一种页岩沉积韵律识别方法、装置及存储介质
阅读说明：本技术 一种页岩沉积韵律识别方法、装置及存储介质 (Shale deposition rhythm identification method and device and storage medium ) 是由 严德天 魏小松 张宝 刘紫璇 牛杏 李潼 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于页岩地层信息处理技术领域,公开了一种页岩沉积韵律识别方法、装置及存储介质,获取反映页岩沉积的韵律性变化的测试数据,存入数据库；获取替代指标,调用数据库数据,进行预处理；将预处理后的数据进行插值,将获得的等间距数据导入开源软件进行频谱分析,并识别出天文轨道周期；将识别出的天文轨道周期进行带通滤波,在目的层深度段标定顶底后将带通滤波,岩相以及数据曲线进行对比和调幅；依据岩心井或剖面识别的主控天文周期的波长识别和划分页岩沉积韵律性高频层序。本发明优化了泥页岩中的分析缺陷,首次在页岩地层中应用,解决了页岩地层高频韵律识别的难点,降低了分析成本。(The invention belongs to the technical field of shale stratum information processing, and discloses a method, a device and a storage medium for identifying shale deposition rhythm, which are used for acquiring test data reflecting rhythm change of shale deposition and storing the test data into a database; acquiring a substitution index, calling database data, and preprocessing; interpolating the preprocessed data, importing the obtained equidistant data into open source software for spectrum analysis, and identifying an astronomical orbit period; performing band-pass filtering on the identified astronomical orbit period, calibrating the top and the bottom of the target layer depth section, and then performing comparison and amplitude modulation on lithofacies and data curves; and identifying and dividing the shale deposition prosodic high-frequency sequence according to the wavelength of the main control astronomy period identified by the core well or the section. The method optimizes the analysis defects in the shale, is applied to the shale stratum for the first time, solves the difficulty of high-frequency rhythm identification of the shale stratum, and reduces the analysis cost.)
技术领域
本发明属于页岩地层信息处理技术领域，尤其涉及一种页岩沉积韵律识别方法、装置及存储介质。
背景技术
泥页岩地层和砂岩、碳酸盐岩地层不同，在常规砂岩或碳酸盐岩根据野外露头观察、测井相、地震相等建立的沉积旋回划分方案，已不适用于泥页岩地层的沉积韵律性旋回的识别和划分。尽管研究者们建设性的将米兰科维奇理论和沉积层序相结合取得了一定的效果，然而显而易见，对于在垂向上变化稳定且没有明显测井响应的泥页岩地层或层系，利用常规测井数据结合米兰科维奇旋回理论进行旋回划分的方法已经没有成效，即使利用其它指标数据代替，此类划分方法的利用仍然捉襟见肘。通过测井曲线数据对页理性极强的页岩层系进行韵律性识别和层序划分的方案几乎变得不可能。这就要求在页岩层系产生的机理上结合具有变化的替代指标进行韵律性的识别。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有技术下专门针对页岩地层沉积旋回划分时存在主观性，准确率低；现有技术中页岩地层高频韵律识别难点大，分析成本高。
(2)不同地区页岩的组成、成因具有差异，形成机理不一，但在利用替代指标划分地层旋回时千篇一律，缺乏创新技术。
(3)没有形成一个较系统、完备的装置和一套完备的方法技术。
解决以上问题及缺陷的难度为：页岩地层韵律性识别需要采样密度大、成本耗费高、替代指标多样，工作量大。解决以上问题及缺陷的意义为：形成一套专门对页岩沉积韵律识别的方法技术和装置，在理论创新和对指导非常规油气勘探方面提供巨大帮助。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种页岩沉积韵律识别方法、装置及存储介质。
本发明是这样实现的，一种页岩沉积韵律识别方法，包括：
获取反映页岩沉积的韵律性变化的替代指标测试数据，存入数据库；选择替代指标，调用数据库数据，进行预处理。预处理步骤为：去除数据低频背景和高频噪音，去除中值和线性趋势，并进行等间距插值，使数据点之间等间距；
将获得的等间距数据导入开源软件进行频谱分析，识别出天文轨道周期；频谱分析的多个峰值，每个峰值所对应的频率的倒数为波长，将峰值对应的波长的比值和理论的天文周期之比对比，识别替代指标曲线对应的天文周期；
将识别出的天文轨道周期进行带通滤波，带通滤波为滤出偏心率、斜率和岁差周期的滤波信号，然后在目的层深度段标定顶底后将带通滤波，岩相以及数据曲线进行对比和调幅；
依据岩心井或剖面识别的主控天文周期的波长识别页岩沉积韵律性。
进一步，所述预处理的方法包括：去除数据低频背景和高频噪音，去除中值和线性趋势，并进行插值，使据点等间距；
所述替代指标包括：有机碳含量，稳定氧同位素，稳定碳同位素，XRF元素含量，沉积物颜色，声波，自然伽马，黏土/粉尘含量，磁化率。
进一步，所述调用数据频谱分析包括：
调用1-2个处理后的可以反映页岩韵律变化的替代指标的数据用于频谱分析，选择开源软件，进行频谱分析,演化谐波分析，滤波，识别天文轨道周期。
进一步，所述页岩沉积韵律性识别包括：
将天文轨道周期滤波曲线和沉积地层、替代指标数据曲线进行比对和调幅，一致后，确定目的层段的顶底，并进行高频韵律性的划分。
进一步，所述页岩沉积韵律性识别进一步包括：将两个及以上的井或剖面进行标定，建立高频地层格架，将两口及以上井，或者两个剖面，或者一口井和一个剖面进行初步顶底标定，将识别的沉积韵律进行延升，建立整个页岩地层的高频层序格架。
进一步，所述识别页岩沉积韵律性后，导出经沉积速率调谐后的滤波曲线，然后选择精确的定年数据，标定曲线，选择Laskar曲线进行对比；
所述调谐方法包括：根据软件生成的沉积速率进行深度域和时间域的转换，然后用收集的绝对进行标定，利用理论的Laskar曲线进行对比，然后得出页岩沉积目的层段的最佳天文旋回曲线，并且估算页岩沉积的持续时间；
将深度域的曲线调谐到时间域，在时间域进行页岩沉积韵律性的识别和划分。
本发明的另一目的在于提供一种页岩沉积韵律性识别装置，所述页岩沉积韵律性识别装置包括：
分析端，用于资料数据的调用，频谱分析前的预处理；
存储端，用于收集各种地质数据资料及各种替代指标所对应的数据，存入数据库。替代指标所对应的数据已经经过预处理直接用于调用；
输出端，用于输出所需要的结果。
进一步，所述页岩沉积韵律性识别装置进一步包括：
处理器1，用于频谱分析，对调用过来的数据进行分类，再进行频谱分析，演化谐波分析，并识别天文轨道周期，然后分别对天文轨道周期进行带通滤波；
处理器2，用于高频沉积韵律性识别划分，将目的层段深度段的顶底确定，然后页岩岩相和调用的数据曲线、滤波曲线对比和调幅；调幅一致时，依据波长划分高频韵律，进入处理器3进行天文旋回高频层序地层格架搭建；调幅不一致时，调用其他指标曲线重新经过处理器1和处理器2的步骤，使得最终的结果一致；
处理器3，用于天文旋回高频层序地层格架搭建，进行多口井或者多个剖面或者剖面和井的对比工作，将划分的高频韵律延升，实现页岩地层高频韵律识别和层序地层格架的搭建。
进一步，所述输出端包括：
输出端1，用于输出页岩地层高频韵律图；
输出端2，用于输出天文旋回高频层序地层格架图；
输出端3，用于输出时间域页岩地层高频韵律图；
输出端4，用于输出时间域页岩地层高频层序格架图。
本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述岩沉积韵律性识别方法，包括下列步骤：
步骤1，获取反映页岩沉积的韵律性变化的测试数据，存入数据库；调用数据库数据，进行预处理，获取替代指标；
步骤2，将替代指标进行插值，获得的等间距数据导入开源软件进行频谱分析，并识别出天文轨道周期；
步骤3，将识别出的天文轨道周期进行带通滤波，在目的层深度段标定顶底后将带通滤波，岩相以及数据曲线进行对比和调幅；
步骤4，依据岩心井或剖面识别的主控天文周期的波长识别页岩沉积韵律性。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明实施例收集某研究区页岩地层的多种能够反映页岩地层内部含量变化的材料，通过分析库，替代指标选取，调用数据库，频谱分析等实现较可靠的分析结果，用于页岩地层高频韵律性识别和高频天文旋回层序地层格架的建立，优化了泥页岩中的分析缺陷；本发明可以用多个替代指标相互结合弥补单一指标对韵律性识别困难的问题。
本发明实施例用两种不同的指标(GR和Fe元素)分别对大套泥页岩地层进行了韵律性识别和划分。在GR曲线变化不是很明显的大套泥页岩地层中，识别韵律性旋回是还是可行的(图4)。对于很短的泥页岩地层(20-40米以下)，识别其高精度的韵律性旋回基本不可能，利用其它替代指标Fe元素很好的识别出韵律性变化(图5)。
本发明实施例提供的两种实验效果比较说明在页岩沉积地层中，不同的替代指标对韵律性识别的作用都有所差异，在沉积地层中由于很难获得多个指标数据，因此需要尽可能的收集多个地区的替代指标数据，建立数据库，在应用到以后的韵律性识别中直接可以调用，减少工作量和难度，同时也达到了节约有效的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的页岩沉积韵律性识别方法流程图
图2为本发明实施例提供的替代指标自然伽马曲线(GR)预处理示意图。
图3为本发明实施例提供的云南地区某页岩剖面频谱分析图。
图4为本发明实施例提供的北部湾盆地涠西南凹陷泥页岩地层天文旋回高频层序示意图。
图5为本发明实施例提供的北部湾盆地某层段泥页岩地层的韵律识别示意图。
图6为本发明实施例提供的页岩沉积韵律性识别的装置示意图。
图7为本发明实施例提供的页岩沉积韵律性识别装置界面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术下专门针对页岩地层沉积旋回划分时存在的主观性，准确率低；现有技术中页岩地层高频韵律识别难点大，分析成本高。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种页岩沉积韵律性识别方法、装置及存储介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1，本发明提供一种页岩沉积韵律性识别方法包括：
S101：分析要实现的页岩沉积韵律性识别方法的目的，然后选择合适的替代指标，将替代指标的数据预处理后，用于后面的频谱分析功能。
S102：将插值后的等间距数据导入开源软件进行频谱分析，并识别出可能的天文轨道周期(偏心率405kyr和100kyr、斜率52kyr和40kyr和岁差23kyr,22kyr和18kyr)。
S103：将识别出的天文轨道周期进行带通滤波，然后在目的层深度段标定顶底后将带通滤波，岩相以及数据曲线进行对比和调幅。
S104：依据典型岩心井或剖面识别的主控天文周期的波长识别页岩沉积韵律性。
S105：导出经沉积速率调谐后的滤波曲线(沉积速率和调谐过程一并完成，只需操作)，然后选择精确的定年数据，标定曲线，选择理论的Laskar(04,10a,10b,11)曲线进行对比。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例
本发明实施例提供的页岩沉积韵律性识别方法包括：
首先，对于野外剖面，先明确是否有采集样品，有无剖面照片和样品照片，有无分析测试资料等。
对于钻井，先明确是否为具有岩心的典型井，有无照片，有无测试分析资料，有无测井资料等。
页岩照片可以直接观察页岩沉积韵律性的变化，具有不同的颜色，代表内部沉积物元素的不同，可以从颜色中获取灰度和反射率两个指标。
其次，收集或测试能够反映页岩沉积的韵律性变化的测试数据，将这些数据归入数据库中。
再者，依据分析库所具有的资料，选择合适的替代指标，替代指标选择栏有如下指标：有机碳含量(TOC)，稳定氧同位素，稳定碳同位素，XRF元素含量，沉积物颜色，声波(DT)，自然伽马(GR)，黏土/粉尘含量，磁化率等。
再者，对数据库中的数据要进行前处理，主要包括：将所获取的各种数据归入数据库中，并进行了预处理，预处理的过程包括：去除数据低频背景和高频噪音，去除中值和线性趋势，插值使得数据点等间距。
再者，调用数据库中的数据用于频谱分析，主要包括：调用1-2个处理后的替代指标的数据用于频谱分析，选择合适的开源软件，进行频谱分析(MTM),演化谐波分析(EHA),滤波(Bandpass)等，识别天文轨道周期。
再者，将识别出的天文轨道周期用于页岩沉积韵律性识别，主要包括：确定目的层段的顶底，将识别的主要天文轨道周期滤波曲线和沉积地层、替代指标数据曲线进行比对和调幅，等一致后，进行高频韵律性的划分。此处调幅指的是替代指标曲线和页岩岩相变化的幅度和滤波曲线的幅度一致。
沉积韵律的依据是一个天文旋回周期就可作为某级层序的一个旋回。
在本发明中，将两个及以上的井或剖面进行标定，建立高频地层格架，主要包括：
将两口及以上井(其中一口具有岩心或多个数据并已经频谱分析)，或者两个剖面(其中一个为研究剖面，另一个可为数据库剖面)，或者一口井和一个剖面进行初步顶底标定，将识别的沉积韵律进行延升，建立整个页岩地层的高频层序格架。
本发明还可进一步将深度域的曲线调谐到时间域，在时间域进行页岩沉积韵律性的识别和划分。如果涉及到时间的概念，需要有精确定年数据的支持，如同位素，锆石定年，磁性数据等。
调谐所用到的方法为根据软件生成的沉积速率进行深度域和时间域的转换，然后用收集的绝对定年数据进行标定，还可以和理论的Laskar(04,10a,10b,11)曲线进行对比，然后得出页岩沉积目的层段的最佳天文旋回曲线，并且可以估算页岩沉积的持续时间。
本发明还提供一种页岩沉积韵律性识别装置，包括：
分析端，用于前期的资料把关，在调用数据，频谱分析之前做好准备工作。具体为有多少井，几个剖面，样品多少，有无照片，测井资料多少，测试数据有哪些，采样间隔多少，能否对应或小于页岩沉积颜色变化中的间隔？适合用什么资料进行后面处理器1的工作等。
存储端，用于收集各种地质数据资料及各种替代指标所对应的数据，并且替代指标所对应得数据已经经过预处理可以直接用于调用。具体需要尽可能多的将替代指标的数据收集并导入到数据库中，然后置入存储端。
输出端主要输出所需要的结果(图件)。
输出端1，主要输出页岩地层高频韵律图。
输出端2，主要输出天文旋回高频层序地层格架图。
输出端3，输出时间域页岩地层高频韵律图。
输出端4，输出时间域页岩地层高频层序格架图。
以下为替代指标的收集和处理方案:第一类：有机碳含量(TOC)，稳定氧同位素，稳定碳同位素，黏土/粉尘含量第一类数据应该尽可能的收集研究区或邻近地区前人的数据，然后对没有数据的层位进行覆盖采样和测试，该方法精度较高，但需要采样和测试，成本高。如果在识别页岩沉积韵律性和划分之后要进行古气候的研究，可以优选这类指标。
第二类：XRF元素含量，磁化率等。
第二类指标不需要采样测量，直接用仪器在样品表面进行测量，样品表明要保证光滑、新鲜面，采样间隔尽可能的小，保证在3-5cm之间。
第三类：页岩沉积颜色，页岩沉积颜色是最简单的替代指标，观察页岩地层的变化，然后对页岩地层进行拍照，通过开源软件提取灰度或颜色反射率。页岩沉积颜色是页岩地层变化的直观反映，在变化较明显的地层用该指标的灰度或颜色反射率可以快速准确的识别页岩沉积的韵律性并划分若干旋回。
第四类：声波(DT)，自然伽马(GR)，声波和自然伽马曲线一般用于钻井资料中，在剖面上一般需要人工携带仪器测量。声波和自然伽马能够反映地层中的放射性元素的含量，这些含量能够反映地层的成因，因此可以用作沉积韵律性的识别，但通常用于砂泥岩地层中，纯粹的页岩地层有可能曲线变化幅度较小，难以准确识别出天文轨道周期，并识别页岩地层的韵律性。
本发明提供的页岩地层韵律性识别装置中的处理器具备数据库中所有数据的处理功能。
处理器1，主要为频谱分析功能。首先对调用过来的数据进行分类，然后点击频谱分析功能分别进行频谱分析(MTM)，演化谐波分析(EHA)，并识别天文轨道周期，然后分别可以对天文轨道周期进行带通滤波(Bandpass)。
处理器2，主要为高频沉积韵律性识别划分功能。主要将目的层段深度段的顶底确定，然后页岩岩相和调用的数据曲、滤波曲线对比和调幅。调幅一致时，依据波长划分高频韵律，可进入处理器3进行天文旋回高频层序地层格架搭建功能。调幅不一致时，调用其他指标曲线重新经过处理器1和处理器2的步骤，使得最终的结果一致，可信度较高。
处理器3，主要为天文旋回高频层序地层格架搭建功能。接处理器2未完成的工作，进行多口井或者多个剖面或者剖面和井的对比工作，将划分的高频韵律延升，最终实现页岩地层高频韵律识别和层序地层格架的搭建。
下面结合附图及具体分析对本发明作进一步描述。
在本发明中，图2为本发明实施例所提供的替代指标自然伽马曲线(GR)预处理示意图。
替代指标目前主要用到的有：有机碳含量(TOC)，稳定氧同位素，稳定碳同位素，XRF元素含量，沉积物颜色，声波(DT)，自然伽马(GR)，黏土/粉尘含量，磁化率等；其中对于页岩地层首选有机碳含量(TOC)，稳定的氧同位素和碳同位素，XRF元素含量，沉积物颜色等。一般对页岩地层的数据采集可能有跳点或者异常值，因此在进行频谱分析之前，要先剔除异常值。去趋势，去极值后还需要插值使得数据能够等间距。对于测井曲线，由于包含了很多噪音及其它信号，还要提前降低噪音，做低频背景和高频噪音的处理。图2为本发明实施例所提供的替代指标中自然伽马曲线的降噪处理示意图，用matlab软件实现。
在本发明中，图3为本发明实施例所提供的频谱分析图。
本实例选择云南地区某页岩层的XRF元素中Ca含量进行频谱分析。频谱分析后发现超过置信度95％的峰值有4个，其峰值分别为30cm,15.9cm,14.3cm和7cm，它们之间的比值30：15.9：14.3：8＝1：0.53：0.477：0.267，这个比值和天文轨道周期比100kyr:52kyr:48kyr:23kyr相似，因此确定主要的天文周期为100kyr,52kyr,28kyr,23kyr。
在本发明中，图4为本发明实施例所提供的北部湾盆地涠西南凹陷泥页岩地层天文旋回高频层序示意图。
本实例为用自然伽马曲线经过频谱分析后，确定天文轨道周期，然后滤波进行的高频层序识别案例。依据权利中分析库到频谱分析库的流程，将自然伽马曲线进行了预处理，调用后进行了频谱分析，识别出偏心率、斜率和岁差周期。选择用主控的405kyr偏心率周期进行滤波和调幅，对比GR曲线和岩相，初步将目的层段泥页岩划分为14个五级沉积层序，本实例顶底在实现之前已经进行了标定，同时和理论的Laskar(2004，2011)曲线做了校正。
在本发明中，图5为本发明实施例所提供的北部湾盆地某泥页岩层段的韵律性识别划分示意图。
本实例为用测试的Fe元素在频谱分析后，确定天文轨道周期，然后滤波进行页岩沉积地层高精度韵律性识别案例。依据权利中分析库到频谱分析库的流程，对Fe元素数据进行预处理后，频谱分析识别出主要出偏心率、斜率和岁差周期。选择斜率周期41kyr进行滤波和调幅，可以实现在没有测井响应的短泥页岩层段识别并划分韵律性旋回的效果。
在本发明中，图6为本发明实施例所提供的一种页岩沉积韵律性识别的装置示意图。图5左边部分划分为分析库、替代指标选择栏、数据库、频谱分析库和沉积旋回划分-格架搭建库5个库，他们的功能和实施例1中的流程一致。图5右边部分为页岩沉积韵律识别的装置，分别有分析端，存储端，处理器1，处理器2，处理器3，输出端1，输出端2。处理器按照处理器1，处理器2，处理器3的先后顺序操作。左边部分的内容实质为右边部分装置的核心载体。分析端内设置一个分析库，主要用于区分井还是剖面，以及有无采集样品，照片，测试分析资料，是否时典型井，可以代表一个沉积盆地，有无测井曲线等。存储端内设置已经处理的数据库，二者连接共同到处理器中。分析端导线可以在替代指标选择栏选择所对应得替代指标。处理器端1，2，3分别具有三个主要得功能：处理器1为频谱分析确定天文轨道周期，以及提取对应周期得滤波；处理器2为该井或者该剖面得天文旋回高频划分；处理器3为井与井，井与剖面或剖面与剖面之间的对比标定和高频层序地层格架的搭建。输出端1为输出的页岩沉积韵律图，输出端2为输出的页岩地层高频层序地层格架搭建图。
在本发明中，图7为本发明设计的一种页岩沉积韵律性识别装置的界面简要示意图，主要为了显示该装置的功能及应用。示意图仅代表本发明装置的功能界面，并非真正的装置界面。在不脱离本发明装置界面范围的情况下，可以对其进行各种改进或者其他有效装置部件界面优化。
在本申请所提供的实施例中，所实现的装置也可通过其它方式实现。本发明实施例装置仅为示意图，具体在实际中还需优化。例如分析端模块和存储端模块进入到处理器时需要合适的代码，选择替代指标栏，调用数据库的执行代码部分需要优化。处理器1，2，3分别执行不同的操作，需要优化各处理器内部的输入输出功能以及和其他软件的结合功能，使得最终能够达到所需的目的。本发明装置中的各功能模块执行指令作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可存储介质中。本质上，该发明装置最终可以作为软件的形式在计算机中运行。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。