通常情況下，巖石裂隙的滲透率要比完整巖石的滲透率高2至3個(gè)數(shù)量級(jí)。在非常規(guī)油氣儲(chǔ)層開發(fā)和二氧化碳地質(zhì)封存過程中，裂隙滲透率不僅會(huì)影響地質(zhì)能源的開發(fā)效率，還決定了蓋層的泄露風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)研究，裂隙滲透率的大小受有效法向應(yīng)力、剪切變形以及巖石類型的影響。另外，相較于平整的鋸切裂隙，通過巴西劈裂方式得到的張拉裂隙更能代表自然界中的巖石裂隙。然而，不同有效法向應(yīng)力下張拉裂隙滲透率隨剪切位移的演化機(jī)理仍不明確，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

　　針對(duì)這一問題，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存組研究人員以砂巖和頁(yè)巖張拉裂隙為代表，利用自行研發(fā)的L型剪切滲流試驗(yàn)裝置，開展了不同有效法向應(yīng)力條件下的剪切實(shí)驗(yàn)，并在不同剪切位移處測(cè)量了裂隙的氣體滲透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在峰值剪應(yīng)力前，砂巖裂隙的氣體滲透率隨剪切應(yīng)力的增大而降低，而頁(yè)巖裂隙的氣體滲透率在彈性加載階段幾乎保持不變，隨后增大（圖1）；當(dāng)剪切應(yīng)力幾乎保持不變時(shí)，砂巖和頁(yè)巖裂隙的氣體滲透率隨剪切位移的演化均表現(xiàn)出對(duì)有效正應(yīng)力的依賴性（圖1）；砂巖和頁(yè)巖裂隙氣體滲透率隨剪切位移的不同演化趨勢(shì)可能是由裂隙面上不同的局部變形破壞模式導(dǎo)致的。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)后的樣品進(jìn)行CT掃描，發(fā)現(xiàn)所有測(cè)試樣品的最終裂隙體積與最終氣體滲透率呈正相關(guān)（圖2）；另外，砂巖和頁(yè)巖裂隙面的局部粗糙度表現(xiàn)出相反的演化趨勢(shì)，且砂巖裂隙面的磨損面積要大于頁(yè)巖裂隙面（圖3）。 

　　該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFE0100100）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41972316）及中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2020M671675）的共同資助。相關(guān)研究成果以“Comparison of shear-induced gas transmissivity of tensile fractures in sandstone and shale under varying effective normal stresses”為題發(fā)表于Journal of Natural Gas Science and Engineering。 

　　論文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1875510021004170 

圖1 剪應(yīng)力、法向變形和裂隙滲透率隨剪切位移的演化關(guān)系

圖2 實(shí)驗(yàn)后砂巖和頁(yè)巖裂隙的CT掃描圖 

圖3 磨損面積比和有效法向應(yīng)力的關(guān)系 

（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）