基于Matlab小波分析的旋回划分及其地质意义——以东海盆地西湖凹陷保椒斜坡带平北段Pb-1井平湖组为例

谢国根，郑俊

（1.铜陵学院数学与计算机学院，安徽铜陵244061；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116）



基于Matlab小波分析的旋回划分及其地质意义——以东海盆地西湖凹陷保椒斜坡带平北段Pb-1井平湖组为例

谢国根1，郑俊2

（1.铜陵学院数学与计算机学院，安徽铜陵244061；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116）

摘要：以东海盆地西湖凹陷保椒斜坡带平北段Pb-1井为例，运用Matlab小波分析Pb-1井始新统平湖组自然伽马曲线包含的地质信息。根据小波变换后的小波变换系数时频能量和小波变换系数曲线特征，将平湖组划分为3个长期旋回和5个中期旋回，显示出小波变换在测井层序地层划分中具有较高的分辨率，能识别沉积作用中的隐蔽旋回特征。在此基础上，探讨了不同尺度内小波变换系数曲线与煤层发育位置之间的关系。结果表明，研究区煤层多发育于小波变换系数曲线峰值相对较小的位置，即对应于长期旋回内三角洲的退积过程及中期旋回内三角洲退积—进积的转换时期。

关键词：东海盆地；西湖凹陷；保椒斜坡带；Matlab小波分析；旋回划分；平湖组

小波变换具有多分辨率，能够在时频域内展示测井曲线的局部特征，揭示测井曲线中所包含的地层多级别旋回特征[1-6]。前人在对东海盆地西湖凹陷始新统平湖组划分时，尺度较粗，多数局限于长期旋回（三级层序）[7-8]。本文利用小波变换对西湖凹陷保椒斜坡带平北段平湖组进行旋回划分，尺度细化到中期旋回（四级层序），在此基础上，探讨了研究区平湖组煤层发育位置与小波变换系数曲线的关系。

1　地质背景

东海盆地西湖凹陷保椒斜坡带中部受古新世区域拉张应力作用，形成了一系列北东、北北东向正断层，局部发育少量北西向断层，研究区为一北东—南西向呈带状展布的缓坡断阶[9]，主要由宝云亭、武云亭、孔雀亭3个断块组成（图1）。西湖凹陷保椒斜坡带平北段蕴藏着丰富的油气资源，目前已发现宝云亭、武云亭、孔雀亭3个油气田。其中平湖组煤系烃源岩由于有机质丰度、成熟度均较高，具有较大的生烃潜力。利用小波变换开展对平湖组含煤地层的进一步旋回划分及探讨小波变换系数曲线与煤层的关系，可为研究区地层层序的划分提供一种新思路和途径。

2　测井曲线的小波变换

2.1小波变换原理

小波是一种长度有限、平均值为0的特殊波形。小波变换是将小波函数ψ（t）进行平移和伸缩处理，然后与待变函数f(t)作内积，得到具有尺度参数a与位移参数b的函数wf(a,b)，即

小波变换具有2个特征[8]：多尺度，即多分辨率，可提取信号的低频部分进行趋势分析，提取信号的高频部分进行局部特征分析；选择适当的基小波，使ψ(t)在时频域能表达信号的局部特征，借助时频局部放大的功能，可以解剖时间序列内部精细结构，并分析信号周期成份及突变特征。

图1　西湖凹陷构造分区及研究区位置（援引自文献［10］）

2.2小波变换实例

由于地质历史时期地质记录和地层保存不完整，测井曲线所反映出的沉积旋回特征也是不完整的。这种情况下，小波变换对测井曲线时间域、频率域进行局部化分析更具有优势。在众多测井曲线中，自然伽马（GR）曲线对泥质含量的变化最敏感，因此被广泛应用于高频地层旋回性研究[11-12]。由于测井序列中包含的时间（深度）尺度并不是以2的整指数幂形式变化，而是连续变化的，因此小波变换宜采用尺度指数按非整数值变化的连续小波[1]。本文基于Matlab软件对自然伽马曲线进行Morlet小波变换（图2）。

图2　测井信号连续小波变换

从图2b可看出，在不同的尺度和深度具有不同的周期性，较明显的2个周期的尺度在650～950和100～420，取其中值，则长期旋回尺度为800，中期旋回尺度为260，通过Matlab小波变换分别求取尺度为800和260的小波变换系数曲线。图2c为尺度1 024小波变换系数曲线，可看出在Pb-1井3 350—3 540 m井段的小波变换系数峰值延伸范围较大，而在3 350 m处小波变换系数曲线峰值延伸范围小，说明3 350 m处是在尺度1 024上小波变换系数曲线的突变点，自然伽马曲线在3 350 m亦存在相似变化（图2a）。自然伽马曲线在3 350 m的变化在各种时间（深度）尺度上均表现为突变，称为一级突变点[1]，本文定义为长期旋回界面，这跟平湖组与其上覆花港组平行不整合面吻合。类似的界面亦见于深度3 540 m和4 030 m处。在图3中也可看出此类界面在尺度为800和尺度为260表现出的明显周期性震荡。此外，还可在尺度为260上识别出次一级的突变点，定义为中期旋回界面。由此，在Pb-1井平湖组中识别出3个长期旋回、5个中期旋回（图3）。

图3　西湖凹陷保椒斜坡带平北段Pb-1井平湖组旋回划分

3　地质意义

不同的准层序组类型在自然伽马曲线上响应不同，进积式准层序组表现为钟形组合，加积式表现为箱形组合，退积式表现为漏斗形组合。文献［6］据此总结出：进积型的小波变换系数时频能量由深部向浅部能量由小尺度向大尺度过渡，退积型的与之相反，加积型的小波变换系数时频能量在整个垂向序列中能量稳定分布。

基于小波变换系数时频能量、不同尺度的小波变换系数曲线及已识别的地层旋回，对Pb-1井平湖组进行地层旋回叠加样式的识别（图3）。在此基础上，探讨不同尺度内小波变换系数曲线与煤层发育位置（图3中绿色条带）之间的关系。

传统的成煤理论认为，煤层多形成于水退期，水退期具有较高的水位以确保泥炭能够保存，同时保证植物能够存活[13]。西湖凹陷保椒斜坡带平湖组形成于断陷晚期，沉降作用表现为低幅震荡，总体经历了水进—水退的演化过程，研究区受大规模河流作用的影响，三角洲朵体广泛发育[14]。

在尺度为800（长期旋回）时，平湖组沉积早期为三角洲的退积过程，中期为三角洲的退积—进积过程，后期为进积过程，总体呈现水进—水退的沉积序列（图3）。多数煤层发育于小波变换系数曲线峰值相对较小位置，对应于三角洲的退积过程，即形成于海侵过程中，具有海侵成煤的特点。海侵过程中，盆地的可容空间增长速率与有机质聚集速率大致相当或略大于后者，三角洲平原分流间湾沼泽广泛发育，有利于泥炭聚集形成厚煤层。少数煤层形成于三角洲的进积过程，具有陆相成煤特点。

在尺度为260（中期旋回）上，多数煤层亦发育于小波变换系数曲线峰值相对较小位置处，对应于三角洲退积—进积转换时期（图3），即三角洲朵体的废弃阶段，此时发育广泛分布的泥炭沼泽，可形成厚度相对较大、分布范围较广的煤层。少数煤层发育于三角洲的退积及进积过程，兼有海侵成煤和陆相成煤特点。

由此可见，在西湖凹陷保椒斜坡带，平湖组煤层多形成于三角洲的退积过程及退积—进积转换时期。

4　结论

（1）利用Matlab小波变换对西湖凹陷保椒斜坡带平北段Pb-1井自然伽马曲线进行处理，对测井信号中的低频、高频进行提取，通过小波变换系数曲线，将平湖组含煤地层划分出3个长期旋回、5个中期旋回，1～2个中期旋回构成一个长期旋回，利用小波分析划分出的层序具有更高的分辨率。

（2）在对Pb-1井平湖组进行地层旋回叠加样式识别基础上，探讨了尺度为260和800的小波变换系数曲线与煤层发育位置之间的关系。在尺度800时，对应于长期旋回，煤层多发育于三角洲退积过程，煤层的形成受海水影响较大；在尺度260时，对应于中期旋回，煤层多形成于三角洲退积—进积转换时期，即三角洲朵体的废弃阶段。西湖凹陷保椒斜坡带平湖组煤层多形成于三角洲的退积过程及退积—进积转换时期。

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（编辑潘晓慧顾新元）

Cycle Division Based on Matlab Wavelet Analysis and Its Geologic Implication:A Case Study of PinghuFormationinPb⁃1WellofPingbeiSectioninBaojiaoSlopeBelt ofXihuSag,Donghai Basin

XIE Guogen1,ZHENG Jun2
(1.College of Mathematics and Computer,TonglingUniversity,Tongling,Anhui 244061,China; 2.School of Resource and Earth Science,ChinaUniversity of Mining&Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Abstract:Taking the Pinghu formation of Eocene in Well Pb⁃1 of Pingbei section in Baojiao slope belt in Xihu sag of Donghai basin as an example,the geologic information contained in GR logging data from Well Pb⁃1 Pinghu formation are analyzed using Matlab wavelet.Based on the time⁃frequency energy and curve characteristics of the wavelet transform coefficient after transforming,the coal⁃bearing strata of the Pinghu formation are divided into 3 long⁃term cycles and 5 middle⁃term cycles,which show that the wavelet transform has higher resolution in well logging sequence stratigraphic division,by which the characteristics of hidden sedimentary cycles can be recognized.On the basis of these,this paper discussed the relationship between the curves of wavelet transform coeficients in different scales and the coal measures positions.The result indicates that the coal measures in the study area are mainly located in the positions with relatively small peak value on the curves,which correspond to the delta retrograding process within the long⁃term cycles and the delta retrograding⁃prograding conver⁃

作者简介：谢国根（1985-），男，江西抚州人，讲师，数学应用与数学地质，（Tel）15256625670（E-mail）xgl223@163.com

基金项目：国家科技重大专项（2011ZX05023-001-008）

收稿日期：2014-11-19

修订日期：2015-12-05

文章编号：1001-3873（2016）02-0169-04

DOI：10.7657/XJPG20160208

中图分类号：TE112.221

文献标识码：A