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

宋怀雷¹(),邬忠虎^1,2,3,*(),李利平^2,3,娄义黎¹,孙文吉斌⁴,刘镐⁴,左宇军⁴

1. 贵州大学土木工程学院, 贵州 贵阳 550025
2. 山东大学齐鲁交通学院, 山东 济南 250002
3. 山东大学岩土与结构工程研究中心, 山东 济南 250061
4. 贵州大学矿业学院, 贵州 贵阳 550025

收稿日期:2020-07-12出版日期:2021-10-20发布日期:2021-09-29
通讯作者:邬忠虎E-mail:songhuaileigzu@163.com;wuzhonghugzu@163.com
作者简介:宋怀雷(1994—), 男, 贵州织金人, 硕士研究生, 主要研究方向为岩石破坏机理的理论, 模拟方法. E-mail: songhuaileigzu@163.com
基金资助:国家自然科学基金资助项目(51964007);国家自然科学基金资助项目(51774101);贵州省科研基金立项课题(YJSCXJH〔2020〕087);贵阳市轨道交通2号线一期工程科研课题(D2(I)-FW-YJ-2019-001-WT);贵州省科技计划资助项目([2020]4Y046);贵州省科技计划资助项目([2019]1075);贵州省科技计划资助项目([2018]1107);贵州大学“本科教学工程”建设项目(JG201990);贵州省水利厅科技专项经费资助项目(KT201804)

Influence of calcite veins on shale anisotropy at the microscopic scale based on digital images

Huailei SONG¹(),Zhonghu WU^1,2,3,*(),Liping LI^2,3,Yili LOU¹,Wenjibin SUN⁴,Hao LIU⁴,Yujun ZUO⁴

1. College of Civil Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China
2. School of Qilu Transportation, Shandong University, Jinan 250002, Shandong, China
3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
4. Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

Received:2020-07-12Online:2021-10-20Published:2021-09-29
Contact:Zhonghu WU E-mail:songhuaileigzu@163.com;wuzhonghugzu@163.com

摘要/Abstract

摘要： 通过对牛蹄塘组页岩岩芯进行显微薄片观察和岩芯X射线全岩矿物衍射分析, 并进行7组不同方位角下的直接拉伸数值试验。试验结果表明: 方解石脉对页岩抗拉强度各向异性影响显著, 随着方位角α的增大, 抗拉强度逐渐递减, 抗拉强度的方解石脉结构效应系数随方位角α的增大呈曲线型增长趋势, 在α=90°达到最大, 为0.127;不同角度下的页岩试样破坏模式异常复杂, 大致可归纳为以下3类: 树根形(0°、15°)、台阶形(30°、45°、60°)和河流形(75°、90°), 裂缝优先沿方解石脉扩展, 在水力压裂过程中可能会抑制页岩基质内复杂裂缝网的形成; 不同角度的方解石脉下耗散能的释放也有显著的差异, 当α=0°、15°、30°、45°时, 声发射(acoustic emission, AE)能量在前期较小, 接近峰值应力时快速增加直至最大; α=60°、75°、90°时, AE能量在初期较小, 中期开始增加, 接近峰值应力时最大; 累计AE能量随着应变的增大大致呈指数增加, 增长过程由3个阶段构成: 平缓期、加速期和暴增期。研究成果对页岩储层水力裂缝萌生、扩展预测以及提高采收率等具有重要的参考价值。


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