三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征研究

含气页岩受力后裂隙扩展分布方式与矿物之间的关系研究对页岩气勘探开采具有重要指示意义，但受制于前期仪器设备水平的不足，目前相关研究较少。本文以四川盆地志留纪龙马溪组页岩为例，分别选择三轴压缩试验前后的天然样和压缩样进行氩离子抛光，借助高性能场扫描电镜和能谱仪进行矿物晶体和微纳尺度的裂纹观察（分别设定扫描电镜像素大小10 nm和1 μm，观察面积设为1 mm），结合空间统计分析技术，进行三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征及其与矿物组成的相关关系进行分析研究。研究表明，三轴压缩试验前后，样品内微纳尺度裂隙的空间分布均符合幂律分布，具有一定的自仿射性和层次结构性。但是不同矿物（石英、长石、碳酸盐、黏土等）在受压前后产生的微观裂隙分布特征值（D、logC）变化方式存在显著差异，反映了不同矿物的力学响应特征和机制的不同以及不同矿物对页岩压裂造缝的贡献作用的不同。脆性矿物中的长石、碳酸盐矿物组成以及脆性矿物与黏土矿物的相互作用可能对页岩缝网改造中起着较为重要的作用。不同矿物压缩前后的破坏模式总体存在从张性破坏到剪性破坏的转变过程，然而不同矿物类型在压缩前后裂隙展布形态特征及力学机制有很大不同，特别是碳酸盐类和黏土类矿物变化最为显著，容易形成较复杂的缝网，并存在复杂应力状态主导的多种不同力学机制裂纹共存的现象，在研究时需要考虑页岩复杂矿物构成和结构导致的破裂过程的不确定性等因素