基于能量释放率的不同赋存深度砂岩脆性指数研究

摘要

为建立表征不同赋存深度砂岩脆性指数,以布尔台矿不同赋存深度砂岩试样为研究对象,开展单轴压缩试验,针对不同赋存深度试样应力–应变曲线特征,从应力–应变正负相关性出发,构建不同赋存深度试样应力–应变曲线能量演化模型。基于能量释放率,建立满足不同赋存深度试样脆性指数,并进行理论验证。结果表明:不同赋存深度试样对应4种曲线形态,Ⅰ与Ⅳ类曲线位于最浅和最深赋存深度,分别为101.6~203.2和509.8~589.3 m,Ⅱ类曲线分布于各个深度,Ⅲ类曲线分布主要集中于406.4~589.3 m。不同赋存深度下不同曲线形态对应4种能量演化方式,总应变能整体呈"S"型曲线增长,弹性能演化曲线与应力–应变曲线相似,Ⅱ与Ⅲ类曲线的耗散能随应变增加呈台阶式增长,Ⅳ类曲线耗散能随应变增加呈"L"型增长,其中表面能和释放弹性能两者与塑性能随应变增加交替产生。脆性指数整体上随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈二次函数关系,对应平均值分别为0.77,1.01,0.93,3.66,9.94,11.55,Ⅳ类曲线的最大能量释放率与脆性指数远大于其他3种曲线形态,平均值分别为555.27,30.98。同时,不同赋存深度砂岩脆性分区有较大差异,赋存深度为101.6,317.3 m时,砂岩层为弱脆性;赋存深度为203.24 m时,砂岩层为中脆性;赋存深度为406.42,589.35 m时,砂岩层为强脆性。