【正文】 第3章 層序地層單元界面定量劃分方法第3章 層序地層單元界面定量劃分方法層序地層單元及其界面的識別是層序地層學研究中最基本的問題，層序地層單元及其界面識別的主要方法有地震、測井、巖芯、露頭以及地球化學等。4)層序界面特征層序界面特征一般比較復雜，在不同的沉積部位表現(xiàn)出不同的特征，并可以用不同標志加以識別。海侵體系域內(nèi)準層序組以退積型為主，向上泥巖比率高；高水位體系域早期準層序組以前積型為主，向上砂、泥比增高。（2） 密集段在自然伽馬能譜曲線上的特征主要表現(xiàn)為高總計數(shù)率值，高K值、高U值、高Th值和較高的Th/K比值及低Th/U值。密集段是每一個沉積層序中在測井曲線上最易識別的標志層，是厚度較薄的海（湖）相地層單元，由沉積速率極緩慢的深海（湖）相和半深海（湖）相沉積物組成。一般來說，它在常規(guī)測井曲線上的特征不明顯，但在自然伽馬能譜曲線上卻有比較明顯的特征，即初次海泛面具有低總計數(shù)率值，較低的K值、較低的Th值和較高的Th/K比值。高水位體系域的頂界是層序邊界。在自然伽馬和自然電位測井曲線上，高水位體系域呈齒狀柱形—齒狀漏斗形顯示。高水位體系域發(fā)育于可容空間增長速率最大至增長停止或開始減小之間的時間段。在地層傾角測井矢量圖上，一般以紅模式顯示，反映向上變細的沉積環(huán)境。隨著可容空間的不斷增大，盆地內(nèi)的沉積物供應逐漸減少，沉積物幾乎全部被保存在不斷上超的岸線附近，準層序以退積型式疊加。低水位體系域的頂界是首次海泛面，底界是層序的底界面。在自然伽馬和自然電位測井曲線上（如圖2－2），盆底扇呈光滑柱形顯示，上、 TST—海侵體系域；HST—高水位體系域；LST—低水位體系域；PGC—前積復合體；SF—斜坡扇；LCC—堤成谷復合體；.—層序界面；BFF—盆底扇圖2－2 沉積層序和體系域的典型測井曲線模式圖（據(jù)張占松[54]，2000）下界面處測井發(fā)生突變；斜坡扇呈齒狀雙卵形顯示，上部具有向上變細的鐘形特征；前積復合體呈齒狀漏斗形顯示。開始時由于可容空間的快速減小，沉積基準面大幅度向下調(diào)整，沉積作用停止，而侵蝕沖刷作用不斷加劇，碎屑物被輸送到位于沉積基準面以下的盆地內(nèi)部，并且由于供應距離近、堆積快，沉積物以盆底扇、斜坡扇形式堆積下來，沉積物分選、磨圓都很差，孔隙度高，砂、泥比高。圖2－1松遼盆地西部斜坡區(qū)準層序界面劃分實例（據(jù)董清水[53]，1997）3）體系域識別特征體系域是一個連續(xù)的同期沉積體系的組合。(圖2－1)2）準層序組界面的識別準層序組是具有相同疊加模式及有成因聯(lián)系的不同準層序序列的組合，其界面與準層序邊界一樣也是海泛面及與之相對應的界面。第1個小階段是快速的海（湖）進時期，其作用以沖刷破壞為主；第2個小階段是海（湖）泛水體穩(wěn)定發(fā)育期，此時礦物質(zhì)碎屑沉積速率緩慢，但由于水深的突然變化，加速了生物死亡速率，造成了有機質(zhì)堆積速度的相對升高，從而易于形成富含有機質(zhì)的油頁巖或暗色泥巖；第3個小階段是河流復活階段，礦物質(zhì)碎屑供應和生物死亡速度逐漸趨于正常，從而結束了富含有機質(zhì)的相對深水沉積，形成了水深逐漸變淺的其它沉積物。而準層序的內(nèi)部特征是：a. 砂巖組或層向上變薄或變厚；b. 砂、泥巖之比向上減小或增大；c. 粒度向上減小或增大。準層序界面為海（湖）泛面，是水深急劇增長并超過沉積速率所致。一個準層序是以海（湖）泛面和與之可以對比的面為界劃分的，是在成因上有聯(lián)系、相對整合的一套巖層或巖層組。其研究的關鍵是界面的判識。①地震反射不整合識別特征：削蝕、上超、頂超等；②在測井曲線或露頭上不整合識別特征：，具有橫向上相應的地表暴露面，以土壤或根土層為標志；，或是上超在濱岸上；；。Ⅱ型層序由陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域組成，其下伏邊界為Ⅱ類不整合及其對應的整合。在層序內(nèi)部可進一步劃分體系域，根據(jù)不同的層序類型劃分不同的體系域組合。一個層序的厚度范圍為幾十米至幾百米，橫向分布范圍廣泛，大約幾千平方公里至數(shù)萬平方公里。2）準層序組界面特征：①界面上下為不同的準層序疊加模式；②此界面可與層序邊界一致；③可以是體系域的下超界面或邊界；④間斷面處發(fā)育古土壤，電鏡能譜的特征顯示古土壤以高嶺石為主，湖泛面處發(fā)育碳酸巖層。其勘探精度可達到在地震勘探資料上識別，也可在測井、巖心和露頭上識別。一個準層序組的厚度大約在10米至數(shù)百米之間，橫向分布范圍大約在10平方公里至數(shù)千平方公里。④準層序界面有植物根化石。準層序邊界是湖泛面及其對應的界面。10米至數(shù)百米之間，橫向分布范圍大約在10平方公里至數(shù)千平方公里幾千年到幾十萬年之間①界面上下為不同的準層序疊加模式；②此界面可與層序邊界一致；③可以是體系域的下超界面或邊界；④間斷面處發(fā)育古土壤，電鏡能譜的特征顯示古土壤以高嶺石為主，湖泛面處發(fā)育碳酸巖層。1）準層序組：一套組成有特色的疊加形式，一般以明顯的湖泛面或與其相當?shù)慕缑鏋榻绲谋舜擞谐梢蜿P系的準層組序列。2）準層序邊界特征：①侵蝕作用，主要存在于扇三角洲平原地區(qū)及各類水下河道當中；②界面之上有上超；③界面上下層組的疊加形式有明顯變化。當沉積物供給速度小于新增可容空間的形成速度時，則形成準層序邊界。準層序在普通地震剖面上難以識別出來，只能從特殊處理的地震剖面、測井、巖芯和露頭資料上識別。一個準層序的厚度范圍為十幾米到幾百米，橫向分布范圍為幾十至幾千平方公里。1）準層序：是以海（湖）泛面及其對應的界面為界的一組巖層或巖層組組成。在實際研究中，我們更注重三級層序及更高級別的沉積層序，因此將層序地層單元由大到小劃分為層序（相對于正層序）、準層序組（亞層序）、準層序（小層序）三個級別作為研究對象。王鴻禎教授[52](1996)根據(jù)不同級別的天文旋回將層序劃分為6個不同的等級，包括巨層序(Gigasequence)、大層序（Megasequence）、中層序（Mesosequence）、正層序（Orthosequence）、亞層序(Subsequence)、小層序(Microsequence)。自1977年Vail等提出沉積層序、層序組、超層序、超層序組等概念以來，沉積層序級別的劃分一直受到地質(zhì)學界的關注。技術路線如圖1－1所示：圖1－1層序地層單元定量對比方法研究技術路線圖第2章 層序地層單元界面定量劃分方法第2章 層序地層單元劃分及界面識別方法在進行層序地層單元定量對比研究之前，必須要對層序地層單元的等級劃分及人工的識別方法進行分析。 研究內(nèi)容和方法本文在前人工作的基礎上，根據(jù)地層的結構特點（形態(tài)結構、屬性結構、接觸關系等），綜合利用測井、巖心、粒度等資料，對層序地層學的分層原則進行研究，在人工識別層序地層單元界面的基礎上，建立層序地層單元定量劃分的方法，包括統(tǒng)計學方法、頻譜分析方法和人工智能方法等，并通過層序地層單元的內(nèi)部特征進行相關的對比，具體包括以下研究內(nèi)容：1） 層序地層單元界面的定量識別、測井、巖心、粒度、測年、顏色等資料，根據(jù)實例對層序地層學的分層原則進行研究，在此基礎之上總結不同沉積環(huán)境下（河流，三角洲及水下扇），層序地層單元發(fā)育特點及識別特征，最后用數(shù)學方法對層序地層單元界面進行由粗到細的劃分； 、三角洲及水下扇沉積環(huán)境不同級別的層序地層單元界面的識別標志及其測井響應，如頻譜特征等。首先將測井曲線和地層參數(shù)轉化為二值點陣圖象模式，再經(jīng)過數(shù)據(jù)編碼壓縮，提取和記憶曲線所表征的地層模式特征，最后利用多層神經(jīng)網(wǎng)絡訓練條件屬性與模式類別之間的映射關系，得到具有較強記憶能力和推廣能力的神經(jīng)網(wǎng)絡，對解決地層對比問題具有良好的適應性。利用這種動態(tài)波形匹配技術進行全局地層對比，使地層對比的可靠性增加。利用聚類分析劃分不同級別的層段。實際應用表明，該方法是可靠的、有效的，能適用于厚度有橫向變化及地層有缺失情況下的定量對比。它不僅能完成不等厚地層間的對比，而且在地層尖滅和錯斷的情況下也能獲得較好的對比結果。邵才瑞（2000）[44]等通過對測井曲線形態(tài)基元的劃分和對專家利用測井曲線進行地層對比經(jīng)驗的歸納，建立了地層對比的形式語言描述規(guī)則庫。在地層對比方面，尤其是在正斷層識別和斷層情況下的地層劃分方面有較好的分析結果，從而使得該系統(tǒng)在實踐中取得了良好的應用效果。該方法的最大特點是使復雜的問題按簡單明了的方式逐步進行并有效地解決了地層在橫向上的相變問題。張超謨(1998)[41][42]等在兩口井之間的對比按由大到小、由粗略到精細的順序逐步進行，多口井之間的對比采用了循環(huán)檢測的控制方法。特別是對高斜度井眼的曲線對比、高角度地層曲線的對比、不等厚地層的對比、以及探索長度的選取、質(zhì)量控制等問題提出新的解決方法，該方法的優(yōu)點是：；，使經(jīng)驗性和盲目性系數(shù)減小。模式識別與有序元素最佳匹配相結合的方法進行地層對比，既能研究不同地層的相似程度，同時又能確定對比井之一的地層因斷層或尖滅等原因造成的缺失。還就BP神經(jīng)網(wǎng)絡法和傳統(tǒng)的相關系數(shù)法的層序對比結果作了比較，認為利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡法的效果更能明顯地區(qū)分出某種層序模式屬于某一類而不屬于另一類。并給出了多元素對比指標選取的原則、各對比指標的權系數(shù)的確定，用動態(tài)規(guī)劃算法實現(xiàn)了對比的遞推過程。劉子云（1993）[37]等采用了有序多元素最佳匹配法進行測井曲線的自動對比。吳義杰（2003）[36]從測井資料的砂泥比計算入手，通過分別對地震反射系數(shù)密集度、合成地震記錄振幅的旋回變化及地震時頻的旋回變化進行分析，提出了一種綜合識別基準面旋回并進行高分辨率層序地層自動劃分的方法。對米氏進行波動分析表明，高頻率的5Ma周期波波動特征能夠有效地解釋生儲蓋演化。通過測井曲線的頻譜分析可以識別高頻層序，王紅罡（2000）[33]對鄂爾多斯盆地長慶氣田的自然伽馬測井曲線進行頻譜分析，找出其洪泛沉積的主頻系列，經(jīng)轉換得到泥質(zhì)含量的周期系列，并符合米蘭科維奇周期。Strfan （1996）[32]以一條可以被一口或多口井有效訓練的分接延遲曲線作為輸入層，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡法來識別特殊的地層標志層，再用此標志對其他的井進行處理，從而進行地層的對比，該方法比一般的地層對比方法識別的效果要好。DWM是交叉對比的一般化方法，交叉對比方法可以看成是一種DWM方法，通過平移和歪曲一條測井曲線的深度軸使得其與另一條測井曲線在形態(tài)上達到某種相似，這種深度軸的最佳變形由動態(tài)的程序所決定。該方法主要是根據(jù)測井曲線的形態(tài)相似性來進行對比的，因此對于一些綜合的測井資料并不很適用。樹匹配對比方法起源于模式識別，最早由Yaochou Cheng[29]和Shinyee Lu（1985）在進行斜井測井對比時提出。[28]于1982年通過建立不等區(qū)間的相關系數(shù)來進行測井信號對比。Lineman（1987）建立了較廣泛的知識庫，包括了巖性、結構、尺度、和海岸線等與三角洲環(huán)境相關的特征。Wu和Nyland（1987）的對比方法通過兩部分組成：接觸式識別和間斷式識別，產(chǎn)生式規(guī)則廣泛的應用于第一步，規(guī)則主要是由地質(zhì)家的知識庫編碼而成。Statzman和Kuo（1978）的方法分四步：測井曲線的數(shù)字化；分層；測井解釋；對比。Statzman和Kuo（1987）[27]，Wu和Nyland（1987），Lineman（1987）等都利用了專家系統(tǒng)方法進行了綜合研究。Mann和Dowell[25] 于1978年給這種方法引入了Fourier變換，給出了一個延伸的時間域信號，從而進行頻率域（空間）的剖面對比，解決了對比中的厚度變化問題。地層對比的定量研究在國外開展的比較早，Rudman和Lankston（1973）[24]最早利用統(tǒng)計方法進行計算機的地層自動對比，建立了交叉對比算法。Ruiz（2000）對潮坪和三角洲沉積環(huán)境進行研究，提出了運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法建立層序地層學的定量研究方法。近幾年來，也出現(xiàn)了一些有關層序地層定量研究的文獻，Andreas（1998）利用小波分析進行了高分辨率層序學的研究，通過測井曲線的小波變換可以識別不整合面，估計高頻層序旋回。與此同時，另外一些地質(zhì)學家，通過多種研究手段和多學科交叉，將層序地層學原理和方法應用于碳酸鹽臺地、陸相盆地等地層研究中。其中，《海平面變化—一種整體性研究》（Willgus，1988）[9]和《測井、巖心、露頭研究中的硅質(zhì)碎屑巖層序地層學》（Van Wagoner，1990）[16]是兩部最具代表性的專著。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢層序地層學的提出和概念體系的形成主要源于以Vail為代表的Exxon公司的研究集體（Vail，1977，1987）[2,3]。因此，如何實現(xiàn)層序地層單元的定量劃分和對比成為了一個迫切需要解決的問題。因此，有必要利用不斷發(fā)展的計算機技術，開發(fā)出適合本地區(qū)的層序地層單元對比的算法，讓計算機來完成這些繁瑣的對比工作。從目前的調(diào)查表明，國內(nèi)的大部分油田在層序地層單元對比上投入了極大的人力物力，而且很難達到對比上的統(tǒng)一。但是，在實際的研究中我們更關心的是通過層序地層學方法建立層序地層單元格架，從而指導油氣勘探。到現(xiàn)階段，國內(nèi)的層序地層學定量研究主要是在計算機模擬方面，運用高分辨率層序地層學和可容空間的概念，可以模擬沉積盆地充填過程和沉積層序的形成過程。傳統(tǒng)層序地層學的研究方法主要是通過地震、測井、巖心等資料識別層序地層單元邊界，通過井與井之間的對比建立層序地層單元的基本格架，通過不同體系域的劃分來預測有利的油氣藏。在國內(nèi)，陸相層序地層學理論的發(fā)展為層序地層學的廣泛應用提供了有力的保證。（見第5章）94目 錄獨創(chuàng)性聲明……………………………………………………………………………i中文摘要……………………………………………………………………………ii 英文摘要……………………………………………………………………………iii創(chuàng)新點摘要………………………………………………………………………vi目錄…………………………………………………………………………………vii第1章 引言…………………………………………………………………………1……………………………………………………1………………………………………………2……………………………………………………………5第