基于CT试验的黔北凤冈地区牛蹄塘组含方解石脉页岩的力学行为研究

Mechanical behavior of calcite vein-bearing shale of the Niutitang Formation in Fenggang area, northern Guizhou based on CT tests

摘要

通过黔北地区牛蹄塘组页岩的岩心观察显示,方解石脉作为天然裂缝的充填物,并在很大程度上影响着页岩的破坏模式,研究含方解石脉页岩的破坏特性对水力压裂过程中裂缝的起裂、扩展行为的预测与工程设计有重要意义。为揭示方解石脉对页岩力学特性和破裂特征的影响,进行0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°7种倾角的单轴压缩和声发射试验,并结合CT扫描技术、有限元计算,构建了三维细观数值模型,讨论不同角度方解石脉对页岩的细观破坏过程和力学性能的影响,分析页岩微裂纹的时空演化规律。结果表明:(1)不同方解石脉角度页岩的声发射和应力-应变曲线形态变化基本相同,均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段等4个阶段,各阶段区分明显,特征强度的变化曲线整体呈“U”形,变化程度不断加快,θ为75°时为最低值;(2)方解石脉显著影响页岩的破坏模式,随着角度的提高,由劈裂破坏转变为劈裂型剪切破坏再到剪切滑移破坏,最终变为劈裂张拉破坏;(3)重构的三维模型和物理试验的表现较为一致,并且能够观察到页岩内部和表面裂纹扩展与贯通过程,声发射的空间分布反映了不同阶段下的压缩、张拉和剪切破坏的单元类型,从微观角度揭示了含方解石页岩的破裂机制;(4)页岩的宏观力学特征同时受方解石和基质的影响,体现了明显的各向异性特征,方解石角度越高,对滑移导向作用越强,试件的力学性能越弱。

关键词

页岩 / 方解石 / 各向异性 / 三维重构 / 黔北地区

Key words

shale / calcite / anisotropy / three-dimensional reconstruction / northern Guizhou

0 引言

随着我国国民经济的发展,油气资源的供需形势日趋严峻,页岩气作为一种非常规能源,是常规油气资源的重要接替领域^[1⇓-3]。随着美国在页岩气领域的突破,许多国家也加大了页岩气的勘探开发力度,我国的页岩气资源十分丰富,2022年页岩气产量达240×10⁸ m^{3 [4⇓-6]},是第三个能做到页岩气商业化生产的国家。

页岩是典型的脆性岩石,沉积形成的层理面使页岩具有较强的各向异性特征^[7],对水力裂缝的形成和扩展作用有很大影响^{[8⇓⇓⇓-12]}。因此,层理页岩裂纹演化机理及破裂行为研究对页岩气开采具有重要意义。Lei等^[13]用扫描电子显微镜观察了三点弯曲荷载作用下龙马溪组层状页岩的微观断裂过程,发现主裂纹沿薄弱面延伸的距离主要取决于薄弱面与最大拉应力之间的优势程度。Luo等^[14]发现不同层理的页岩对围压的敏感性不同,0°和90°层理页岩受围压影响明显小于30°、45°和60°层理的页岩,并通过动态增加因子分析验证了这一点。王兴渝等^[15]进行了SHPB动态冲击加载实验,发现页岩层理会影响裂纹扩展路径的偏转,应力强度越低,层理对裂纹的偏转作用越强。

现有研究主要集中于层理的各向异性效应影响,鲜有人从微观结构考虑页岩中矿物截面对页岩力学性质的影响,没有考虑方解石结构面对页岩破坏的控制作用。而在黔北地区的勘探实践发现,页岩作为一种非均质性材料,内部填充着大量矿物颗粒,方解石常常填充于多个裂缝系统,并形成完整的切面贯穿页岩^{[16⇓⇓-19]}。方解石的弹性模量高,泊松比低,当页岩受到压力时,方解石和页岩的形变速率不同,在很大程度上影响着页岩的破坏模式,对页岩的力学特性和裂纹扩展产生影响^[18,20-21]。

CT显微成像技术,是利用X射线的穿透能力分析物体内部的检测方法,能够刻画岩石内部结构特征和矿物与孔隙分布^[22⇓-24],为精确建立三维数值模型提供了可行的方法,三维重构精确的数值模型能够表征岩石内部的渐进式破坏过程,能够探究微观与介观尺度岩石内部的破坏规律。郎颖娴等^[25]通过CT扫描,构建了体现细观孔隙结构的玄武岩三维模型。

本文对黔北地区牛蹄塘组含不同倾角的方解石脉页岩进行单轴压缩和声发射试验,并利用CT显微成像技术,构建含不同方解石脉倾角页岩的三维数值模型,对含方解石脉页岩试样的单轴压缩数值试验研究,共同分析含方解石脉页岩试样破坏过程,讨论方解石脉倾角对页岩力学特性和各向异性的影响。这项工作将为水力压裂过程中裂缝的起裂机理和裂纹的扩展预测提供重要依据。

1 物理试验方案

本次试验采用的试样为贵州省黔北地区凤冈三区块下寒武统牛蹄塘组的7块页岩岩心,均来自凤参1井(下称FC-1),岩心埋深为2 502.67 m,岩样为灰黑色。通过对FC-1的钻井岩心裂缝进行观察,发现牛蹄塘组页岩天然裂缝较为发育,并主要以构造裂缝为主,岩心观察图如图1所示。

1.1 试验样品

为了研究不同方解石脉角度对页岩力学特性的影响,将方解石脉的倾角θ定义为方解石面与水平面的夹角,并考虑0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°等7种方解石脉倾角方向进行钻岩心取样^[26]。图2所示为试样取岩心示意图,为了满足国际岩石力学学会的要求,将FC-1井中采取的岩心制作成标准试件的圆柱体,直径为50 mm,高度为100 mm,试样数量为7个(图3)。试样精度方面,试件端部平面磨平到0.02 mm,高度精确到1 mm,试样无明显节理及裂纹等缺陷。端面垂直于试样轴线,最大偏差不超过0.25°。

基于岩心X射线衍射测试岩样矿物组成为:石英的质量百分比为40.1%,长石类15.3%,黄铁矿5.3%,白云石10.7%,黏土矿物19%,其中,黏土矿物中伊利石含量最高,平均为87%。样品中还发现方解石等碳酸盐矿物。由此可见,该地区牛蹄塘组黑色页岩主要由脆性矿物组成,黏土矿物含量较低。

针对方解石脉与页岩的微观结构分析,从制备试样后的残余岩块取样,制作薄片,进行电子显微镜扫描观察,图4所示为试样微观结构扫描电镜照片。由图4可见,页岩与方解石脉差异较大,页岩矿物粒径小,但微观孔隙和裂隙多,方解石矿物粒径大但微观孔隙和裂隙发育不明显。

1.2 试验设备与试验方案

试验设备及声发射传感器布置如图5所示,单轴压缩试验采用DSZ-1000型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,声发射采用PIC-Express型声发射监测系统,是一个6通道的连续采集系统,前置放大器的主放大器设置为40 dB,阈值为40 dB,试样表面共布置一层6枚传感器,传感器位于试样中央。在单轴轴向压缩试验中,采用位移控制方式进行加载,加载速率为0.05 mm/min。

2 三维页岩数值模型的构建

2.1 CT扫描处理

为了获得清晰的含方解石脉的页岩微观结构图,将含不同角度方解石脉的页岩制成半径50 mm、高度100 mm的圆柱体试样,使用天津三英精密仪器公司的nanoVoxel-3502E系列X射线显微CT系统对含方解石脉页岩试样进行扫描。该系统可以分辨出微米级的裂隙和孔洞。将页岩试样按高度方向自上而下扫描5 000层,扫描间隔为每层0.02 mm,成像大小为1 275×1 275像素,扫描单元尺寸为19.12 μm×19.12 μm,扫描步骤如图6所示,图6c为某一断层的CT扫描图片,其中的方解石脉与层理结构清晰可见,图6d为红色区域放大后的细观图像,能够表征体现页岩内部的矿物及孔隙分布。

2.2 三维模型重构方案

在CT扫描获得的数字图像中,各组分的颜色和亮度具有明显区别。因此,不同颜色和灰度可表征页岩试样的微观结构,即页岩与其中填充的方解石和石英矿物。选择HSI颜色空间(灰度值)对图像进行阈值分割,并以此划分灰度值范围相对应的矿物^[25,27]。灰度值反映了不同矿物的亮度,灰度值越大,亮度越强。

图7是某一扫描线上的灰度值变化曲线,由灰度值曲线图可以发现,页岩和方解石脉的灰度值界限为115,石英与方解石的灰度值界限为160。因此,根据灰度值曲线图得到的阈值,将灰度值为0~<40的裂隙单元视为空洞,40~<115的单元赋值为页岩基质,115~160的单元赋值为方解石,160以上的单元赋值为石英。实际上,图7中的CT扫描图像中能够获得清晰的层理分布,但本次主要研究方解石脉的角度对页岩力学性能的影响,不考虑层理效应,因此,在赋值的过程中,将较弱的层理面也视为页岩基质。

为构建三维数值模型,将图片中的像素信息转换为建模所需的矢量化数据^[28-29]。CT扫描获得的数字图像是由无数个正方形像素点组成的,在三维空间中,将各个像素点的角点坐标转换为相应的矢量空间物理位置,并将每一张图片赋予一定的厚度,那么每一张图片即可看作一个三维的薄片,当定义的每张图片的厚度t足够小时,其构成的三维模型与实际岩体的误差可忽略不计^[25]。为使模型结构与真实试样保持一致,且保证正方形像素映射的单元体结构均质,将每个单元体的尺寸设定为0.5 mm×0.5 mm×0.5 mm,即在数值模型中按照扫描顺序自上而下导入200张岩心图片,对应单元体的厚度为0.5 mm,模型中共包含1 570 796个正方形计算单元体。图像的叠加和矢量化转换如图8所示。

页岩、方解石和石英的材料参数见表1^[21,30]。

单轴压缩的加载方式如图9所示,模型的底部是固定的,并在模型表面施加平行于坐标轴方向的轴向位移载荷。当平行于Y轴方向施加载荷时,XOZ表面(底面)的中心点在水平和垂直方向上固定,载荷施加到XOZ表面(上表面)。单轴压缩实验中,位移荷载初始步长为0.000 2 mm,每一步的位移增量为0.000 2 mm。同时,在加载的过程中,不断收集应力、应变和声发射能量等数据,以及表征页岩损伤演化的实时图片。

3 试验分析

3.1 应力应变分析

图10给出了不同方解石脉倾角条件下的页岩试样的单轴压缩应力-应变试验结果。试样的应力-应变曲线分为4个阶段,对应着试样压缩过程中经历的压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。在压密阶段,随着轴向压力的不断增加, 页岩内部结构中的孔隙和裂缝逐渐被挤压形成密实结构,此阶段曲线的线性特征表现为斜率逐渐增大。在弹性阶段,页岩试样被压密以后,抗压强度和形变较稳定。塑性阶段,试样内部结构受到挤压导致试样不断产生新裂纹,页岩试件主要产生塑性变形,应力-应变曲线向下稍微弯曲,逐渐偏离线性。破坏阶段,页岩试样达到极限强度,试样内部的裂缝进一步扩大并贯通,形成宏观裂纹,储存于页岩中的弹性能以弹性波的形式迅速释放,页岩试样强度突然下降,应力-应变曲线瞬间跌落,表现出显著的脆性破坏。

方解石脉角度对页岩的应力应变曲线有明显影响。方解石脉倾角为45°时,试样的应力-应变曲线呈单峰型;0°、30°和90°时,曲线呈现双峰型,15°、60°和75°时,曲线呈现多峰型,表明页岩在塑性变形阶段经历多次应力重新分布。页岩内部的方解石结构较弱,且受力方向不同,导致试样的总体强度差异较大,其中60°和75°试样的强度受方解石脉倾角影响最为明显,这是因为页岩易产生沿方解石脉弱面的剪切滑移破坏。不同方解石脉倾角的试样,其应力-应变曲线表现出明显的各向异性。

3.2 破裂模式分析

页岩的变形特征和力学强度与其破裂形态有着密不可分的联系。在单轴试验中,当轴向应力到达最大值时,页岩能量迅速释放,此时页岩试样内的宏观裂缝迅速生成并贯穿岩样,致使岩样失去承载能力,形成破坏面。试验后试样破坏照片如图11所示。根据破坏模式,可以将其分为劈裂破坏、剪切滑移破坏和劈裂型剪切破坏3种类型。

当θ=0°时,方解石脉与加载方向垂直,破坏模式为穿切方解石脉的劈裂破坏。在试样压缩过程中,劈裂破坏连通形成宏观裂纹。垂直加载情况下,方解石脉上的拉应力较小,并且角度过低致使破坏面无法沿层理面滑移,随着应力增大,裂纹顺轴向发展成直线。

当θ=15°~45°时,破坏模式为劈裂型剪切破坏。随着试样被压缩,方解石脉首先发生了穿越页岩和方解石弱面的劈裂破坏,劈裂破坏影响了应力的分布,导致页岩的应力集中,劈裂裂纹诱导了最终宏观的剪切破坏。这是由于加载的进行,方解石脉上的拉应力开始集中,但拉应力较小,难以形成滑移破坏,继续增大应力,方解石的劈裂破坏诱导了剪切裂纹发展成剪切面。由于方解石的存在,剪切裂纹更多形成和劈裂裂纹啮合或者呈阶梯状的宏观裂纹。

当θ=60°~75°时,破坏模式为剪切滑移破坏,其中,75°的试样沿着层理面发生剪切破坏,试样的强度主要取决于与弱面的黏聚强度,在受到剪切力时容易在交界处产生滑移,但60°的试样发生的是与方解石结构相交的剪切滑移破坏,这是由于该试样存在较方解石脉更脆弱的层理结构,层理面上的剪切应力率先达到了极限^[31]。

当θ=90°时,破坏模式为劈裂张拉破坏,此时方解石脉会率先达到抗压能力极限,试样内部首先产生沿着方解石脉的微裂纹,最终微裂纹发展贯通形成劈裂破坏,同时受拉应力的影响,产生多个张拉破坏面。

含方解石脉页岩单轴条件下的破坏随着角度的提高,由劈裂破坏转变为劈裂型剪切破坏再到剪切滑移破坏,最终变为劈裂张拉破坏,方解石脉倾角与其破坏模式密切相关,影响了页岩的各向异性特征。

3.3 声发射分析

声发射事件反映了信号的强度和频率,也反映了试件内部裂纹演化扩展直到试样破坏的过程^[32⇓-34]。图12、13所示分别为0°与其他角度下含方解石脉页岩的单轴压缩声发射及应力应变关系图。由图13可见:不同方解石脉倾角试样在加载过程中的声发射事件规律基本相同,大致可分为4个阶段(图12),压密期对应试样的缺陷与孔隙的压实,与此阶段对应,声发射较频繁,但事件强度较低;平静期对应弹性变形阶段,此阶段试样的声发射规模较小,进入相对平静期;在活动期,对应非弹性变形阶段,此时累计声发射曲线变陡,声发射规模提升,较大的声发射事件往往伴随着强度的下降;爆发期对应着破坏阶段,在达到峰值应力时,声发射事件瞬间爆发,说明试样内部裂纹迅速贯通导致破坏,破坏前的一段时间声发射极为平缓,也体现了页岩的能量变化以及脆性特征。方解石脉倾角为75°时,试样在压密期并未放出大量声发射事件,这可能是因为试样较为密实,积攒的弹性能在多次强度折减时不断释放。

3.4 模拟试验的损伤演化分析

图14为物理试验(左)和模拟试验(右)的特征强度应力变化趋势图,两种试验都表明方解石脉倾角会显著影响页岩的强度特性。随着角度的提高,页岩的力学性能逐渐递减,在75°时达到最小值24 MPa,在θ=0°和90°时,页岩往往拥有更好的承压能力,呈现“U”形的强度变化趋势,这种变化与层状页岩类似^[35-36]。因为层理和方解石都属于力学上的结构弱面,因此呈现相似的各向异性特征。但方解石弹性模量大,不同于主要由黏土矿物形成的层理,导致峰值应力的差异。

图15为方解石脉倾角为60°时试件的断裂演化图,在弹性阶段,由于页岩试样的细观结构呈非均质性,页岩在右上方和其他薄弱点位置出现损伤。在非线性变形阶段,裂纹沿方解石结构面以曲线形式在最大压应力集中处不断扩展,形成具有许多小分支的断裂面。随着加载的进行,裂纹沿方解石结构面迅速扩展。裂纹的数量和长度不断增加,直至贯通失稳(图15a,b和c)。在图15d中,垂向切割图包含两种裂纹扩展模式,由于存在方解石结构的原始弱面和固有各向异性的影响,裂纹扩展模式更加复杂。随着轴向载荷的增加,裂纹沿方解石结构面向两端扩展,并导致其下部的页岩基质应力集中,形成许多破裂程度更大的裂纹。这些裂缝接近平行于加载方向,在图15d的垂向切割图中,我们可以看到试件的内部缺陷和细观空间结构特征。

在图15e声发射演化图中,每个球体代表一个声发射。球体的直径越大,表明这一步声发射的破坏程度越高,能量释放越大。球体的中心为破坏单元的位置,蓝色球体代表拉伸破坏,红色球体代表剪切破坏^[25]。在弹性阶段中,方解石右上侧末端存在较小的压应力集中的现象,由于页岩的固有各向异性特性,原始的页岩中也存在部分压应力集中的现象,表现为分散的微点源断裂。说明方解石结构面位置易碎,易损坏。随着加载的进行,大范围的能量聚集形成块,当能量聚集到一定程度时,试样中出现的声发射球体由红色主导转为许多较大的蓝色球体主导,说明宏观裂纹为拉伸破坏。试件在破坏过程中释放的能量绝大部分来自应力集中处的断裂区,靠近试件周缘与荷载板界面处的破坏以剪切破坏为主。方解石结构面上的细观单元的拉伸破坏导致方解石脉上的细观孔隙和裂缝萌生与扩展,这是由于方解石脉存在,页岩试样抵抗压缩变形的能力减弱,容易产生沿方解石结构面的剪切滑移破坏,当方解石脉倾角为60°时,页岩的拉应力首先达到抗拉强度。

图16为方解石脉倾角为45°时试件的应力演化的切片图,由于黏聚力弱小,方解石脉和页岩的交界处应力最为集中,损伤也最为严重,当细观损伤点数量达到一定程度并相互连接时,就会产生不可逆的宏观损伤^[37]。方解石结构面和下方受其影响导致应力集中的部位损伤和裂纹发育最为严重。

图17给出了方解石脉倾角为0°和90°时页岩试样的应力应变曲线和破坏过程,在这两种方解石角度影响下,呈现了截然不同的破坏演化。0°时,微裂纹最开始在方解石脉和周边页岩上萌生,方解石由于抗压强度不足,微单元产生压缩破坏失稳,随之页岩产生斜切方解石面的剪切裂缝,最后扩展为宏观的剪切张拉破坏。90°时,方解石和页岩在垂向上共同抵抗压缩变形,在未到达极限荷载时,黏聚力能够提高试样的整体强度,但由于方解石脉较弱,方解石和页岩的变形速率不同,随着加载的进行,黏聚力无法承受形变带来的应力,发生断裂,形成了劈裂-剪切的混合破坏。

图18为不同方解石倾角下页岩最终破坏时的声发射空间分布图,随着角度的提高,页岩的破坏从劈裂破坏模式转变为压剪破坏,再转化为滑移剪切破坏,最终形成劈裂剪切复合破坏的模式。

4 结论

本文针对黔北地区含方解石脉页岩,选取了7种不同方解石脉角度的试样,进行单轴压缩及声发射试验,并基于CT扫描技术,重构了三维含方解石脉页岩模型,计算单元数达1 570 796个,精细度达到0.5 mm,探讨了含方解石脉页岩的各向异性变化规律,最终得出以下结论。

(1)不同方解石脉角度页岩的声发射和应力-应变曲线形态变化基本相同,均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段等4个阶段,各阶段区分明显。特征强度的变化曲线整体呈“U”形,变化程度不断加快,θ为75°时为最低值。

(2)方解石脉显著影响页岩的破坏模式,θ=0°时,为穿切方解石脉的劈裂破坏。当θ=15°~45°时,破坏模式为劈裂型剪切破坏,劈裂裂纹诱导了最终宏观的剪切破坏,形成和劈裂裂纹啮合或者呈阶梯状的宏观裂纹。当θ=60°~75°时,破坏模式为剪切滑移破坏,当θ=90°时,破坏模式为劈裂张拉破坏。

(3)重构的三维模型和物理试验的表现较为一致,并且能够观察到页岩内部和表面裂纹扩展与贯通过程,有助于揭示岩石内部微观结构对岩石破坏的影响规律。声发射的空间分布反映了不同阶段下的压缩、张拉、剪切破坏的单元类型,从微观角度揭示了含方解石页岩的破裂机制。

(4)页岩的宏观力学特征同时受方解石和基质的影响,体现了明显的各向异性特征,方解石角度越高,对滑移导向作用越强,试件的力学性能越弱。

参考文献

[1] 张同伟, 罗欢, 孟康. 我国南方不同地区寒武系页岩含气性差异主控因素探讨[J]. 地学前缘, 2023, 30(3): 1-13.

[2] 聂海宽, 李沛, 党伟, 深层页岩气富集特征与攻关方向: 以四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩为例[J]. 石油勘探与开发, 2022, 49(4): 1-12.

[3] 马永生, 蔡勋育, 赵培荣. 中国页岩气勘探开发理论认识与实践[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(4): 561-574.

[4] 王濡岳, 丁文龙, 龚大建, 黔北地区海相页岩气保存条件: 以贵州岑巩区块下寒武统牛蹄塘组为例[J]. 石油与天然气地质, 2016, 37(1): 45-55.

[5] 丁文龙, 曾维特, 王濡岳, 页岩储层构造应力场模拟与裂缝分布预测方法及应用[J]. 地学前缘, 2016, 23(2): 63-74.

[6] 邱振, 邹才能, 王红岩, 中国南方五峰组—龙马溪组页岩气差异富集特征与控制因素[J]. 天然气地球科学, 2020, 31(2): 163-175.

[7] LAI J, LIU B C, LI H B, et al. Bedding parallel fractures in fine-grained sedimentary rocks: recognition, formation mechanisms, and prediction using well log[J]. Petroleum Science, 2022, 19(2): 554-569.

[8] LI C B, ZOU B B, ZHOU H W, et al. Experimental investigation on failure behaviors and mechanism of an anisotropic shale in direct tension[J]. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, 2021, 7(4): 98.

[9] WANG J, XIE H P, LI C B. Anisotropic failure behaviour and breakdown pressure interpretation of hydraulic fracturing experiments on shale[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2021, 142: 104748.

[10] ZHAI H Y, CHANG X, ZHU W, et al. Study on anisotropy of Longmaxi shale using hydraulic fracturing experiment[J]. Science China Earth Sciences, 2021, 64(2): 260-277.

[11] GUO P, LI X, LI S D, et al. Quantitative analysis of anisotropy effect on hydrofracturing efficiency and process in shale using X-ray computed tomography and acoustic emission[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2021, 54(11): 5715-5730.

[12] GUPTA N, MISHRA B. Experimental investigation of the influence of bedding planes and differential stress on microcrack propagation in shale using X-ray CT scan[J]. Geotechnical and Geological Engineering, 2021, 39(1): 213-236.

[13] LEI B, ZUO J P, LIU H Y, et al. Experimental and numerical investigation on shale fracture behavior with different bedding properties[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2021, 247: 107639.

[14] LUO N, FAN X R, CAO X L, et al. Dynamic mechanical properties and constitutive model of shale with different bedding under triaxial impact test[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2022, 216: 110758.

[15] 王兴渝, 朱哲明, 邱豪, 冲击荷载下层理对页岩内裂纹扩展行为影响规律的研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2019, 38(8): 1542-1556.

[16] 杜佰松, 朱光有, 刘舒飞, 浅析影响方解石生长和溶解的动力学因素及机制[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 335-351.

[17] 崔悦, 李熙喆, 郭伟, 川南深层奥陶系五峰组: 志留系龙马溪组页岩裂缝方解石脉对页岩气运移富集的启示[J]. 石油勘探与开发, 2023, 50(6): 1199-1208.

[18] 刘力, 何生, 翟刚毅, 黄陵背斜南翼牛蹄塘组二段页岩岩心裂缝脉体成岩环境演化与页岩气保存[J]. 地球科学, 2019, 44(11): 3583-3597.

[19] ZHANG J G, JIANG Z X, WANG S Q, et al. Bedding-parallel calcite veins as a proxy for shale reservoir quality[J]. Marine and Petroleum Geology, 2021, 127: 104975.

[20] TANG M T, WU Z H, WANG A L, et al. Study on the microscopic fracture process and acoustic emission of shale based on digital image[J]. Geofluids, 2021, 2021: 8874918.

[21] 宋怀雷, 邬忠虎, 李利平, 基于数字图像的微观尺度下方解石脉对页岩各向异性的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2021, 51(5): 91-99, 106.

[22] WANG G, QIN X J, HAN D Y, et al. Study on seepage and deformation characteristics of coal microstructure by 3D reconstruction of CT images at high temperatures[J]. International Journal of Mining Science and Technology, 2021, 31(2): 175-185.

[23] CHEN X C, WANG G, CHEN H, et al. Analysis of the effects of coal facture shape factor on water seepage based on computerized tomography (CT) 3D reconstructed artificial fractures[J]. Fuel, 2023, 348: 128571.

[24] WANG G, CHEN X C, WANG S B, et al. Influence of fracture connectivity and shape on water seepage of low-rank coal based on CT 3D reconstruction[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2022, 102: 104584.

[25] 郎颖娴, 梁正召, 段东, 基于CT试验的岩石细观孔隙模型重构与并行模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1204-1212.

[26] 储超群, 吴顺川, 张诗淮, 层状砂岩力学行为各向异性与破裂特征[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2020, 51(8): 2232-2246.

[27] ZUO Y J, HAO Z B, LIU H, et al. Mesoscopic damage evolution characteristics of sandstone with original defects based on micro-ct image and fractal theory[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2022, 15(22): 1673.

[28] 周辉, 程广坦, 朱勇, 基于三维扫描和三维雕刻技术的岩石结构面原状重构方法及其力学特性[J]. 岩土力学, 2018, 39(2): 417-425.

[29] 李英杰, 张亮, 王炳乾, 基于CT扫描和数字体相关法的页岩各向异性三维变形场特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊1): 134-144.

[30] WU Z H, ZUO Y J, WANG S Y, et al. Numerical simulation and fractal analysis of mesoscopic scale failure in shale using digital images[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2016, 145: 592-599.

[31] 殷鹏飞, 杨圣奇, 高峰, 不同节理模型在层状复合岩石离散元模拟中的应用[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(1): 164-173, 183.

[32] 马新仿, 李宁, 尹丛彬, 页岩水力裂缝扩展形态与声发射解释: 以四川盆地志留系龙马溪组页岩为例[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(6): 974-981.

[33] 侯鹏, 高峰, 杨玉贵, 考虑层理影响页岩巴西劈裂及声发射试验研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(6): 1603-1612.

[34] 张树文, 鲜学福, 周军平, 基于巴西劈裂试验的页岩声发射与能量分布特征研究[J]. 煤炭学报, 2017, 42(增刊2): 346-353.

[35] LU J, HUANG G, GAO H, et al. Mechanical properties of layered composite coal-rock subjected to true triaxial stress[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2020, 53(9): 4117-4138.

[36] HENG S, LI X Z, LIU X, et al. Experimental study on the mechanical properties of bedding planes in shale - ScienceDirect[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2020, 76: 103161.

[37] 崔恒涛, 邬忠虎, 娄义黎, 基于微观尺度的页岩损伤破裂数值试验[J]. 煤田地质与勘探, 2020, 48(5): 137-143.

基金资助

国家自然科学基金项目“黔北下寒武统页岩多期裂缝形成机理及分布预测模型研究”(52104080)

贵州省科技计划项目“贵州省页岩气效益开发关键技术及工程试验”(黔科合战略找矿[2022]ZD005)

贵州省优秀青年科技人才项目(YQK[2023]012)