柴達木盆地大風山凸起地層壓力預(yù)測及成因分析

楊韜政，劉成林，田繼先，李 培，冉 鈺，馮德浩，李國雄，吳育平

（1.中國石油大學（北京）油氣資源育探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

孔隙壓力預(yù)測對于鉆井設(shè)計、油氣成藏等研究具有重要意義，一般通過巖石性質(zhì)的變化來量化孔隙壓力，如聲波速度或電阻率的變化［1-2］。孔隙壓力預(yù)測方法可以分為3 類：①有效應(yīng)力法。此類方法基于Terzaghi 有效應(yīng)力原理（上覆地層壓力等于巖石有效應(yīng)力與地層壓力之和），通過建立有效應(yīng)力函數(shù)來計算有效應(yīng)力，進而計算地層壓力。代表性方法有等效深度法［3］、Eberhart-Phillips 法［4］、Bowers法［5-6］、Dutta 法［7］及Miller 法［8-9］。②經(jīng)驗公式法。此類方法是根據(jù)超壓段測井與鉆井響應(yīng)特征的差異來擬合超壓段的壓力趨勢，從而得到地層壓力與各個測井參數(shù)之間的關(guān)系。代表性方法有Eaton法［10-11］、Dc 指數(shù)法［12-13］等。③縱波速度法。此類方法也稱為地震預(yù)測法，通過地震縱波速度與地層壓力之間的關(guān)系來計算地層壓力，代表性方法主要有Fillippone 法［14-15］、劉震法［16］等。目前大多數(shù)孔隙壓力預(yù)測成功的例子基本上都是預(yù)測不均衡壓實產(chǎn)生的超壓［17-20］，然而，沉積后流體膨脹機制產(chǎn)生的超壓不會造成孔隙度的異常，難以檢測和量化孔隙壓力。因此，要準確預(yù)測孔隙壓力，必須要先了解超壓產(chǎn)生的機制以及不同超壓產(chǎn)生機制影響巖石性質(zhì)的方式［2，21］，然后再根據(jù)實際情況選擇合適的壓力預(yù)測模型。

Osborne 等［22］將造成地層超壓的成因劃分為三大類，即流體體積變化、壓應(yīng)力增加、流體流動及浮力作用。有學者將超壓成因分為不均衡壓實、流體膨脹、側(cè)向傳遞及構(gòu)造加載4 類。進入21 世紀以來，不少學者研究發(fā)現(xiàn)成巖作用特別是泥頁巖中蒙脫石—伊利石的轉(zhuǎn)化作用對超壓的形成也具有重要貢獻，且與流體膨脹機制不同，因此提出了蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化脫水形成的超壓。不均衡壓實成因超壓會導致巖石骨架上的垂直有效應(yīng)力增加或基本不變，與相同深度的正常壓實地層相比，超壓層的孔隙度會增加，密度和電阻率均會減?。?3-24］。非不均衡壓實成因超壓，如流體膨脹，由于其形成原因的差異，與流體膨脹相關(guān)超壓的識別和定量評價則相對困難。

柴達木盆地西部坳陷大風山凸起沉積構(gòu)造背景復雜，有關(guān)地層壓力方面的研究尚不充分，嚴重阻礙了該區(qū)井位鉆探、油氣運移及油氣成藏等研究工作。為提高大風山凸起超壓預(yù)測的準確性，基于已有地質(zhì)、測井等資料，通過測井曲線組合、聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會圖和聲波速度-密度交會圖以及超壓綜合分析等方法，綜合判斷大風山凸起超壓成因，根據(jù)不同層位超壓成因的差異，利用平衡深度法預(yù)測不均衡壓實成因超壓，利用伊頓法預(yù)測復合成因超壓，以期為該區(qū)地層超壓預(yù)測研究提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

柴達木盆地位于青藏高原東北部，面積達12×104km2，是中國典型的內(nèi)陸高原咸化湖盆［25-26］。柴達木盆地的形成經(jīng)歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動共3 個階段的沉積和構(gòu)造演化，形成了盆地目前的構(gòu)造格局［27］。柴達木盆地西部是盆地重點油氣勘探區(qū)域，具有沉積中心、咸化中心遷移頻繁、巖性復雜和多種鹽巖并存的特點［28-29］。柴達木盆地西部坳陷（柴西坳陷）可劃分為4 個次級構(gòu)造單元：昆北斷階、茫崖凹陷、大風山凸起和一里坪凹陷（圖1a）。柴西坳陷新生界自下而上主要發(fā)育路樂河組（E1+2）、下干柴溝組下段（E31）、下干柴溝組上段（E32）、上干柴溝組（N1）、下油砂山組（N21）、上油砂山組（N22）、獅子溝組（N23）和七個泉組（Q1+2）（圖1b）。大風山凸起位于柴西坳陷西北部，東鄰一里坪坳陷，南至茫崖凹陷，西止月牙山構(gòu)造，北抵阿爾金山前。大風山凸起內(nèi)由多個地面構(gòu)造組成，主要包括紅三旱一號、尖頂山、堿山、大風山和長尾梁等地面構(gòu)造，總面積達4 200 km2。柴西坳陷有很多與超壓有關(guān)的構(gòu)造，超壓在各個構(gòu)造帶中幾乎都有發(fā)育，被認為是柴西北油氣運移的重要動力來源，且與油氣藏的分布密切相關(guān)［30-31］。

圖1 柴達木盆地大風山凸起構(gòu)造單元劃分（a）及地層巖性綜合柱狀圖（b）Fig.1 Distribution of tectonic units（a）and stratigraphic column（b）of Dafengshan uplift in Qaidam Basin

2 地層壓力預(yù)測

Hottmann 等［3］在研究墨西哥灣盆地頁巖超壓時，發(fā)現(xiàn)了超壓段與常壓段之間有效應(yīng)力的差異。根據(jù)孔隙度相等（聲波時差相等）的兩點，其巖石骨架有效應(yīng)力相等這一基本假設(shè)預(yù)測異常高壓段的壓力，即平衡深度法。圖2 為平衡深度法原理示意圖，圖中B 點位于常壓段，A 點位于欠壓實段。其關(guān)系式為

圖2 平衡深度法原理示意圖（據(jù)文獻［7］修改）Fig.2 Schematic diagram showing the principle of equilibrium depth method

式中：σA和σB分別為A 點和B 點處的有效應(yīng)力，MPa；SA和SB分別為A 點和B 點處的上覆地層壓力，MPa；PfA和PfB分別為A 點和B 點處的孔隙流體壓力，MPa；ρA和ρB分別為A 點和B 點處的上覆地層平均密度，g/cm3；hA為A 點的深度，m；hB為A點對應(yīng)的等效深度（B 點的深度），m。

使用平衡深度法計算地層壓力的關(guān)鍵在于正常壓實趨勢線和等效深度的求取，主要包括3 個步驟：

（1）在測井資料中篩選厚度大于2 m 的泥巖，并擬合出該井的泥巖密度趨勢線，進而求取任一點上覆地層的平均密度：

（2）作泥巖聲波時差-深度交會圖，并據(jù)此建立正常壓實曲線，求A 點的等效深度hB：

（3）聯(lián)立式（4）、式（5）和式（7）可以得到A 點的PfA的計算公式為

式中：hi為深度為i時的巖石密度，g/cm3；Δt為A 點處的聲波時差，μs/m；Δt0為地表的聲波時差；μs/m；c為壓實系數(shù)（常數(shù)），由正常壓實下的聲波速度-深度函數(shù)關(guān)系得到。

使用平衡深度法計算大風山凸起F2 井地層孔隙壓力，建立的正常壓實趨勢線方程為

根據(jù)F2 井的密度測井資料擬合的密度與深度的關(guān)系式為

式中：Y1為聲波時差，μs/m；Y2為密度，g/cm3；X為深度，m。

平衡深度法的計算結(jié)果（表1）顯示，對研究區(qū)下油砂山組的預(yù)測效果較好，總體預(yù)測誤差小于6.00%，平均誤差僅為4.33%；對上干柴溝組和下干柴溝組上段預(yù)測效果較差，誤差均大于10.00%，最大誤差可達18.56%。平衡深度法預(yù)測的是不均衡壓實作用對超壓的貢獻，而對非不均衡壓實成因和復合成因的超壓預(yù)測效果較差［32］。不同成因的超壓與油氣藏形成和分布的關(guān)系不同，壓力預(yù)測所使用的方法也有所不同。平衡深度法的計算結(jié)果表明，研究區(qū)下油砂山組可能為不均衡壓實，而上干柴溝組和下干柴溝組上段則為復合成因或非不均衡壓實成因。因此，為解決研究區(qū)不同層位壓力預(yù)測誤差大的問題，需要先分析不同層位間超壓成因的差異，最后選擇合適的方法進行壓力預(yù)測。

表1 柴達木盆地大風山凸起F2 井平衡深度法計算結(jié)果與重復地層測試壓力誤差對比Table 1 Comparison of error between calculation results by equilibrium depth method and measured formation pressure of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

3 地層超壓成因分析

3.1 測井曲線組合法

聲波時差、密度、電阻率等測井曲線的組合特征研究是分析沉積盆地超壓成因的一種方法，其判斷依據(jù)是3 條測井曲線反轉(zhuǎn)的同步性［33］。聲波時差、密度、電阻率3 條測井曲線的反轉(zhuǎn)包括以下3種情況［33］：①3 條測井曲線同步反轉(zhuǎn)，可以判斷為不均衡壓實超壓；②3 條測井曲線反轉(zhuǎn)不同步或者密度不變或略有減小，指示為生烴增壓等流體膨脹成因或壓力傳導成因；③3 條測井曲線均不發(fā)生反轉(zhuǎn)，則超壓可能為構(gòu)造擠壓成因。就大風山凸起F2 井而言，超壓帶上下界面處密度測井位于正常壓實趨勢線上，而聲波時差、電阻率在超壓界面下則出現(xiàn)異常，因此可以初步判斷其超壓的頂界面約在1 600 m。在通過聲波時差、電阻率和密度測井的反轉(zhuǎn)變化來分析超壓成因時，實際上只考慮了單一成因造成這3 條測井曲線變化的結(jié)果，而對于復合成因形成的超壓在測井曲線組合上的變化并未考慮。F2 井聲波時差和電阻率的反轉(zhuǎn)深度為1 600 m，密度曲線的反轉(zhuǎn)深度則為2 400 m（圖3）。一方面超壓發(fā)育深度較小，地層難以被充分地機械壓實；另一方面聲波時差隨著埋深的增加依然在緩慢偏離正常趨勢。由此可以判斷埋深為2 400 m 及以上地層的超壓成因為不均衡壓實，而埋深為2 400 m 及以下地層同樣存在不均衡壓實作用對地層超壓有貢獻的可能性。密度測井反轉(zhuǎn)的界面可以作為流體膨脹開始對地層超壓起作用的標志，這說明埋深為2 400 m及以下地層的超壓為復合成因。

圖3 柴達木盆地大風山凸起F2 井聲波時差（a）、密度（b）和電阻率（c）測井的變化趨勢Fig.3 Variation trend of acoustic time difference（a），density（b）and resistivity（c）logging of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

3.2 交會圖版法

在聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會圖中，正常壓實和不均衡壓實成因超壓會落在加載曲線上，而流體膨脹、成巖作用（蒙脫石—伊利石轉(zhuǎn)化作用）、壓力傳遞和構(gòu)造擠壓形成的超壓均會落在卸載曲線上［34］。Bowers［6］指出聲波速度與電阻率測井反映的是巖石的傳導屬性，而中子和密度測井反映的是巖石的體積屬性，并將超壓的成因劃分為加載成因和卸載成因。實際上，如果地層同時保留了加載成因和卸載成因形成的超壓，則在聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會圖中，超壓點依然會落在卸載曲線上。實測超壓計算的有效應(yīng)力投影到交會圖上的結(jié)果顯示，研究區(qū)下油砂山組的散點落在加載曲線上，再次證實了其超壓成因為不均衡壓實，而對上干柴溝組和下干柴溝組上段的散點較為分散，無法準確地落在卸載曲線上。由此判斷不均衡壓實對上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓存在一定的貢獻，同時也存在卸載成因的貢獻（圖4）。

圖4 柴達木盆地大風山凸起F2 井聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會圖Fig.4 Cross plot of acoustic velocity and vertical effective stress of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

聲波速度-密度交會圖中不均衡壓實（圖5a 中BC 段）和構(gòu)造擠壓（圖5a 中DC 段）形成的超壓落在加載曲線上，兩者在加載曲線上的延伸方向相反，而其他成因的超壓如成巖作用（圖5a中CF 段）、流體膨脹作用（圖5a 中CH 段）和復合成因（圖5a中CE 或CG 段）則會落在加載曲線之外。大風山凸起F2 井下油砂山組的點全部位于加載曲線上，而上干柴溝組和下干柴溝組上段的點則分布較為零散，小部分點位于加載曲線上，大部分點則位于加載曲線之外，且分布沒有明顯的規(guī)律（圖5b）。如果將上干柴溝組和下干柴溝組上段的超壓分析為單一成因，則很難解釋其在聲波速度-密度交會圖上散點變化異常的原因。出現(xiàn)這一散點趨勢的原因很可能是同一層位不同深度段各超壓成因的貢獻率存在差異，當不均衡壓實作用和構(gòu)造擠壓作用的貢獻率更大時，曲線會更加偏向加載曲線，而當流體膨脹等卸載成因超壓的貢獻率更大時，散點則會愈加偏離加載曲線。因此，研究區(qū)下油砂山組的超壓成因可以判斷為不均衡壓實，而上干柴溝組和下干柴溝組上段的超壓則為包括不均衡壓實作用的復合成因，至于卸載成因是成巖作用、壓力傳遞還是生烴膨脹作用則需要進一步分析。

圖5 不同超壓成因的交會圖版（a）和柴達木盆地大風山凸起F2 井聲波速度-密度交會圖（b）Fig.5 Cross plot of different overpressure causes（a）and cross plot of acoustic velocity and density of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin（b）

3.3 綜合分析法

3.3.1 不均衡壓實作用分析

聲波時差的異常增大被認為是不均衡壓實成因超壓的重要標志。近年來，越來越多的學者提出聲波時差的偏離并不能指示超壓為不均衡壓實成因［23-24，33，35］。平衡深度法的計算結(jié)果和交會圖的分析顯示，研究區(qū)下油砂山組的超壓是不均衡壓實作用產(chǎn)生的，上干柴溝組和下干柴溝組上段存在聲波時差異常增大的現(xiàn)象，但使用平衡深度法估算的地層壓力小于實測值，這說明不均衡壓實是成因之一但不是唯一成因，即還存在其他增壓作用。根據(jù)沉積速率分析，研究區(qū)F2 井存在2 個快速沉積時期，即下干柴溝組上段沉積時期和獅子溝組—七個泉組沉積時期（圖6）。其中，下干柴溝組上段沉積時期雖然沉積速率很大，達到了600 m/Ma，但由于在沉積時埋藏較淺，地層孔隙的排水速率足夠大，使得地層保持靜水壓力狀態(tài)，因此這一時期的超壓不是地層不均衡壓實所形成的。獅子溝組—七個泉組沉積時期，沉積速率約為280 m/Ma，地層的快速沉積加上長時間的沉積使得研究區(qū)下油砂山組、上干柴溝組和下干柴溝組上段新生界達到一定的深度，完全具備形成不均衡壓實作用超壓的條件。

圖6 柴達木盆地大風山凸起F2 井地層沉積速率Fig.6 Sedimentation rate of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

3.3.2 構(gòu)造擠壓作用分析

近年來，構(gòu)造擠壓作用對地層超壓存在影響的觀點被廣泛接受［36-37］。構(gòu)造擠壓作用的數(shù)值模擬結(jié)果顯示，構(gòu)造增壓作用與不均衡壓實增壓作用的機制類似，相當于橫向上的壓實［38］。相關(guān)研究表明在地層具有良好封閉性的條件下，強烈的構(gòu)造擠壓作用增加的剩余壓力占總剩余壓力的比例可達50%［39］。研究區(qū)新生界始終處于周緣山系的擠壓構(gòu)造背景下，受喜山運動早、中、晚3 期構(gòu)造運動的影響，形成了目前的構(gòu)造格局，尤其是喜山運動晚期的擠壓作用最為強烈。喜馬拉雅晚期，受印度板塊持續(xù)向北劇烈擠壓碰撞的影響，柴達木盆地在北南向擠壓下抬升，柴達木盆地西部地區(qū)發(fā)生了以地層縮短和構(gòu)造旋轉(zhuǎn)為主的構(gòu)造變形。因此，構(gòu)造擠壓作用是大風山新生界凸起的重要成因之一。

綜上所述，構(gòu)造擠壓作用對整個研究區(qū)的地層超壓均有貢獻。因此，研究區(qū)下油砂山組地層超壓成因為不均衡壓實和構(gòu)造擠壓作用，但在使用平衡深度法計算時預(yù)測的效果較好。造成這一現(xiàn)象的原因可能是：在地層埋藏較淺時，由于地層的壓實程度不高，較強的構(gòu)造應(yīng)力在橫向上的壓實不僅可以增加地層壓力，也可以改變地層的孔隙；在地層埋藏較深時，由于地層的壓實已經(jīng)達到了一定的程度，構(gòu)造應(yīng)力無法造成孔隙的彈性回彈，只會導致地層壓力的異常增大。使用平衡深度法計算研究區(qū)下油砂山組地層壓力時，實際上計算的是不均衡壓實和構(gòu)造擠壓作用共同產(chǎn)生的超壓，因為這2 種增壓作用的結(jié)果均導致了孔隙度的異常增大。

3.3.3 壓力傳遞作用分析

地下剩余孔隙壓力的重新分布稱為壓力傳遞，壓力傳遞包括側(cè)向傳遞和垂向傳遞［40］。通常認為滲透性砂巖層中的異常壓力來自于鄰近異常高壓泥質(zhì)巖層的壓力傳遞。砂巖儲層中的超壓也可以來自更遠或更深部超壓源的壓力傳遞，正如油氣的運移聚集可以遠離烴源巖一樣。國外大部分學者認為超壓不是一成不變的，而是一個可以通過斷層或裂縫傳遞的具有瞬時性特征的水力學現(xiàn)象［2］。壓力傳遞本身并不是產(chǎn)生超壓的原生機制，但是它同樣會影響地下孔隙壓力的分布，導致超壓的成因機制難以識別。

剩余壓力是指地層壓力與靜水壓力的差值，在沉積盆地中，當深、淺部地層存在剩余壓力差時，深、淺部的超壓體通常會通過開啟的斷裂連通，使得壓力趨于新的平衡，最終達到平衡所需要的時間與斷裂的輸導性能、縱向剩余壓力梯度及斷裂垂向持續(xù)開啟的時間有關(guān)［41］。大風山凸起是一個典型的隨著埋深增大剩余壓力逐漸增大的區(qū)域，從F2 井剩余壓力的計算結(jié)果來看，以埋深2 500 m 為界可以分為2 個剩余壓力系統(tǒng)：上部剩余壓力系統(tǒng)和下部剩余壓力系統(tǒng)（圖7a）。上部剩余壓力系統(tǒng)的剩余壓力較小，且變化幅度較??；下部剩余壓力系統(tǒng)的剩余壓力與深度具有較好的線性關(guān)系，且剩余壓力較大。從剩余壓力的分布來看，壓力傳遞作用主要發(fā)生在下部剩余壓力系統(tǒng)中。大風山凸起地震解釋剖面顯示，斷層可以作為壓力傳遞的傳導條件，當斷層處于開啟狀態(tài)時，過剩壓力的差異使得壓力向上傳遞，導致淺部壓力增加，深部超壓減小（圖7b）。因此，超壓傳遞沿斷層的垂向傳遞可能是研究區(qū)上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓的成因之一。

圖7 柴達木盆地大風山凸起F2 井剩余壓力特征（a）與地質(zhì)剖面（b）Fig.7 Residual pressure characteristics（a）and geological profile（b）of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

3.3.4 生烴作用分析

有機質(zhì)在熱演化過程中生成烴類的體積會大于原本的干酪根體積，導致生成的烴類擠壓原本存在的流體，占據(jù)了一定的孔隙空間，從而增加了孔隙壓力。生烴作用將相對密度較大的固態(tài)干酪根轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴、氣體烴或者油氣裂解為分子量較小的輕烴，產(chǎn)生了密度較小的孔隙流體，使原有的孔隙流體體積膨脹總量可達25%［42］。大風山凸起的實測鏡質(zhì)體反射率為0.4%～1.3%，開始生烴（Ro＞0.5%）的起始深度約為2 300 m（圖8a），反映烴源巖達到成熟階段。大風山凸起TOC數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，上干柴溝組TOC最大值為2.10%，平均值僅為0.46%，絕大部分樣品點的TOC值低于烴源巖的生烴下限；下干柴溝組上段TOC最大值為1.54%，平均值僅為0.38%，大多數(shù)數(shù)據(jù)點的TOC小于0.5%（圖8b）。因此，雖然上干柴溝組和下干柴溝組上段已經(jīng)達到了生烴階段，但由于有機質(zhì)豐度沒有達到認定為烴源巖的標準，故生烴作用在大風山凸起的影響不明顯。

圖8 柴達木盆地大風山凸起實測鏡質(zhì)體反射率（a）與總有機碳含量（b）Fig.8 Measured vitrinite reflectance（a）and total organic carbon content（b）in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

3.3.5 成巖作用分析（蒙脫石—伊利石轉(zhuǎn)化脫水）

黏土巖中蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化脫水的反應(yīng)被認為是超壓形成的重要機制［43］。這是由于蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中含有豐富的層間水，而在轉(zhuǎn)化為伊利石的過程中伴隨著層間水的釋放，孔隙流體的體積增加，從而形成超壓。對柴達木盆地西部20 多口井各深度段不同層位黏土礦物X 射線的分析結(jié)果顯示：柴西地區(qū)新生界中黏土礦物的主要成分為伊利石，其次為高嶺石和綠泥石，而蒙脫石的含量極低［44］，表明柴西地區(qū)黏土巖基本上不存在蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化。柴達木盆地西部伊利石、高嶺石和綠泥石含量隨深度的增加并沒有明顯的變化（圖9），由此表明黏土礦物成分的轉(zhuǎn)化對柴西地區(qū)異常高壓的形成貢獻不大。

圖9 柴達木盆地西部黏土礦物含量隨深度變化特征（據(jù)文獻［44］修改）Fig.9 Variation characteristics of clay mineral content with depth in western Qaidam Basin

綜上所述，通過測井曲線組合、聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會圖、聲波速度-密度交會圖的分析，結(jié)合研究區(qū)實際地質(zhì)條件的綜合分析，認為大風山凸起下油砂山組地層超壓成因為不均衡壓實和構(gòu)造擠壓作用；上干柴溝組和下干柴溝組上段地層超壓成因為不均衡壓實、構(gòu)造擠壓作用和壓力傳遞。

4 壓力預(yù)測的改進

柴達木盆地大風山凸起上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓成因為復合成因，因此利用平衡深度法預(yù)測該段超壓時會存在較大的誤差。Eaton 公式是建立在泥頁巖壓實理論基礎(chǔ)上的一種半定量經(jīng)驗關(guān)系式，其計算是基于壓力異常區(qū)域聲波時差等參數(shù)偏離正常壓實趨勢的程度，用實際參數(shù)值與正常趨勢值的差值或比值作為直觀反映孔隙壓力變化的參數(shù)。Eaton 法中的伊頓指數(shù)N 具有成因意義，對于復合成因的超壓仍能進行壓力預(yù)測。Eaton總結(jié)以往的研究成果，提出了利用泥頁巖聲波時差、電阻率、電導率和密度的壓力計算公式，后人稱之為Eaton公式［10-11］，計算公式為

式中：Pf為孔隙流體壓力，MPa；S為上覆地層壓力，MPa；Pn為靜水壓力，MPa；Δtn為正常壓實趨勢線上的聲波時差，μs/m；Δt為實際值測井的聲波時差，μs/m；N為伊頓指數(shù)。

根據(jù)大風山凸起的實際資料，也可以選擇電阻率、電導率和密度代替聲波時差進行壓力計算，計算的形式與式（11）一致。在已建立的研究區(qū)F2 井正常壓實趨勢線的基礎(chǔ)上，通過不斷調(diào)整伊頓指數(shù)的值來減小預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果的誤差，最終得出在伊頓指數(shù)N=4.2 時，預(yù)測結(jié)果達到最佳。

利用平衡深度法計算大風山凸起F2 井下油砂山組地層壓力的效果較好（圖10a），而利用伊頓法計算上干柴溝組和下干柴溝組上段地層壓力的效果較好（圖10b）。因此，對不同超壓成因的層位使用不同的計算方法來預(yù)測單井地層壓力值。分段預(yù)測地層壓力的誤差分析結(jié)果顯示：相較于利用平衡深度法計算單井的壓力，分段預(yù)測使得預(yù)測效果有了明顯的改善，所有預(yù)測值與實測值的誤差均小于7.00%，平均誤差為4.30%（表2）。

表2 柴達木盆地大風山凸起F2 井分段計算地層壓力誤差對比Table 2 Comparison of formation pressure error in section calculation of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

圖10 柴達木盆地大風山凸起F2 井平衡深度法計（a）和伊頓法（b）計算結(jié)果Fig.10 Calculation results by equilibrium depth method（a）and Eaton method（b）of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

5 超壓對油氣成藏的意義

超壓因其在含油氣盆地中分布的普遍性、與油氣藏形成關(guān)系的密切性以及對鉆井安全的重要性，一直是油氣地質(zhì)與勘探研究的熱點問題［45］。超壓的預(yù)測可以為油藏描述和儲量估算提供必要的數(shù)據(jù)，也是井位設(shè)計的基礎(chǔ)，對于確保安全鉆井作業(yè)至關(guān)重要［46-47］。在泥巖中，油氣的運移會受到細小孔徑中毛管阻力的束縛，而只有當泥巖與鄰近儲集層和輸導層孔隙流體間的壓力差超過了油氣運移的阻力時，油氣才能從母巖中排出。因此，對于油氣成藏來說，超壓是油氣運移的動力。柴達木盆地大風山凸起上干柴溝組和下干柴溝組上段為主力烴源巖。平面上連續(xù)的砂體和縱向上的斷層是油氣運移良好的疏導體系，是大風山凸起良好的油氣運移通道。地層壓力預(yù)測是計算剩余壓力的基礎(chǔ)，而剩余壓力則是研究區(qū)油氣運移的動力，可以指示油氣運移的方向、估算油氣運移的距離，因此對于油氣成藏的研究具有重要指導意義。

6 結(jié)論

（1）柴達木盆地大風山凸起下油砂山組地層超壓成因為不均衡壓實和構(gòu)造擠壓作用，而上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓成因為不均衡壓實、構(gòu)造擠壓作用和超壓傳遞。

（2）大風山凸起不同層位超壓成因不同，利用平衡深度法對下油砂山組地層壓力的預(yù)測效果較好，而伊頓法則可以很好地預(yù)測上干柴溝組和下干柴溝組上段的地層壓力。大風山凸起壓力預(yù)測的改進對于地層壓力分布特征、油氣成藏等研究具有重要作用，也為其他地區(qū)地層壓力預(yù)測的研究具有一定的借鑒意義。

（3）超壓是大風山凸起油氣運移的主要動力，而平面上的連續(xù)砂體和縱向上的斷層是油氣運移良好的疏導體系，過剩壓力的分布特征對于大風山凸起的油氣成藏有重要指導意義。