0 引言

在超深层(特别是埋深在7000 m以下)碳酸盐岩油气藏勘探开发与实践中，在溶蚀改造作用较弱的情况下，断裂破碎作用对储层的发育起关键作用^[1]。在塔里木盆地北部坳陷带富满油田、顺北油田中，断裂破碎可以显著改善奥陶系致密碳酸盐岩储层的孔、渗条件，使其成为超深层油气聚集的有利场所，进而成为具有较高勘探与开发价值的油气藏“甜点”^[2-3]。

现有文献表明，碳酸盐岩中断裂控制储层的发育，主要表现为在断裂背景上的大气淡水溶蚀作用，鲁新便等^[4]将这种储层形成的油气藏命名为“断溶体油气藏”。断溶体油气藏形成机理是：地下岩溶水顺着深大断裂带渗流，对断裂破碎带进行溶蚀改造后形成具有复杂三维空间结构的岩溶缝洞系统，即典型的断控岩溶；油气沿断裂向溶蚀破碎带运移，在上覆泥灰岩或侧向致密灰岩的封堵、遮挡下，聚集形成特殊类型的油气藏。“断溶体”概念强调了在断裂基础上的大气淡水溶蚀对储层的改造作用。但储层的发育除了与断裂有关外，还与不整合面的距离有关，距离不整合面越近则改造作用越强。前人对断溶体的储集体形态特征进行了较详尽的论述，断溶体形态主要有“V”字形和倒“V”字形^[5-6]。另外，吕艳萍等^[7]指出了断溶体储层的结构特征，即从断裂带的核部至两侧破碎带，整体上呈现出溶蚀程度逐渐变弱、储集体发育程度逐渐变差的趋势。

随着油气勘探与开发程度的深入，发现了一种有别于断溶体的储集体类型——“断裂破碎体”(笔者命名)。在塔里木盆地，断裂破碎体与断溶体发育位置不同，断裂破碎体主要发育于北部坳陷区。大量岩心资料证明该类储集体鲜有大气淡水溶蚀现象，或者早期弱岩溶作用后被硅质、方解石充填，储集空间类型主要是断裂破碎形成的角砾间孔隙、断裂空腔和构造缝^[8-10]。由于主控因素不同，断裂破碎体与断溶体在储集体的发育位置、形态、内部结构、储层充填特征、生产特征等方面都存在着较大的差异。

一般超深层断裂的地震信号较弱，利用地震资料预测断裂系统是一个难题。目前碳酸盐岩缝洞储层识别方法通常包括以下几个步骤：①利用三维地震数据的相干、曲率、蚂蚁体等常规属性检测断裂，表征断裂分布特征；②利用三维地震数据体均方根振幅属性或波阻抗表征岩溶储层分布特征；③综合断裂分布特征与岩溶储层分布特征，得到断裂和溶蚀洞穴储层的分布规律。现有的技术方法对于识别深层弱振幅地震反射特征储层的能力较弱，特别是不能识别断距较小的弱走滑断裂和小尺度断控岩溶型储层内部结构特征^[11]。其主要原因有两个方面：一是超深层地震信号衰减快、有效信号弱；二是超深层断裂破碎体的地质模式不明确。

针对上述问题，本文在进行断裂相关储层的研究基础上，提出了断裂破碎体的概念；构建了断裂破碎体地质模型；并在断裂破碎体地质概念及模式的指导下，构建了基于深度学习的地震资料解释技术以刻画断层破碎体内部结构特征，并取得了较好的应用效果。

1 “断裂破碎体”概念及特征 1.1 “断裂破碎体”概念

在构造应力作用下，超深层断裂两盘相互挤压或张扭，使附近的岩石破碎而形成与断面大致平行的破碎带。它几乎没有遭受大气淡水的溶蚀改造而具有良好的储集性能，纵向上延伸可达千米。这种与断层有关的裂缝和岩石孔隙结合所形成的不规则分布、具有一定规模、孔—渗性能较好的地质体或地质单元视为一种新的储集体类型，笔者称之为“断裂破碎体”。也有研究者将致密围岩背景下巨厚灰岩内部由后期构造运动改造所形成的局部断层与有效裂缝发育的部分称为“断缝体”^[12]。尽管目前有关断裂破碎体公开发表的文献比较少，但近几年在中国致密灰岩油气勘探实践中对这一概念的讨论较为普遍。笔者认为，断裂破碎体概念主要有三个方面内涵。

一是断裂破碎体主要发育于超深碳酸盐岩台内致密灰岩地层，地层能干性是形成断裂破碎体的重要条件。

二是破裂作用决定储层发育的程度^[12]。构造破裂作用形成的断裂破碎带往往是一个具有复杂结构的三维地质体。受力学性质、地层能干性等的差异影响，断裂带形成时会存在形态突变的部位。当断层活动时，这些形态突变的部位由于断层两侧块体的错动而容易形成破碎带。其构造破裂增容机制主要为三个方面：①应力场方向及先存断裂配置关系决定构造样式、断裂破碎带发育的规模。②不同断裂“叠接”增孔效应控制储层的发育。一种为横向侧接效应，即两条横向平行的断裂在两侧断层滑动面的相向运动过程中，不同走滑断裂叠接部位会发生旋转—变形，易发生剪切破碎而形成储层发育区；另一种为垂向“侧接”效应，即不同断裂在垂向上叠接的薄弱位置发生剪切—滑动，从而造成破碎，增加孔隙。③同一应力背景下，岩石力学层的厚度、岩性也控制着破碎带裂缝发育程度^[13]。在断裂破碎体内部，储集空间类型多样，断裂破碎角砾间孔、张扭作用形成的空腔以及与断层有关的中、高角度裂缝比较发育，储层孔—渗性能较好。

三是断裂破碎体油藏的通源、油气运移的输导比较有利，油藏高度可达千米，是超深层致密灰岩储层油气聚集的极有利部位。在非滩体的致密灰岩区，油气勘探的关键是寻找这些断裂破碎体目标。

1.2 断裂破碎体与断溶体的差异

断溶体也是塔里木盆地碳酸盐岩主力油藏类型之一。断溶体与断裂破碎体主控因素不同，二者储集空间、充填及地球物理响应等特征均有明显的差异(表 1)。

(1) 储集体空间类型不同。断裂破碎体主要发育角砾间孔隙、断裂空腔和构造缝。其中，在构造应力作用下，断层的上、下两盘发生相对位移时，两盘间的脆性岩石反复被糅合、破碎成角砾状，形成角砾间孔隙型储层；由于走滑断裂带的“丝带效应”，断裂带内空间体积发生调整而形成了“空腔”型洞穴。

断溶体主要是在裂缝的基础上遭受长期的大气淡水淋滤，形成较大规模的溶蚀洞穴、孔洞、裂缝，以及溶蚀洞跨塌而形成的垮塌角砾间孔。

(2) 储集体充填特征不同。断溶体充填物主要包括沉积充填物、垮塌充填物及化学胶结物三种。其中，沉积充填物多为泥质、沥青质、砂质及其混合物，由地表水渗流所携带的地表砂泥质和溶洞内的垮塌角砾被地下水二次搬运所形成。岩心上可见由于流水冲刷作用及重力分异作用形成的多种沉积构造特征。已发现的溶洞中，沉积物充填占绝对优势，达到88%；垮塌角砾充填占8%，方解石胶结等化学充填只占4%。

断裂破碎体主要以方解石和硅质胶结充填为主。其中，内部胶结物多与热液活动有关。地层所含流体被深部岩浆加热后因地震泵吸作用而通过断裂向上运移，并将携带的矿物质(方解石、硅质矿物)沉淀下来，充填储集空间(图 1)。

(3) 地震、测井响应特征不同。断溶体主要沿不整合面、地层界面附近发育，呈现典型的“串珠”状地震反射特征。多发育一套或多套不连续储集体，钻井伴有放空、漏失现象，放空位置井径最大。孔隙度曲线变化明显，部分可达到100%。

断裂破碎体呈杂乱强振幅地震反射为主。在塔里木盆地地震剖面上自碳酸盐岩顶界面至寒武系断裂带呈强反射特征，不一定为“串珠”状反射；平面上呈条带状强反射特征。钻井放空、漏失处井径基本不扩径(表明洞穴储层有非泥质充填物)。三孔隙度曲线变化不明显，孔隙度最大为15%。洞穴型储层深、浅侧向电阻率曲线呈现较大“正差异”特征；裂缝型储层深、浅侧向电阻率测井曲线值为100~1000 Ω·m，具有明显的“双轨”正弦特征。

与断溶体另一个明显的区别是断裂破碎体储层明显受深大断裂控制^[14]。储集体的高度远大于宽度，不易发生垮塌，有利于储集空间的保存。其发育形态明显区别于断溶体表生或层间岩溶的扁平状洞穴—孔洞型储层。

2 “断裂破碎体”地质模式

在野外露头的不同部位可以观测到六种走滑断裂构型相^[15](表 2)，即断裂滑动面、断裂破碎带、致密断层核(透镜体)、空腔体、隔层(条带状致密层)、断层角砾等。这六种断裂构型相组成了断裂破碎体不同的结构模式，即单一滑动面、压隆核带、张扭空腔、栅状缝网等。

(1) 单一滑动面结构。发育于走滑断裂的平移带，主要成分为滑动面和断层上、下盘滑动所产生的裂缝破碎带及少量断层角砾。破碎带宽约1.0~2.5 m，断裂上盘破碎，可见风化剥蚀现象；断裂下盘可见伴生的次级断裂和节理，断面可见摩擦镜面、断层擦痕及断层角砾。在断裂发育初期，脆性地层受应力作用发生破裂，但由于活动性弱、断距较小，断层两盘地层错动不明显，未经受充足的摩擦，难以形成滑动破碎带。断裂带仅由大量的微裂隙组成，连通性较好，在未被后期充填、胶结前可显著提高断裂带的渗透性(图 2)。

(2) 压隆核带结构。发育于走滑断层的压扭段。受控于剪切、挤压两种应力作用，发育断层核、断层破碎带及诱导裂缝带（在断裂破碎带附近因诱导产生的裂缝区域）三种构型。断层核经历了粉碎、溶解、沉淀、矿物间的反应以及破坏原岩结构的力学—化学过程，形成低孔—低渗系统，不是最有利的油气储集空间。断层破碎带缝网系统发育，破碎角砾在旋转、位移过程中形成“点—面”支撑结构洞穴和缝洞系统，为有利的油气储集空间。断层破碎带两侧发育诱导裂缝带，裂缝系统以压剪缝为主，裂缝开度一般，储集性能较好(图 3)。

(3) 张扭空腔结构。发育于拉张段，断层两盘岩体在断面上发生剪切滑动，在特定的弯曲部位发生旋转—撕裂作用，诱发局部引张，在断层核部产生破裂空腔(图 4)。破裂空腔两侧发育断裂破碎带，断裂破碎带外围发育诱导裂缝带。断裂破碎带宽约10~12 m，破碎强烈，发育大量断层角砾岩，后期淋滤，可见方解石脉充填。两盘诱导裂缝带破碎强烈，裂缝主要为方解石充填，宽度约50~90 cm，主要保留原岩性质，仅被大量错综复杂的裂隙所切割。通常正断层上盘裂缝发育程度高于断层下盘，且远离断层中心下降趋势明显，而下盘诱导裂缝带裂缝密度变化不大。

总之，拉张构造段断裂带内部不同结构单元成因及发育特征有以下三个方面的差异：①脆性地层中发育的断裂，在演化过程中受到力学性质变化、应力不均、岩性差异等，导致压实程度不同、断面几何形态突变、裂缝的诱导扩张，往往会出现大量规模不等的“断裂空腔”，构成断层核，这与压扭构造段形成的致密化断层核不同。②断裂破碎带发育在断层核空腔周围，多为充填角砾岩、未固结松散沉积物、断层泥等，出露地表部分受风化剥蚀、地表水的影响较大。③诱导裂缝呈离散分布，与断裂破碎带相比，其连通性较差，物性较差，有效储层规模较小。

(4) 栅状缝网结构。在走滑断裂的叠接部位或端部，断裂常常会分化成马尾状, 并沿走向逐渐消失。裂缝的发育不但增加了碳酸盐岩有效储集空间, 连通了孤立孔洞，而且裂缝作为流体运移通道，还影响着储层的后期改造作用。走滑断裂多期继承性活动，储集结构递进演化，可构成以洞穴(断层空腔)、裂缝带和基岩有序排列的多组缝洞集合体，即栅状结构(图 5)。

3 “断裂破碎体”内部结构智能地震刻画技术

一般油气藏内部结构智能刻画的输入通常为井、震数据，井数据具有平面稀疏、纵向精度高的特点；而地震数据具有平面稠密、纵向精度低的特点^[16]。对于深层断裂破碎体油气藏而言，钻井钻遇油气藏顶部即完钻，因此面临着可用于标定的井数据极少的难题。

本文在断裂破碎体地质模式的基础上，充分挖掘三维地震资料信息，通过对抗网络训练^[17]，将理论知识、专家经验资料转换成图像学要素，将识别获取的图形学要素信息转换为可解读的地质学信息，从而刻画断裂破碎体内部结构。关键技术有以下几个方面。

(1) 对地震数据体进行地层、储集体波形特征分离^[18]。缝洞储层上覆地层界面的强能量地震反射掩盖了其相对弱振幅响应，因此将地震反射同相轴看成上覆地层界面与缝洞储层地震响应的叠加，去除上覆地层强反射的屏蔽作用就可凸显缝洞储层地震响应特征(图 6)。主要措施为：①地层体转换，将地震数据体转化到地层体域，形成数据A，以消除地震数据体或者其他属性体中由构造运动产生的变化，恢复古沉积环境，直观了解同时期沉积环境下地层发育情况。此时，数据A的地震反射同相轴的产状、相位等信息与地层、沉积的相关性较强。断裂破碎体上覆连续强反射同相轴被恢复至水平状态，地震波相位具有较好的一致性。②利用核主成分分析法提取地震波相位一致性较好的波组，形成地震数据B，同时用地层域地震数据A减去主成分地震数据B，得到wheeler域弱地震反射特征，形成地震数据C；然后，将地震数据C进行反wheeler域变换，将数据体恢复到构造域。③对数据C进行分频反演，进一步凸显弱地震反射特征储层特征。实际上，上述过程同时具有滤波作用，去除了低频特征，凸显了小断距断裂的地震响应特征。

该方法取得了较明显的效果，弱化了横向地层信息，突出了小断距走滑断裂的同相轴纵向错断特征，直立走滑断裂特征更加明显(图 7)。

(2) 地震相位分解与重构。深层—超深层碳酸盐岩地层中地震有效信号衰减快，高温、高压环境下储层与围岩边界不清晰等导致断裂内部缝洞储层准确刻画难。小尺度储层变化所导致的地震阻抗异常并不都伴有明显的振幅异常，但都会引起明显的相位变化。-90°相位分量对储层较敏感，提取-90°相位的分量，重构得到-90°相位分量数据体，可开展强反射背景下储层预测。

塔里木盆地缝洞储层上覆地层为桑塔木组碎屑岩，两者之间界面为一强反射同相轴。缝洞内幕鹰山组上、下段之间由于岩性差异，界面为一较连续的强反射(图 8左)。这两套强反射同相轴并不代表着含油气储集体响应，相反，强能量掩盖了地层界面附近的真实储层含油气响应。-90°相位数据重构结果(图 8右)与实钻井放空、漏失的位置吻合。同时，通过该技术的应用，含油气储集体的边界更加清晰(图 8右红色箭头指示位置)。

(3) 对抗深度学习网络刻画断裂破碎体内部结构。主要步骤为：

一是通过上述两种方法进行数据预处理，突出有效储层的地震响应特征。

二是搭建刻画断裂破碎体内部结构的深度学习网络。目前，断裂破碎体类型油藏钻井数量少，且大部分钻井仅钻遇储层顶部^[19]。对于获取断裂破碎体整体认识来说，钻井资料不全；作为深度学习的标签，不具有地质学统计意义。因此，常用的前馈型深度学习网络不适用于刻画断裂破碎体内部结构，而应选择条件化生成对抗网络^[20]。条件化生成对抗网络能够实现从标签到实际图像的转换。“图像转换”的目的是将一幅图像转换为另一幅图像，即可以表达出地球物理数据与地质现象之间的复杂映射关系。本文网络构建的思路是将处理后的地震反射剖面与地质结构剖面分别作为两类图像，然后通过条件化生成对抗网络建立两类剖面之间的映射关系，再实现深度学习网络的建模。

三是构建训练样本。利用钻井、地震和生产动态等数据综合建立既符合静态特征又反映动态规律的断裂破碎体内部结构模型，然后将断裂破碎体油藏模型与三维地震数据进行对抗训练，建立具有映射关系的训练样本^[21]。断裂破碎体的构型要素主要由断裂—孔洞组成。通过单井标定及地震多参数分析，在波形分离的地震数据上，利用likelyhood属性预测断裂破碎体断裂发育特征，利用-90°相位数据体“甜点”属性预测断裂内部的孔洞储层，然后将断裂—裂缝与孔洞储层融合得到断裂破碎体内部结构特征。再通过单井生产动态信息的校正，得到当前状态下准确的断裂破碎体内部结构地质模型标签。将该三维地质标签与三维地震数据进行匹配，每条地震剖面与对应的地质模型剖面作为一个训练样本对。从随机抽取的四组样本(图 9)可以看出，通过单井动态数据标定的断裂破碎体结构数据体及原始地震资料可以看出：MANS1-A井断裂带内储层呈离散分布，优质储层规模较小，产量较小；MANS1-B井优质储层规模较大、上下连通性较差；MANS1-C井优质储层主要发育在断裂带的上部；MANS1-D井优质储层规模相对较小，油藏上下呈现通而不畅的特征，与该井生产动态一致。

四是训练网络。本文训练样本数据来源于富满油田17号断裂带南段，其中地震数据训练样本的尺寸尽量保持一致，且训练的结果也不会超越地震资料本身的分辨率。另外，训练过程中样本代表性强，涵盖了所要预测储层的各类特征。选取180组剖面作为样本，利用上述建立的断裂破碎体生成对抗网络进行训练，其中生成网络以地震数据作为输入，地质模型作为输出。将180组样本训练一遍为一轮，通过多轮迭代完成后，便能预测断裂破碎体内部的构型要素。预测结果(图 10右)与钻探成果较为吻合，能量更为聚焦，边界清晰，与测井曲线指示的储层范围一致，内部形态符合地质模型。此外，判别网络与生成网络的训练误差不断下降并逐步收敛(图 11)，进一步体现了该训练网络的可靠性。

4 应用成果

“断裂破碎体”概念的提出、地质模式的构建以及选择适用的表征方法，对“断裂破碎体”油藏的高效勘探与开发具有重要的实用价值和推广意义。这主要体现在以下两个方面：一方面，断裂带和破碎带往往是油气运移、聚集的重要通道，也是储集空间发育的关键部位^[22]。通过储层预测技术，可以更准确地确定有效储层在断裂破碎带内的分布位置，明确断裂―储层关系，从而指导钻井部署，减少盲目勘探的风险^[23]。另一方面，通过预测断裂破碎带内储层的连续性、孔隙度等，可划分断裂破碎体内部连通单元，为油田开发方案的设计、提高采收率提供科学依据^[24]。

通过本文方法在富满油田5号断裂带的应用，识别了3种断裂—储层关系：压扭破碎型、张扭空腔型、平移破碎型。

(1) 压扭破碎型。受压扭应力作用，主干断面在剖面上成隆起状，储层发育在断裂变形程度大的一侧。如YUEM20C井(图 12a)储层主要发育在双断面叠接挤压段，紧邻主干断面、结构复杂断裂的左侧。挤压应力越强，储层规模越大。

(2) 张扭空腔型。储层往往发育在张扭段拉伸下凹区，储层规模较大。如YUEM20-1X井区(图 12b)在主干右侧与分支断裂交汇区，脆性地层更容易破碎，深部储层尤其发育。

(3) 平移破碎型。主要发育在走滑断裂的平移段，断裂较陡直，规模不大。如YUEM23-2X井区断裂带(图 12c)，断裂自下而上陡直单一，以单支弱平移剪切为主。断裂深部剪切破碎，储层发育位置较深。

依据断裂破碎体内部结构反演结果，结合构造应力特征，可为油藏连通单元的划分提供静态资料基础。如ManS502H油藏单元，以前研究认为ManS 502‑H2、ManS 502‑H10与ManS 502H、ManS 502-H1、ManS 502-H11井相互连通，可划分为一个连通单元；但根据本文方法研究成果(图 13)，可以看出ManS 502‑H2、ManS 502‑H10与ManS 502H、ManS502-H1、ManS502-H11井均不连通，钻探生产动态结果也证实了这一点。这为油田优化开发方案的设计、提高采收率提供了科学依据。

5 结论

(1) “断裂破碎体”概念的提出，将使碳酸盐岩储层的研究重点不再仅集中于台地边缘相等有利的高能相带上，而是更多地集中于断裂破碎的程度及其对致密围岩“储—渗”性能的改善方面。这拓展了碳酸盐岩储层“找高能滩体”的认知模式，可以进一步突破碳酸盐岩储层的埋深“死亡线”。同时，也使“断裂破碎体”的地震预测工作更具有可操作性和针对性，即在断裂破碎体地质模型明确的情况下，利用频宽有限的地震数据寻找相应断裂破碎响应异常，进而采取相应的配套技术手段进行预测。

(2) “断裂破碎体”发育断裂滑动面、裂缝破碎带、致密断层核(透镜体)、空腔体、隔层(条带状致密层)、断层角砾等六种断裂构型相。在走滑断裂的不同段，六种断裂构型相组成了不同的内部结构，分别为单一滑动面、压隆核带、张扭空腔、栅状缝网等结构。“断裂破碎体”内部结构模型对于指导该类储层的表征具有重要意义。

(3) 富满油田奥陶系“断裂破碎体”预测技术应用实践表明，依据“对地震数据体进行地层、储集体波形特征分离”“地震相位分解与重构”以及“人工智能断裂破碎体内部结构识别”可以预测断层滑动面、断裂破碎带及诱导裂缝带等“断裂破碎体”内部结构。由于预测过程考虑了“断裂破碎体”的地质发育模式，预测结果的地质意义较为明确，并与实际情况吻合。这表明了“断裂破碎体”概念及其地质模式在超深断控油藏勘探开发与实践中具有重要的应用价值。