率特征,并且可以将信号中的不同频率的信号提取出来,所以可以利用选取最佳尺度因子对应的小波系数曲线的震荡幅度和其频率的特征,用来划分层序地层单元的界面并识别其内部的旋回类型.本文利用Morlet小波时、频分辨能力均较好的特性来进行ODP1148A井自然伽马测井曲线的多尺度分解.

对ODP1148A井自然伽马测井曲线进行morlet小波多尺度分解,然后再进行最佳尺度因子的选取.分解尺度为1至100,图 2左图为自然伽马测井信号经morlet小波变换后的时频色谱图,横坐标为采样点序列,纵坐标为尺度因子a,颜色的深浅表示小波变换系数的大小,颜色越浅,小波变换系数越大,颜色越深,小波变换系数越小.由不同频率成分构成的自然伽马测井信号经morlet小波变换后,被分解到了不同的尺度范围.图 2右图为自然伽马测井信号经morlet小波变换后小波系数模平均值,可以选取小波变换系数模极大值处的尺度因子a为划分不同沉积周期的最佳尺度,即最佳尺度因子a=35,50和75,如图 3所示.由图可见,原始自然伽马测井信号经morlet小波在不同的尺度进行小波变换后,其中不同的频率信号被提取出来,从尺度因子a=75到a=50,再到a=35,原信号的频率逐渐增高,相应的周期逐渐逐渐变短,对应于不同级别的沉积旋回,显然,原自然伽马测井曲线上由于含有不同的频率成分,相互叠加在一起,很难进行层序的划分,而经过小波变换后的不同尺度上的小波系数波形则频率成分较单一,用于不同级别的层序划分则显得较容易.

图 2 自然伽马测井曲线小波变换时频色谱图(a)和小波系数模均值(b)Fig. 2 The time-frequency chromatogram of natural gamma wavelet transform(a) and the average of wavelet coefficient module(b)

图 3 基于小波变换系数划分出的ODP1148A测井层序地层和基准面变化Fig. 3 The logging sequence stratigraphy and base-level changes of ODP1148A based on wavelet transform coefficient
4 ODP1148A井测井层序旋回的划分 4.1 沉积旋回类型

基准面相当于绝对海平面变化减去构造因素而得到的实际相对海平面变化.基准面的变化会导致沉积物的粒度发生变化,而沉积物粒度的变化又会在自然伽马测井曲线上有所响应.因而,根据自然伽马曲线经小波变换后的系数幅值上下变化情况可进行基准面变化的定性研究.小波变换系数的形态反映了水动力状况和物源供给情况.根据沉积岩物性的变化特点,可将地层旋回划分为两种基本的类型:正旋回(水进型)和反旋回(水退型),这种分类方法的基础是沉积物粒度成分的方向性变化.而这种方向性变化又是基准面变化的物质反映.

测井资料是地层物性的综合响应,而这种响应又可以反映在测井资料的频率域中.理论上,自然伽马测井曲线经小波变换后的小波系数可以反映沉积环境和水动力能量的大小:基准面较高、水动力能量较低的沉积环境,沉积相对稳定,沉积物也相对均一,则高频成分的幅值应相对较低,反映出一种稳定的深水沉积环境;基准面较低,水动力能量较高的沉积环境,沉积相对动荡,沉积物也相对复杂,则高频成分的幅值应相对较高,反映出一种动荡的浅水沉积环境.这种理论分析已经被证实房文静和李霞等证实(房文静,2007;李霞,2007),她们通过对自然伽马测井曲线小波变换后频谱特征的分析,发现其高频和低频小波系数曲线的变化可以反映沉积旋回的变化特征.将高频小波系数曲线与岩性剖面相对照,发现小波系数值大的地方一般对应于砂岩层,而小波系数值小的地方一般对应于泥岩层,说明了小波系数曲线的幅值能够反映水动力条件的强弱进而反映特定的沉积环境.由以上理论和实际分析相结合,可在ODP1148A井中识别出以下两种沉积旋回.

正旋回沉积:从下到上小波系数幅值变化趋势由大到小,底部值较大并且振荡较剧烈,反映出一种较强的水动力条件和高能量的沉积环境(图 4).顶部值较小并且振荡较为平缓,反映出基准面上升所形成的低能沉积环境.

图 4 层序旋回类型及频谱特征Fig. 4 The types of sequence cycle and their spectrum signature

反旋回沉积:从下到上小波系数曲线幅值由小到大,顶部值较大并且振荡较剧烈,反映出基准面下降所形成的高能沉积环境(图 4).底部小波系数幅值较小并且振荡较平缓,反映了一种低能量的水动力条件.以上两种旋回可以相互组合,形成下部正旋回上部反旋回的正反旋回,或者下部反旋回上部正旋回的反正旋回模式.

4.2 层序划分结果

ODP1148A井自然伽马测井曲线经过如前所述的小波变换方法进行morlet小波变换处理后,使其中的不同频率成分得到清晰的显示,而各个不同信号之间的突变点或突变区域也显示的十分清楚,而这些突变点或突变区域就是岩石物性的突变,也反映了其形成环境的突变,而这些突变恰好是层序划分的分界线.因此自然伽马测井曲线经过morlet连续小波变换后,通过不同尺度下小波变换系数曲线所表现出的明显不同的周期性振荡特征,可与地质上各级次层序界面建立一定的对应关系,这就是利用小波变换进行层序划分的依据.

利用ODP1148A井经Morlet小波变换后的小波系数频谱特征划分出的ODP1148A井测井层序旋回以及基准面变化情况如图 3所示.划分出了3个超层序、8个层序和25个准层序组,为便于后续的讨论,由从下至上对其进行了编号.为了验证该方法识别出的层序界面的正确性和可信性,该图最左边列出了ODP184航次报告研究给出的经过古生物、同位素和古地磁等方法鉴定的地层年代和深度的主要界面(Wang et al., 2000).

超层序:共划分出了3个超级层序,由下自上分别编号为1,2,3(图 3).由图可见,尺度因子a=75时的小波系数有两个十分明显的峰值,一处为约100 m处,另一处为470 m左右,前者与第四纪和新近纪的分界面相吻合,而后者恰好为新近纪和古近纪的分界线.这两个分界面与用古生物、同位素和古地磁标定的地层界面惊人的吻合,也从另一个方面证明了小波变换用于ODP1148A井测井层序划分的可行性和正确性.在超层序尺度上,古近纪由两期大的基准面上升构成,新近纪由早期的两次基准面上升和后期的一次基准面下降组成,第四纪早期基准面上升,后期基准面下降.

层序:在超层序划定后的基础上,利用尺度因子a=50时的小波变换系数可进行三级层序的划分,划分的依据为小波变换系数的极小值或极大值,且该极小值或极大值上下两端的波形不同、频率、幅值和振荡情况相差较大.划分出了8个三级层序,自下而上分别对其编号为1,2,…,8(图 3),其中第四系可划分为两个三级层序,分别对应于布谷期和松山期地层;新近系可划分出四个层序,分别与上新统、晚中新统、中中新统和早中新统相对应;而古近系又可划分出两个三级层序,即晚渐新统和早渐新统.在三级层序尺度上,基准面变化情况为:布谷期基准面呈下降趋势;松山期早期基准面上升,后期基准面下降;上新世基准面主要表现为下降趋势;晚中新世基准面也主要表现为下降趋势;中中新世基准面主要表现为上升趋势;早中新世基准面早期表现为上升,晚期表现为下降;晚渐新世基准面表现为下降;早渐新世基准面主要由两期大的上升构成.

准层序组:在超层序和层序划定后,可利用尺度因子a=35时的更高频小波系数进行更高级别层序的划分,在此将其暂定为“准层序组”,在此,“准层序组”仅是一个层序级别的表示,即比三级层序周期更短更高一个级别的沉积旋回,大致相当于四级层序“准层序组”.根据小波系数波形的不同,可以在层序的基础上划出若干个准层序组,在此总共划分出了25个准层序组,同样对其从下到上进行编号(图 3).各个准层序组内出现长短不一的正旋回和反旋回.在准层序组尺度上,基准面的变化较多,波动频繁,反映出了短时期内的基准面变动情况.

5 讨 论 5.1 早第三纪 5.1.1 早渐新世

早第三纪长期基准面主要表现为上升趋势,以29.8 Ma为界,经历了两期大的海侵,表现为长期基准面的两次上升,见图 5中的长期基准面变化一栏.其中,准层序组1,2和3,构成了其第一次长期基准面的上升趋势,其后的准层序组4至8共同构成了长期基准面的第二期大幅上升(图 5).在短期基准面变化上,29.5 Ma之前(准层序组1,2,3和4),主要表现为基准面的持续上升,经历了四次海侵(图 5),其时间分别为31~30.5 Ma、30.5~30 Ma、30~29.8 Ma和29.8~29.5 Ma.这四次海侵指示了南海北部初始裂陷作用的阶段性,经过四次强烈的裂陷作用后,南海北部水体快速加深.准层序组5沉积期间(29.5~29 Ma)出现了基准面的短期下降,相对应的深度为560~580 m,表明研究区经历了一次短期的海退.

图 5 早第三纪的层序划分和基准面变化Fig. 5 The sequence division and base-level changes of Paleogene
5.1.2 晚渐新世

从准层序组7(28.5 Ma)开始,研究区进入晚渐新世(图 5).以28.5 Ma为界研究区经历了两次海进,时间分别为29~28.5 Ma(准层序组6)和28.5~28 Ma(准层序组7)(图 5).其中,28.5 Ma时为南海西北次海盆停止扩张,而南海扩张轴仅在中央海盆发生张裂的时间节点.此后从28 Ma至24.5 Ma(准层序组8)基准面又开始持续下降,此期间经历了一个沉积间断,为渐新世到早中新世快速转换期的晚渐新世部分(图 6-6).推测该期间出现的相对海平面下降可能与约25 Ma时西南海盆打开而造成的水域开阔,可容纳空间急剧增大有关.大量海水从东侧涌入西南海盆而造成南海中北部的相对海平面出现了短期的急剧下降.

该时期的基准面分析与黎明碧等利用南海中北部地震资料低水位体系域楔状体下超点确定的相对海平面变化基本吻合(图 6),如29~28 Ma基准面处于下降趋势,而之后的基准面上升时间略有不同,前者从28 Ma开始至24.5 Ma为基准面上升时期,而后者为27 Ma至24 Ma.推测该差异可能与该时期内经历的27.5~24.5 Ma之间发生的长达约3 Ma的沉积间断,造成沉积物缺失有关——基准面变化的有用信息未得到保存,因此其边界只能内插或外推,由此人为因素造成了约1 Ma的差异.另外,由于地震和测井资料的分辨率相差悬殊,前者一个相位的偏颇可能就会导致数十米乃至几十米的沉积物厚度变化,而后者的分辨率为分米级(采样点间隔仅为0.1524 m).因此,由它们所确定的海平面变化必然也会存在一些差异,前者确定的海平面较粗略,可能相当于中、长期基准面变化,而后者所能确定的基准面变化可以达到中、短期的级别,具有更高的精度.所以,二者所确定的相对海平面变化的差异可以认为是在系统误差允许的范围之内.

图 6 利用地震资料确定的相对海平面变化(据黎明碧,2005)Fig. 6 The relative sea level changes basedon seismic data( Li M B,2005)
5.2 晚第三纪 5.2.1 早中新世

晚第三纪的长期基准面变化主要由两期上升和其后的一次下降组成,见图 7中的“长期基准面变化(超层序)”一栏.中新世的中期基准面由上升-下降-上升-下降的旋回变化构成,与之相对应地经历了海进-海退-海进-海退的沉积旋回,见图 7中的“中期基准面变化(层组)”一栏.

图 7 晚第三纪的层序划分和基准面变化Fig. 7 The sequence division and base-level changes of Neogene

在短期基准面波动过程中,准层序组9沉积时期(从24.5 Ma至23 Ma)出现了基准面的短期下降(图 7).该段为早第三季到晚第三纪的转变过渡期的晚第三纪部分,该段与其下部的准层序组8(28 Ma至24.5 Ma)(晚渐新世到早中新世转换期的晚渐新世部分)共同构成了早第三纪与晚第三纪的转换过渡(28~23 Ma),造成地层缺失和沉积间断.

此后,基准面经过两次幅度不同的持续上升,其时间分别为23~21 Ma(准层序组10)和21~19.5 Ma(准层序组11)(图 7).在经历了这两期不同幅度的海侵之后,基准面开始下降,以18.5 Ma为界,可划分为两期不同程度的下降,其时间分别为19.5~18.5 Ma(准层序组12)和18.5~17.5 Ma(准层序组13)(图 7).

随后,研究区又经历了一次基准面上升(17.5~16 Ma)和一次基准面下降(16~13 Ma)的旋回,从基准面上升到基准面下降的转换点为南海停止扩张的时间,相应的沉积了准层序组14和准层序组15(图 7).

5.2.2 中中新世-上新世

从16.4 Ma开始进入中中新世,经过16.4~13 Ma(准层序组15)的基准面短期下降后(图 7),从13 Ma开始(准层序组16),短期基准面开始上升(图 6-8).经历了一个相对海平面上升-下降的旋回,其时间分别为13~11 Ma与11~8 Ma,相应的沉积物也经历了海进-海退的沉积旋回,沉积了准层序组16和准层序组17(图 7).晚中新世末,以7 Ma为界,基准面又进入两期不同幅度的上升阶段,其时间分别为8~7 Ma与7~5.3 Ma,相应的沉积了准层序组18和准层序组19(图 7).

从5.3 Ma开始进入上新世,以2.5 Ma为界,上新世经历了一个短期基准面的下降-上升旋回,其时间分别为5.3~2.5 Ma与2.5 Ma~1.8 Ma.其相应的沉积物也经历了海退-海进的沉积旋回,沉积了准层序组20和准层序组21(图 7).

5.3 第四纪

第四纪可分为松山期(1.77~0.78 Ma)和布谷期(0.78~现今)(图 8),长期基准面表现为早期的上升和晚期的下降,在此长期基准面中可以识别出其中的中期基准面变化由早期的一次上升和晚期的两次下降构成.短期基准面波动上表现为,松山期由上升-下降旋回组成,相应的沉积物经历了海侵-海退的沉积旋回,其时间分别为1.8~1 Ma(准层序组22)和1~0.5 Ma(准层序组23)(图 8).其后的布谷期也经历了上升-下降(海进-海退)旋回,相应的沉积了准层序组24(0.5~0.3 Ma)和准层序组25(0.3 Ma~现今)(图 8).

图 8 第四纪的层序划分及基准面变化Fig. 8 The sequence division and base-level changes of Quaternary
6 结 论

对ODP1148A井自然伽马测井曲线进行morlet小波变换后,自然伽马测井曲线中不同频率成分的信号得以显示.对ODP1148A井自然伽马测井曲线的morlet小波变换系数进行了最佳尺度的选取,这些最合适的尺度因子处的小波系数分别对应于自然伽马测井曲线中不同的频率(周期)信号,相对应于地质历史时期不同的沉积旋回.通过小波变换系数划分出了3个超层序、8个层序和25个准层序组.其中超层序和层序的分界面均能很好的与根据其他资料(主要是古生物、同位素和古地磁等资料)所确定的地层界面相对应,而划分出的25个准层序组是前人所未识别出的,说明该方法划分出的层序更精细,具有更高的分辨率.

本研究取得的主要认识有,该区自早渐新世以来长期基准面变化以上升为主,经历了5期上升和两期下降,在长期基准面变化中又蕴含有多期不同的中期基准面变化和更细微的短期基准面波动.

在准层序组级别的短期基准面变化上,早渐新世主要表现为基准面的阶段性持续上升,经历了四次海侵,其时间分别为31~30.5 Ma、30.5~30 Ma、30~29.8 Ma和29.8~29.5 Ma,相应的沉积了准层序组1,2,3和4.从早第三纪向晚第三纪的转换时期(28~23 Ma),构造活动强烈,导致基准面变化频繁,波动幅度较大,形成该时期沉积的准层序组8和9.

晚第三纪的长期基准面变化主要由两期上升和紧随其后的一次下降组成,中、短期基准面以持续上升为主,其中夹杂有短期的较小海平面下降.早中新世的中期基准面由一次上升-下降旋回构成.自中中新世早期(16 Ma)以后,出现大规模的海侵活动,基准面变化以大规模上升和小幅下降为主.第四纪长期基准面表现为早期的上升和晚期的下降,其中含有两期上升-下降旋回.

目前,由于地震和古生物等其它资料的精度原因,前人还未对该区进行准层序组级别的研究,因而,本研究中所识别出的准层序组和相应的短期基准面变化,具有一定的创新性,可以为该区以后的深入研究提供一定的参考,这也是本研究的意义所在.另外,本研究所应用的测井数据高分辨率处理技术、用于测井层序划分的小波变换原理可以为以后类似的测井层序地层等研究所借鉴.

然而,由于时间和精力有限,本研究仅对ODP1148A井测井资料进行了高分辨率处理和层序地层的精细研究,虽然已与前人的地震、古生物和地球化学等资料进行了对比,但说服力仍略显单薄.今后的研究可以将该方法用于临区其它井,比如ODP1146和ODP1147井,然后将多口井进行连井剖面的对比研究,这样可以相互验证,从而达到“从点到线,由线及面”的深入研究,进而更具有可信性.同时也可以深化南海北部陆坡的层序地层研究,为南海深海油气勘探提供基础的层序地层资料.

致 谢 本文在完成过程中得到了国家海洋局第二海洋研究所黎明碧、方银霞、唐勇、丁巍伟等研究员的指导,以及付洁、王聪、邱文弦博士的大力支持与帮助.软件编程得到了周志远、董崇志博士的鼎力相助.同时,所需数据均为ODP官网无偿下载,谨致谢忱.
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