2. 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室(中国地质大学), 北京 100083;
3. 东北亚生物演化与环境教育部重点实验室(吉林大学), 长春 130026;
4. 油页岩与共生能源矿产吉林省重点实验室(吉林大学), 长春 130061;
5. 大庆钻探工程公司, 黑龙江 大庆 163357
2. Key Lab of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism, Ministry of Education(China University of Geosciences), Beijing 100083, China;
3. Key-Laboratory for Evolution of Past Life and Environment in Northeast Asia, Ministry of Education(Jilin University), Changchun 130026, China;
4. Jilin Province Key-Laboratory for Oil Shale and Coexistent Energy Minerals(Jilin University), Changchun 130061, China;
5. Daqing Oilfield Drilling & Exploration Engineering, Daqing 163357, Heilongjiang, China
0 引言
近年来我国油气需求逐步递增，自2011年起，我国原油进口率已超过美国，成为原油进口第一大国，至2017年底，我国油气进口依存度为67.4%[1]。目前我国油气储采比远低于世界平均水平[1]。因此，我国必须加大可控油气区块的勘探开发力度，特别是国内油气盆地的勘探力度，以降低油气的进口依存度[2-3]。国内油气盆地的勘探开发很多已进入中后期，老油田挖潜需要更多地关注隐蔽油气藏，其着眼点是油气的运聚和保存。断层封启性在油气成藏中起到非常关键的作用：一为通道，连通生油层系和储油层系，控制油气的运聚路径；二为遮挡条件，许多油气圈闭是由断层限定或某一方向由断层限定，控制着圈闭的遮挡保存。因此，深入研究断层的封启性是目前我国石油工业的必然选择。
在油气运聚的过程中，断层封启性已被认为是控制烃类圈闭性能的重要因素[4-8]，在勘探中对于分析其聚集规律以及钻前断层圈闭风险性评价都起着重要作用。因此，断层封启性是油气勘探的关键性问题，提高断层封启性的研究程度能为油气勘探开发提供更多依据。学者们经过了几十年的研究，断层封启性从定性评价发展到半定量评价。现有的断层封启性研究模型或研究方法多建立在特定的尺度上，由于断裂带的物质组成以及断层活动过程的复杂性，这些模型和方法具有各自的局限性和片面性，尽管经历了不断改进，也在评价断层封闭性能方面取得了大量的成效，但仍存在一定的的缺陷。例如多种控制因素对断层封启性的影响存在差异，并没有形成一个完整的体系，不能对其进行精确的评价；各向封启性之间的关联还不明显，还需要进行更深入的研究。因此，梳理断层封启性的研究历程、分类、形成机制、研究方法和发展方向，对于明确油气成藏过程，提高油气勘探成功率至关重要。
1 断层封启性研究发展史自20世纪50年代起，众多地质工作者对断层封启性进行了研究，并提出了其控制油气藏的基本原理。至20世纪80年代，断层封启性相关研究进入蓬勃发展时期，一些理论模型开始建立，为该类研究带来了重大突破。
1.1 探索性研究断层封启性的研究最早出现在1959年的圈闭理论中，Hubber等[9]当时在推导油气圈闭的理论时发现毛细管的压力是油气运移的一个障碍，无意中发现了断层封启性的存在。
Perkins[10]是第一个发现“砂-砂”对接封堵现象的学者。1961年他提出，砂岩与砂岩对接并且具有近似的排替压力时，断层几乎是开启的；而当砂岩与泥岩对接，在滑动过程中将泥岩注入砂岩中时，则会导致形成不渗透的泥岩层封闭断层。
1.2 提出概念Smith[11]在1966年首次提出了“断层封启性”的概念，认为断层封启性的本质取决于差异排替压力。Smith[11]提出了断层封启性与断层非封启性的判别模式，由于它的直观性，受到人们的普遍接受，使得该理论成为研究断层封启性的经典理论。
1.3 定性研究及封闭机理确定Smith[12]在1989年提出了研究断层封启性的定性方法、断层两盘岩性并置的参数关系和其中油气产状的关系，建立了多种断层封启的判别模式。
Engelder[13]在1974年指出了断层泥的形成以及其与碎裂作用的相关性。断层在活动期间的颗粒挤压和破碎使得断层两侧的岩石形成断层泥，在一定限度内，随着围岩压力和断层位移的增加，断层泥的粒度逐渐减小，断层的封闭情况增强。
1978年，Weber等[14]提出在生长断层中泥岩涂抹现象对于分析断层封启性非常重要。1993年，Jev[15]对断层封启性做了定性的描述。
1984年，Dewney[16]通过对断层封闭机理的研究指出，断层封闭性在运移方向上具备两种方向，即顶部封闭(后人称之为垂向封闭)和侧向封闭。
1987年，Watts[17]对单相烃柱与两相烃柱的断层封启性问题进行了进一步的研究，提出薄膜封闭，认为薄膜封闭实质就是盖层岩石的毛细管压力封闭。同年，Kaufman等[18]发现断层附近的油藏地球化学特征可以反映出排烃期断层的封启性，提出了用地球化学的方法来判别断层的封启性。
1989年，Bouvier等[5]提出了“泥岩涂抹潜力(CSP)”这个概念，并将三维地震切片运用到断层封启性的预测与评价上，利用泥岩涂抹潜力来估算基于三维地震解释和断层封闭的可能性。他认为泥岩涂抹潜力与断距和泥岩层的厚度正相关。
1989年，Harding[6]对逆断层、正断层及走滑断层的封闭性好坏进行了研究。同年，Allan[19]提出了利用“断层剖面图”(即Allan图)来研究断层的封启性, 该方法可以直观地判断出断层两侧的圈闭和油气运移的情况。
Lindsay等[20]1993年提出了用“泥岩玷污因子(SSF)”来判别断层的封启性。他以断层泥中黏土或硅酸盐(如页岩和泥岩)的厚度来判断所形成断层封闭的好坏。1997年Fulljames[21]和Lehner等[22]在受到Lindsay的启发之后改进了Lindsay的SSF的计算方法，而后分别提出了CSP和SSF断层涂抹连续层的描述方法及公式。1997年Yielding[23]提出了计算断层的泥岩比率(SGR)公式。通过对断层泥中黏土含量进行估算，这有助于在更复杂的堆叠序列中评估断层封启性。
1995年Berg等[7]提出了“泥岩剪切带”的概念，并通过试验认为泥质剪切对油气具有封闭性。
1.4 半定量研究1998年Jones等[24]因泥岩剪切带对断层封启性的研究做了系统的总结。Knipe[25]通过泥岩剪切带的研究对断层封启做了半定量分析，开启了半定量描述的先河。
2009年Childs等[26]利用烃类运移的情况对断层封启性进行模拟试验，之后提出断裂带的宽度与断距之间存在1:10~1:100的关系，半定量描述了断层的封闭情况。
2017年Julian等[27]提出在三维地震模型上建立规模较小的Tiger and Hammerhead超序列模型，用来研究断层封闭性。在这个模型中创建一个地质细胞模型(即将地层依次整合到一个地质模型中)来测试地下盆地的潜在断层的位移及封闭情况。
1.5 国内研究国内的学者在断层封启性研究方面虽然起步比较晚，但也做了大量有成效的工作。
1989年陈发景[28]建立了断层差异排替压力封闭能力判断模型，从而印证了断层封闭的本质是排替压力。
20世纪80年代赵鹏大等[29]将苏联学者提出的一种数量化理论方法逻辑信息法引入到我国；1992年，曹瑞成等[30]将其运用到断层封启性上，利用二维变量的推导分析断层的封启性；吴元燕等[31]于2003年在此基础上用逻辑信息法对五彩湾没有形成整装大气田和呼图壁气田上盘无气下盘有气现象进行了相关解释，用实际资料证明了逻辑信息法可以有效评价断层封启性。
1993年邓俊国等[32]使用Zadeh[33]提出的模糊集合的概念建立了模糊综合评价的模型来判别断层的封启性。2003年周新桂等[34]通过研究笔架山的油气分布规律，提出用模糊数学的方法对断层的封启性进行综合定量评价。为了更加准确地判断断层的封启性，2017年Dong[35]对模糊数学的综合定量评价方法进行了改进。
1993年吕延防等[36]在利用声波时差测井资料求取盖层岩石的排替压力方面做了有效的尝试。1996年付广等[37]把声波时差运用到了断层垂向封启性的判别上。此方法是通过断裂带填充物的性质和受压实的情况判断声波时差的高低，从而判断断层封启性。
1994年姜振学等[38]通过地震层速度对排替压力进行了探讨。付广等[39]在2000年通过地震资料求得断层位移和被错的断层泥厚度，再根据断层填充物中泥质质量分数的多少对断层封启进行判别。2008年马洪等[40]也做了类似的研究。
吕延防等[41]在1995年使用Sammon[42]提出的一种几何图像降维法(非线性映射法)确定断裂带(破碎带)填充物中的泥质质量分数，进而评价断层的封启性。1996年吕延防等[43]根据Harding[6]、Smith[11]、Weber等[14]的研究结果，用“概率模拟法”和“断层面压力法”判断汤原断陷断层的封启性。1996年付广[44]在Lindsay等[20]提出的泥岩涂抹系数的基础上，将泥岩玷污因子应用在断层侧向封闭研究上。同年鲁兵等[45]通过对不同类型、不同形态断层的封启性研究，提出了“断层主滑面”的概念。
1997年王志欣等[46]在Jaeger等[47]提出的断层力学运算的基础上，通过研究东营凹陷油气的分布规律，提出了利用断层面压力法判断断层的垂向封启性。吕延防等[48]2007年在对库车凹陷的研究中提出了通过断层面压力法定量分析断层的垂向封启性。即计算断点处断层面正压力，然后计算断层面压力相应的埋深，最后计算地层埋深下断裂充填物的排替压力。
2004年沈传波等[49]在Dewney[16]和鲁兵等[45]研究的基础上，通过三维古构造应力场对封闭性进行了更加精细的数据模拟研究，利用区域构造应力与断面地层的负荷得到断面正应力，此结果与断层封启性呈正相关关系。
2005年侯读杰等[50]在Kaufman等[18]研究的基础上分析了断层周边油气藏的地球化学特征，通过断层两侧油层中化学组成的差异证实了断层的封启性。2017年王力等[51]用地球化学方法也做了类似的研究。
2006年付广等[52]首次通过对沉淀胶结中的镜质体反射率值判断其胶结程度进而判断断裂的垂直封启性。2009年吕延防等[53]在Smith[11]研究的基础上，利用断层岩的排替压力与储层排替压力的差定量分析断层侧向封启性[49]。
Zhang等[54]于2010年在研究大港油田断层时，结合泥岩地层流体压力、断面正压力和断层带泥岩比率等因素提出了一种基于经验的断层连通性概率法，在地质时间尺度上评估油气运移时断层的流体连通性，从而判断断层的封启性。
2 断层封启性概念体系及应用范围 2.1 断层的分类根据力学性质，将断层分为挤压断层、张性断层、扭性断层、张扭性断层和压扭性断层。根据储层而言，将断层分为储层内断层和储层外断层。
2.2 断层封启性的假设前提断层封启性关注的核心问题就是断层两盘渗透层内的流体穿过断层面或断层破碎带的能力。而这个能力的变化与断层活动有关，因此断层封启性的形成有如下两个前提条件：1)要有流体，并且明确断层封启性针对的流体，因为同一条断层针对不同的流体具有不同的封启性[55]；2)存在断层，并且断层两盘排替压力的差值是被断裂活动影响或改造，因为只有断裂活动造成的排替压力差才是与断层封启性有关的。
目前断层封启性的研究方法都存在着自身的局限性，其开展研究的假设前提都是在地层格架相对精准的情况下[56]。另外，断层排替压力的非均质性要足够小。断层不同位置上的排替压力会存在差异，它的封启性也存在差异。目前，我们使用的研究方法不能够很好地揭示排替压力差异变化巨大的断层。
2.3 断层封启性的定义1966年Smith[11]认为断层封启性是断层带具有较高的排替压力或者断层上下盘岩石之间存在排替压力差。1989年陈发景[28]对断层封启性再次进行了定义，认为断层封启性是指断层与地层物性的各向异性相配合，能够阻止油气继续运移，使其聚集起来形成新的物性和压力系统。综合前人研究，笔者将断层封启性定义为：断层上下两盘岩石之间岩性和物理性质的差异引起排替压力差，这种压力差控制流体通过断层上下盘的能力，从而衍生出一套能够使油气聚集或通过的压力结构(图 1)。
2.4 断层封启性的特征及分类
根据不同角度对断层封启性的特点开展研究，可从以下几个角度进行分类：
按照流体在空间上的运移方向，可将其分为侧向封启性和垂向封启性。1)侧向封启性即在断层面的侧向上阻止流体穿越断层运移的能力。侧向封启性研究主要是分析断层圈闭聚集油气的能力[57]，多是针对储层段进行评价。2)垂向封启性是断裂带阻止流体沿断裂带在纵向上的运移能力。垂向封启性研究主要是分析油气向圈闭的充注和再散失的历史[58]，多是对盖层段的评价。
按照断层的封闭程度，将断层的封启性分为：完全封闭(封闭程度为100%)、部分开启(封闭程度为50%~100%)、部分封闭(封闭程度为0~50%)和完全开启(封闭程度为0)[59]。
按照断层的结构状态和岩性差异，可将封启性分为：1)断层面封启性，断层两盘由于并置作用产生的封启性；2)岩性封启性，断裂活动或者泥岩涂抹作用使得断层两盘岩性发生变化，进而产生孔渗压力差的封启性[60]。
而且根据断层面母岩的岩性、变形过程、环境以及相关的胶结作用等，还可以将断层封启性类型细分为：1)解聚带封启性；2)碎裂岩封启性；3)层状硅酸盐框架断层岩封启性；4)泥岩涂抹封启性；5)胶结封启性[61]。
2.5 断层封启性的形成机制断层封启性的形成机制主要有5个方面。
1) 并置作用[4, 7, 12, 19, 23]：断层能将不同封闭能力和毛细管排替压力的岩石发生并置。当断层两盘岩层以“面”接触时，沿着油气运移方向，远离油源一盘岩层的排替压力大于靠近油源一盘的岩层排替压力时，近油源一盘油气的侧向运移会受到远离油源一盘的阻止，断层具有封闭性；反之，具有开启性。
2) 碎裂作用[4, 19, 62-65]：断层发生位移时由于脆性岩层中的颗粒挤压和破碎会形成断层泥，这些断层泥使得断层带的渗透性明显降低。在断裂带中，断层泥孔隙度的值要比围岩低1个数量级，渗透率要比围岩低3个数量级。对断裂带岩心的微观结构研究表明，断层泥能封住300 m高的油柱以及更多的烃柱。
3) 胶结作用[4, 66-73]：断裂带非均质性强，物性变化剧烈，当流体在其中迁移时，流速的剧烈变化会促进在低流速段的胶结过程，而胶结物的沉淀会进一步促进胶结。胶结物的厚度与流体渗透岩石的距离、流体中易胶结物的多少以及渗透过程中的流体压力有关。在岩石渗透率高和流体渗透率压力降低的位置，往往胶结物的厚度会增大。
4) 涂抹充填[4-5, 7, 20, 64, 73-75]：塑性泥质物以及其他非渗透性的塑性物质被拖带进断层带内充填在断层带内或涂抹在断层面上。这种机制既可以发生在砂岩地层磨蚀、擦过泥页岩表面并被泥页岩玷污或涂抹，也可能是黏土物质或泥页岩在断裂过程中挤入了断裂带内，还可能是由于泥岩的塑性流动，沿断层发生剪切变形而产生的。
5) 沥青质沉淀[76-77]：沿断层带分布的固态沥青不仅会减小断裂带的孔隙度，还能大大降低储层渗透率，改变储层的孔隙结构，致使之前开启的断层封闭。
除此之外，部分学者还提出了密封膜[6, 78]封启机制，但从密封膜的形成过程来看，密封膜是一个综合因素，它由碎裂、胶结和泥岩涂抹3种作用综合组成。其中，泥岩涂抹被认为是碎屑沉积物中密封膜形成的主要机制。
3 断层封启性评价方法在近50年里，通过对断层带结构、断层封启类型、断层封启过程和生成断层岩的认识，地质学家提出了大量模型和方法评价断层带的封启行为。其中，Allan断面图法、断层面压力法、泥岩涂抹法、声波时差法、地震速度谱识别法、逻辑信息法、非线性映射分析法、模糊数学法和连通性概率法9种方法最具代表性。
3.1 Allan图法Allan[19]1989年将断层与油气运移和圈闭联系在一起，分析断层对油气运移的影响。目前Allan断面图法是评价断层封启性最常用的方法。该方法对断层并置、地层单位和断层的构造进行了三维刻画，有助于理解地层触点、断层几何结构/闭合样式。
作图方法：以断层面作为一个镜面，将断层两盘与断层面相接触的地层投影到断层面上，将几个断层的断层面为叠合面叠加在一张图上(图 2)。
通过作图能够较为直接地对断层两边的岩性和断层物质涂抹进行评价，以此可以用来评价侧向封启性。此方法的局限性在于，少井或地层格架及岩性展布不清楚的勘探区块直观地展现两盘岩性接触关系，不能将砂泥岩对接的情况准确地刻画出来。
3.2 断层面压力法1997年王志欣等[46]在Jaeger等[47]提出的断层力学运算的基础上，通过研究东营凹陷油气的分布规律，提出了断层面压力法判断断层封启。断层面所受到正应力的大小决定了断层面结构间的紧密度，从而决定了断层的封启。断层面压力是定性反映断层垂向封启的方法。如果断层面受到的压力越大，那么断层面的紧闭程度就越好；相反就越差[79](图 3)。
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| a.剖面图；b.平面图。 图 3 断层面压力示意图 Fig. 3 Sectional schematic view of stress |
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断层面压力计算公式为
式中：p是断层面承受的正压力(MPa)；h是断层面的埋深(m)；ρα是上覆地层的平均密度(g/cm3)；ρβ是地层水密度(g/cm3)；g是重力加速度，(m/s2)；σ是水平地应力(MPa)；θ是断层面倾角(°)；ω是地应力与断层走向间的夹角(°)。
在任何一个应力场中，我们都可以找到一个剪切力为0的正应力场。根据岩石所受作用力使其变形的论据可推出，泥岩在受到所能承担压力的弹性限度的上限时，则将产生塑性变形。从李德发等[80]抗压实验中的数据可推出，在受到的施加压力在5~10 MPa区间时，泥岩将产生塑性变形。因此，多数学者将压力5~10 MPa作为断层垂向封闭性开始形成所需的最低压力。如果断层面两侧地层是以泥质岩为主，断层面压力达到或者超过此范围值时，泥质岩产生塑性变形并流动，从而产生较好的垂向封闭性。反之，如果断层面两侧地层是以砂质岩为主的话，断层面虽在压力下发生了闭合，但砂质对接，断层依然存在渗入孔隙，则基本上垂向是开启的。由此可见，利用断层面压力来评价断层的垂向封启性时，必须结合断移地层的砂地比值，根据已有实际资料，建立研究区内断层垂向封启性的评价标准，进而作出封启性级别的判别。
3.3 泥岩涂抹法1995年Berg等[7]对泥岩剪切带产生的力学机制进行了解释。为了定量分析断层活动过程中泥岩对油气的遮挡作用，Bouvier等[5, 20, 23]先后提出了具有代表性的评价方法。
1) Bouvier等[5]在使用三维地震研究断裂时发现断层泥可以阻挡油气的运移，提出了泥岩涂抹潜力(FCSP)的概念。即泥岩涂抹潜力越高，断层的封闭性就越好；反之亦然。FCSP在预测剪切类断层的泥岩涂抹方面非常成功，能够预测不同方位的泥岩涂抹数量以及涂抹效应[81]。
计算方法为
(1) 式中：H为泥岩层厚度，即对盘地层中滑过某点所有泥岩厚度的总和；L1为涂抹距离，即断层两盘上对应层之间的垂直距离(图 4a)。想要知道断距内每个泥岩层在这一点的涂抹能力总和，需计算出各泥岩层在此点的相对涂抹量，然后累加。
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| 图 4 断层面泥岩涂抹计算示意图 Fig. 4 Sketch map showing quantitative calculation of shale smear on fault section |
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Jev[15]发现当FCSP值小于15时，断层是开启的；当FCSP值为15~30时，断层处于封闭与开启的过渡带；当FCSP值大于30时，断层是封闭的。
2) Lindsay等[20]发现页岩因泥化而形成的页岩涂抹厚度随着位移的增大而变薄，提出了泥岩玷污因子(ISSF)，来描述单层泥页岩在断面上涂抹的连续性。ISSF适用于压入性涂抹。
计算方法为
(2) 式中：L2为断距(图 4b)。如果ISSF值大于7，泥岩涂抹将会变得不完整[20]；ISSF值小于7，泥岩涂抹连续[20, 82-83]。
3) Yielding[23]1997年发现断裂活动会将泥岩带入断裂带内，断裂带的泥质质量分数与断层的封启性成正比，提出了断层的泥岩比率(ISGR)[84]。计算方法为
(3) 式中：Hi为第i层的泥岩厚度；w泥质i为第i层中泥质质量分数。该方法可以解决厚层非均质碎屑岩层黏土涂抹填充的问题。从式(3)可以看出(图 4c)，ISGR值越大，断层越容易形成封闭；ISGR值越小，断层越容易形成开启。
3.4 声波时差法1993年吕延防等[36]在利用声波时差测井资料求取盖层岩石的排替压力方面做了有效的尝试。1996年付广等[37]把声波时差法应用到了判别断层封启性上。声波时差法受岩性和埋藏深度等诸多因素影响。但泥岩主要控制因素是孔隙度。泥岩孔隙度(φ)与声波时差(Δt，单位为μs/m)的关系为
(4) 式中，a和b为与地区有关的常数。可见，孔隙度越大，泥岩的声波时差越大。
泥岩的排替压力(p排，单位为MPa)与孔隙度间的关系为
(5) 可见，泥岩的排替压力与孔隙度呈负相关。即孔隙度越小，毛细管的封闭性就越好，排替压力就越大；反之亦然。
泥岩排替压力与声波时差的计算公式为
(6) 式中，c和f是与地区有关的常数。
声波时差与断层的排替压力之间呈负相关关系，当声波通过断层填充物的速度小于围岩的速度，断层封闭性好；反之，开启性好。付广等[37]根据断层充填物的声波时差以及围岩的声波时差之间的相对关系，对断层的封启性进行了预测。该方法为定性的研究方法，必须使用钻遇断层的声波时差资料进行评价。
3.5 地震速度谱识别法1994年姜振学等[38]通过地震层速度对排替压力进行了探讨。付广等[39]在2000年提出通过地震资料求得断层位移和被错的断层泥厚度，再根据断层填充物中泥质质量分数的多少对断层封启进行判别。2008年马洪等[40]也做了类似的工作。该方法的核心是利用地震层速度与岩性之间的关系，推断泥岩质量分数，进而预测断层封启性。
该方法的具体步骤为：1)根据井资料做出泥质质量分数-埋深-层速度图版；2)利用地震速度谱算出断层周围不同深度岩层的地震波速度；3)依照地震波速度和图版求得断层周围岩层的泥质质量分数；4)依照泥质质量分数对断层的封启性进行判别。
(7) 式中：vint为地震层速度，m/s；n为被断层错断的泥岩层层数。
速度谱的叠加速度与层速度存在特定的关系。因此，可利用叠加速度来求取均方根速度：
(8) 式中：vr为均方根速度，m/s；vs为叠加速度，m/s；Δt0为水平间距的相邻两道上同一反射同相轴的时差，s。
在水平层状介质下，叠加速度就是均方根速度，依据Dix公式[85]，得出：
(9) 式中：vr, n为第n层的叠加速度，m/s；vr, n-1为第n-1层的叠加速度，m/s；t0, n和t0, n-1分别为第n个和第n-1个界面双程旅行时间，s。
求取所有谱点的叠加速度，需消除其中的异常点，并将其代入图版中。
w砂质i为一层砂岩的质量分数，据此可以算出该层的w泥质i：
(10) 将所求得的w砂质i和w泥质i投到图版上。结合测井资料和埋深，可求得地震层中断层错开泥层岩厚度的计算公式：
(11) 最后，将(11)式代入(7)式中，求出w泥质。
断裂带里面的泥质质量分数越大，孔渗性就越差，排替压力就越高，就越容易造成封闭；反之，就越容易开启[39]。此方法多用于探井比较少、勘探程度比较低的区域。由于此方法未考虑到后期的成岩作用，所以得出的泥质质量分数是预测值，与真实值往往有一定的误差，而且此方法多用于判断断距大于20 m的断层。
3.6 逻辑信息法1992年曹瑞成和陈章明[30]提出将逻辑信息法运用在断层封启的判别上。在假设相同封闭能力的断层具备相同影响因素的条件下，依据对已知封启性断层的影响因素实行逻辑计算，挑选出重要的地质参数；并依据它们对于断层封启性影响的大小来依次授予权值，通过运算得到每一个标准对象的对象权；再与该封启性进行对比，以建立断层封启性的判别模型，针对未知封启性的断层选取相同变量，根据实际情况赋值计算评判其封启性。
该方法的具体步骤为：1)列出影响断层封启性的地质因素；2)建立原始的数据矩阵；3)建立地质对象的变异序列；4)进行各种数学运算；5)检验结果；6)对断层封启性进行评价；7)用已有的地质理论和计算结果对地质意义进行解释。
在进行运算时先通过位移三角形求得每个标志的标志权Pk*(1)和Pk*(0)，其中：
(12) 式中：k为标志号，k=1, 2，…，n；Lk为变量k在组成变异序列样品数及标志k取值为1的样品数固定条件下的最大权。
再计算出每个标志的相对标志权
(13) 
(14) 计算标志信息权Pk：
式中：A为包含有标志k的最小区分标志组合数；B为全部最小区分标志组合数[37]。
计算标志分权
(15) 
(16) 计算标志分权绝对差Rk：
(17) 第i个评价对象的对象权Ii为
(18) 如果
对象权是最终的结果，它是表现断层封闭程度的综合参数。根据对象权能确定断层封启性程度的判别界限。
3.7 非线性映射分析法1969年Sammon[42]提出了非线性映射分析法，1995年吕延防等[41]将其运用在断层封启的判别上。把已知封启性的断层和要判别封启的断层一同作非线性映射分析，根据需判别的断层落入点群的位置，可以比较准确地判别出断层的封启性[38]。研究断层封启性时一般选用Q型非线性映射分析，Q型是用距离系数矩阵表示样品点之间的关系。使用该方法评价断层封启性的计算步骤[41-42, 57]如下。
1) 设有n个样品，每个样品有q个变量，则每个样品点就相当于Oq空间中的一点Xi=[xi1, xi2, …, xiq]，i =1, 2, …, n。
列出原始观测数据的n×q矩阵：
(19) 2) 计算两样品点Xi和Xj的距离dij*：
(20) 得到距离矩阵D*：
(21) 3) 把Oq中的n点X1, X2, …, Xn映射到n维空间Ol(l＜q)中去，即通过非线性映射后，把Oq中的n点映射到Ol空间中，得到相应的n点。
任取Ol空间中n点的初始值：
(22) 当l=2时为平面，便于画图与观测。为了减少计算时间，先取原始数据X进行R型因子分析，找出前两个主成分F1、F2，构成一个因子面；然后把n个样品点在此因子面上的得分作为初始构形，进行迭代。
4) 计算两样品点的距离：
(23) 得到矩阵：
(24) 式中: i, j=1，2，…，n；i＜j；m为迭代次数。
5) 引入变量E作为高维变换到低维的约束条件。E为映射误差，其是用z维空间中所有点的距离dij*和l维空间中所有点的距离dij来定义的，表示l维空间中n点的构形对于z维空间中n点构形的拟合程度。
将dij(m)代入E中，计算E(m)：
(25) 式中：E(m)为第m次迭代后的映射误差；η=
E(m)为yqz(m) (q=1, 2, …, n; z=1, 2, …, l)的函数，故共有l×n变量。以后计算步骤是调整变换yqz，即变换n个样品点在Ol空间中的构形以减少映射误差。
用最快下降法搜索映射误差的极小值，即利用E(m)对yqz(m)的一阶、二阶偏导数，求得E(m)达到极小值时在Ol中n个样品点的第m+1次的构形，进行迭代，最后使E＞E(m)。此时所得在Ol空间中的第m+1次的n个样品点的构形，即为非线性映射分析的结果。
迭代公式为
(26) 其中：
(27) 
(28) 
(29) η是一个常数，控制收敛速度，通常取η≈0.3, 0.4。
把多个影响断层封启性的因素看作多维坐标，那么每条断层就是多维空间里的一个点，断层的封启性能力不同，它所在的空间位置也就不同[42]；封闭能力相似的断层，控制封闭能力地质因素相似，所在坐标中空间位置就相近。此方法核心是依据非线性转化之后，将高维空间里面的几何图像转化为低维空间里面的图像，转化之后仍然近似地维持原来图像中的几何关系。使用此方法时，一定要先正确地查找出作用于断层封启性的相关参数，这些参数在已知封闭程度的断层中已经经过确认，可以成为未知封启性断层的“参考物”。此方法多用于研究程度较高的地区[86]。
3.8 模糊数学法模糊数学是半定量-定量评价油藏中断层封启性的重要手段。为了能更准确地研究断层封启性，在前人[32-34]研究的基础之上，Dong[35]对模糊数学的综合定量评价方法进行了改进：首先采用动态聚类方法确定单因素隶属度，然后利用连续评分函数构造单因素评价矩阵，最后对模糊评价矩阵中评价等级的概率分布进行分析。
具体过程如下：1)根据区域地质和断层发育情况，选取影响断层封闭性的单因子进行量化，得到单因子量化矩阵Un×1 (n是单个因子的个数)。2)根据断层封闭性的一般划分和区域需求，对评价等级数(m)进行划分。3)根据评价等级数构建单因子隶属度矩阵工作区级及油气勘探成果，V1×m；在此基础上，Un×1是为了评估构造一个模糊评价矩阵Tn×m=Un×1·V1×m。每个单因子有不同的断层封闭性的贡献，为此设立单因子的加权矩阵，G1×n；模糊评价矩阵B1×m=G1×n·Wn×m。最后，以模糊评价矩阵B1×m的最大值作为相应的评价等级。评价等级分为优秀、较好、中等、较差和差5个等级。
单因子可以通过离散函数或连续函数获得。其中，离散函数适用于定性研究，如断层性质；连续函数适用于定量研究，如断层面压力。单因子权重系数越大，它对断层的封堵影响越大。模糊数学综合评价的模型包括加权平均型和主因子型。加权平均型能考虑到多种单因子，以避免信息丢失；主因子型能突出控制因素并且能防止干扰因素。在断层封启性评价过程中，大部分学者采用加权平均法。
3.9 连通性概率法Zhang等[54]在2010年结合泥岩地层流体压力、断层面正压力和断层带泥岩比率等因素提出了一种基于经验的断层连通性概率法，在地质时间尺度上评估油气运移时断层的流体连通性。在盆地历史上的任何时间点上，石油运移是否都是通过断层段发生的，取决于断层封启时是否存在含烃层。Zhang等[54]的液压连接概率概念，提供了一种实际的统计方法来描述油气运移过程中断层段的开闭过程。此外，它还可用来评估一个参数的有效性，该参数表示一个或几个地质因素在油气运移中所起的作用。该方法是选取泥岩流体压力(ζ)、断层面正压力(p)、泥岩比率这几个影响断层封启性的参数值对断层面的封启性能力进行计算。
泥岩流体压力通过压实曲线用平衡深度法求得：
(30) 式中：Z为观察点深度，m；Z1平衡深度点深度, m；ρh为地层的平均密度，g/cm3；ρ为孔隙流体的平均密度，g/cm3。
连通性概率法断层封启性系数计算公式为
(31) 式中：C是断层的封启性系数，当C≤0.75时，断层是封闭的；当C≥3.25时，断层是开启的；当0.75＜C＜3.25之间时，断层可能封闭，也可能开启。一般情况下，C值越大，断层越有可能开启。断层的封启性系数只能表明断层上的某一点在断层活动期间开启形成流体连通条件的趋势[84]。
4 研究不足与发展方向根据国内外学者对断层封启性研究状况，总的来说存在以下几个发展方向：
1) 在现阶段控制断层封启性机制的研究还不够深入，比如Lindsay等[20]提出泥岩涂抹的形成机制，尤其是它如何在三维空间中制造断层封闭说得还是不够清晰。因此，进一步深化泥岩涂抹和胶结作用等因素对三维空间中作用机制的影响是断层封启性研究的一个重要发展方向[87-88]。
2) 目前断层封启的控制机制之间还是独立的，也就是在不同的时空角度之下，如何将这些因素统一地纳入到一个模型中来，到目前仍然没有一个理论解释或办法可行。随着不断对断层封启性机制及研究方法的研究[89]，国内外学者已经逐渐意识到断层封闭性是由多种控制因素共同控制，而不是单一因素。特别是仿真模型被用在预测石油运移和聚集方面，它需要综合考虑断层带划分及其烃密封的情况[90-95]。断层封闭性不仅受到断层力学性质、断面承受应力、两盘岩性并置关系以及两盘储存层面排替压力等相关因素作用的影响，还会受到应力场演变和盆地演化等诸多因素的控制，整体上断层封闭和开启的控制因素处在不同的角度，所以将多角度的控制因素统一在一个可控完整的模型中开展研究已经势在必行[76]。
3) 学者们最开始是从定性方面研究断层封启性，明确提出了断层封启性的根本原因是因为排替压力的差值。那么最直接的定量方法应该是直接描述断裂带和断层两盘岩性之间的排替压力差，这样能极为准确地评价断层的封启性，但是发展到现在我们依旧不能直接有效地定量描述断层两盘的排替压力差。这也是断层封启性研究的一个重要方向。
4) 由于各向异性的存在，很多时候侧向封启性和垂向封启性往往是独立开展研究的，这两者之间存在明显的相关性[96]。但这种相关性遵循什么规律，如何统一描述，目前没有成熟广泛适用的例证。
5) 目前研究断层封启性的方法和手段都比较单一，已有学者注意到这个问题，开始开展多学科、多角度的综合分析，尤其是计算机技术的广泛使用，使得大量的模型应用以及对数据的直观性分析变得更加容易，但是在多学科、多角度分析的道路上，我们仍然有很长的路要走。
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