频谱分析法在识别米兰科维奇旋回及高频层序中的应用——以塔里木盆地塔中－巴楚地区下奥陶统鹰山组为例

在巴楚地区露头高频层序研究及塔中地区钻测井三级层序划分的基础上,对塔里木盆地塔中地区塔中162井和塔中43井下奥陶统鹰山组层序OSQ2的自然伽马能谱测井ln（Th/K）曲线进行了滤波处理、快速傅里叶变换处理、小波时频分析以及调谐处理,识别出具有米兰科维奇旋回特征的高频旋回。结果表明：斜度（黄赤交角）旋回最为明显,周期为37.0 ka,是以向上变浅为主的六级米级旋回的主要控制因素,其主旋回平均厚度在台地边缘相带的塔中162井及塔中43井中分别为4.55 m及3.97 m,在巴楚地区半局限-开阔台地相带中为2～4 m;95 ka的短偏心率周期是形成五级准层序的主要控制因素,而大致代表四级准层序组形成时限的413 ka长偏心率周期在地层记录中表现并不明显。据高频层序叠置关系分析及平均主旋回个数初步估算,塔中-巴楚地区下奥陶统鹰山组层序OSQ2的形成时限大约为4.92 Ma,塔中43井鹰山组层序OSQ2受后期构造隆升而被剥蚀约192  m。结合四级层序（准层序组）发育时限（413 ka）及其叠置关系,以及与其调谐的小波变换曲线特征,初步将塔中-巴楚地区鹰山组层序OSQ2划分出12个准层序组。自然伽马能谱测井ln（Th/K）曲线包含沉积古水深相对变化的信息,是反映气候变化生成的米兰科维奇旋回层序的良好指标。     

四川盆地东北部二叠系层序发育的动力学分析

运用可容空间分析法,在野外剖面岩性、岩相厚度和旋回变化分析的基础上,对川东北地区宣汉县渡口镇羊鼓洞二叠系剖面的旋回层序进行研究,识别出3种类型5种亚类型的高频旋回层序类型,并将剖面中栖霞组、茅口组以及吴家坪组下部划分为118个高频旋回层序。根据测井曲线的旋回变化,将普光4井的长兴组划分出49个高频旋回层序,据此运用Fischer图解绘制了二叠系可容空间变化曲线。将可容空间变化曲线与相对海平面升降曲线之间进行对比发现,二者之间存在着良好的对应关系。采测井曲线的频谱分析,对研究区长兴组进行了米兰科维奇沉积周期进行研究,结果表明:长兴组中广泛地保存着124,44.89,35.11,21.16和17.72ka的米兰科维奇沉积周期;地层中的沉积旋回主要受古气候变化的控制,偏心率、地轴倾角和岁差周期引起的地层旋回厚度变化范围分别为:12.47—13.74m,3.56—5.21m,1.78—2.41m,其中受偏心率周期的影响最大。在构造活动相对较弱的川东北二叠系中,层序发育的动力学因素主要为相对海平面的变化和气候变化两个方面。相对海平面的变化主要是三级层序的控制因素,而气候变化则是高频层序旋回的主要动力。     

塔里木盆地顺南地区中-下奥陶统正演沉积数值模拟

利用正演沉积数值模拟,恢复了塔里木盆地顺南地区中-下奥陶统沉积演化过程。综合分析基础地质条件,以Dionisos软件为平台,建立了塔里木顺南地区中-下奥陶统正演沉积数值模拟的初始模型。通过调整构造沉降、海平面变化、沉积物产率、波浪强度和方向等参数及模型校验,以正演方法再现了该地区三维沉积演化过程,并分析了沉积旋回演化、关键界面特征和内部沉积格局。早中奥陶世,塔里木盆地顺南地区发育四个沉积旋回,四次相对海平面下降形成了中-下奥陶统蓬莱坝组下段、蓬莱坝组上段、鹰山组下段、鹰山组上段等顶面多个局部或区域短期暴露面,形成了非断裂控制的短期暴露岩溶。     

松辽盆地东岭地区泉头组高频沉积旋回的叠加型式分析

根据自然伽马测井曲线计算的旋回厚度,采用Fischer图解识别高频旋回的叠加型式,试图揭示湖相沉积中GR测井曲线反映的泥质含量波动与气候旋回的关系。选择松辽盆地东岭地区顶底清楚,地层连续的SN109井泉头组测井曲线中作为实验数据,根据极值点法共识别出1166个高频沉积旋回,旋回厚度变化于0.25~2.75 m之间,旋回平均厚度为0.62 m;根据Fischer图解,估算高频旋回的平均周期为17.2 ka,中频旋回周期在86.1~103.3 ka之间,低频旋回周期在305~416 ka之间,分别与米兰科维奇旋回岁差周期19~24 ka,轴斜率周期85~140 ka,偏心率周期350~400 ka存在着对应关系,说明SN109井泉头组湖相沉积旋回的形成受米兰科维奇气候旋回机制的控制。     

塔里木盆地巴楚地区石炭系高频旋回层序分析

高频旋回层序是海平面高频振荡的结果和产物。通过对塔里木盆地巴楚地区石炭系地面、钻井剖面的详细解析,首次总结出7个高频旋回层序类型,识别出50余个五级（或六级）高频旋回层序,它们在纵向上有规律地组合、叠加,组成8个四级旋回层序,3个三级旋回层序及2个二级旋回层序,构成了塔里木盆地巴楚地区石炭系的层序地层格架,同时也反映了该区石炭纪海平面的变化规律及其沉积响应。     

四川元坝地区长兴组层序地层特征及Fischer图解

上二叠统长兴组分别与飞仙关组、吴家坪组整合接触,在元坝地区为一套稳定的海相碳酸盐岩沉积建造,有利于开展层序地层学研究。通过地震地层学方法、岩石岩相地层学方法以及Daubechies小波分析方法对元坝地区长兴组层序界面、体系域进行识别及特征研究,共划分出2个Ⅲ级层序(旋回)。进一步在单井上进行米兰科维奇旋回的划分及对比,通过岩石学及Daubechies小波方法解释结果可知db5曲线,由此识别出的36个旋回与人工解释的米兰科维奇旋回良好对应。将解释结果绘制Fischer图解,进一步对所得图解进行元坝地区长兴组地层可容空间演化特征分析,再次证实元坝地区长兴组存在的2次可容空间周期变化。最后以本实例为基础对Fischer图解形态特性、影响因素进行讨论。     

库鲁克塔格地区奥陶系层序地层与海平面变化

出露于新疆库鲁克塔格地区的奥陶系揭示出一个完整长周期(Ⅰ级周期)的海侵-海退沉积序列。这个沉积序列由9个Ⅲ级层序和3个Ⅱ级层序构成,反映了短周期(Ⅲ和Ⅱ级周期)的海平面变化。下奥陶统是在长周期海侵背景下形成的,为一套主体在次深海环境下形成的层序组合———Ⅱ级层序A;中奥陶统是长周期海平面波动的背景下形成的,为一套主体在次深海-浅海陆棚环境下形成的层序组合———Ⅱ级层序B;上奥陶统是长周期海退背景下形成的,为一套主体在浅海-滨海环境下形成的层序组合———Ⅱ级层序C。库鲁克塔格地区奥陶系层序地层特征及其揭示的海平面变化是盆地形成与转变的构造机制的响应。奥陶纪是早古生代盆地发生盆地类型转化的关键时期,即从寒武纪-早奥陶世的裂陷盆地,经中奥陶世的过渡,转化为晚奥陶世-志留纪的前陆盆地。由于后期的构造变动本区现已成为塔里木盆地东北边缘隆起。     

塔里木盆地塔中-巴楚地区上奥陶统良里塔格组米兰科维奇旋回性沉积记录研究

通过露头、钻井岩芯沉积相观察及高频旋回识别,结合全岩碳氧同位素旋回、自然伽玛能谱测井ln(Th/K)值频谱分析及地震反射特征,研究了塔里木盆地塔中—巴楚地区分布的上奥陶统良里塔格组开阔台地及外缓坡相碳酸盐岩中发育的四～六级高频层序(旋回)特征及其叠置关系。认为其六级米级旋回、五级准层序及四级准层序组可能分别与20～40ka、100ka及400ka周期的Milankovitch日-地轨道气候旋回有关,并识别出该区良里塔格组由11～12个400ka周期的准层序组构成。提出海相碳酸盐岩全岩或生物壳碳同位素值可作为反映全球海平面相对变化的指标及识别形成三级层序的主控因素(全球海平面变化、地区性构造沉降-抬升运动)的方法——碳同位素-沉积旋回对比分析法。晚奥陶世良里塔格组沉积时期,塔中台地北缘总体表现为向上变浅的加积型沉积叠置型式,主要与塔中I号断裂活动控制形成的高陡型镶边台地边缘有关;巴楚台地西北缘则表现为向上变浅的加积-进积复合型沉积叠置型式,主要与其断裂活动弱、受沉积作用控制为主的缓坡台地边缘有关。塔中-巴楚台地良里塔格组表现为一个完整三级层序的形成与演化,主要受控于该台地的构造(沉降-抬升)运动而不是全球海平面变化,属于典型的地区性构造层序及不具有全球对比意义。     

基于小波分析的层序地层划分及识别——以川东地区上二叠统龙潭组为例

以川东地区上二叠统龙潭组为研究对象,应用Matlab小波分析工具对川东地区龙潭组钻井的自然伽马曲线进行小波变换和频谱分析,以期为川东龙潭组勘探开发提供基础地质依据。结果显示川东地区龙潭组可划分为3个三级层序,其中SQ1可识别出为低位体系域、海侵体系域及高位体系域,而SQ2、SQ3可分别识别出海侵体系域与高位体系域;基于自然伽马测井曲线小波变换绘制的Fischer图解对于可容纳空间的变化具有良好的显示,与三级层序呈现出较好的对应关系;频谱分析结果显示,川东龙潭组对于米兰科维奇旋回具有较为完整的记录,川东地区龙潭组发育15个偏心率长周期,而受沉积环境不同的影响,发育的偏心率短周期及斜率周期有所不同。     

利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地第四系层序地层

对柴达木盆地第四系自然伽马测井曲线的频谱分析结果表明, 地层中保存着厚度稳定的地层旋回.按柴达木盆地第四纪沉积速率0.87～0.90 m/ka计算,地层中保存的地层旋回厚度在厚度比值和沉积时间周期上都与米兰科维奇旋回周期一致,且主要受控于米兰科维奇旋回中的地轴倾斜度周期, 其引起的地层旋回厚度变化范围为25.0～36.1 m.据此采用Fischer图解法, 求取其可容纳空间变化曲线,以指导层序地层的正确划分.     

新疆阿克苏-巴楚地区寒武-奥陶纪海平面变化与旋回层序的形成

通过研究新疆阿克苏 巴楚地区寒武 奥陶系沉积特征、层序地层序列及其海平面变化规律,首次识别出2个二级旋回层序、4个三级旋回层序和９个四级旋回层序。重点对三级旋回层序的层序界面性质及其体系域特点进行了深入、细致的分析。研究表明,每一旋回层序的形成,理论上均由海平面相对快速上升、缓慢上升、静止、缓慢下降和快速下降所引起,但实际情况较之复杂。海平面上升的最大幅度发生在丘里塔格晚期-吐木休克早期,之后由于构造运动和全球海平面下降,该区海平面亦快速下降,海水迅速退出本区,致使该区普遍缺失上奥陶统。     

辽河凹陷东部桃园—大平房地区东营组层序地层及沉积特征

采用测井和地震资料及米兰科维奇旋回相结合的方法,对辽河盆地东部凹陷桃园—大平房地区东营组层序地层进行研究,把该区东营组划分为3个三级层序(Sq1、Sq2、Sq3)。通过对自然伽马测井曲线进行频谱分析,发现地层中保存着厚度稳定的地层旋回,地层旋回厚度的变化范围为15.625~25.510 m,且其主要受米兰科维奇旋回的偏心率控制。据此,采用F ischer图解法,求取其可容空间变化速率曲线,指导层序的正确划分。根据单井相、地震相和砂体形态等综合研究的结果,确定Sq1为扇三角洲沉积,Sq2和Sq3为河流相沉积,为有利储层分布预测打下基础。     

塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组沉积相特征

以钻井岩心、测井数据及地震资料为基础,运用岩相古地理学、地震地层学、层序地层学等学科方法原理,对塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组沉积相特征进行研究,认为下奥陶统蓬莱坝组发育局限台地相、开阔台地相、台地边缘相、斜坡相和盆地相.局限台地主要分布在塔中、塔东及塔西南大部分地区,开阔台地只在塔北局部地区发育.对钻井岩心、薄片资料、连井剖面、地震相进行综合分析研究后,绘制出蓬莱坝组沉积相平面展布图,据该组沉积相平面展布规律,综合考虑该时期沉积演化及古地理背景,建立起塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组沉积相模式.     

塔里木盆地寒武-奥陶纪海平面升降变化规律研究

利用元素地球化学特征和地震几何构型特征,对塔里木盆地寒武-奥陶纪时期海平面升降变化规律进行了研究,建立了寒武-奥陶纪相对海平面变化曲线。研究发现,塔里木盆地寒武-奥陶纪可划分出3个一级旋回,8个二级旋回,17个三级旋回和多期高频震荡旋回。其中,寒武纪经历了3期二级旋回,早中奥陶世经历了2期旋回。相对于寒武纪,早奥陶世海平面升幅较大。晚奥陶世经历了3期二级旋回：第一期处于海平面低位期,幅度较小;后二期快速上升,直达最高水位状态。海平面相对升降变化控制着盆地的沉积充填和层序的形成演化,其旋回性与盆地沉积作用的旋回性相一致,并可通过沉积相的演变表现出来。     

四川盆地中二叠统茅口组米兰科维奇旋回及高频层序

四川盆地中二叠统茅口组形成于中二叠世中晚期。通过分析四川盆地中二叠统茅口组露头剖面岩性特征、对比广元上寺长江沟露头剖面碳氧同位素变化趋势与沉积层序发育特征,将茅口组划分为2个可全盆地追踪的Ⅱ型三级层序,并分析了茅口组三级层序的主控因素。在此基础上,对钻穿中二叠统茅口组典型井的自然伽马能谱测井曲线开展频谱分析,识别出多种具有米兰科维奇旋回特征的高频旋回,并计算出茅口组沉积的平均速率及沉积时限等相关参数。最后,采用数字滤波消除掉其他次要旋回因素的影响而仅保留与主控因素相关的旋回信息,建立茅口组的高频层序划分方案。结果表明,茅口组三级层序在形成过程中主要受控于构造升降及全球海平面变化;茅口组米兰科维奇旋回特征明显,其中长偏心率旋回(413.0 ka)和短偏心率旋回(123.0 ka)分别是形成四级层序(准层序组)和五级层序(准层序)的主控因素,与之对应的平均旋回厚度在龙17井区分别为13.44m和4.31m,在安平1井区分别为16.03m和4.68m;茅口组大约发育15个四级层序,其发育时限大约为6.11Ma;根据构造背景曲线和长偏心率旋回曲线的叠加曲线划分高频层序,其高频层序界面更加接近实际地层的发育情况。     

塔里木盆地寒武系层序地层格架

通过露头、钻测井及地震层序地层特征综合分析,建立了塔里木盆地寒武系三级层序地层格架,将寒武系划分出6个可全盆地追踪与对比的三级层序。结合反映全球海平面相对变化的全岩碳同位素旋回与反映沉积古水深相对变化的沉积旋回的对比分析,可将塔里木盆地寒武系三级层序分为主要受全球海平面变化控制形成的全球海平面层序(层序CSQ2、CSQ4、CSQ5、CSQ6)及主要受地区性构造沉降作用控制形成的构造层序(层序CSQ1、CSQ3)2类。塔北轮南地区寒武系台地边缘总体呈现由早寒武世的缓坡向中—晚寒武世的镶边台地的演变以及由西向东的进积叠置型式,推测主要与寒武纪全球海平面总体微弱下降及塔里木盆地基底沉降速率总体稳定且较小有关。     

湖北宜昌地区奥陶纪层序地层及扬子地区五峰组沉积环境的讨论

运用露头层序地层学原理与方法，将宜昌地区奥陶系划分为三个Ⅱ型层序，并阐述了各层序的体系域特征和形成的沉积动力学机制以及海平面变化对沉积、生物迁移及环境的控制作用。认为研究区奥陶纪存在三个海平面变化旋回，第一个旋回发生于两河口期早期至晚期；第二个旋回发生于两河口期末期至大湾期初期；第三个旋回发生于大湾期早期至五峰期末期，并识别出两个平衡型碳酸盐岩体系。研究结果表明，宜昌地区下奥陶统生物礁均形成了高峰     

柴西开特米里克地区干柴沟组米氏旋回及湖平面变化特征

目前，柴达木盆地米兰科维奇旋回研究普遍基于山前浅水沉积相地层进行讨论，而深水相地层中是否有记录米兰科维奇旋回特征有待探讨。本次研究通过对开2井上干柴沟组（N1）和下干柴沟组上段（E32）自然伽马测井曲线进行频谱分析和滤波分析，探讨了盆地西部开特米里克地区深湖相地层的米兰科维奇沉积旋回特征。结果显示，该地区上干柴沟组（N1）和下干柴沟组（E32）地层旋回周期与米兰科维奇地球轨道周期参数具有良好的对应性，说明天文轨道周期旋回对该地区地层沉积具有显著影响。在此基础上，结合Fischer图解及地层岩性特征，确定了干柴沟组上、下界线附近（约38.1～32.8 Ma）湖平面经历了一次相对长周期的升降变化。下干柴沟组上段处于湖平面上升阶段，主要受米氏旋回中的偏心率周期控制，气候相对温暖湿润，对应湖平面高位期。上干柴沟组处于湖平面下降阶段，主要受米氏旋回中的轴斜率周期控制，气候相对寒冷干旱，对应湖平面低位期。     

塔里木盆地中—下奥陶统层序地层研究

运用地震、测井等手段,结合岩石学、生物地层学地层对比方法,将塔里木盆地中—下奥陶统层序划分为1个二级层序(SSQ6),4个三级层序:SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。对层序地层、沉积相特征研究发现,构造运动、海平面升降和古气候变化为塔里木盆地中—下奥陶统层序发育主要控制因素。     

塔里木盆地奥陶系层序地层格架

在不同沉积相区典型露头、钻井及地震层序综合分析基础上,将塔里木盆地奥陶系海相地层划分出8个可全盆地对比的三级层序(OSQ1～OSQ8),首次建立了综合露头层序、钻井层序及地震层序划分的层序地层格架,建立了年代地层、牙形石生物地层、岩石地层与层序地层之间的相互关系(表1)。首次提出海相碳酸盐岩全岩或生物化石壳的碳同位素值可作为全球海平面变化的良好指标。在相似气候带及沉积环境具备相近的碳酸盐沉积速率的假设条件下,当沉积相分析所得到的相对海平面变化趋势与全岩碳同位素分析反映的全球海平面变化趋势总体一致时,说明碳酸盐层序的发育主要受控于全球海平面变化,反之则主要受控于区域构造沉降运动。鉴于这样的分析原理,我们认为塔里木盆地下奥陶统层序OSQ1及层序OSQ2属于主要受控于全球海平面变化的稳定加积型层序,而中、上奥陶统层序OSQ3～层序OSQ8则属于全球海平面总体上升背景下主要受区域构造运动控制形成的构造淹没型层序。