楊韜政，劉成林，田繼先，李 培，冉 鈺，馮德浩，李國(guó)雄，吳育平

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源育探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

孔隙壓力預(yù)測(cè)對(duì)于鉆井設(shè)計(jì)、油氣成藏等研究具有重要意義，一般通過(guò)巖石性質(zhì)的變化來(lái)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(cè)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(guò)建立有效應(yīng)力函數(shù)來(lái)計(jì)算有效應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)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(yàn)公式法。此類方法是根據(jù)超壓段測(cè)井與鉆井響應(yīng)特征的差異來(lái)擬合超壓段的壓力趨勢(shì)，從而得到地層壓力與各個(gè)測(cè)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(cè)法，通過(guò)地震縱波速度與地層壓力之間的關(guān)系來(lái)計(jì)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(cè)成功的例子基本上都是預(yù)測(cè)不均衡壓實(shí)產(chǎn)生的超壓［17-20］，然而，沉積后流體膨脹機(jī)制產(chǎn)生的超壓不會(huì)造成孔隙度的異常，難以檢測(cè)和量化孔隙壓力。因此，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)孔隙壓力，必須要先了解超壓產(chǎn)生的機(jī)制以及不同超壓產(chǎn)生機(jī)制影響巖石性質(zhì)的方式［2，21］，然后再根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的壓力預(yù)測(cè)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(dòng)及浮力作用。有學(xué)者將超壓成因分為不均衡壓實(shí)、流體膨脹、側(cè)向傳遞及構(gòu)造加載4 類。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，不少學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)成巖作用特別是泥頁(yè)巖中蒙脫石—伊利石的轉(zhuǎn)化作用對(duì)超壓的形成也具有重要貢獻(xiàn)，且與流體膨脹機(jī)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(shí)成因超壓會(huì)導(dǎo)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(shí)地層相比，超壓層的孔隙度會(huì)增加，密度和電阻率均會(huì)減?。?3-24］。非不均衡壓實(shí)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(shí)別和定量評(píng)價(jià)則相對(duì)困難。

柴達(dá)木盆地西部坳陷大風(fēng)山凸起沉積構(gòu)造背景復(fù)雜，有關(guān)地層壓力方面的研究尚不充分，嚴(yán)重阻礙了該區(qū)井位鉆探、油氣運(yùn)移及油氣成藏等研究工作。為提高大風(fēng)山凸起超壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，基于已有地質(zhì)、測(cè)井等資料，通過(guò)測(cè)井曲線組合、聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會(huì)圖和聲波速度-密度交會(huì)圖以及超壓綜合分析等方法，綜合判斷大風(fēng)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(cè)不均衡壓實(shí)成因超壓，利用伊頓法預(yù)測(cè)復(fù)合成因超壓，以期為該區(qū)地層超壓預(yù)測(cè)研究提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原東北部，面積達(dá)12×104km2，是中國(guó)典型的內(nèi)陸高原咸化湖盆［25-26］。柴達(dá)木盆地的形成經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)共3 個(gè)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(dá)木盆地西部是盆地重點(diǎn)油氣勘探區(qū)域，具有沉積中心、咸化中心遷移頻繁、巖性復(fù)雜和多種鹽巖并存的特點(diǎn)［28-29］。柴達(dá)木盆地西部坳陷（柴西坳陷）可劃分為4 個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元：昆北斷階、茫崖凹陷、大風(fēng)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(lè)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(gè)泉組（Q1+2）（圖1b）。大風(fēng)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(fēng)山凸起內(nèi)由多個(gè)地面構(gòu)造組成，主要包括紅三旱一號(hào)、尖頂山、堿山、大風(fēng)山和長(zhǎng)尾梁等地面構(gòu)造，總面積達(dá)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(gè)構(gòu)造帶中幾乎都有發(fā)育，被認(rèn)為是柴西北油氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿?lái)源，且與油氣藏的分布密切相關(guān)［30-31］。

圖1 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑╝）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(cè)

Hottmann 等［3］在研究墨西哥灣盆地頁(yè)巖超壓時(shí)，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(shí)差相等）的兩點(diǎn)，其巖石骨架有效應(yīng)力相等這一基本假設(shè)預(yù)測(cè)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(diǎn)位于常壓段，A 點(diǎn)位于欠壓實(shí)段。其關(guān)系式為

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

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

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

（1）在測(cè)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(shì)線，進(jìn)而求取任一點(diǎn)上覆地層的平均密度：

（2）作泥巖聲波時(shí)差-深度交會(huì)圖，并據(jù)此建立正常壓實(shí)曲線，求A 點(diǎn)的等效深度hB：

（3）聯(lián)立式（4）、式（5）和式（7）可以得到A 點(diǎn)的PfA的計(jì)算公式為

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

使用平衡深度法計(jì)算大風(fēng)山凸起F2 井地層孔隙壓力，建立的正常壓實(shí)趨勢(shì)線方程為

根據(jù)F2 井的密度測(cè)井資料擬合的密度與深度的關(guān)系式為

式中：Y1為聲波時(shí)差，μs/m；Y2為密度，g/cm3；X為深度，m。

平衡深度法的計(jì)算結(jié)果（表1）顯示，對(duì)研究區(qū)下油砂山組的預(yù)測(cè)效果較好，總體預(yù)測(cè)誤差小于6.00%，平均誤差僅為4.33%；對(duì)上干柴溝組和下干柴溝組上段預(yù)測(cè)效果較差，誤差均大于10.00%，最大誤差可達(dá)18.56%。平衡深度法預(yù)測(cè)的是不均衡壓實(shí)作用對(duì)超壓的貢獻(xiàn)，而對(duì)非不均衡壓實(shí)成因和復(fù)合成因的超壓預(yù)測(cè)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(cè)所使用的方法也有所不同。平衡深度法的計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)下油砂山組可能為不均衡壓實(shí)，而上干柴溝組和下干柴溝組上段則為復(fù)合成因或非不均衡壓實(shí)成因。因此，為解決研究區(qū)不同層位壓力預(yù)測(cè)誤差大的問(wèn)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(jìn)行壓力預(yù)測(cè)。

表1 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井平衡深度法計(jì)算結(jié)果與重復(fù)地層測(cè)試壓力誤差對(duì)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(cè)井曲線組合法

聲波時(shí)差、密度、電阻率等測(cè)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(cè)井曲線反轉(zhuǎn)的同步性［33］。聲波時(shí)差、密度、電阻率3 條測(cè)井曲線的反轉(zhuǎn)包括以下3種情況［33］：①3 條測(cè)井曲線同步反轉(zhuǎn)，可以判斷為不均衡壓實(shí)超壓；②3 條測(cè)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(dǎo)成因；③3 條測(cè)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(fēng)山凸起F2 井而言，超壓帶上下界面處密度測(cè)井位于正常壓實(shí)趨勢(shì)線上，而聲波時(shí)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(guò)聲波時(shí)差、電阻率和密度測(cè)井的反轉(zhuǎn)變化來(lái)分析超壓成因時(shí)，實(shí)際上只考慮了單一成因造成這3 條測(cè)井曲線變化的結(jié)果，而對(duì)于復(fù)合成因形成的超壓在測(cè)井曲線組合上的變化并未考慮。F2 井聲波時(shí)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(jī)械壓實(shí)；另一方面聲波時(shí)差隨著埋深的增加依然在緩慢偏離正常趨勢(shì)。由此可以判斷埋深為2 400 m 及以上地層的超壓成因?yàn)椴痪鈮簩?shí)，而埋深為2 400 m 及以下地層同樣存在不均衡壓實(shí)作用對(duì)地層超壓有貢獻(xiàn)的可能性。密度測(cè)井反轉(zhuǎn)的界面可以作為流體膨脹開(kāi)始對(duì)地層超壓起作用的標(biāo)志，這說(shuō)明埋深為2 400 m及以下地層的超壓為復(fù)合成因。

圖3 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井聲波時(shí)差（a）、密度（b）和電阻率（c）測(cè)井的變化趨勢(shì)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(huì)圖版法

在聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會(huì)圖中，正常壓實(shí)和不均衡壓實(shí)成因超壓會(huì)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(huì)落在卸載曲線上［34］。Bowers［6］指出聲波速度與電阻率測(cè)井反映的是巖石的傳導(dǎo)屬性，而中子和密度測(cè)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(shí)際上，如果地層同時(shí)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(huì)圖中，超壓點(diǎn)依然會(huì)落在卸載曲線上。實(shí)測(cè)超壓計(jì)算的有效應(yīng)力投影到交會(huì)圖上的結(jié)果顯示，研究區(qū)下油砂山組的散點(diǎn)落在加載曲線上，再次證實(shí)了其超壓成因?yàn)椴痪鈮簩?shí)，而對(duì)上干柴溝組和下干柴溝組上段的散點(diǎn)較為分散，無(wú)法準(zhǔn)確地落在卸載曲線上。由此判斷不均衡壓實(shí)對(duì)上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓存在一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)也存在卸載成因的貢獻(xiàn)（圖4）。

圖4 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會(huì)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(huì)圖中不均衡壓實(shí)（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(fù)合成因（圖5a中CE 或CG 段）則會(huì)落在加載曲線之外。大風(fēng)山凸起F2 井下油砂山組的點(diǎn)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(diǎn)則分布較為零散，小部分點(diǎn)位于加載曲線上，大部分點(diǎn)則位于加載曲線之外，且分布沒(méi)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(huì)圖上散點(diǎn)變化異常的原因。出現(xiàn)這一散點(diǎn)趨勢(shì)的原因很可能是同一層位不同深度段各超壓成因的貢獻(xiàn)率存在差異，當(dāng)不均衡壓實(shí)作用和構(gòu)造擠壓作用的貢獻(xiàn)率更大時(shí)，曲線會(huì)更加偏向加載曲線，而當(dāng)流體膨脹等卸載成因超壓的貢獻(xiàn)率更大時(shí)，散點(diǎn)則會(huì)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(shí)，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(shí)作用的復(fù)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(jìn)一步分析。

圖5 不同超壓成因的交會(huì)圖版（a）和柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井聲波速度-密度交會(huì)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(shí)作用分析

聲波時(shí)差的異常增大被認(rèn)為是不均衡壓實(shí)成因超壓的重要標(biāo)志。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者提出聲波時(shí)差的偏離并不能指示超壓為不均衡壓實(shí)成因［23-24，33，35］。平衡深度法的計(jì)算結(jié)果和交會(huì)圖的分析顯示，研究區(qū)下油砂山組的超壓是不均衡壓實(shí)作用產(chǎn)生的，上干柴溝組和下干柴溝組上段存在聲波時(shí)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(shí)測(cè)值，這說(shuō)明不均衡壓實(shí)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(gè)快速沉積時(shí)期，即下干柴溝組上段沉積時(shí)期和獅子溝組—七個(gè)泉組沉積時(shí)期（圖6）。其中，下干柴溝組上段沉積時(shí)期雖然沉積速率很大，達(dá)到了600 m/Ma，但由于在沉積時(shí)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(shí)期的超壓不是地層不均衡壓實(shí)所形成的。獅子溝組—七個(gè)泉組沉積時(shí)期，沉積速率約為280 m/Ma，地層的快速沉積加上長(zhǎng)時(shí)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(dá)到一定的深度，完全具備形成不均衡壓實(shí)作用超壓的條件。

圖6 柴達(dá)木盆地大風(fēng)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(lái)，構(gòu)造擠壓作用對(duì)地層超壓存在影響的觀點(diǎn)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(shí)增壓作用的機(jī)制類似，相當(dāng)于橫向上的壓實(shí)［38］。相關(guān)研究表明在地層具有良好封閉性的條件下，強(qiáng)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(dá)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(yùn)動(dòng)早、中、晚3 期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，形成了目前的構(gòu)造格局，尤其是喜山運(yùn)動(dòng)晚期的擠壓作用最為強(qiáng)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(dá)木盆地在北南向擠壓下抬升，柴達(dá)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(fēng)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(duì)整個(gè)研究區(qū)的地層超壓均有貢獻(xiàn)。因此，研究區(qū)下油砂山組地層超壓成因?yàn)椴痪鈮簩?shí)和構(gòu)造擠壓作用，但在使用平衡深度法計(jì)算時(shí)預(yù)測(cè)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(shí)，由于地層的壓實(shí)程度不高，較強(qiáng)的構(gòu)造應(yīng)力在橫向上的壓實(shí)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(shí)，由于地層的壓實(shí)已經(jīng)達(dá)到了一定的程度，構(gòu)造應(yīng)力無(wú)法造成孔隙的彈性回彈，只會(huì)導(dǎo)致地層壓力的異常增大。使用平衡深度法計(jì)算研究區(qū)下油砂山組地層壓力時(shí)，實(shí)際上計(jì)算的是不均衡壓實(shí)和構(gòu)造擠壓作用共同產(chǎn)生的超壓，因?yàn)檫@2 種增壓作用的結(jié)果均導(dǎo)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(rèn)為滲透性砂巖層中的異常壓力來(lái)自于鄰近異常高壓泥質(zhì)巖層的壓力傳遞。砂巖儲(chǔ)層中的超壓也可以來(lái)自更遠(yuǎn)或更深部超壓源的壓力傳遞，正如油氣的運(yùn)移聚集可以遠(yuǎn)離烴源巖一樣。國(guó)外大部分學(xué)者認(rèn)為超壓不是一成不變的，而是一個(gè)可以通過(guò)斷層或裂縫傳遞的具有瞬時(shí)性特征的水力學(xué)現(xiàn)象［2］。壓力傳遞本身并不是產(chǎn)生超壓的原生機(jī)制，但是它同樣會(huì)影響地下孔隙壓力的分布，導(dǎo)致超壓的成因機(jī)制難以識(shí)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(dāng)深、淺部地層存在剩余壓力差時(shí)，深、淺部的超壓體通常會(huì)通過(guò)開(kāi)啟的斷裂連通，使得壓力趨于新的平衡，最終達(dá)到平衡所需要的時(shí)間與斷裂的輸導(dǎo)性能、縱向剩余壓力梯度及斷裂垂向持續(xù)開(kāi)啟的時(shí)間有關(guān)［41］。大風(fēng)山凸起是一個(gè)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(jì)算結(jié)果來(lái)看，以埋深2 500 m 為界可以分為2 個(gè)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(lái)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(fēng)山凸起地震解釋剖面顯示，斷層可以作為壓力傳遞的傳導(dǎo)條件，當(dāng)斷層處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，過(guò)剩壓力的差異使得壓力向上傳遞，導(dǎo)致淺部壓力增加，深部超壓減小（圖7b）。因此，超壓傳遞沿?cái)鄬拥拇瓜騻鬟f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(dá)木盆地大風(fēng)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(jī)質(zhì)在熱演化過(guò)程中生成烴類的體積會(huì)大于原本的干酪根體積，導(dǎo)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(duì)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(dá)25%［42］。大風(fēng)山凸起的實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率為0.4%～1.3%，開(kāi)始生烴（Ro＞0.5%）的起始深度約為2 300 m（圖8a），反映烴源巖達(dá)到成熟階段。大風(fēng)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(diǎn)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(diǎn)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(dá)到了生烴階段，但由于有機(jī)質(zhì)豐度沒(méi)有達(dá)到認(rèn)定為烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，故生烴作用在大風(fēng)山凸起的影響不明顯。

圖8 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率（a）與總有機(jī)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(rèn)為是超壓形成的重要機(jī)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(guò)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(duì)柴達(dá)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(dá)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(méi)有明顯的變化（圖9），由此表明黏土礦物成分的轉(zhuǎn)化對(duì)柴西地區(qū)異常高壓的形成貢獻(xiàn)不大。

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

綜上所述，通過(guò)測(cè)井曲線組合、聲波速度-垂向有效應(yīng)力交會(huì)圖、聲波速度-密度交會(huì)圖的分析，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件的綜合分析，認(rèn)為大風(fēng)山凸起下油砂山組地層超壓成因?yàn)椴痪鈮簩?shí)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?yàn)椴痪鈮簩?shí)、構(gòu)造擠壓作用和壓力傳遞。

4 壓力預(yù)測(cè)的改進(jìn)

柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起上干柴溝組和下干柴溝組上段超壓成因?yàn)閺?fù)合成因，因此利用平衡深度法預(yù)測(cè)該段超壓時(shí)會(huì)存在較大的誤差。Eaton 公式是建立在泥頁(yè)巖壓實(shí)理論基礎(chǔ)上的一種半定量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，其計(jì)算是基于壓力異常區(qū)域聲波時(shí)差等參數(shù)偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)的程度，用實(shí)際參數(shù)值與正常趨勢(shì)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(duì)于復(fù)合成因的超壓仍能進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)。Eaton總結(jié)以往的研究成果，提出了利用泥頁(yè)巖聲波時(shí)差、電阻率、電導(dǎo)率和密度的壓力計(jì)算公式，后人稱之為Eaton公式［10-11］，計(jì)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(shí)趨勢(shì)線上的聲波時(shí)差，μs/m；Δt為實(shí)際值測(cè)井的聲波時(shí)差，μs/m；N為伊頓指數(shù)。

根據(jù)大風(fēng)山凸起的實(shí)際資料，也可以選擇電阻率、電導(dǎo)率和密度代替聲波時(shí)差進(jìn)行壓力計(jì)算，計(jì)算的形式與式（11）一致。在已建立的研究區(qū)F2 井正常壓實(shí)趨勢(shì)線的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷調(diào)整伊頓指數(shù)的值來(lái)減小預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差，最終得出在伊頓指數(shù)N=4.2 時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最佳。

利用平衡深度法計(jì)算大風(fēng)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(jì)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(duì)不同超壓成因的層位使用不同的計(jì)算方法來(lái)預(yù)測(cè)單井地層壓力值。分段預(yù)測(cè)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(jì)算單井的壓力，分段預(yù)測(cè)使得預(yù)測(cè)效果有了明顯的改善，所有預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的誤差均小于7.00%，平均誤差為4.30%（表2）。

表2 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井分段計(jì)算地層壓力誤差對(duì)比Table 2 Comparison of formation pressure error in section calculation of well F2 in Dafengshan uplift，Qaidam Basin

圖10 柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起F2 井平衡深度法計(jì)（a）和伊頓法（b）計(jì)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(duì)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(duì)鉆井安全的重要性，一直是油氣地質(zhì)與勘探研究的熱點(diǎn)問(wèn)題［45］。超壓的預(yù)測(cè)可以為油藏描述和儲(chǔ)量估算提供必要的數(shù)據(jù)，也是井位設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)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(yùn)移會(huì)受到細(xì)小孔徑中毛管阻力的束縛，而只有當(dāng)泥巖與鄰近儲(chǔ)集層和輸導(dǎo)層孔隙流體間的壓力差超過(guò)了油氣運(yùn)移的阻力時(shí)，油氣才能從母巖中排出。因此，對(duì)于油氣成藏來(lái)說(shuō)，超壓是油氣運(yùn)移的動(dòng)力。柴達(dá)木盆地大風(fēng)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(yùn)移良好的疏導(dǎo)體系，是大風(fēng)山凸起良好的油氣運(yùn)移通道。地層壓力預(yù)測(cè)是計(jì)算剩余壓力的基礎(chǔ)，而剩余壓力則是研究區(qū)油氣運(yùn)移的動(dòng)力，可以指示油氣運(yùn)移的方向、估算油氣運(yùn)移的距離，因此對(duì)于油氣成藏的研究具有重要指導(dǎo)意義。

6 結(jié)論

（1）柴達(dá)木盆地大風(fēng)山凸起下油砂山組地層超壓成因?yàn)椴痪鈮簩?shí)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?yàn)椴痪鈮簩?shí)、構(gòu)造擠壓作用和超壓傳遞。

（2）大風(fēng)山凸起不同層位超壓成因不同，利用平衡深度法對(duì)下油砂山組地層壓力的預(yù)測(cè)效果較好，而伊頓法則可以很好地預(yù)測(cè)上干柴溝組和下干柴溝組上段的地層壓力。大風(fēng)山凸起壓力預(yù)測(cè)的改進(jìn)對(duì)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(cè)的研究具有一定的借鑒意義。

（3）超壓是大風(fēng)山凸起油氣運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?，而平面上的連續(xù)砂體和縱向上的斷層是油氣運(yùn)移良好的疏導(dǎo)體系，過(guò)剩壓力的分布特征對(duì)于大風(fēng)山凸起的油氣成藏有重要指導(dǎo)意義。