張?zhí)梗ν?，趙永強(qiáng)，周雨雙，黃繼文，范昕禹，羅宇

（中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126）

塔里木盆地石炭系是油氣勘探的重點(diǎn)層系之一，多年的勘探實(shí)踐表明，石炭系具有自生、自?xún)?chǔ)和自蓋的能力［1］。巴麥地區(qū)自石炭系卡拉沙依組油氣發(fā)現(xiàn)以來(lái)，不斷有新的發(fā)現(xiàn)。近年來(lái)，隨著勘探程度的持續(xù)深入，人們對(duì)石炭系卡拉沙依組層序沉積、儲(chǔ)層特征和烴源巖生烴潛力的研究愈加重視［1-3］，但地層格架建立的精度不夠，限制了研究區(qū)內(nèi)石炭系卡拉沙依組精細(xì)劃分和對(duì)比。同時(shí)，沉積體系空間配置和烴源巖有利發(fā)育相帶主要受控于沉積期古地貌的發(fā)育特征，古地貌直接決定了沉積相展布的區(qū)域差異性和平面展布特征，而剝蝕厚度的精確計(jì)算則成為恢復(fù)古地貌的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，并且地層剝蝕厚度也對(duì)恢復(fù)原型盆地、重建盆地沉積-構(gòu)造演化格局和油氣資源定量評(píng)價(jià)起著非常重要的作用［4］。

近些年來(lái)，米蘭科維奇（Milankovitch）提出地球軌道參數(shù)偏心率、斜率和歲差發(fā)生周期性變化，會(huì)引起地球表面日照量周期性變化，進(jìn)而導(dǎo)致地球氣候系統(tǒng)周期性變化。這種由地球軌道驅(qū)動(dòng)造成的旋回性記錄稱(chēng)為米蘭科維奇旋回［5］，簡(jiǎn)稱(chēng)米氏旋回。旋回地層學(xué)就是通過(guò)研究天文軌道影響的地層，從而有效地識(shí)別米蘭科維奇旋回，建立具有相對(duì)時(shí)間概念的“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺和高精度的地層層序格架。隨著人們對(duì)米蘭科維奇旋回理論和應(yīng)用方法的深入研究［6］，米蘭科維奇旋回能夠合理地解釋更多地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題，使得不同地質(zhì)歷史時(shí)期海相、陸相地層的沉積特征能夠被揭示出來(lái)［7-8］，被廣泛應(yīng)用于提高定年精度［9］、構(gòu)建高頻層序地層格架［10-13］和古環(huán)境、古氣候［14-15］等方面的研究，同時(shí)該方法也被應(yīng)用于恢復(fù)地層剝蝕厚度的研究。郭穎等［16］針對(duì)海相碳酸鹽層的剝蝕特征提出了旋回分析法，精確地恢復(fù)了玉北地區(qū)東部中、下奧陶統(tǒng)鷹山組剝蝕厚度；趙軍等［17］基于米蘭科維奇天文旋回理論有效地分析了松遼盆地X油田青山口組剝蝕厚度，解決了盆地模擬中青山口組沉積時(shí)期構(gòu)造演化問(wèn)題。米蘭科維奇理論的深入發(fā)展為地層剝蝕厚度的精確計(jì)算提供了一種有效的思路和方法，相較于其他方法，該方法可操作性強(qiáng)，適用范圍較廣，剝蝕厚度計(jì)算的精度較高。

本次研究針對(duì)塔里木盆地巴麥地區(qū)以陸相碎屑巖沉積為主的石炭系卡拉沙依組為研究對(duì)象，運(yùn)用頻譜分析法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法（EMD）對(duì)石炭系卡拉沙依組進(jìn)行米蘭科維奇旋回分析，并利用連續(xù)小波變換法對(duì)主頻選取的信號(hào)進(jìn)行了合理性分析，最終依據(jù)固有模態(tài)（imf）分量與長(zhǎng)偏心率（e1）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，重構(gòu)了卡拉沙依組具有相對(duì)時(shí)間概念的“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺。以405.00 kyr長(zhǎng)偏心率（e1）為劃分標(biāo)準(zhǔn)，建立了高精度的層序地層格架，并進(jìn)一步探討了不同地區(qū)鉆井缺失旋回?cái)?shù)量和平均旋回厚度之間的關(guān)系，精確計(jì)算了巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組頂部地層剝蝕厚度，為古地貌的精確恢復(fù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺的建立、高精度層序地層格架的搭建及地層剝蝕厚度的精確計(jì)算，也為下一步的油氣勘探提供了新的資料。

1 地質(zhì)背景

巴麥地區(qū)地處于塔里木盆地塘古巴斯坳陷的西緣和西南坳陷的東北部，包括巴楚隆起和麥蓋提斜坡兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1a）。巴楚隆起主要受到色力布亞-瑪扎塔格斷裂與阿恰-吐木休克斷裂的挾持作用，表現(xiàn)為典型的大型背沖斷隆特征。麥蓋提斜坡位于巴楚隆起的南部地區(qū)，喜馬拉雅晚期造山運(yùn)動(dòng)使其最后定型為向南傾的單斜坡形態(tài)［18］。

圖1 巴麥地區(qū)構(gòu)造位置（a）及石炭系卡拉沙依組地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Tectonic location （a） and stratigraphic column （b） of the Carboniferous Kalashayi Formation in the Bamai area

巴麥地區(qū)主要發(fā)育新生界和古生界，除了三疊系、侏羅系和白堊系普遍缺失外，其余地層較為發(fā)育。石炭系是繼泥盆系填平補(bǔ)齊的礫巖—粗碎屑巖沉積之后，在塔里木盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)平靜期發(fā)育的一套穩(wěn)定的碳酸鹽巖-碎屑巖沉積組合［19］，主要包括巴楚組、卡拉沙依組和小海子組（圖1b），距今358.90 ～298.90 Ma?？ɡ骋澜M由下而上可分為上泥巖段、砂泥巖段和含灰?guī)r段，上泥巖段發(fā)育泥坪相，砂泥巖段發(fā)育三角洲-潟湖相，含灰?guī)r段發(fā)育局限臺(tái)地相，沉積厚度中心主要位于巴麥地區(qū)的東部地區(qū)，從東到西呈現(xiàn)逐漸減薄的趨勢(shì)（圖2），并可劃分為9 ～ 11個(gè)三級(jí)層序［20］，包含有完整的沉積旋回序列。其中，巴麥地區(qū)在石炭紀(jì)末期發(fā)生了一次典型的構(gòu)造抬升事件——巴楚運(yùn)動(dòng)，整體表現(xiàn)為“西強(qiáng)東弱”的特征，造成了研究區(qū)內(nèi)石炭系卡拉沙依組存在明顯的剝蝕現(xiàn)象，形成了典型不整合界面［21］。

圖2 巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組近東西向地層厚度連井對(duì)比剖面（剖面位置見(jiàn)圖1a）Fig.2 Near east-west cross-well correlation of the Carboniferous Kalashayi Formation， Bamai area （see Fig.1 for the location）

2 數(shù)據(jù)與方法的選擇

不同沉積數(shù)據(jù)序列蘊(yùn)含著不同的地質(zhì)信息，對(duì)于米蘭科維奇旋回信號(hào)的響應(yīng)也有差異。目前應(yīng)用于米氏旋回周期理論研究的數(shù)據(jù)序列包括直觀(guān)巖性數(shù)據(jù)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)和古生物數(shù)據(jù)。其中，以自然伽馬（GR）測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為代表的地球物理數(shù)據(jù)能夠敏銳地反映古環(huán)境、古氣候等特征的變化趨勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于旋回地層學(xué)分析中。

自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)主要用于測(cè)量沉積物中伽馬射線(xiàn)的強(qiáng)度，能夠敏感地反映沉積物中泥質(zhì)含量，進(jìn)而反映古環(huán)境和古氣候的微觀(guān)變化［11］，高值對(duì)應(yīng)富含黏土沉積物，低值對(duì)應(yīng)砂巖、碳酸鹽巖沉積物［22］。本次研究采用巴麥地區(qū)4口鉆井的相關(guān)自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，其中YB1，YB8，HT1和H3井分別位于巴楚隆起和麥蓋提斜坡東部，地層殘留厚度相對(duì)較大，保留有相對(duì)完整的沉積旋回序列，采樣間隔為0.125 m，GR數(shù)值范圍為70 ～ 130 API，并且自然伽馬數(shù)據(jù)縱向分辨率高，能夠敏感地反映出巖性組合的旋回性變化。

在開(kāi)展米氏旋回周期分析之前，首先要對(duì)自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，去除超低頻和超高頻信號(hào)，從而盡量地消除地層數(shù)據(jù)中的各種環(huán)境噪聲［23］。對(duì)于頻譜分析，主要采用PAST（Paleonological Statistics）軟件來(lái)加以實(shí)現(xiàn)［24］，選擇顯著水平大于95 %置信度的峰值頻率進(jìn)行分析，對(duì)于90 % ～ 95 %置信度之間的數(shù)據(jù)結(jié)果選擇性使用。天文年代標(biāo)尺的建立，首先要搭建地層深度和沉積旋回之間的響應(yīng)關(guān)系。在目前缺少連續(xù)地質(zhì)取樣定年數(shù)據(jù)的情況下，天文年代標(biāo)尺的建立通常包括連續(xù)小波變換法、高斯帶通濾波法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）等方法。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究更傾向于使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法［25］，按照從高到低的頻率分解模式從復(fù)雜信號(hào)中提取出若干個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單、平穩(wěn)的固有模態(tài)函數(shù)，其核心思想是逐步剔除時(shí)間序列上、下包絡(luò)的平均值來(lái)獲得有限數(shù)量的imf分量。本次研究主要采用EMD方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)數(shù)據(jù)自身的時(shí)間尺度特征來(lái)進(jìn)行信號(hào)分解，無(wú)須預(yù)先設(shè)定任何基函數(shù)，相比其他方法，該方法更簡(jiǎn)單，能夠保存更多的地質(zhì)信息［26］。

3 米蘭科維奇旋回識(shí)別

3.1 米蘭科維奇軌道旋回周期的確定

太陽(yáng)系各星球會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生一個(gè)疊加的引力場(chǎng)，這種引力場(chǎng)并不是一成不變的，而是發(fā)生準(zhǔn)周期性變化，而這種變化產(chǎn)生的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致地球軌道參數(shù)周期性改變，從而進(jìn)一步影響沉積物的產(chǎn)生、運(yùn)移和累積等過(guò)程［27］，并記錄在地層沉積的信息中。米蘭科維奇旋回周期軌道參數(shù)通常包括偏心率（e）、斜率（o）和歲差（σ），其中偏心率指軌道偏離正圓的程度，變化頻率較低、周期較長(zhǎng)。斜率是地球公轉(zhuǎn)軌道面和地球赤道面的夾角，變化的頻率比偏心率高，周期相對(duì)較短。歲差是最高頻率的周期變化，月球和太陽(yáng)對(duì)地球赤道隆起部分的吸引，使地球自轉(zhuǎn)軸的方向環(huán)繞與黃道面的垂直軸作緩慢的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生歲差。

在米蘭科維奇軌道周期中，偏心率的周期比較穩(wěn)定，共有3個(gè)周期長(zhǎng)度，分別為405.00 kyr（e1），125.00 kyr（e2）和95.00 kyr（e3），而斜率和歲差周期會(huì)隨著地質(zhì)時(shí)代的變遷而發(fā)生變化。1992年，Berger等計(jì)算了時(shí)間間隔50.00 Myr，共計(jì)11個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)斜率周期（o1）、短斜率周期（o2）、長(zhǎng)歲差周期（σ1）和短歲差周期（σ2）。4個(gè)天文軌道周期隨著地質(zhì)時(shí)代的變化表現(xiàn)出很好的線(xiàn)性變化規(guī)律（圖3）。

圖3 米蘭科維奇軌道周期斜率和歲差隨時(shí)間變化趨勢(shì)（據(jù)Berger， 1992修改［28］）Fig.3 Periodic variation of obliquity and precession of the Milankovitch cycle with time （modified after ［28］）

根據(jù)前人研究成果，塔里木盆地巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組的沉積時(shí)間為350.20 ～ 323.20 Ma［20］，選取沉積時(shí)間中值336.70 Ma作為石炭系卡拉沙依組沉積地質(zhì)時(shí)限帶入各天文軌道周期的線(xiàn)性方程，通過(guò)計(jì)算可得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)斜率周期、短斜率周期、長(zhǎng)歲差周期和短歲差周期分別為41.39，33.28，20.34和17.12 kyr。因此，研究區(qū)內(nèi)石炭系卡拉沙依組沉積時(shí)期存在一組米蘭科維奇旋回軌道周期參數(shù)，偏心率周期分別為405.00，125.00和95.00 kyr，斜率周期分別為41.39 kyr和33.28 kyr，歲差周期分別為20.34 kyr和17.12 kyr。

3.2 米蘭科維奇沉積旋回分析

3.2.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的主要頻率分析

從目的層自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)數(shù)據(jù)中提取出沉積旋回的主要頻率是旋回分析的關(guān)鍵［29］。通過(guò)頻譜分析判斷沉積地層中是否包含米蘭科維奇旋回。頻譜分析是一個(gè)時(shí)域的信號(hào)在頻域下的表示方式，橫坐標(biāo)表示為頻率能量，其是頻率的函數(shù)，目的就是識(shí)別出信號(hào)中（準(zhǔn)）周期性的成分。頻譜曲線(xiàn)中，信號(hào)強(qiáng)度越大該頻率出現(xiàn)的頻率越高，這種頻率被稱(chēng)為主頻，主頻數(shù)值越低，代表地層的沉積周期越長(zhǎng)。常用的頻譜分析方法有快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）、周期圖法（Periodogram）和多窗譜分析法（Multi-Taper Method，MTM）等，不同頻譜分析方法的算法不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但計(jì)算結(jié)果基本一致［22］。本次研究使用Past 4.0軟件基于多窗譜分析法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇Spectral analysis模塊中的Multi-taper程序?qū)?口井預(yù)處理后的自然伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行主頻分析，規(guī)定置信度大于95 %的頻率作為主頻信號(hào)（圖4），需要注意的是，本次研究中歲差對(duì)應(yīng)的主頻明顯小于置信度，未能被有效識(shí)別出來(lái)，其原因可能在于自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)取樣精度，也有可能在于相對(duì)短的沉積周期內(nèi)，米蘭科維奇軌道周期并不是沉積作用的主要控制因素。

圖4 巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組GR曲線(xiàn)多窗口法頻譜分析圖譜Fig.4 Multi-taper spectral analysis of GR curves of the Carboniferous Kalashayi Formation， Bamai areaa.YB1井；b.YB8井；c.HT1井；d.H3井

3.2.2 包含米蘭科維奇旋回周期主頻的獲取

為了進(jìn)一步確定哪些主頻信號(hào)受米蘭科維奇旋回周期的影響，需要建立單井高頻旋回與米蘭科維奇軌道周期之間的聯(lián)系。根據(jù)前人大量的研究成果［6］，如果能在地層記錄中找到可以與地球軌道三要素（偏心率、斜率、歲差）之間有相同比率關(guān)系的沉積頻率或周期，就認(rèn)為該段地層受米蘭科維奇旋回的影響。

通過(guò)前文對(duì)該地區(qū)米蘭科維奇軌道旋回周期的確定，研究區(qū)內(nèi)石炭系卡拉沙依組沉積時(shí)期的米蘭科維奇旋回軌道周期參數(shù)為405.00，125.00，95.00，41.39.00，33.28，20.34和17.12 kyr。首先計(jì)算出卡拉沙依組沉積時(shí)的7個(gè)天文軌道周期的頻率比率關(guān)系（表1），隨后計(jì)算每口井所有主頻信號(hào)的比率關(guān)系，選取比率關(guān)系與天文軌道周期最接近的主頻信號(hào)作為對(duì)應(yīng)的米蘭科維奇旋回周期。

計(jì)算結(jié)果顯示，4口井YB1，YB8，HT1和H3識(shí)別出的主頻信號(hào)都能與米蘭科維奇旋回中的長(zhǎng)偏心率（e1）、中偏心率（e2）、短偏心率（e3）、長(zhǎng)斜率（o1）和短斜率（o2）建立起聯(lián)系（圖3），軌道理論周期比值與多窗口法頻譜分析圖提取出來(lái)的頻率比值基本接近（表2），如YB1井，從自然伽馬數(shù)據(jù)多窗口法頻譜分析圖中可提取出一組頻率為0.0195，0.0625，0.0820，0.1914和0.2344 m-1，通過(guò)頻率和厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可得［28］，5個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的旋回厚度分別為6.410，2.000，1.524，0.653和0.533 m，旋回厚度的比值為12.03∶3.75∶2.86∶1.23∶1。從軌道周期比值表中可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)偏心率、中偏心率、短偏心率、長(zhǎng)斜率和短斜率對(duì)應(yīng)的理論周期的比值分別為12.17∶3.76∶2.85∶1.24∶1，與頻譜分析提取出來(lái)的頻率比值基本相近。計(jì)算結(jié)果顯示總體比率誤差在0 ～ 6.40 %，可接受的平均誤差為3.20 %，對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，表明研究區(qū)在石炭系卡拉沙依組沉積時(shí)受天文軌道長(zhǎng)周期的控制，保存有完整的米蘭科維奇旋回，和前人的研究結(jié)果一致［20］。

3.2.3 米蘭科維奇周期識(shí)別結(jié)果的合理性分析

連續(xù)小波變換法能夠?qū)⒁痪S時(shí)間域測(cè)井信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S時(shí)頻域，通過(guò)調(diào)整尺度因子的大小來(lái)確定不同尺度天文軌道周期對(duì)應(yīng)的沉積旋回變化趨勢(shì)，從而獲得測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)直觀(guān)體現(xiàn)不出來(lái)的更多地質(zhì)信息［30］。如圖5所示，每口井中米蘭科維奇循環(huán)對(duì)應(yīng)的頻段覆蓋了更多的高能信號(hào)，表明米蘭科維奇周期對(duì)應(yīng)的主頻具有代表性。

圖5 巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組GR資料連續(xù)小波變換分析Fig.5 Wavelet transform analysis of GR logging data of the Carboniferous Kalashayi Formation in the Bamai areaa.YB1井；b.YB8井；c.HT1井；d.H3井

為了分析單井米蘭科維奇旋回周期的合理性，需要驗(yàn)證旋回對(duì)應(yīng)的沉積速率是否能與巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組整體的沉積速率變化范圍相互吻合。黃太柱等對(duì)塔里木盆地西部海西中期巴楚運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、動(dòng)力學(xué)背景和時(shí)空演化進(jìn)行了探討［21］，認(rèn)為巴楚運(yùn)動(dòng)在研究區(qū)內(nèi)影響范圍極大，整體呈現(xiàn)“西強(qiáng)東弱”的特征，東部HT2井和H3井附近遭受剝蝕作用最弱或沒(méi)有經(jīng)歷剝蝕作用。前人確定的卡拉沙依組沉積時(shí)間大約為27.00 Ma，HT1井的地層沉積厚度為392.88 m，H3井地層沉積厚度為397.00 m，據(jù)此可以推斷巴麥地區(qū)HT1井和H3井石炭系卡拉沙依組的整體平均沉積速率分別為1.455 cm/kyr和1.470 cm/kyr。根據(jù)多窗口法頻譜分析可知，HT1井長(zhǎng)偏心率、中偏心率、短偏心率、長(zhǎng)斜率和短斜率對(duì)應(yīng)的旋回厚度分別為5.814，1.830，1.333，0.598和0.478 m。H3井長(zhǎng)偏心率、中偏心率、短偏心率、長(zhǎng)斜率和短斜率對(duì)應(yīng)的旋回厚度分別為5.814，1.827，1.362，0.60和0.474 m。結(jié)合米蘭科維奇旋回周期，可計(jì)算出米蘭科維奇軌道周期控制下的地層平均沉積速率分別為1.437 cm/kyr和1.443 cm/kyr，與地層實(shí)際沉積速率基本一致，表明主頻信息的提取較為準(zhǔn)確，能夠代表米蘭科維奇軌道周期對(duì)研究區(qū)石炭系卡拉沙依組沉積事件的響應(yīng)。

4 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法的“浮動(dòng)”天文年齡標(biāo)尺的建立

如果能夠證明地層記錄中的沉積旋回是天文軌道驅(qū)動(dòng)所致，便可將沉積旋回或古氣候的替代性指標(biāo)調(diào)諧到理論天文軌道參數(shù)的目標(biāo)曲線(xiàn)上，將深度信號(hào)校準(zhǔn)到時(shí)間信號(hào)上，就可建立高分辨率的天文年代標(biāo)尺。本次研究采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)YB1，YB8，HT1和H3井的自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?，將?fù)雜的信號(hào)分解為有限個(gè)本征模函數(shù)（Intrinsic Mode Function， IMF），所分解出來(lái)的各imf分量包含了原信號(hào)的不同時(shí)間尺度的局部特征信號(hào)（圖6）。

圖6 巴麥地區(qū)YB8井石炭系卡拉沙依組GR曲線(xiàn)的EMD分析結(jié)果Fig.6 EMD analysis results of GR logs of the Carboniferous Kalashayi Formation in Well YB8， Bamai area

利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法得到了研究區(qū)內(nèi)4口鉆井自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)的各7個(gè)固有模態(tài)分量（imf1—imf7）和一個(gè)殘余相（res），并根據(jù)不同固有模態(tài)分量imf曲線(xiàn)中波峰的位置確定包含的旋回個(gè)數(shù)（表3）。將不同imf分量中統(tǒng)計(jì)的旋回個(gè)數(shù)與識(shí)別出的不同級(jí)別天文軌道周期對(duì)應(yīng)的平均旋回個(gè)數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)YB1，YB8，HT1和H3井的長(zhǎng)偏心率旋回個(gè)數(shù)與EMD方法中固有模態(tài)分量imf3統(tǒng)計(jì)的旋回個(gè)數(shù)匹配關(guān)系較好，因此將固有模態(tài)分量imf3的曲線(xiàn)作為確定天文年代標(biāo)尺的依據(jù)，并以此建立了研究區(qū)內(nèi)4口井的“浮動(dòng)”天文時(shí)間尺度和高精度的地層層序格架（周期以405.00 kyr長(zhǎng)偏心率周期為最小時(shí)間尺度）。需要說(shuō)明的是，由于在統(tǒng)計(jì)固有模態(tài)分量imf3旋回個(gè)數(shù)時(shí)，在地層的頂部和底部會(huì)出現(xiàn)不足一個(gè)旋回的情況，在計(jì)算旋回個(gè)數(shù)時(shí)不統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

表3 巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組米蘭科維奇旋回個(gè)數(shù)和imf分量數(shù)Table 3 Milankovitch cycle number and the imf component number， Carboniferous Kalashayi Formation， Bamai area

通過(guò)固有模態(tài)分量imf3曲線(xiàn)確定的天文年代標(biāo)尺是以405 kyr長(zhǎng)偏心率周期為最小時(shí)間尺度，即每個(gè)沉積旋回經(jīng)歷的地質(zhì)事件均為405 kyr（圖7）。計(jì)算結(jié)果顯示，4口井中，YB8井殘留地層的旋回?cái)?shù)量最少，每個(gè)旋回的厚度為6.410 m，約有35個(gè)天文旋回?cái)?shù)；YB1井殘留的地層厚度對(duì)應(yīng)的單個(gè)旋回的厚度為6.410 m，約有45個(gè)天文旋回?cái)?shù)；HT1井殘留的地層厚度對(duì)應(yīng)的單個(gè)旋回的厚度為5.814 m，約有66個(gè)天文旋回?cái)?shù)；H3井殘留地層的旋回?cái)?shù)量和HT1井一致，每個(gè)旋回的厚度為5.814 m，約有67個(gè)天文旋回?cái)?shù)（表3）。另外，每個(gè)旋回的沉積時(shí)間對(duì)應(yīng)長(zhǎng)偏心率（e1）的時(shí)間為405 kyr，可計(jì)算出四口井石炭系卡拉沙依組沉積時(shí)間為27.13 ～ 13.36 Ma，這也與相關(guān)學(xué)者通過(guò)古生物地層對(duì)比得出的約27.00 Ma地層沉積時(shí)間基本接近［20］，一定程度上驗(yàn)證了本文研究結(jié)果的合理性。

圖7 巴麥地區(qū)YB8井石炭系卡拉沙依組 “浮動(dòng)”天文年齡標(biāo)尺Fig.7 Floating astronomical time scale of the Carboniferous Kalashayi Formation in Well YB8， Bamai area

5 地層剝蝕厚度的計(jì)算和分析

根據(jù)前人對(duì)巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組展布特征及巴楚運(yùn)動(dòng)的時(shí)空演化規(guī)律研究認(rèn)為［21，31］，石炭系卡拉沙依組沉積厚度中心主體位于巴麥地區(qū)的東部地區(qū)，并且巴楚運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造特征整體表現(xiàn)為西強(qiáng)東弱，認(rèn)為巴麥地區(qū)東部石炭系卡拉沙依組經(jīng)歷了相對(duì)較弱的構(gòu)造隆升作用，該地區(qū)地層頂部剝蝕量相對(duì)較小或沒(méi)有經(jīng)歷剝蝕過(guò)程，因此這一地區(qū)的石炭系卡拉沙依組保留了較為完整的沉積旋回。通過(guò)對(duì)巴麥地區(qū)20口鉆井進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）（表4），研究區(qū)內(nèi)不同鉆井基于EMD分解的固有模態(tài)分量imf3和e1天文旋回?cái)?shù)結(jié)果顯示，該地區(qū)存在地層缺失現(xiàn)象，東部地區(qū)殘留旋回?cái)?shù)量明顯大于西部地區(qū)，東部地區(qū)隆升幅度相對(duì)較小，對(duì)地層的剝蝕作用相對(duì)較弱，也與前人的研究基本一致。

表4 巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組天文周期和剝蝕厚度Table 4 Astronomical periods and denudation thickness of the Carboniferous Kalashayi Formation， Bamai area

結(jié)果顯示，巴楚隆起東部的H3井和HT1井保留了較為完整的沉積旋回，長(zhǎng)偏心率（e1）對(duì)應(yīng)的固有模態(tài)分量imf3分別為67個(gè)旋回和66個(gè)旋回，而麥蓋提斜坡東部的井保留的沉積旋回則相對(duì)不完整，如YB1井和YB8井對(duì)應(yīng)的固有模態(tài)分量imf3分別為48個(gè)旋回和35個(gè)旋回（圖8）。在同一穩(wěn)定沉積區(qū)域內(nèi)，地層記錄的405.00 kyr長(zhǎng)偏心率（e1）周期個(gè)數(shù)應(yīng)相同，因此筆者認(rèn)為，巴楚隆起的東部H3井和HT1井附近存在剝蝕最弱的區(qū)域，或者沒(méi)有經(jīng)歷剝蝕作用，地層保存相對(duì)完整，可選擇H3井和HT1井作為基準(zhǔn)井，將記錄68個(gè)長(zhǎng)偏心率（e1）周期的地層定為完整的沉積序列（相對(duì)剝蝕厚度最小），而低于這個(gè)旋回?cái)?shù)量的地層就被定義遭受到剝蝕作用，地層保存相對(duì)不完整，因而可通過(guò)缺失旋回?cái)?shù)量和缺失地層井的平均旋回厚度計(jì)算地層剝蝕厚度，其基本原理為：

圖8 巴麥地區(qū)4口井石炭系卡拉沙依組基于EMD分解的imf3分量數(shù)和e1天文旋回?cái)?shù)Fig.8 Component of imf3 and number of e1 cycles of the Carboniferous Kalashayi Formation based on EMD analysis of four wells in the Bamai area

式中：h為地層剝蝕厚度，m；N為標(biāo)準(zhǔn)井的旋回?cái)?shù)，個(gè)，這里為68個(gè)；Na為缺失地層井的殘留旋回?cái)?shù)，個(gè)；Ha為缺失地層井的平均旋回厚度，m。

根據(jù)上述原理對(duì)研究區(qū)內(nèi)20口鉆井中卡拉沙依組頂部地層剝蝕厚度進(jìn)行了精確計(jì)算（圖9），結(jié)果顯示：巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組頂部剝蝕厚度在0 ～390 m，剝蝕最強(qiáng)烈的地方位于K2井以北地區(qū)，代表了巴楚運(yùn)動(dòng)作用最強(qiáng)烈的區(qū)域，而HT1井和H3井附近剝蝕作用最弱，剝蝕特征整體表現(xiàn)為西厚東薄。

6 油氣地質(zhì)意義

古地貌的形態(tài)控制著沉積相類(lèi)型和砂體展布范圍，對(duì)于尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層起著十分重要的作用［32-37］。剝蝕厚度大的地方，古地貌相對(duì)較高；剝蝕厚度小的地方，古地貌相對(duì)較低。巴麥地區(qū)西部K2井以北地區(qū)，剝蝕作用最強(qiáng)烈，代表了古地貌最高的區(qū)域，該地區(qū)長(zhǎng)期處于裸露風(fēng)化的狀態(tài)，為沉積體提供物源供給；往東方向剝蝕強(qiáng)度逐漸降低，最薄弱地區(qū)位于東部H3井和HT1井附近，代表了古地貌最低的區(qū)域，該地區(qū)泥質(zhì)含量較高，砂巖含量較低，有利于烴源巖優(yōu)質(zhì)相帶的發(fā)育，而不利于儲(chǔ)集體的形成。中部BT5井附近斜坡地帶介于古地貌最高和最低區(qū)域之間，該地貌形態(tài)具備發(fā)育較好的水動(dòng)力條件，易形成良好的儲(chǔ)集體，為油氣富集提供了良好的儲(chǔ)集空間，是下一步有利的勘探區(qū)域。

7 結(jié)論

1） 自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)頻譜分析和連續(xù)小波變換分析結(jié)果表明，巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組沉積時(shí)受天文軌道周期的控制，保存有完整的米蘭科維奇旋回，可檢測(cè)出405.00 kyr長(zhǎng)偏心率（e1）、125.00 kyr中偏心率（e2）、95.00 kyr短偏心率（e3）、41.39 kyr長(zhǎng)斜率（o1）和33.28 kyr短斜率（o2）5個(gè)天文周期，米氏旋回的自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)的識(shí)別，為該地區(qū)建立天文年代標(biāo)尺和高精度等時(shí)旋回地層的劃分和對(duì)比提供了依據(jù)。

2） 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法計(jì)算得出的固有模態(tài)分量imf3與405.00 kyr長(zhǎng)偏心率（e1）控制下的地層旋回個(gè)數(shù)基本一致，以固有模態(tài)imf3分量曲線(xiàn)作為確定天文年代標(biāo)尺的依據(jù)，建立了巴麥地區(qū)石炭系卡拉沙依組具有相對(duì)時(shí)間概念的“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺和高精度的地層層序格架。

3） 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法計(jì)算結(jié)果，選擇HT1井和H3井作為研究區(qū)的基準(zhǔn)井，將記錄68個(gè)405.00 kyr長(zhǎng)偏心率（e1）周期的地層定義為完整的沉積序列（相對(duì)剝蝕厚度最?。?，建立了不同地區(qū)鉆井缺失旋回?cái)?shù)量和平均旋回厚度之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了石炭系卡拉沙依組剝蝕厚度的精確計(jì)算。

4） 研究區(qū)內(nèi)石炭系卡拉沙依組頂部剝蝕厚度在0 ～ 390 m，剝蝕最強(qiáng)烈的地方位于K2井以北地區(qū)，古地貌形態(tài)最高，而HT1井和H3井附近剝蝕作用最弱，古地貌形態(tài)最低，整體表現(xiàn)為西高東低的特征，中部BT5井附近斜坡區(qū)域，易形成良好的儲(chǔ)集體，是下一步有利的勘探區(qū)域。