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济阳坳陷地层米氏旋回性比较研究

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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论文题目:济阳坳陷地层米氏旋回性比较研究作者姓名:奎卫 入学时间:至亡萱查皇塾握研究方向:芷亡童逐塾查:迁鱼皇五筮指导教师:金丝些 职 称:熬 援论文提交日期:论文答辩日期:授予学位日期:2N in of of u 013声 明尸 明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除了所列参考文献和世所公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名:日in of is my of at 东科技大学硕士学位论文 摘要摘要本文以沉积学、旋回地层学、比较学等理论知识为指导,以济阳坳陷为主要研究对象,以分析地层的米氏旋回性为主要目的,通过小波变换模极值法对多口钻井的自然伽玛(井数据进行分析,实现了米氏旋回的识别,探讨了米氏旋回的地质意义,对于进一步研究济阳坳陷的沉积环境具有一定的借鉴意义。选取济阳坳陷王古1、车古29等多口钻井的上古生界、中生界、东营组以及馆陶组进行分析,对不同层位米氏旋回的保存情况进行了对比,发现上古生界与馆陶组都存在优势旋回层且旋回层厚度变化范围不大,中生界及东营组保存的米氏层厚度变化范围较大,优势旋回层不明显。结合地层缺失率的计算可以得出,中生界由于受到强烈构造因素的影响,大部分地层在后期构造运动中被剥蚀掉了。对多口钻井进行了单井沉积相划分,发现米氏旋回中较小的岁差周期比较容易保存在水动力条件相对较弱的沉积环境中,而较长的周期,如黄赤交角周期、偏心率短周期,则更容易在水动力条件较强的沉积环境中保存。对同一层位米氏旋回层的厚度进行了对比,根据相邻钻井同种米氏周期时段内形成的岩层厚度变化与沉积物迁移方向的关系,结合井位分布位置得到济阳坳陷在馆陶组沉积时期济阳坳陷沉积物迁移方向总体为一结果与前人所做研究得到的古水流方向相同,证明了在同一构造区,相邻区域不同的周期厚度可以反映该构造区某一时期的沉积物迁移方向,进而可以推断古水流的主体流向。运用相同的方法,判断出上古生界沉积物的迁移方向为从北到南。通过对东营组地层用米氏周期厚度判断出的沉积物堆积中心与用总厚度判断出的堆积中心进行对比,得出沾化凹陷和东营凹陷在东营组时期地层的缺失情况较其他两个凹陷严重,这与两个凹陷钻井东营组层段的米氏旋回保存情况较差相一致,说明后期的构造运动对米氏旋回的保存有一定的影响。关键词:济阳坳陷;米氏旋回;上古生界;中生界;东营组;馆陶组山东科技大学硕士学位论文 摘要by as of in R of of in as n of by of an be is of is an be of of as is、in in of to of of it be is W E,is it in of in an an of t of by 东科技大学硕士学位论文录目 录1绪论...。..…....………..。..。.。......…..……….…..……。..。.….。……。.….……..…。.....。..11.1 选题依据、研究目的和意义……………………………………………………….11.2国内外研究现状……………………………………………………………………21.3主要研究内容和技术路线………………………………………………………….52济阳坳陷地质基本概况………………………………………………………………………92.1 区域构造背景………………………………………………………………………92.2 区域地层………………………………………………………………………….1 13旋回地层学研究……………………………………………………………………………….163.1旋回地层学基本概念………………………………………………………………163.2全球旋回地层学……………………………………………………………………173.3米兰科维奇旋回的识别研究………………………………………………………1 84济阳坳陷米氏旋回识别……………………………………………………………………..254.1上古生界米氏旋回识别……………………………………………………………254.2中生界米氏旋回识别………………………………………………………………264.3东营组米氏旋回识别………………………………………………………………274.4馆陶组米氏旋回识别………………………………………………………………295济阳坳陷米氏旋回性比较………………………………………...……………………..315.1比较学研究…………………………………………………………………………315.2米氏旋回纵向对比研究…………………………………………………………….325.3米氏旋回横向对比研究……………………………………………………………486结论……….…………………….……….………………………………………….………………58致谢........。....。。。.......。..。....。。......。...。...。..。......。.。.....。.......。.......。。.........。..60攻读硕士期间主要成果…………………………………………………………………………..61参考文献…………………………………………………………轰意………………………………。62山东科技大学硕士学位论文……………………………………..1.1 …………………………………………………11.2 ………………….…………………………………………….………………….21.3 ……………………………………………………………………………..52 …………………………..………………..92.1 ……………………………………………………………………………………..92.2 ………………………………………………………………………………………………..1 13 …………………………………………..………………….………………163.1 …………………………………………………………………………163.2 …………………………………………………………………………………..173.2 ………………………………………………………………184 …………….…...…..……...……254.1 ………………………………………………254.2 …………………………………………………………:164.3 ……….………….……………….……274。4 ……………………………………………295 ………………………..…..…315.1 ………………………………………………………………………………………………。:;15.2 …………………………………………………325.3 ………………………………….…………………………………………………….…………………………….………………………….……..……58…………………………………….…………………….………………………………..……..…….….…60………………………….…….。61………………………………….…………………………….……………………………...…….…….62山东科技大学硕士学位论文 绪论1绪论1.1选题依据、研究目的和意义1.1.1 选题依据:地质学的研究内容包含了发生在地球上漫长地质历史时期中的一切地质作用以及过程。随着地质学的不断发展以及广度、深度的增加,人们慢慢发现仅仅从地球自身的运动规律以及动力系统出发已经不能够完整的解释地球上发生的所有地质过程,尤其是一些规律性的地质旋回事件。把地球看作宇宙中的一颗普通行星的天文地质学就是从宇宙中行星运动的基本规律出发,运用天文学研究的基本方法和观察成果对天体运动在地球上产生的一切地质效果进行详细的探讨。天文过程对地球上发生的一切地质作用的影响都具有突变性以及周期性的特点,而其中研究最多的内容就是米兰柯维奇理论和旋回(称米氏旋回)。对任何旋回地层的定量描述都可以包括3个方面,即自身的复杂性(如级次、岩性、结构等)、组成的一致性(如厚度、岩性、时间域等)以及存在的空间性(如区域变化、分布等)。由几个频率组成的旋回层序为有效的识别米氏旋回提供了很好的标志【1】。从天文观点来看,自从前寒武系以来的地层中都可以找到米氏旋回的地质记录及其证据。但若对实际地层进行米氏旋回的识别和具体分析,仍然需要地层形成时古纬度的条件、精确的数据资料等。而测井资料中蕴藏着丰富的地质信息,尤其是包括了大量的沉积学信息。随着测井技术的不断发展与更新,测井资料的解释方法也日趋完善,特别是最新成像测井技术的广泛应用,人们从测井资料中可以获取的沉积学信息也越来越丰富,这就为我们的地质学研究提供了很好的物质基础,研究证实,记录在沉积地层中的轨道周期性变化可以以岩石的岩性变化、厚度变化、丰度、有机质含量、颗粒大小、矿物成分和沉积物的结构与构造变化表现出来,并能很好的反映在测井曲线上【2,31。1.1.2研究目的和意义:本课题旨在基础地质系及新兴地层学理论指导下,选择研究区新生界、中生界及上古生界地层,主要依靠测井数据资料中对沉积环境反应敏感的自然伽玛(据,利用小波分析方法,从中提取大量地质信息,对地层中不同沉积背景下形成的沉积记录中的米氏旋回层加以识别,确定地层中发育的米氏旋回,并对这些地层中发育的米氏旋回进行横向及纵向的对比研究,对研究区目标层系中不同沉积背景下的米氏旋回发育特征及1坐奎型垫奎堂堡主兰垡笙奎 堑堡规律取得一定认识,得出不同地层中保存的米氏旋回的差异性,总结出米氏旋回在不同沉积背景下发育特征的不同。结合先进计算机技术和数学方法,对自然伽玛(井数据进行处理分析,来识别和分析研究区目标层系中具有“定年”意义的米兰科维奇旋回,并对不同沉积背景下形成的沉积记录中的米氏旋回层进行对比研究,发现其发育特征,具有科学研究价值。通过对研究区进行米氏旋回的识别对比研究,归纳总结出米氏旋回层在研究区目标层系的发育规律、特点等,为后续研究的推广应用奠定基础。对于某些含油气盆地,米氏旋回的研究已经慢慢成为了分析地层的一个重要工具,为预测油气储层分布,探讨含油气盆地地层成因机制和过程,利用计算机模拟技术解决沉积和地层的问题,以及提供油气勘探研究高分辨率地层格架提供了新的途径。对于高频层序的识别与划分和沉积作用的分析,通过对米氏旋回层的识别和对比研究,在已有的生物地层和年代地层研究的基础上,可大大提高年代地层划分的对比精度,对建立高分辨率地质时间坐标具有重要意义[41。米氏旋回的研究对胜利油田精细油气勘探与开发实践也具有良好应用前景,特别是近年来胜利油田为实现中石化集团公司油气东部硬稳定战略,勘探实践正在向中深层进军并取得了一定成果的时期,此时急需新理论、新方法的指导。1.2国内外研究现状米兰柯维奇理论是在二十世纪初,由前南斯拉夫学者米兰柯维奇为解释第四纪大冰期的成因,首次根据定量计算结果提出的一个天文学假说。其主要理论内容为:北纬650地区天文辐射夏半年总量的多少决定着全球性冰川的消长。与此有关的地球公转轨道的偏心率(10000地轴倾斜角(40岁差(21个天文轨道的变化周期即称为米兰柯维奇旋回。但是由于没有充足的证据,这一理论在提出初期没有得到其他学者们的认可,直到二十世纪七十年代,随着古温度测定技术,深海钻探技术,尤其是频谱技术以及稳定同位素测定技术的迅速发展,et 976)通过对过去500氏理论得以复活并得到了地质学界的广泛认可【5】。之后,对其的研究不断的取得新的进展。 895)对美国撰文探讨了轨道旋回用于构建地质年代表的潜在可能性【6J。2坐銮型垫奎兰堡主兰垡丝茎 堑笙源于米兰科维奇旋回的旋回地层学(米氏天文周期理论确立十年后的1988年在意大利佩鲁贾(W.993)的一次学术会议中首次被提出。这个概念的提出将米氏旋回理论与地质学结合在一起,形成了一个新的地层学分支[71。灰岩一灰岩对偶层都对应有岁差周期,大约5对偶层构成的层束记录了偏心率短周期(100 984)的研究表明在白垩纪至新生代远洋沉积中所有最明显的韵律的周期平均值通常是约20 些韵律层常聚集成群,构成不太明显的偏心率短周期18】(100 拉蒙特一多赫蒂地质观测所的986)对到了1.O,1.8,4.3,5.5,和16.3等比值,这与四个米氏周期的比值(1.0,1.9,4.4,5.8和19.0)非常接近。984)用时间序列分析了987)在对英国的白垩系远洋沉积的白垩韵律层的厚度系列分析研究后得到了23别对应着岁差和黄赤交角周期。如今,越来越多的人开始研究米氏旋回,涉及到的地质时代也从第四纪一直延伸到了前寒武纪,涉及到的沉积环境从陆相慢慢发展到了深海及滨浅海相,既有石灰岩系列(梅冥相等,1996,2001),又有陆源碎屑岩系列(龚一鸣等,1997;陈代钊,2000),甚至还包括浊流沉积序et 987;e 993),这些研究的资料主要都来源于测井资料、钻井岩芯分析以及露头剖面,数据处理方法多种多样,包括多种频谱分析、人工神经网络技术和数字滤波技术等(996,2001;张学庆等,2002;K.W.et 2002)[9众多的研究资料表明,米兰柯维奇轨道三要素的变化的确已被记录在古代及现代沉积物之中。作为米兰科维奇天文旋回在地层记录中的基本响应形式,米级旋回在时间上已广泛应用到了前寒武纪至第四纪地层的研究中,在空间上,研究范围涉及到了浅海碳酸盐沉积、深海沉积、风成沉积、湖相沉积、冲积扇沉积和洞穴沉积等,米级旋回在顶底界线年龄确定连续地层剖面中是最好的定年工具,可用于高精度地层划分和对比。一般4形式叠加构成较大级别旋回或者3.5个米级旋回以1:4形式构成更大级别旋回,前者可能反映短偏心率旋回(100 岁差旋回(20 的叠加关系,后者可能是偏心率长周期(400 偏心率短周期旋回(100 互作用的结果。地球化学3山东科技大学硕士学位论文 绪论曲线显示的米兰科维奇旋回估算中、晚泥盆世各化石带和阶的地质年限,后又估算造礁珊瑚比 剖面包括30个四级旋回((100 多数四级旋回按照1:5或1:4(较少)的平均比例进一步划分为五级旋回(20 因此该剖面应该反映了3 近年来,由于对新生代以来海洋和大气系统的影响逐渐扩大,亚米兰科维奇也被得到重视。亚米兰科维奇旋回的提出和验证,标志着地层分辨率已达千年级,甚至百年级,对于精确地层数字定年具有重大意义。笋中的1450年的旋回可能与米兰科维奇气候旋回,1500年)相似,而且可能起因于太阳辐射量的变化【17,18】。随着测井技术的高速发展,数字信号测井已经开始逐步取代过去的模拟信号测井,使得先进的数学方法和计算机技术可以通过对测井信号的处理分析得到更多有用的信息。例如近些年来国内外应用多元统计、神经网络、模糊数学等数学方法对测井数据进行沉积微相自动识别对比的定量研究日益增多,有了很大的发展,但还有很多不足之处。因为这些方法不是通过是直接依据原始测井数据的幅值变化进行处理分析,或者通过计算偏值、均值、变差、方差和方差根等参数进行聚类分析对比。从采用9到根据测井曲线的形态在时间域(或深度域)来研究测井信号所反映的岩性、岩相及其组合信息,都在一定程度上解释或解决了某些地质现象或地质问题。但是因为测井信号所反映的地质系统具有很大的复杂性,不但简单的形态分析受人为因素影响很大,擅长于平稳信号整体分析的像方差、均值、功率谱和过零率等这样的线性特征则不能满足分类的要求。二十世纪八十年代初,法国油气工程师这种方法成功地解决了存在的这些问题。因此小波分析被看做是前,小波分析在图像压缩、信号处理、模式识别、大气科学、地震勘探、语音编码以及许多非线性科学领域内都取得了大量的研究成果。小波分析之所以可以得到广泛的应用,是因为:它能将信号(时间序解成交织在一起的多尺度成分,从而能够不断地聚集到所研究对象的任意微小细节;它在时域和频域同时具有良好的局部性质:它同时具有数学上严格意义的突变点诊断能力。综合以上优点,将小波分析引入地质学的4坐銮型垫奎兰堡主兰篁笙奎 堡笙研究中,可以很大程度的改善以往分析中出现的问题,多方面、深度解释出地质学的内在规律。1.3主要研究内容和技术路线1.3.1主要研究内容:(1)研究区地质发育的基本概况济阳坳陷属于渤海湾盆地的一个次级构造单元,东部以郯庐断裂带与鲁东隆起相隔,南部以齐(河)—广(饶)断裂与鲁西隆起为界,西部和北部与埕宁弧形隆起相毗邻。古近系,坳陷内自北向南发育了车镇、沾化、惠民、东营等四个次级凹陷,凹陷呈“北断南超、北深南浅”的箕状结构,其北边界为长期活动的同沉积断层。根据现有研究成果资料对研究区馆陶组、东营组、中生界及上古生界地层发育特征、沉积体系、沉积相特征进行综合研究,并在各层系之间开展比较研究,特别是其中地层界面的识别与追踪,构建可靠地层格架,为米氏旋回地层研究奠定基础。(2)旋回地层学基本概况旋回地层学是1988年意大利国际会议上A.G.于其在建立高分辨率成因和年代地层格架方面的巨大潜力,旋回地层学迅速发展成为地质学领域极具潜力的新兴分支学科。旋回地层学是研究受天文轨道周期控制形成的地层序列的地层学分支学科,其中由周期在10米兰科维奇旋回形成的旋回地层序列是旋回地层学研究的重点和核心,因此旋回地层学也是解决米氏旋回问题的关键因素。本文通过查阅学习已有文献、教学资料等对旋回地层学的概况发展等进行深入介绍以支持米氏旋回层的比较研究。(3)不同区域各时代米氏旋回发育识别通过露头、测井曲线、钻井岩心等都可以对地层中的米氏旋回层进行识别,但露头以及钻井岩心的测量工作量大且受到苛刻的约束条件,因此隐伏地区地下地质旋回地层研究主要依靠测井资料,本文也选取了研究区几十口钻井的测井资料进行分析研究。分析测井资料有线性方法和非线性方法,由于线性方法在数学上比较好被理解,因此本文采用了线性数学的方法对测井曲线中的米氏周期进行识别(2引。常用的方法主要有速傅立叶变换、小波分析、年来,由于其在分析中的“局部化”和“多尺度”的巨大优势,小波分析已经逐渐取代其他信号处理方法而被更多的应用到了越来越多的学科领域中。本课题拟主要以自然伽玛测井论据,济阳坳陷的新生界、中生界以及古生界部分地层为研究对象,采用小波分析模极值法,运用固定间距的数据进行变换,进而识别出各地层中存在的米兰科维奇旋回。(4)研究区米氏旋回的旋回性比较①比较学研究所谓比较学,就是利用对比、类比、归纳、相关、移植、推广、联想等方法,采用直接比较和渗透比较等方式来研究事物间的异同之处和相互联系、相互影响的科学。在比较学中可以运用现代科学的各种知识经验,科学发展史上许多伟大的成就也都或多或少的应用了比较学。比较学大致可分为直接比较法和渗透比较法,两种方法的结合为科学研究提供了许多新思路。②利用比较学的思想对研究区米氏旋回的旋回性进行比较结合第三部分识别出的各区块各时代米氏旋回,从纵向、横向上分别对米氏旋回性进行比较研究,结合第一部分对研究区地层的深入了解,通过对不同地层米氏旋回性的对比研究进而分析各时代地层不同沉积背景下的岩性组合特点以及米氏旋回的特征。1.3.2技术路线实施方案:本课题拟采用测井资料数据(主要的研究对象,采用小波分析模极值法,应用析识别馆陶组、东营组、中生界以及上古生界地层中的米氏周期,再采用比较学与沉积学理论相结合的方法,对不同地层同一区域以及同一地层不同区域的米氏旋回进行比较研究,以得出结论。该研究的具体的技术路线如下图(图1.1)所示:6山东科技大学硕士学位论文 绪论图1.1 技术路线。1 )广泛收集查阅资料,奠定项目研究基础。通过广泛的收集所要研究区域中目标层系的各种地质资料以及前人所做的研究成果资料,认真学习并对关键的资料进行消化吸收,掌握各层系的层序地层格架以及生物地层。对所要研究的四个层系的沉积环境、赋存条件等作全面认识了解,同时,选定研究区井位,为在大尺度地层格架内进行米氏旋回层识别奠定基础。查阅不同学者在不同地区、不同时代地层中使用不同方法开展旋回地层研究的成果资料,通过综合分析、比较,去伪存真,使本课研究能节省时间、少走弯路,保证研究进程沿着合理正确的方向进行。(2)对测井数据进行收集和处理。根据基础地质研究结果和认识,选择地层沉积连续、层系发育完整的钻井作为标准井,收集齐全综合测井数据,在这里我们主要使用的是对泥质含量反应较敏感且较常用的这些井的资料数据进行插值运算、断点修复、异常点剔除等预处理以为后续运算做好前期准备。(3)运用用一间距为0.125m,再对它们进行小波变换,对识别出的周期进行筛选,根据周期比以及反应情况提取出米7山东科技大学硕士学位论文绪论氏周期,并提取小波系数曲线以方便后续研究。(4)全面比较研究区米氏旋回性。围绕所选出的钻井识别出的米氏周期,对其开展纵向、横向对比研究,在比较时要本着由近及远,点、线、面逐步展开的方式,纵向比较时本着范围由大到小的方式逐步展开,包括:①同一钻井不同层位米氏旋回对比研究,②不同钻井同一层位的米氏旋回对比研究。通过对研究区馆陶组、东营组、中生界、上古生界部分地层米氏旋回特征的比较揭示出济阳坳陷米氏旋回发育特点及不同沉积背景下所保存的米氏旋回周期。8山东科技大学硕士学位论文 济阳坳陷地质基本概况2 济阳坳陷地质基本概况2.1 区域构造背景济阳坳陷属于渤海湾盆地的一个次级构造单元(图2.1),东部以郯庐断裂带与鲁东隆起相隔,南部以齐(河)—广(饶)断裂与鲁西隆起为界,西部和北部与埕宁弧形隆起相毗邻。总面积约为2600041。图2.1 济阳坳陷区域构造位置图(据李丕龙等,2003).1 I 003)济阳坳陷是一个中、新生代断陷—蚴陷复合盆地,其内部构造极为复杂。中、晚始新世沙河街沉积时期以来的盆一岭构造格局(图2.2),为断陷与坳陷的叠合,而断陷期则形成凹凸相间的结构。古近纪,坳陷内自南而北发育了东营、惠民、沾化、车镇等四个次级凹陷和众多更次一级的洼陷,其间为青城、滨县、陈家庄、无棣、义和庄、孤岛等凸起分隔,凹(洼)陷呈“北断南超、北深南浅”的箕状结构,其北边界为长期活动的同沉积断层。东营、惠民、沾化、车镇等四个凹陷,有一定的成因联系和某些共同特点,彼此之间也有不少差异,形成各自基本独立的沉积、构造及油气生、运、聚单元。各凹陷内部,9坐查燮奎兰堡主堂垡笙塞 堑里塑堕些堕墨奎竖翌由于彼此块体差异升降造成的前第三系基岩起伏,又将凹陷进一步分隔成更次一级的洼陷。东营凹陷被分隔成利津、民丰、牛庄一六户、广利东和博兴等五个洼陷;沾化凹陷内发育有渤南—孤北、四扣、五号桩、孤南、富林、邵家和流钟等七个洼陷组成;车镇凹陷也分成车西、大王北和郭局子等三个洼陷。凹陷内的各洼陷之间,在沉积、构造及含油气性方面,有更多的共性,但也有一定的差异,有些可构成比较独立的沉积、构造单及含油气单元,例如博兴、孤南一富林、阳信等洼陷【25删。图2.2 济阳坳陷地质构造图(据李丕龙等,2003,修改).2 ap I 003)10山东科技大学硕士学位论文 济阳坳陷地质基本概况2.2 区域地层济阳坳陷所处盆地的深层地层系统主要包括太古界、古生界、中生界和新生界孔店组_≯四段。在这套地层系统中缺失元古界,其地层综合柱状图如图(图2.3)。本文主要研究了该坳陷中的新生界、中生界以及上吉生界的部分地层,因此本章中对它们进行着重介绍。2.2.1上古生界济阳坳陷上古生界包括石炭系和二叠系,石炭系为海陆交互相碎屑含煤地层夹含灰岩,二叠系为过渡相碎屑沉积夹煤层及陆相碎屑沉积。上古生界在临清坳陷(东部)分布较普遍,在济阳坳陷主要分布
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