欧莉华，伊海生，张 超，钱利军

(1.成都理工大学工程技术学院，四川 乐山 614000;2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059;3.中国海洋石油总公司深圳分公司，广州 510240)

沉积地层不仅具有成层性，而且具有旋回性，表现在其岩性、结构、颜色等物理特征变化具有方向性和连续性[1-2]。测井曲线包合了丰富的地层信息，能敏感、连续地反映所测地层的成层性和旋回性特征。测井解释的目的在于综合利用各种技术手段，充分挖掘测井资料所包含的地层信息，建立测井数据向地质目标的映射关系，描述目的层的地质特征[2-7]。测井曲线具有等间距采样的特点，数据序列连续，纵向分辨率高，能反映观测地区的岩性特征和旋回性的变化，满足时间序列频谱分析的要求，因此可以作为检测沉积旋回谱系，划分沉积层序的重要资料，这克服了过去主要运用沉积旋回计数法和磁化率测量露头连续的剖面，而在一般油气田勘探区无岩心或岩心采收率低的探井中难以实现其地层旋回行研究的限制[4-5]。在常规测井曲线中，自然伽马测井曲线能敏感地反映泥质含量的变化，有效记录地层序列中沉积旋回和沉积环境的特点，因而在旋回地层研究中得到了广泛的应用[1-2,4,8-10]。

随着研究的不断深入，从功率谱分析法、最大熵谱分析法到滑移窗频谱分析技术，测井曲线频谱分析的技术方法不断更新，处理过程简化而精准度不断提升。伊海生[5]详细阐述了自然伽马测井曲线滑移窗频谱分析在川西须家河组旋回性研究中的应用，证明了滑移窗频谱分析在单井旋回层序分析和井间对比分析的可行性。本文将采用滑移窗频谱分析技术，对内蒙古乌兰盖盆地下白垩统巴彦花组含煤地层进行频谱分析，讨论其旋回性特征。

1 区域地质背景

乌兰盖盆地位于内蒙古西乌珠穆沁旗与东乌珠穆沁旗之间，地理坐标大致为东经116°6′～119°30′和北纬44°45′～45°56′，面积约15 000 km2，呈北东向展布[11-12]，是中新生代发展起来的巨型隆起带和巨型沉降带的组成部分，表现为不同级别、不同规模的隆起和凹陷，如包尔果吉、阿拉达布斯、高力罕、白音华等沉积凹陷，发育了三间房、乌尼特、巴彦胡硕、巴旗北、白音华和高力罕等煤田，为晚中生代含煤盆地，含煤地层为下白垩统巴彦花组，其下与侏罗系岩浆岩呈角度不整合接触，上与上白垩统浩沁组呈整合接触，或与第三系呈不整合接触关系。

巴彦花组沉积时期盆地以湖泊沉积环境为主，发育了冲积扇、辫状河三角洲、湖泊、湖底扇、扇三角洲等沉积相类型[12]。盆地形成早起，在盆地边缘发育了大面积的冲积扇，形成了底部的砾岩和砂岩沉积。随着盆地水体逐渐加深，湖泊相沉积占主导，在滨湖亚相中沼泽微相发育，形成了较厚的煤层。之后盆地东南部边界断裂活动加剧，湖盆快速沉陷，在盆地南缘发育了扇三角洲沉积，盆地北部发育了大面积的辫状河三角洲沉积，盆地内部则发育了湖底扇沉积。至盆地发展后期，构造活动又相对稳定，湖盆面积继续扩大，形成了较厚的湖泊相砂泥岩沉积。乌兰盖盆地是一个重要的含煤盆地和成油盆地，盆地半深湖-深湖亚相和沼泽微相的暗色泥岩和炭质泥岩具有良好的生烃能力和油气勘探潜力。

本文采用的测井数据来自高力罕煤田(图1)。高力罕煤田位于乌兰盖盆地东部，是乌兰盖盆地内的一个大煤田，其下白垩统巴彦花组根据颜色、岩性特征，沉积相规律可划分为4个岩性段。

1)1段为底部砂砾岩段(K1b1)，不整合于侏罗系之上，普遍发育，厚度从十余米至数百米，由洪积、冲积堆积形成的砾岩、砂岩组成。

2)2段为含煤岩段(K1b2)，普遍发育，但煤层厚度不一，岩性以灰色、深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，局部夹薄层砾岩、炭质泥岩和煤层。

3)3段为杂色砂泥岩、砾岩段(K1b3)，普遍发育，主要岩性为灰色、灰绿色、深灰色泥岩、粉砂岩，夹薄层砾岩和细砂岩，沉积构造发育。

4)4段为砂泥岩段(K1b4)，主要由灰色、浅灰色、灰绿色泥岩、粉砂岩、细砂岩夹紫红色泥岩薄层组成，研究区内很少钻孔揭露[13]。巴彦花组之上为新近系上新统(N2)湖相红色、紫红色黏土、粉砂质黏土及砂砾石沉积层，与巴彦花组呈不整合接触。

图1 高力罕煤田zk2001、zk608、zk008钻孔分布位置图(据文献[13]修改)

2 分析方法及结果

在测井曲线滑移窗频谱分析中，通常选取上下变化幅度较一致的测井曲线，因为当变化幅度相差较大时，在变化幅度大的层段频谱峰明显，而变化幅度小的层段频谱峰表现不明显或无频谱峰显示。在这种情况下，可以采用5点滑动平均法，缩小变化幅度，再进行频谱分析。

由于研究区多数钻孔皆未钻越巴彦花组底界，且多数钻孔巴彦花组厚度较薄，本次研究选取高力罕煤田中3个下穿巴彦花组底界，巴彦花组地层较厚，曲线上下变化幅度较一致的钻孔zk2001、zk608和zk008的自然伽马测井数据进行频谱分析，测点间距为0.125 m，单位为PA/kg。3个钻孔中巴彦花组均只发育了K1b1～K1b3，未见巴彦花组4段。钻孔zk2001深约908 m，其中巴彦花组进深为42.35～705.00 m。第2段进深117.2～680.0 m为含煤岩段，含煤层厚度大，层数较多。zk608深约639.80 m，其中巴彦花组进深为55～605.8 m，第2段进深171.6～487.4 m为含煤岩段，含煤4层，最大煤层厚度约3 m。zk008深约789.0 m，其中巴彦花组进深为31.1～573.70 m，第2段进深91.0～518.30m为含煤岩段，煤层厚度小，仅含一层不可采煤层。

数据处理过程如下：选取自然伽马测井数据，提取峰值，重建一个新的数据序列，因为自然伽马测井曲线的峰值一般对应泥岩层中点，相邻两个峰值点之间的距离即代表一个砂泥岩旋回的厚度，通过这一转换将代表岩性变化的原始数据序列转换为指示旋回变化的数据序列；滑动窗频谱分析采用Analyseries软件[14]，选用B-Tukey程序，Parzen窗口，窗口数量150，采样间距取1 m，窗口大小取默认值，滑移窗频谱分析结果如图2所示。

在频谱分析图中3个钻孔均可识别出6个旋回层序、5个旋回层序界面，从上至下标定为CB1—CB5，旋回波长在7.5～40 m之间变化，频谱特征峰分布以多峰型组合样式为主，即一个旋回层序内存在多种旋回样式，说明地层中同时存在高频和低频节律。也可见平坦状频谱分布曲线，则说明地层中局部层段缺乏旋回性。由于频谱分析的边缘效应，3个钻孔中巴彦花组的顶界面都没显示出来，但可以推断其顶界面附近必存在1个旋回层序界面，可以命名为CB0。3个钻孔中zk2001和zk608中的煤层发育在CB5-CB4旋回层序中，zk008中的煤层发育在CB4-CB3旋回层序中。在频谱分析图中，含煤旋回层序表现为多峰形式，从3个钻孔的频谱分析图中可以看出，含煤旋回层序与其他旋回层序的最大区别在于含煤旋回层序中有一个波长在40 m左右的频谱峰。

图2 zk2001、zk608、zk008巴彦花组滑移窗频谱分析对比

3 讨论

1)频谱分析图中，旋回层序界面与地层界面并不重合，是因为地层分段通常以岩性的明显差异为界线，而旋回频谱峰的出现与否取决于砂-泥岩旋回厚度变化，这主要受沉积速率的控制。特征频谱峰和频谱峰谱系转换面标志着沉积速率的突变面，既可能是侵蚀间断面，也可能是低沉积速率的凝缩段出现的位置。旋回层序的旋回波长大，则表明单位时间内沉积厚度大，即沉积速率大。根据研究区沉积特征认为CB1和CB2为凝缩段位置，CB3和CB5为沉积速率转换面，CB4则有不同的意义。根据3个钻孔的沉积特征，认为zk608和zk2001钻孔中CB4为沉积速率转换面，而位于盆地边缘的zk008钻孔中CB4可能为一侵蚀面。

2)zk2001、zk608和zk008都识别出了6个旋回层序，表明频谱分析在沉积盆地内井间侧向旋回层序对比以及井间高分辨率层序地层的划分方面有较好应用空间，可能比利用岩性差异对比划分层序的精准度更高。对比3个钻孔发现不同的钻孔频谱特征又存在一定差异，说明频谱分析还能反映局部范围的沉积变化特征。

3)zk2001频谱分析图中，CB4-CB3旋回频谱峰不明显，表现为平坦状频谱特征。研究发现在zk2001煤层之上不远发育了厚度近百米的泥岩，泥质结构均一。推测因为泥岩岩性单一，砂泥岩旋回的周期极短，变化幅度小，所以在全井段频谱图中没有出现频谱峰。可以选取某段测井数据进行放大扫描，得到放大的频谱分析图，并可识别出其中旋回波长更短的旋回界面。

4)对比3个钻孔的旋回谱系特征可以发现，zk2001和zk608的频谱峰较简单、规则，旋回界面容易识别，而zk008的频谱峰则较杂乱，峰值较多。从高力罕煤田钻孔分布图中可以看到，zk008位于沉积凹陷边缘，盆地边缘沉积作用复杂，还可能发生了剥蚀作用，导致沉积旋回不完整或缺失等，因而频谱峰较多、较杂乱。zk2001和zk608位于沉积凹陷内部，其沉积则能完整地记录盆地的旋回过程，所以频谱峰较稳定、简单，能有效地反映盆地旋回性特征。因此，如果要分析沉积盆地完整的旋回过程，尽量选择沉积盆地内部的钻孔。

5)巴彦花组为一套含煤地层，频谱分析结果表明煤层的发育也具有旋回性，受旋回因素的控制，包含于整个沉积盆地的旋回过程中，是沉积盆地旋回的一部分。煤层发育层段以多峰型为特征，在zk2001和zk608钻孔中主要有3个峰值，波长分别约为40 m、17 m和10 m，40 m波长是3口钻井中最大波长的频谱峰，说明成煤与更高的沉积速率有关。但就整个沉积盆地来说，要形成煤层需要一个相对稳定的沉积环境，沉积物堆积速度不能过高，以利于植被的生长和埋藏。综合分析认为煤层的发育与整个盆地稳定的沉积速率有关，还与较高的植被生长埋藏速率有关，其沉积过程受气候的控制。

6)观察发现zk2001和zk608中煤层均发育在CB5-CB4层序中，而ZK008中煤层发育在CB4-CB3层序中。这可能与沉积盆地水体的加深有关，zk2001和zk608相对更靠近盆地内部，因而在沉积盆地形成早期并发生了沼泽化，形成了煤层。随着水体的加深，zk2001和zk608所在位置逐渐发展为浅湖、半深湖沉积环境，而zk008所在位置发生沼泽化，形成煤层，但由于成煤条件较差，所以煤层发育不佳。

4 结束语

对于沉积速率转换面和侵蚀面，这些界面主要表现为峰型的转换、峰强弱的不同上。自然伽马测井曲线能有效记录地层的沉积旋回和沉积环境特点，敏感地反映沉积速率的变化，利用滑移窗频谱分析能很好地识别出这些变化的位置。无论是单井的沉积旋回分析还是井间旋回对比都表现良好。

煤层的发育受控于整个沉积盆地的旋回中，煤层发育层段表现为频谱峰值稳定，以多峰形态为主，反映煤层的形成除了与沉积盆地中长周期稳定的沉积速率有关外，还与短周期较高速率的植物生长埋藏有关。盆地中不同位置可能成煤时间有所差别，通过井间旋回层序对比可以识别出不同的成煤期。