修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩单轴应力作用下的各向异性研究

摘要

为研究页岩的力学特征及各向异性,选取江西省修武盆地下寒武统荷塘组海相富有机质页岩为研究对象,通过单轴应力模拟、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及宏观裂缝观察等分析方法,对不同层理面夹角(β)的页岩微观结构、力学参数及破坏模式等各向异性进行分析。结果表明,页岩单轴抗压强度和弹性模量分别为83~200 MPa和13.40~51.35 GPa,均随层理倾角的增加而降低。最大轴向变形和泊松比分别为0.005~1.753 mm和0.01~0.38,两者均随层理倾角的增加而增加。不同层理面夹角(β)导致页岩单轴应力具有不同的破坏形式:当β为0°时,对应的破坏模式为沿层理面的拉张破坏;当β为60°时,对应的破坏模式为沿层理面的拉张破坏和剪切拉张破坏;当β为90°时,对应的破坏模式为沿层理面的拉张破裂及剪切拉张转换破裂。不同层理面页岩的脆性矿物指数为43%~66%,与泊松比和弹性模量的相关系数分别为0.5和0.6,表明脆性指数对页岩的力学参数具有一定影响作用。本研究可为修武盆地的页岩气的勘探开发提供根据和参考。