基于频谱属性趋势分析和小波...中新统珠江组——韩江组为例_闾伟.pdf
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1、断块油气田2023年5月Identification method of sequence boundary based on INPEFA and wavelet transform:acase study of Miocene Zhujiang to Hanjiang Formation in Zhu-3 DepressionLYU Wei1,2,DONG Yanlei1,2,GE Jiawang3,SUN Lianpu4,XIE Xiangdong5,JIA Tianpeng1,2,ZHENG Saifei1,2,LI Yuanliang6(1.State Key Laboratory
2、of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Collegeof Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.College of Geosciences and Technology,SouthwestPetroleum University,Chengdu 610500,China;4.Sino Geotech(Beijing)Co.,Ltd.,Beijing 1000
3、15,China;5.Gudao Oil ProductionPlant,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257231,China;6.Exploration and Development Research Institute,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China)Abstract:TheexplorationdegreeofZhu-3DepressioninthePearlRiverMouthBasinisrelativelylow,sotheestablishmen
4、tof sequencestratigraphicframeworkisimportantforoil-gasexploration.Inthispaper,integratedpredictionerrorfilteranalysis(INPEFA)technologyand wavelet transform technology based on logging curve are used to identify sequence boundary of each order and maximum floodingsurface(MFS).The INPEFA curve was o
5、btained by the maximum entropy spectrum analysis technology of GR curve.The trend andinflection points in the INPEFA curve were used to extract the hidden periodic features in the GR curve,and then the sequenceboundaries of different orders were divided.Meanwhile,the GR curve was reconstructed by wa
6、velet transform technology,and thereconstructedwaveletcoefficientcurveandthetime-frequencychromatogramwereanalyzed.Thethird-ordersequenceboundaryandtheMFS are identified by the anomalous vibration of the curve andtheenergychangeofthespectrogram.The results show that threesecond-order sequence bounda
7、ries and six third-order sequenceboundaries are identified from Miocene Zhujiang Formation toHanjiang Formation in Zhu-3 Depression,which are divided intotwosecond-ordersequencesandeightthird-ordersequences.The收稿日期:2022-11-23;改回日期:2023-03-10。第一作者:闾伟,男,1997年生,在读硕士研究生,主要从事层序地层学和地震沉积学方面的研究。E-mail:。通信作者
8、:董艳蕾,女,1972年生,副教授,博士,主要从事层序地层学和地震沉积学方面的研究。E-mail:。引用格式:闾伟,董艳蕾,葛家旺,等.基于频谱属性趋势分析与小波变换的层序界面识别方法:以珠三坳陷中新统珠江组韩江组为例J.断块油气田,2023,30(3):448-457.LYU Wei,DONG Yanlei,GE Jiawang,et al.Identification method of sequence boundary based on INPEFA and wavelet transform:a case studyof Miocene Zhujiang to Hanjiang Fo
9、rmation in Zhu-3 DepressionJ.Fault-Block Oil&Gas Field,2023,30(3):448-457.基于频谱属性趋势分析和小波变换的层序界面识别方法以珠三坳陷中新统珠江组韩江组为例闾伟1,2,董艳蕾1,2,葛家旺3,孙连浦4,谢向东5,贾天鹏1,2,郑赛飞1,2,李元亮6(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;2.中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;3.西南石油大学地球科学与技术学院,四川 成都610050;4.华夏吉泰(北京)科技有限公司,北京100015;5.中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂,
10、山东 东营257231;6.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院,河南 濮阳457001)基金项目:国家科技重大专项专题“岩性地层油气藏成藏规律、关键技术及目标评价”(2017ZX05001-002-002);国家自然科学基金项目“陆相断陷湖盆深水浊积扇定量地震地貌学研究”(41202078)摘要珠江口盆地珠三坳陷勘探程度相对较低,建立层序地层格架是有效开展油气勘探的重要基础。文中运用基于测井曲线的频谱属性趋势分析(INPEFA)和小波变换技术,识别各级层序界面和最大海泛面。即通过对自然伽马曲线进行最大熵谱分析,得到INPEFA曲线;利用INPEFA曲线的趋势和拐点,提取自然伽马曲线隐藏的周期
11、性特征,进而划分出不同级次的层序界面;同时利用小波变换技术,对自然伽马曲线重构,分析重构后的小波系数曲线和时频色谱图,并采用曲线的异常震动和时频色谱图的能量变化识别三级层序界面和最大海泛面。研究结果表明,在珠江口盆地珠三坳陷中新统珠江组韩江组识别出3个二级层序界面及6个三级层序界面,划分了2个二级层序和8个三级层序。利用文中方法,各级层序界面识别更直观、更明显,同时能够提高旋回划分及对比的精度和准确性,为研究区后续勘探开发提供技术支撑。关键词频谱属性趋势分析;小波变换;层序地层格架;珠三坳陷;珠江口盆地中图分类号:TE122文献标志码:Adoi:10.6056/dkyqt202303012断块
12、油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELD第30卷第3期第30卷第3期0引言层序地层学提供了一种更为精确的地质年代对比、古地理恢复和油气储集体预测的方法1。层序地层学研究主要依赖于露头、岩心、地震、测井及古生物等资料。地震资料受制于频率的问题,在识别旋回方面存在着一定的困难。当露头、岩心资料不足时,利用测井资料对层序界面进行识别就显得尤为重要2。近年来随着数理技术的不断突破,利用数学和计算机等手段对测井曲线处理已经成为当前的研究热点。频谱属性趋势分析(INPEFA)是地球物理研究常用的技术手段之一。其中,最大熵谱分析是由基于信息熵最大准则进行外推得到的。与其他频谱分析方法相比,它
13、具有分辨率高、更为准确等优点3。利用最大熵谱分析技术,有利于划分岩性旋回、确定层序及内部特征界面。另外,采用小波变换技术可以将一维的深度域资料转换为二维的深度-尺度域资料,通过分析转换后的能谱及小波系数曲线的变化特征,可实现对地层的旋回划分4;利用小波变换的多尺度特性对测井曲线进行周期性分析,不同尺度因子的能量强度对应着不同级别的地层旋回,能够满足高频层序地层划分的要求,使得层序划分结果更加精准、可靠5。珠江口盆地位于南海北部,是典型的被动大陆边缘油气富集型盆地,因其油气勘探潜力较大,与之相关的地质学问题受到了广泛关注。目前,在勘探程度较低的珠三坳陷中新统珠江组韩江组已有多口探井发现了油气层或
14、油气显示。因此,为了扩大油气勘探成果,对珠三坳陷中新统开展以层序地层研究为主的石油地质基础工作就显得尤为重要6。前人利用古生物、地震、钻测井等资料在珠江口盆地新近系开展了层序地层研究工作,如王瑞菊等7综合利用地震、测井和古生物资料,将珠江口盆地珠一坳陷古近系划分为3个二级层序和8个三级层序;谢利华等8通过地震相、测井相及古生物对比,将珠江口盆地珠江组韩江组划分为7个三级层序;张昕等9根据地震和钻测井资料,将珠江口盆地北部珠江组韩江组划分为2个二级层序和8个三级层序。综上所述,珠江口盆地珠江组韩江组层序划分方案存在分歧,这制约了该地区油气勘探的进程。由于研究区岩心资料有限,利用常规层序地层学方法
15、难以精确识别以及划分地层层序。因此,本文综合利用INPEFA技术和小波变换技术,对珠江口盆地珠三坳陷中新世珠江组韩江组展开层序划分对比研究,通过挖掘测井数据中所隐藏的更为准确的层序地层发育趋势和发育模式,可以为研究区后续油气勘探开发工作提供理论基础10。1区域地质概况珠江口盆地位于欧亚板块、太平洋板块、印澳板块和菲律宾海板块的交会处11,是新生代拉张性断陷盆地。珠江口盆地内发育的一级正向构造单元为北部隆起、中央隆起、南部隆起;一级负向构造单元为珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷、珠四坳陷12(见图1a6)。珠三坳陷面积约为3.6104km2,总体为南断北超的箕状断陷盆地,受基底性质、构造断裂形态控制
16、影响,在近东西向上呈现出“隆坳相间”的特点13。其中:二级负向单元有文昌A凹陷、文昌B凹陷、文昌C凹陷、琼海凹陷、阳江凹陷和阳春凹陷;二级正向单元有琼海凸起、阳江凸起和阳春凸起14(见图1b6)。图1珠江口盆地构造单元划分及研究区井位分布Fig.1Division of structural units and well location distribution of the studyarea in Pearl River Mouth Basina构造单元划分b研究区井位分布method in this paper can make the sequence interface more
17、intuitive and obvious,and improve the precision and accuracy of cycledivisionandcomparison,whichprovidestechnicalsupportforthesubsequentexplorationanddevelopmentofthestudyarea.Key words:INPEFA technology;wavelet transform;sequence stratigraphic framework;Zhu-3 Depression;Pearl River Mouth Basin闾伟,等.
18、基于频谱属性趋势分析和小波变换的层序界面识别方法:以珠三坳陷中新统珠江组韩江组为例449断块油气田2023年5月珠江口盆地受太平洋板块对欧亚板块俯冲以及印度板块对欧亚板块碰撞的影响,新生代构造演化可以划分为裂陷、断拗转换和拗陷3个阶段15-16。裂陷阶段(距今66.530.0 Ma)主要经历了神狐、珠琼一幕和珠琼二幕3次规模较大的构造运动17。其中:神狐运动发生于晚白垩世早古新世(距今66.049.5 Ma),此时盆地处于初始扩张阶段,自下而上沉积了一套杂色河流相-滨浅湖相粗碎屑岩;珠琼一幕运动发生于早中始新世(距今49.539.0 Ma),在此次构造运动中,盆地内发生区域性抬升剥蚀,将珠江口
19、盆地分割为南北2个坳陷带;珠琼二幕运动发生于晚始新世早渐新世(距今39.032.0Ma),主要发育北东东西向断裂,断裂活动具有东强西弱的特征18。断拗转换阶段(距今32.021.0 Ma),珠江口盆地发生区域性热抬升,在南北向拉张力作用下,南海海盆进入扩张期19。拗陷阶段(21.0 Ma以来)由于断裂活动减弱,盆地由断拗阶段转为热沉降阶段,在热沉降过程中珠江口盆地受到菲律宾吕宋岛弧与台湾地块的碰撞,引发东沙运动18。本文研究对象是位于拗陷阶段的珠江组韩江组。近年来,大量研究学者综合利用钻测井岩心、古地磁及生物孢粉组合等方法,重新厘定了珠江口盆地古近纪新近纪地质年代归属20。珠江组地质年代距今约
20、21.016.5 Ma,珠江组沉积一套海相地层,可分为上、中、下3段。其中:下段主要为三角洲-滨岸相沉积的砂岩;中段在东沙隆起等地区发育生物礁和碳酸盐岩台地,主要为石灰岩;上段为半开阔滨海相沉积,主要为泥岩夹砂岩,最大沉积厚度约为800 m21。韩江组地质年代距今约16.510.5 Ma,为开阔海沉积,岩性为浅深灰色泥岩、粉砂质泥岩夹砂岩、粉砂岩,最大沉积厚度约400 m22。2研究资料与方法本研究资料包括:22口井钻测井资料,主要分布于4个构造单元(文昌A凹陷、阳江凸起、阳江凹陷和阳春凸起);11条二维地震测线,其中,NESW向4条,NWSE向7条,总长度约490 km,地震资料品质较好,主
21、频约为35 Hz(见图1b)。研究区目的层珠江组、韩江组以海相沉积为主。因此,本研究利用起源于被动大陆边缘的经典层序地层学进行精细层序划分与对比23-24。在研究过程中,对层序界面的识别尤为重要,不同的沉积部位有不同的表现特征,可以用不同的方法加以识别。如在测井层序分析中,可以通过自下而上的岩性变化、岩性突变及测井曲线形态变化进行识别;生物化石中的生物碎屑层和植物根迹化石也可作为识别标志;地震剖面上,层序界面不整合的地震反射终止关系有上超、顶超、下超和削截等4种类型。本研究二级层序界面主要依赖于地震和测井资料来识别;三级层序界面和体系域界面更多依赖于分辨率高的测井数据,以及能够提高层序界面识别
22、能力的INPEFA中最大熵谱分析技术和小波变换技术。2.1最大熵谱分析基本流程是:首先,采用自然伽马曲线计算最大熵谱分析估计值(MESA);然后,进行预测滤波误差分析,即采用相应测井曲线的真实值(RV)减去MESA,以获得预测滤波误差值(PEFA),再对PEFA曲线进行积分,得到合成预测误差滤波分析曲线25(即INPEFA曲线)(见图226。图中MESA的色调表示频率,色调越暖,表示频率越高,GR为自然伽马,下同)。图2综合预测误差滤波分析Fig.2Integrated prediction error filter analysis根据INPEFA曲线趋势及其拐点,能够判断水进、水退和层序界
23、面、海泛面等27。INPEFA曲线值从左向右增加为正趋势,表示泥岩含量增多;反之为负趋势,表示砂岩含量增多。而拐点则指示一个层序界面或层序内的特征界面(如海泛面等)(见图3。图中绿色箭头代表正趋势,黑色箭头代表负趋势)。以A2井珠江组三级层序ZJSQ4底界为例,来说明INPEFA技术在层序界面识别中的作用。首先,以珠江组作为处理窗口长度,对GR曲线进行积分变换,得到INPEFA曲线;然后,通过正负趋势变化和拐点的发育特征,识别出珠江组内部三级层序界面。ZJSQ4下部 以 灰 色 泥 岩 与ZJSQ3上 部 灰 色 细 砂 岩 区 别,INPEFA-GR曲线上的界面对应于正向拐点处(见图3)。因
24、此,根据INPEFA-GR曲线正负趋势的呈现和正负拐点的位置,可以辅助进行层序界面的识别,也说明了利用INPEFA曲线特征对层序地层进行研究的可行性与准确性。450第30卷第3期aGR小波系数曲线bGR测井信号连续小波时频色谱图3A2井珠江组INPEFA曲线合成Fig.3Synthetic diagram of INPEFA curve of Zhujiang Formationof Well A22.2小波变换技术小波变换技术具有多分辨率的特点,可以体现时域、频域的局部特征,模拟由粗到细的层序单元人工划分方法28。为此,引入函数a,b()t来定义连续小波变换函数Wf a,()b,即:a,b(
25、)t=1at-ba()(1)Wf a,()b=1a+-f()t t-ba()dta()0(2)式中:a为尺度因子,与频率伸缩有关;b为时间平移因子;t为时间,s。小波变换的多尺度分析思想与地层的多级旋回性相似,通过自动伸缩把信号分解成不同的尺度,进而将信号分解为不同周期的旋回,选取不同的尺度因子,便能进行不同级别的层序划分29-30。小波系数曲线峰谷交界处可作为地层突变界面,反映沉积环境的改变。因此,通过多尺度小波系数曲线的周期性振荡特征,可以分析地层的旋回性31(见图4a。图中地震界面T60,T40,T20分别对应珠江组底界、顶界和韩江组顶界,下同)。本研究以22口井GR曲线为基础,利用小波
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