0 引言
准噶尔盆地在下侏罗统三工河组沉积时期是大型的浅水坳陷型盆地，具有湖盆宽阔、湖水浅、无坡折带等特点［1-2］。关于三工河组层序地层的体系域组合，部分学者［3］主张用低位体系域、水侵体系域和高位体系域三分模式；部分学者［4］认为三工河组具有典型的“二元体系域”特征，将其划分为3个湖扩超覆细碎屑体系域和2个低位粗碎屑体系域。由于三工河组沉积时期具有浅水坳陷湖盆层序地层特征，水侵体系域发育时间短，并且在地震上难以识别，导致低位体系域和水侵体系域区分难度大，初始水泛面（FFS）难以识别。一些学者［5-7］认为三工河组更加符合以基准面旋回为基础的高分辨率层序地层特征。许淑梅等［5］将准噶尔盆地腹部三工河组划分为4个沉积正旋回（四级层序），不发育反旋回沉积。王居峰等［6］将三工河组划分为一个完整的长期基准面旋回和一个长期基准面上升半旋回；邱春光等［7］将准噶尔盆地腹部侏罗系整体划分为一个长期旋回，八道湾组上部及三工河组划分为2个中期旋回。基于前人研究成果，本文使用小波变换和合成预测误差滤波分析（INPEFA）定量或半定量地识别三工河组基准面旋回的变化特征，精确刻画高分辨率层序地层格架，以期为地震同相轴稳定不整合面不易识别的浅水坳陷湖盆内部层序划分提供理论基础，为基准面级别划分及对比分析提供半定量—定量依据。
1 区域地质背景
钻测井揭示三工河组（J1 s）岩性和测井电性特征，可划分为3段，由下至上依次为三工河组一段（J1 s 1）、二段（J1 s 2）和三段（J1 s 3）。三工河组一段（J1 s 1）岩性以深灰色、灰色泥岩、砂质泥岩及褐红色泥岩为主，夹灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩；泥岩和砂岩不等厚互层，无韵律性。三工河组二段（J1 s 2）发育2套厚层砂岩，下部砂岩层厚度大，粒径大，底部为砾岩沉积，将其划分为三工河组二段一砂组（J1 s 2 1）；上部砂岩层厚度和粒径相对较小，将其划分为三工河组二段二砂组（J1 s 2 2）。三工河组三段（J1 s 3）岩性以深灰色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层灰色泥质细砂岩、泥质粉砂岩，其深灰色泥岩发育稳定，在全盆地内可以对比。
2 高分辨率地层旋回划分及对比
林畅松等［8］认为基准面下降引起水退，导致沉积体系向湖中心推进；基准面上升引起水进，导致沉积体系向物源方向后退。邓宏文等［9］认为短期旋回是在一个增加或减少可容纳空间的基准面旋回间堆积的、符合沉积相序或相组合基本定律的进积、加积、退积地层单元；短期旋回作为旋回划分的基本单元，通过不同的叠加样式，组合成中期旋回、长期旋回、巨旋回等。但是对短期旋回的叠加样式、叠加数量等没有做出明确的界定，仅仅给出定性的指导意见，即更多地依靠研究人员的经验和主观因素来参考研究区地质背景。郑荣才等［10］从成因与产状2个方面分析了陆相基准面旋回的级次，将基准面旋回划分为6个等级，Ⅰ—Ⅲ 级大尺度基准面旋回主要受到构造活动控制，Ⅳ—Ⅵ级小尺度基准面旋回与天文旋回3个要素（偏心率、斜率、岁差）有关。综上所述，基准面旋回受到可容纳空间和沉积物供给双重因素的控制，而这2个因素又受到气候、构造等作用的影响。
基准面旋回的界面主要为不整合面、水进面、水退面，不整合面和大型的水进面（如最大水泛面）主要是通过岩性的变化（如测井曲线或录井反映的岩性）或地震剖面同相轴之间的接触关系和连续性来判断。其中，中期旋回和短期旋回的地层厚度，往往低于地震分辨率所能识别的范围。因此，高分辨率（中期旋回和短期旋回）基准面旋回的划分依据，主要是利用测井曲线分析或岩性录井的方法。对于同样的岩性组合和测井资料，不同的研究者有不同的划分方案；小波变换与合成预测误差滤波分析通过频谱分析的手段识别目标信号（测井曲线）中潜在的周期，这些周期往往对应着短期旋回和中期旋回。利用频谱分析的方法识别旋回周期能最大可能排除人为因素干扰[11-12]。
2.1 井震结合旋回特征分析
在准中1区块识别出4种形态测井相，分别为钟形、齿形、漏斗形和箱形。钟形测井相对应的沉积环境可能为单一分流河道和水下分流河道，正旋回性特征。齿形测井相对应的沉积环境可能为滨湖滩坝沉积。漏斗形测井相通常指示高位体系域退积型滨湖砂坝或浅水三角洲前缘河口底部沉积。箱形测井相指示的沉积环境可能为分流河道或水下分流河道间叠加，或者是浅水三角洲前缘改造砂坝的坝主体。
在单一测井相基础上，建立了研究区4种测井组合相：“箱形+钟形”测井相组合［图2（a）］，对应着加积和退积的沉积趋势，一般发育在低位体系域，向上砂地比从稳定不变到逐渐下降，沉积环境可能是从叠置切割的分流河道、水下分流河道、三角洲前缘改造坝、滨湖砂坝向浅湖沉积演化。“箱形叠加”测井相组合［图2（b）］，对应着加积沉积趋势，向上地层的砂地比稳定不变，岩性组合通常为厚层的砂岩夹薄层的泥质，反映了不同期次沉积旋回的过程，沉积环境可能为水下分流河道的堆积或三角洲前缘滨湖改造坝的堆积，一般发育于低位体系域和高位体系域加积过程中。“指形+漏斗形”测井相组合［图2（c）］，对应着水退进积的沉积趋势，一般发育于高位体系域进积的过程，在可容纳空间很大的前提下，沉积物供给不断增加，导致可容纳空间逐渐减小的过程，沉积环境可能为滨湖—半深湖泥坪沉积向滨湖砂坝或三角洲前缘河口坝演化。“钟形+箱形+指形”测井相组合［图2（d）］，对应着退积的沉积趋势，一般发育于水侵体系域，向上地层中砂地比逐渐降低，沉积环境由三角洲前缘向滨湖相演化。
准中1区块在三工河组沉积环境为浅水三角洲和滨湖沉积，具有盆大、水浅、坡缓、物源充足等沉积背景。通过岩心观察分析，按照岩心的岩性及其发育的沉积构造分为砾岩相、砂岩相、粉砂岩相、泥岩相等。砾岩相［图3（b），图3（d）］包括杂色砾岩相、递变层理砂砾岩相和块状砾岩相，一般指示近源堆积产物，砾石分选较差，且排列略呈定向性，顶部泥岩含有炭屑，见明显冲刷构造，认为是水下分流河道沉积或分流河道沉积。砂岩相包括槽状交错层理砂岩相、生物扰动砂砾岩相、低角度交错层理砂岩相、块状层理砂岩相、波状交错层理砂岩相和包卷层理砂岩相。块状层理砂岩相［图3（c）］，分选磨圆好，没有明显的层理，沉积环境可能为滨湖砂坝和三角洲前缘经湖浪作用改造成为砂坝。粉砂岩相包括水平层理粉砂岩相、平行层理粉砂岩相、波状交错层理粉砂岩相、脉状层理粉砂岩相，水平层理粉砂岩相的特征是粉砂岩与泥岩互层［图3（e）］，指示水动力微弱且震荡的特征，沉积环境可能为滨湖沉积和水下天然堤沉积。波状交错层理砂岩相或脉状交错层理粉砂岩相［图3（h）］的沉积特征为粉砂岩中夹波状、脉状或透镜状的泥岩层或煤线，颜色相对于砂岩发暗，通常指示滨湖沉积环境。泥岩相包括水平层理泥岩相、生物扰动构造泥岩相、块状暗色泥岩相、块状红褐色泥岩相。块状暗色泥岩相［图3（g）］反映水动力条件极弱，细粒沉积物以悬浮的形式沉淀下来，沉积环境一般为三角洲前缘的分流间湾。
在准中1区块的地震剖面上无法识别地形坡折带，通过地震手段识别初始水泛面十分困难。在三工河组一段、二段、三段分别模糊地识别出进积、退积、进积的地震反射特征，但具体的转换界面不能准确厘定。初始水泛面的识别主要是通过测井曲线、录井岩屑等反映的地层叠置样式变化来分析，即进积或加积向退积的转换界面。初始水泛面是沉积物从进积到退积的转换界面，为三工河组二段和三段的分界面［图3（a）］，GR曲线、SP曲线和CALI曲线由相对较低的值突然增大，并持续为高值。最大水泛面对应着泥岩厚度最厚的区域，由于泥岩厚度大，地震波阻抗几乎不发生变化，地震同相轴能量较弱；由于泥岩段稳定发育，地震同相轴连续；因此地震同相轴连续的、低能量的，并且对应岩性为泥岩段的地震反射被认为是最大水泛面的地震反射界面。三工河组三段内部发育厚度约为50 m的泥岩段，作为最大水泛面［图3（a）］，测井特征为GR曲线稳定在高值。总体上，根据井震资料，识别出三工河组长期旋回发育特征为1个长期基准面下降半旋回和1个完整的长期基准面旋回。
2.2 小波变换分析
利用GR曲线进行小波变换，GR曲线的测量值与40K、232TH、238U有关，泥岩中的有机质和黏土矿物富含这些元素，因此，GR曲线被认为是很好的古气候和古环境指标。准中1区块的单井GR曲线和岩性呈良好的线性关系，泥岩中的GR曲线高，砂岩中的GR曲线低，砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩的GR曲线值大多集中在45~60 API之间，小于80 API；而泥岩、粉砂质泥岩的GR值大多数大于80 API。因此GR曲线的变化可以反映岩性变化。
由于小波基的不同，对应的小波函数不同，通常用于层序地层划分的小波基有Morlet小波、Dmeyer小波、DB小波、Daubechies小波等，其中Morlet小波的小波尺度的模平均值的极值与层序界面有着良好的对应关系，可以定量描述层序界面，被广泛应用［13］。首先对GR曲线进行去趋势化处理，然后对GR曲线进行Morlet小波变换；并且计算GR曲线在不同尺度上的Morlet小波变换系数，先求绝对值再求平均值，得到关于尺度因子（a）及其平均值的函数，该函数的极大值即为最佳的尺度因子。相对于周围的尺度因子，该处的尺度因子的模最大，也最能反映测井信号潜在的周期（图4）。通过对沙11井三工河组GR曲线做Morlet小波变换，得到小波转换系数时频谱，时频谱数据颜色越亮，说明尺度因子在该处的能量越大，按照此处的尺度因子对小波进行伸缩可以更好地识别原始信号的周期。结果显示共有3处尺度因子所对应的能量比其他区域高，这3个最佳的尺度因子分别是27、68、145，分别对应短期旋回、中期旋回和长期旋回，其比值为1∶2.52∶5.37。尺度因子的能量越大，说明GR曲线值变化剧烈，该处可能是大的水进面或者水退面。尺度因子曲线的振幅由大变小，GR值也由大变小。
2.3 合成预测误差滤波分析
合成预测误差滤波分析（简称INPEFA）是对测井曲线进行最大熵频谱分析，来推算出最大熵频谱分析估计值（MESA），再由测井曲线真实值（RV）减去最大熵频谱分析估计值（MESA）得到数据差值，即预测误差滤波分析（PEFA），对PEFA曲线进行积分处理，可得到合成预测误差滤波分析曲线（INPEFA）［14］。利用INPEFA曲线识别沉积旋回主要看INPEFA曲线的2个特征。一是曲线的变化趋势，分为负趋势和正趋势。负趋势是由于负的预测误差值累计造成的，即高估了测井曲线实际值，测井曲线的真实值应该小于预测值，对于GR曲线来说，指示地层中泥岩的含量逐渐增加，即砂质沉积物供给减少，可容纳空间增加，远离物源区。正趋势是测井曲线的实际值大于预测值，对于GR曲线来说，GR值逐渐降低指示地层中砂岩含量增加，因此正趋势指示粗粒沉积物供给增加，古水深变浅，沉积环境更靠近物源区。二是INPEFA曲线的拐点，分为曲线从负趋势到正趋势的拐点（正拐点）和曲线从正趋势到负趋势的拐点（负拐点）。
通过对沙12井、沙11井、沙1井三工河组的GR曲线进行INPEFA分析可知（图5），在三工河组出现了1次负拐点和1次正拐点。负拐点出现在三工河组一段和二段的分界线附近，对应着层序界面（SB）；GR曲线经历了从逐渐减小的趋势转变为逐渐增加的趋势，指示水体逐渐变浅到逐渐变深的过程；在负拐点附近，沉积物供给突然增大，或者水平面突然下降。正拐点出现在三工河组二段与三段的分界线，GR曲线从逐渐增加的趋势过渡到逐渐减小的趋势，对应的地质信息是地层中泥质含量从逐渐增加的趋势过渡到逐渐减少的趋势；在正拐点附近，指示沉积物供给突然减少，或者水平面开始上升，可容纳空间开始增大，开始发生水侵，对应初始水泛面。三工河组一段发育1个长期基准面下降半，INPEFA曲线呈正趋势，代表着可容纳空间逐渐减小的特征，整体上属于浅湖沉积环境。三工河组二段发育1个长期基准面上升半旋回，INPEFA曲线均呈负向趋势，代表着可容纳空间逐渐增加的特征，整体上处于浅水三角洲前缘沉积环境；其中沙11井的INPEFA曲线负向趋势不明显，值较低且稳定，地层厚度较薄，指示此时期可能存在沉积间断或地层剥蚀现象。三工河组三段发育1个长期基准面上升半旋回，INPEFA曲线主要呈正向趋势，代表着容纳空间逐渐减小的特征，整体上属于滨浅湖沉积环境。总体上，通过对三工河组进行合成预测误差滤波分析可知，1个长期旋回对应着2~3个中期旋回，与沙11井小波变换最佳尺度因子的长期旋回a=145和中期旋回a=68的比值比较接近（图4）。同时，通过分析三工河组一段、二段和三段长期旋回的INPEFA曲线特征可知，在区域上，长期旋回比较稳定，具有区域可对比性；而中期旋回的可对比性较差，短期旋回几乎不具备区域的对比性；每个长期旋回存在多个次级负拐点和正拐点，指示可容纳空间持续震荡，受到构造运动、气候变化等影响较为频繁。
总体上，根据频谱识别长期旋回（INPEFA曲线识别长期旋回）与井震识别长期旋回存在着相同点和不同点，相同点在于三工河组一段和三段的划分方案一致，不同点在于频谱分析将三工河组二段细分为2个长期旋回。具体来说，井震识别长期旋回，自下而上为1个长期基准面下降半旋回和1个完整的长期基准面旋回；频谱识别长期旋回，自下而上为1个正趋势、2个负趋势和1个正趋势，共4个长期旋回。综合分析认为频谱识别长期旋回更加适用于研究区地层基准面旋回的划分，每个长期旋回包含2~3个中期旋回，呈现出明显的旋回级次特征；而井震识别长期旋回的旋回级次不够明确，可能将超长期旋回和长期旋回混合在一起使用。
3 建立高精度层序地层格架
控制基准面旋回的主要因素是相对湖平面的变化，由水退到水进、水进到水退的界面为基准面的转换界面，这种转换界面一般难以准确识别，结合取心井的岩性、小波变换分析、合成预测误差滤波分析，可以判定基准面的转换界面。水进界面应具有水深突然增加或基准面突然上升的地质证据，表现为岩性由砂岩段突然变为泥岩段，或泥岩段的长度不断增加，小波变换尺度因子的幅度逐渐减小。
基于小波变换（Morlet）和合成预测误差滤波（INPEFA）识别基准面旋回。利用INPEFA曲线的正、负趋势，结合小波变换最佳尺度因子（a=142）曲线，自下而上，将三工河组划分为1个长期基准面下降半旋回LSC1、1个长期基准面上升半旋回LSC2和1个长期基准面下降半旋回LSC3（LSC2和LSC3构成一个完整的基准面旋回）（图6）。在长期基准面旋回的控制下，长期基准面半旋回LSC1划分为2个中期基准面半旋回，LSC2和LSC3长期基准面半旋回分别划分为4个和2个中期基准面半旋回。具体地，自下而上划分出1个完整的中期基准面旋回（MSC1和MSC2）、3个中期基准面上升半旋回MSC3—MSC5、1个完整的中期基准面旋回（MSC6和MSC7）、1个中期基准面下降半旋回MSC8（图6）。在中期基准面旋回的控制下，每个中期基准面半旋回划分出2~3个短期基准面半旋回（图6）。三工河组一段滨湖亚相和二段三角洲前缘亚相的分界对应INPEFA曲线负拐点，时频色谱图的能量较强，为层序界面。三工河二段和三段分界大致对应着滨湖亚相和浅湖亚相分界，对应着INPEFA曲线正拐点，时频色谱图上没有能量变化，为初始湖泛面。
根据建立的高精度层序地层格架分析区域沉积特征。三工河组一段，对应长期基准面下降半旋回，主要为滨湖砂泥混合滩沉积，总体上以泥岩粉砂岩沉积为主，局部砂体呈片状分布，多是滩坝沉积，可形成薄差储层，结合INPEFA曲线特征，反映了A/S（可容纳空间和沉积物供给的比值）先增大后减小的过程。三工河组二段，对应长期基准面上升半旋回，为水进过程，湖岸线向物源方向收缩，沉积微相主要为浅水三角洲前缘沉积，砂体多呈朵叶状展布，结合INPEFA曲线特征，反映了A/S减小的过程。三工河组三段，对应长期基准面下降半旋回，为水退过程，沉积物以滨湖滩坝砂体和浅湖泥岩为主，结合INPEFA曲线特征，反映了A/S增大的过程。综合分析可知，区域上三工河组二段砂体为主要勘探层位，三段和一段局部发育薄层滩坝砂体，可作为接替资源进行勘探开发。
4 结论
（1）通过频谱分析方法（小波变换和合成预测误差滤波分析）识别层序和体系域界面，是利用数学手段提取测井曲线中的某种信号，将其与地层层序进行比对，根据信号强弱变化及趋势改变来识别层序界面。由于从测井曲线中提取的信号需要对地层反映敏感，因此这种方法适用于地形平缓、沉积环境相对稳定的浅水三角洲环境，基于频谱分析方法识别层序界面，一定程度上解决了人为识别层序界面困难、地层划分方案较多的问题，为油田生产的小层对比提供了有利的工具，为进一步的油气勘探提供理论指导。
（2）基于自然伽马（GR）测井曲线，通过小波变换分析得到沙11井小波变换系数最佳的尺度因子（a）分别是27、68、145，分别对应短期旋回、中期旋回和长期旋回，其比值为1∶2.52∶5.37。尺度因子的能量越大，说明GR曲线值变化剧烈，该处可能是大的水进面或者水退面。尺度因子曲线的振幅由大变小过程中，GR值也由大到小地变化。
（3）根据三工河组GR曲线的INPEFA分析结果，在三工河组的地层中，出现了一次负拐点和一次正拐点，负拐点出现在三工河组一段和二段分界附近，为层序界面；正拐点出现在三工河组二段与三段的分界附近，为初始湖泛面。三工河组一段发育1个长期基准面下降半旋回，INPEFA曲线呈正趋势；三工河组二段发育1个长期基准面上升半旋回，INPEFA曲线主要呈2段负趋势；三工河组三段发育1个长期基准面下降旋回，INPEFA曲线主要呈正向趋势。
（4）三工河组划分为1个长期基准面下降半旋回LSC1、1个长期基准面上升半旋回LSC2和1个长期基准面下降半旋回LSC3，LSC2和LSC3构成1个完整的长期基准面旋回。三工河组二段和三段构成一个完整的基准面旋回。在长期基准面旋回的控制下，LSC1划分为2个中期基准面半旋回，LSC2和LSC3分别划分为4个和2个中期基准面半旋回；在中期基准面旋回的控制下，每个中期基准面半旋回划分为2~3个短期基准面半旋回。
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