利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地第四系层序地层_郭少斌.pdf

利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地第四系层序地层*郭少斌,陈成龙(中国地质大学能源学院,北京 100083)摘 要: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。关键词:柴达木盆地;第四纪;米兰科维奇旋回;可容纳空间;层序中图分类号P539.2 文献标识码:A 文章编号:1000-7849(2007)04-0027-04 柴达木盆地是印支运动之后发展起来的中、新生代山间地块型盆地,盆地东部的第四系是典型的富存生物气的大型天然气聚集层段。柴达木盆地在第四纪时期为典型的内陆山间无出口盆地,第四系与下伏新近系呈不整合接触,厚逾 3 km,其沉积特征反映了湖泊由发育到消亡,气候由潮湿向干旱转化的发展过程 1。1 米氏理论的基本原理米氏旋回主要由日地轨道参数的周期性变化产生,其峰值时间跨度为 20 500 ka,主要包含约为20,41,100,400 ka 的周期,分别由以下 3 个不同的日地轨道参数变化引起 2:地球公转轨道的岁差变化周期。岁差是地球角动量对日、月干扰的反映,存在两个主周期,分别为 18.9 ka 和 22.4 23.7ka。地球自转面与公转轨道面间交角(黄赤交角)变化周期,主周期为 39.7 41.0 ka,还有 53.6 ka的弱周期。地球公转轨道的偏心率变化周期,包含412.8,95 99.5,12.3 ka 3 个主要周期,其中412.8 ka 的周期最强。2 米兰科维奇旋回的确定2.1 旋回的定量表示地层旋回的定量表示是米兰科维奇旋回分析的基础。用于定量分析的资料根据其来源可分为 3类:露头资料、岩芯分析资料和测井曲线。要求用于分析气候变化的定量资料必须包含气候变化的成分,但并不要求该数据只反映气候变化而不受其他因素的影响 3-4。自然伽马(GR)测井是测量井内岩层中的放射性元素在衰变过程中放射出的伽马射线的强度。自然伽马的强度主要与40K、232Th 和238U 有关。不同岩石的放射性元素的含量和种类存在着一定的差异,如黏土物质和有机质对 U 的吸附能力较强。纯碳酸盐中因只有少量的40K、232T h 和238U 能被碳酸盐晶格包含,因此几乎不含上述放射性元素。而泥质物质的颗粒小,沉积缓慢,放射性元素有足够时间从溶液中分离,故自然伽马测井曲线即是泥质含量的指示曲线。研究表明,除快速堆积的粗粒相带外,绝大多数陆相沉积环境,其沉积物粒度的变化、泥质含量的多少及沉积速率的大小与岩石中元素的自然放射性之间有很好的对应关系。因此,自然伽马测井曲线能很好地满足气候变化分析中对数据的要求。2.2 自然伽马测井曲线的预处理自然伽马测井曲线是各种地质因素引起的地层周期性变化的综合反映,但其中也包括了一些在测井过程中产生的与地质因素无关的干扰信号。为了保留和分离出反映气候变化的有用信号,需对测井曲线进行两种预处理:高频干扰的抑制和低频背景的消除。高频干扰需通过频率域滤波方法来抑制。首先第 26 卷 第 4期2007年 7月 地 质 科 技 情 报Geological Science and Technology Information Vol.26 No.4Jul.2007*收稿日期2006-08-29 编辑:杨 勇作者简介:郭少斌(1962),男,教授,主要从事层序地层、储层预测与评价油藏描述工作。对自然伽马测井曲线进行频谱分析,确定要消除的高频干扰的频率范围,再设计一个低通滤波器,将干扰波频段的频率变为零,并进行傅立叶逆变换。这样得到的信号就消除了高频干扰成分。低频背景需按照地质变化将其划分为不同的小层进行消除,即对每个小层采用线性回归模型来消除低频背景。消除低频变化以后的自然伽马测井曲线会成为一种呈/平稳状态0的序列(图 1)5,从图 1中可见,其频率与地轴倾斜度周期(41 ka)相似。图 1 台南5、涩 25 井 GR 曲线滤波后的旋回与米兰科维奇旋回理论值的对比Fig.1 Compare of GR curves cycle and the M ilankvitch cycleA,B 为 GR 曲线滤波后得到的旋回特征;C 为 2.5 Ma 以来的偏心率;D 为地轴倾斜度;E 为岁差的理论值2.3 频谱分析频谱分析技术是周期性现象研究中最常用的一种统计分析方法。米兰科维奇理论揭示了地层记录中周期现象的成因,频谱分析技术很自然地成为研究地层记录中是否存在米兰科维奇旋回的最好方法。首先对区内井的自然伽马测井曲线按深度为0.125 m的等间隔取值进行数字化,进行一次小波变换除去高频、低频干扰信号,再进行 1 m 等间距取值,并将其离散化,然后对所得的离散化数据进行快速傅立叶变换(FFT)、时)频转换,并将资料的时间(深度)域转换到频率域,得出频谱曲线(图 2)。杨藩等 6对柴达木盆地第四系介形类化石带与磁性柱的对比分析确定柴达木盆地第四系下界年龄约为 3 Ma;按沉积学年代计算方法确定柴达木盆地第四纪沉积速率为 0.87 0.90 m/ka 7-8。从图 2中可看出台南 5 井的主频主要有 0.026,0.046,0.058 Hz,将频率倒数转化为相应的波长分别为38.5,21.7,17.2 m,再除其相应的沉积速率 0.870.90 m/ka 得到各个主频周期的沉积时间约为 42,24,19 ka,这与米兰科维奇旋回周期中的地轴倾斜度周期(41 ka)和岁差周期(23,19 ka)相似,同理计算其他井(表 1),可见主频为 41,19,23 ka,即米兰科维奇旋回周期中的地轴倾斜度周期和岁差周期在图 2 台南 5、台南 4、涩 26、涩 19、涩深 6 井频谱曲线Fig.2 GR spectral analysis of T ainan 5,Tainan 4,Se 26,Se 19 and Seshen 6 wells28 地 质 科 技 情 报 2007 年表 1 各井的 GR 曲线记录的周期分布Table1 Cycle-ranges of GR curves of all well井名GR 曲线记录的周期/ka地轴倾斜度周期岁差周期台南 5 井411923涩 26 井411923涩 19 井411923涩深 6 井411923台南 4 井411923台南 5、台南 4、涩 26、涩 19、涩深 6 井的频谱曲线中均有明显记录。由此可见柴达木盆地自第四纪以来米兰科维奇旋回周期一直较为明显,41 ka 周期为第四纪气候变化的一个主导周期;岁差 19,23 ka 周期在该阶段作用也较明显;而偏心率 100 ka 周期作用不明显。柴达木盆地古气候、古环境变化与全球气候变化具有万年尺度上的一致性,说明柴达木盆地同样受到太阳辐射变化诱发的全球气候变化波动的控制。3 Fischer 图解分析Fischer 图是一种对可识别高频旋回累加厚度的偏差进行成图来识别不同沉积旋回、研究其可容纳空间变化的统计分析方法 9。其基本假设是在所要分析的旋回组成中,最高频的组分可以很好地识别并可作为基本统计单元。如上所述,柴达木盆地第四系中保存着厚度稳定的地层旋回,其主要受地轴倾斜度周期(41 ka)控制,完全符合 Fischer 图解要求。在绘制 Fischer 图解时,纵坐标为平均厚度累积偏移量,横坐标为旋回数,即将旋回层序单元的厚度减去所有旋回层序单元的平均厚度后得到该旋回层序单元的净加积量,以该旋回层序单元前面所有旋回层序单元的净加积量累积值为纵坐标的起点,画在以旋回数为横坐标的图解上(图 3、表 2)。图解中各旋回顶点坐标连线即为以旋回数为函数的平均厚度累积偏移曲线,它代表了沉积物形成时的实际可容纳空间。图3 台南 5 井七个泉组 Fischer 图解曲线Fig.3 Fischer diag ram curves of Qigequan Formationof T ainan 5 wellFischer 曲线沿横坐标轴上、下波动,类似于正弦曲线。曲线的升降表示可容纳空间的变化,上升表示可容纳空间增加,下降表示可容纳空间减小。图解明显分成 5个部分,相当于 5 次湖泛,5 个地层旋回(,),最大湖泛面发育在旋回附近,旋回、附近发育次级湖泛面,由此可见,Fischer 图解反映的是可容纳空间的变化旋回,不同于岩性旋回根据可容纳空间的变化,每个旋回又可分为上升和下降两个半旋回,结合钻井层序分析、地震层序分析(图 4),使三者相互校对,以达到统一,并指导该区层序地层划分。表 2 台南 5 井七个泉组旋回地层的划分及累计偏差统计Table 2 Division of five cyclic beds of Qigequan formation of Tainan 5 well and statistics of accumulative deviations旋回层号地层厚度 h/m偏差/m累计偏差 h/m旋回层号地层厚度h/m偏差/m累计偏差 h/m旋回层号地层厚度 h/m偏差/m累计偏差 h/m020.01827.7-1.98.93628.1-1.512.1125.0-4.615.41931.21.610.53731.82.214.3227.3-2.313.12033.53.914.43833.43.818.1325.6-4.09.12132.93.317.73931.51.920.0426.9-2.76.42229.90.318.04031.51.921.9527.2-2.44.02330.10.518.54129.2-0.421.5632.32.76.72428.3-1.317.24230.50.922.4730.40.87.52526.5-3.114.14328.7-0.0921.583576.113.62627.4-2.211.94426.9-2.718.8933.53.917.52727.3-2.39.64525.9-3.715.11032.42.820.32831.92.311.94627.2-2.412.71130.00.420.72934.04.416.34729.90.313.01229.90.321.03031.72.118.44832.42.815.81329.5-0.120.93130.20.619.04931.82.218.01427.9-1.719.23230.71.120.15029.5-0.117.91527.6-2.017.23329.3-0.319.85131.31.719.61625.4-4.213.03427.0-2.617.25231.72.121.71727.4-2.210.83526.0-3.613.65327.0-2.619.129第 4 期 郭少斌等:利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地第四系层序地层 图 4 98266 测线层序地层解释Fig.4 98266 counting line sequence stratigraphy interpretation 由图 3,4的对比可见,第四系七个泉组地层中保存了特征明显的 5 次湖泛,5个地层旋回。4 结 论利用米兰科维奇旋回对柴达木盆地第四系七个泉组地层所划分的 5 个层序在地震上能找到其相应的层序界面,达到全区等时层序的统一。由此可见,利用自然伽马测井曲线进行频谱分析,求得地层中所保存的具有稳定规律的主要控制周期,进而应用Fischer 图解法做出可容纳空间的变化曲线,其对以气候为主控因素的沉积环境中进行层序划分具有行之有效的指导作用。参考文献:1 朱筱敏,康安,胡宗全,等.柴达木盆地第四系层序地层特征与油气评价 J.石油勘探与开发,2002,29(1):56-60.2 邱桂强,刘军锷,帅萍.米氏旋回基本原理及其在陆相湖盆分析中的应用前景 J.油气地质与采收率,2001,8(5):5-9.3 张小会,赵重远.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组米兰科维奇旋回的确定 J.石油与天然气地质,2002,23(4):372-375.4 李斌,孟自芳,李相博,等.靖安油田延长组米兰柯维奇沉积旋回分析 J.地质科技情报,2005,24(2):64-70.5 刘泽纯,陈晔,袁林旺,等.应用自然伽马测井曲线反演2.85 MaB.P.来古气候变化 J.中国科学:D 辑,2000,30(6):609-618.6 杨藩,孙镇城,马志强,等.柴达木盆地第四系介形类化石带与磁性柱 J.微体古生物学报,1997,14(4):378-390.7 陈晔,袁林旺,周春林,等.柴达木盆地第四纪古气候变化在自然伽马测井曲线上的记录J.古地理学报,2001,3(2):29-37.8 张占松,蔡道钢甘利灯.用测井曲线能谱分析技术研究沉积速率 J.江汉石油学院学报,1999,21(4):18-22.9 胡受权,陈国能,王英民,等.Fischer 图解及其沉积响应的计算机模拟)以泌阳断陷下第三系核三上段为例 J.石油与天然气地质,1999,20(1):70-75.Division of Sequence Stratigraphy of Quaternary Formation inQaidam Basin Using the Milankvitch CycleGUO Shao-bin,CHEN Cheng-long(School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beij ing 100083,China)Abstract:Using natural Gamma-logging curves to analyse sedimentary cycles is a new developing researchfield.With the frequency spectral analysis of the Gamma-logging curves of the Quaternary formation,Qa-idam basin,the results indicate that the sedimentary cycles which have stable thickness are conserved verywell in the strata.According to the sedimentary speed of the Quaternary formation,Qaidam basin,thesedimentary cycle in the strata consist with the Milankvitch cycle,and the sedimentary cycles are mainlycontrolled by the obliquity cycle of the Milankvitch cycle.T he thickness of sedimentary cycles that causedby the obliquity cycle is in the range of 25.0)36.1 m.T herefore,the accommodation change curves of theterrigenous sequences obtained using Fischer diagram can guide the division of the sequences.Key words:Qaidam basin;Quaternary;Milankvitch cycle;accommodation;sequence30 地 质 科 技 情 报 2007 年