断层岩封闭能力影响因素#
不管从实际勘探还是实验方面证明，导致断层油气泄露的原因不能单用泥质含量来涵盖，控制断层封闭能力的因素也不会仅仅只有泥质含量，其封闭能力是受多方面因素控制。因此，尽量考虑全面其影响因素对评价断层封闭性的准确性至关重要。
下面简单介绍部分断层岩封闭性影响因素10种，具体包括断裂带内的泥质含量、断距、有效正应力、走向、倾角、断层剪切应变及纵向应变、倾向滑移梯度、纵向梯度和横向梯度。
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A((断层封闭性影响因素)) --> B[1.泥质含量];
A --> C[2.有效正应力];
A --> D([总位移]);
A --> E([表面梯度]);
A --> F([应变]);
D --> D1[3.断距];
D --> D2[4.走向];
D --> D3[5.倾角];
E --> E1[6.横向梯度];
E --> E2[7.纵向梯度];
E --> E3[8.倾向滑移梯度];
F --> F1[9.剪切应变];
F --> F2[10.纵向应变];
一、泥质含量#
参考：基于断层泥含量的评价方法
断层泥是断层活动的产物，指松散或弱固结泥质岩，它发育于地壳浅部的脆性断裂带中，并与断裂平面呈条形，其宽度从数毫米到数十米不等。断层泥质以粘土为主，原岩碎屑、碎屑、砂砾为次要，是断层剪切滑动、破碎、研磨、粘土矿化的结果。粘土成分是指在断裂淤泥中的粘土成分。
Gibson认为断层带的渗透率其决定因素在于断层带内卷入的泥质或者断层面存在泥岩涂抹，这是因为毛细管封闭是断层封闭的机理，由断层和油藏之间的排替压差来确定断层的封闭性，而泥质则是影响断层排替压力的主要因素，具体主要表现在两个方面：
- 当断裂带内存在泥质时，泥质很容易被压实，从而封堵住了空隙降低了渗透率；
- 二是富含泥质沉积的岩层在断裂变形过程中可以形成连续的泥岩涂抹，它可以有效地阻止油气运移。
当不考虑其他地质因素时，泥质含量与断裂带的孔隙度和渗透率是成反比的。
因此，断裂带内的泥质含量影响着断层的封闭能力。
二、断层位移#
如图所示，断层在活动时，两个断层盘会形成一个相对错位的间距，即所谓的断层滑动，当在断平面上的一个错开之前的一个点，把它分为两个对应点的直线距离，即所谓的总滑距（见图中ab）。 总滑移距离沿断裂平面方向方向的走向滑距（见图中ac）。 在断面上的总滑动距离是倾斜的，称为倾向滑距（见图中cb）。断间距是指两个圆盘对应的地层间的相对间距。沿剖面的不同方向，断距的数值可能会有差异。在与断裂方向相垂直的剖面上，断层两个圆盘的对应层间的纵向间距叫做“地层断距”（见图中ho），图中hg为铅垂地层断距，铅垂断距使我们通常使用到的断距，hf为水平地层断距。这些位移都是由断裂变形引起的。
通过环形剪切的试验，模拟出断层活动过程中泥岩涂抹的发展过程，我们可以清晰地看出断层位移对封闭性的影响。在这个环形剪切装置中，测试过程中可以通过均匀分布在上下环周围的48个排水点测量试样的流动阻力和渗透率。在剪切试样上进行渗透性试验的可能性大大提高了粘土涂片和其他变形过程的封闭能力的量化，以及不同沉积物类型的封闭能力如何随正常应力和剪切位移（即断层偏移）而变化。下图为环形剪切实验装置图。
通过环形剪切所做的若干对比试验中，在保持其他因素相同的情况下，仅改变装置位移的大小，会发现随着断层位移越大，断裂带中形成的泥岩涂抹越连续，泥岩涂抹的厚度也可能会更厚，从而形成良好的封闭性，如下图所示。
除了从实验中可以得到断层位移对断层封闭性的影响，泥质含量也是影响断层封闭性的关键因素之一，关于泥质含量的计算，国内外学者提出来多种，他们将计算出来的泥质含量与实际测量的泥质含量，发现SGR算法的泥质含量值最为贴近。而断距就是计算SGR的参数之一，从SGR的计算方式来看，断裂带内的泥质含量是受控于断距的。但两个断层的断距相同时，泥岩含量多的断层，在断裂变形时会出现与环形剪切试验类似的结果，其断层面上会出现更连续的泥岩涂抹层，从而增强了封闭能力。
但实际上而言，断层侧向封闭能力并不绝对与断距呈正相关的关系的，而是断距的增大对于断层侧向封闭能力是具有增强或者破坏的双重作用。仅从断层距离来看，对于只有单一泥岩的地层，在断层变形过程中，泥岩层卷入断层带，形成泥岩泥或断层泥。随着断层距离的增加，分布在断层带各点的泥岩泥体积逐渐减少，泥岩泥逐渐减少，失去连续性，从而封闭性也随之降低。因此，随着断距增加，单层泥岩卷入断裂带后起到的封闭作用逐渐减弱。但对于实际砂泥互层地层而言，并非断距越大，封闭能力越差，相反，当断层距离较大时，特别是断控盆地或凹陷，可以形成厚度较大的断层核，充填较多的泥浆，断层具有较强的侧向封闭能力。在砂泥互层地层中，随着断层距离的增加，虽然单个泥岩形成的泥土层会逐渐减少，但也会增加断层带中涉及的泥岩层数，从而增加断层带中的泥质含量。因此，在原岩组泥岩含量相同的情况下，断层带演化趋于成熟，断层间距较大，断层泥分布更均衡，均质性更好，断层封闭能力更稳定。所以，单从计算泥质含量中考虑断距对断层侧向封闭能力的强弱是片面的，当断层断距很大的时候，断层形成很厚的断裂带的时候，其中填充的物质十分复杂多样，这时候断层封闭性能力也会很强，但与泥质含量的关系并不是十分明显。
三、有效正应力#
地下岩层所受应力状态可以用三个正交的主应力S1、S2和S3来表示，并且S1>S2>S3。在饱和流体的岩体内，作用在岩体上的正应力由于流体压力的作用而减小，抵消后的正应力为有效正应力。 前人很多的研究强调了，断层面的正压力对断层侧向封闭能力也有重要影响，总体而言，断层面的泥岩涂抹层的连续性会随着有效正应力的增加而增强，封闭性也会随之增强。如图实验发现，在其他地质条件相同的情况下，应力加大，因此碎裂岩厚度增加，这意味着其封闭能力也变得更强
图中缩写：cl=粘土层；cs=粘土涂抹；sst=未变形砂岩；cat=碎裂砂岩；ssl=砂岩透镜；ufzb=上断层带边界；lfzb=下断层带边界。
同时，由于剖面的埋深、走向、倾角、结构应力的方向和规模，以及地层中的流体、岩层的密度等都会对剖面产生一定的影响。 一般情况下，越是浅的断裂，其倾斜角度就会增大，断裂所承担的上覆地层压强和断裂的压缩度愈低，断裂的封闭性能也就愈差。与此相反，铲形断裂的倾斜角度多为上陡下缓，而在岩层深处，倾斜角度平缓，断裂的闭合性能也比较好，容易形成闭合。 断层的围压和机械成岩和化学成岩效应会随深度的增大而增大，使断层的孔隙度和渗透性不断下降。同时，由于成岩过程的持续，形成了胶结或打开了封闭的裂隙，二者的综合影响导致了断层的连通程度随着地层的加深而减小。因而，浅层断层的封闭性能较深层断层差。断层方向对断层的封闭性能也有一定的作用，其实质是最大和最小的水平主应力方向对断层的闭合性能的作用。在断层走向接近最大主应力（B=90°）的情况下，断层面的压力最大，断层封闭能力最大，断层垂向的封闭能力最佳；在断层走向与最大压力应力的最大方向（角度0~90°）下，断层表面所受的压力也会随之增加，断层封闭程度也会随之增加；在断层走向接近最大压力（B=0°）的情况下，断层面的压力最少，断层的封闭最少，断层的封闭能力最弱。实际上这是从稳定性的角度来探讨断层封闭性，但断层稳定性是遵循着库伦摩尔准则。Gaarenstroom等定义了库伦破裂函数：
式中：KPP为库伦破裂函数；\(\tau_{net}\)为有效剪应力（MPa）（Sn－Pp）为有效正应力（MPa）；Sn为断面正压力；Pp为孔隙流体压力（MPa）；μ为滑动摩擦系数。
上式中，KPP<0时，断层稳定，是封闭的；反之断层是开启的。有效应力越大，断层封闭的可能性越大。
下图中Gaarenstroom等对北海中央地堑有效应力与断层封闭关系的统计表明，有效应力小于6.9Mpa时基本不封闭；而北海Halten台地，断层封闭所需有效应力为20.7Mpa。
有效应力实际是断面压力与孔隙流体压力的差值，因此，断面压力越大，断层越稳定，封闭能力越强。
从环形剪切的物理模拟实验中，也可以推断出有效正应力对断层侧向封闭性的影响。当应力条件较小的情况下，通过逐渐增加有效正应力的作用时，可以清楚地看出断层面泥岩涂抹的连续性以及覆盖的面积明显增大，这是因为在低应力条件下的实验样品发生膨胀和应变软化，泥岩为脆性变形，不易产生泥岩涂抹。在高应力条件下，有效正应力的增大导致了泥岩涂抹的更加连续，增强了断层侧向封闭能力。
四、应变#
在受外力的影响下，物体会发生某种变形，这种变形称为应变，应变分为线、角、体三种形式。在断裂产生应变的同时，也会出现断裂裂纹，进而影响断层的封闭性，所以研究断层应变对封闭性的影响也很有必要。
断层交叉口处可能被确定是烃类泄漏的主要位置。Gartre在三维时空框架内结合现代和古流体的流动指标，确定Skua场中已存在的断层交叉点的作用，位于Skua场东北端的次级裂谷断层和交叉径向前裂谷断层的交叉口被确定为烃类泄漏的主要控制点，这个结果突出了在断层交叉处是可以形成流体通道的能力，如下图所示。
为了验证交叉点处的泄漏特征，对断层的力学性质进行了数值模拟。数值模拟包括两个不同的三维模型：第一个模型采用了一个简单的三重连接断层几何结构，由三个垂直断层相互相交于120°，该模型是一个锁定断层相交的例子，其中相交断层的滑移向量具有非平行或相反的方向；第二个模型被设计成更接近地模拟Skua场临界断层交叉口的结构结构。相对于第一个模型更加复杂化，在断层交叉处的走向变化了10°，倾角变化60°。两个模型均在某个方向上收缩。
实验结果发现，对于在第一个断层模型上测试的所有缩短方向，变形都会在断层交点周围和页岩层内部形成一个高度膨胀的三角形区域。该区域的体积应变的增加比断层相交附近低好几倍（图中为2.5倍）。活动断层上的剪切应变相对于三角形高膨胀带的计算值较高，而流体的流动也集中于三角形膨胀区。
如果岩体中存在连通的裂缝网络，断层带可以形成流体通道。当裂缝的孔径、密度和连通性最大时，流体通量势最高，或者断裂带形成流体屏障，在剪切过程中(如页岩泥、页岩涂抹和碎裂作用)或变形后胶结作用中形成不渗透的断层泥。只需要少量的变形就可以在断层交叉处形成一个强膨胀区。在天然岩石中，这种扩张应变的集中可能会产生一个复杂而集中的相互连接的伸展和剪切裂缝网络，能够形成高渗透性的流体管道。断层交叉口也被证明是一个相对较低的剪切应变和高纵向应变的区域，因此，相对于断层平面本身而言，在断层交叉口附近的断层岩封闭形成的机会将较低。在自然系统中，这可能会进一步增强这种断层交叉点相对于周围断层的流体流动势。
五、表面梯度#
梯度的实质是一种向量（向量），它代表了一种在这一点上的函数的最大的方向微分，也就是在这一点上，函数在这个方向上（这个斜坡的方向）最迅速地改变，并且具有最大的变化率（这个斜度的模）。表面梯度可以用来表征物体表面各个点位置的倾斜程度，也就是说物体表面的凹凸程度可以用表面梯度值很好得表征出来，而表面凹凸程度的直接决定了物体表面摩擦。从文章调研中发现，断层表面摩擦程度或许是影响断层渗透率的关键因素之一。
众所周知，断层的渗透性在剪切变形过程中会发生变化，这是因为由于断层表面粗糙度的增加和破坏造成的，当裂缝发生剪切变形时，渗透率可能会因其显著膨胀而增加，或因其逐渐形成断层泥而降低。在断裂剪切过程中，断裂的摩擦强度受断层表面之间的固体-固体接触真实面积状态的影响，而固体与固体之间的接触又受控于不同矿物具有不同的晶体结构和力学性质，以及它们的溶胀特性。如粘土矿物在水环境中表现出结晶膨胀和水化特性，并经历了显著的体积膨胀，表面粗糙度降低，从而降低了岩石的孔隙率和渗透性，相反不易产生水化性的晶体矿物其表面粗糙度较高，同样其封闭能力也较弱。