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)數量級。在非常規油氣儲層開(kāi)發(fā)和二氧化碳地質(zhì)封存過(guò)程中，裂隙滲透率不僅會(huì )影響地質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)效率，還決定了蓋層的泄露風(fēng)險。根據以往的實(shí)驗研究，裂隙滲透率的大小受有效法向應力、剪切變形以及巖石類(lèi)型的影響。另外，相較于平整的鋸切裂隙，通過(guò)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，不同有效法向應力下張拉裂隙滲透率隨剪切位移的演化機理仍不明確，需要進(jìn)一步的實(shí)驗研究。

　　針對這一問(wèn)題，中國科學(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型剪切滲流試驗裝置，開(kāi)展了不同有效法向應力條件下的剪切實(shí)驗，并在不同剪切位移處測量了裂隙的氣體滲透率。實(shí)驗結果表明：在峰值剪應力前，砂巖裂隙的氣體滲透率隨剪切應力的增大而降低，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）；當剪切應力幾乎保持不變時(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出對有效正應力的依賴(lài)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可能是由裂隙面上不同的局部變形破壞模式導致的。通過(guò)對實(shí)驗后的樣品進(jìn)行CT掃描，發(fā)現所有測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出相反的演化趨勢，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家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2019YFE0100100）、國家自然科學(xué)基金項目（41972316）及中國博士后科學(xué)基金項目（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力的關(guān)系 

（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）