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與油氣儲層緊鄰的上、下地層分別稱之為頂板和底板，頂底板和儲層的力學特性差異直接影響著油氣資源的保存和水力裂縫的擴展。傳統的油氣資源保存條件評價主要圍繞頂底板的孔隙結構、熱演化、構造活動和埋藏歷史等方面展開，屬于構造地質學的范疇，極少從力學角度揭示頂底板的變形和破裂機制。
為此，中國科學院武漢巖土力學研究所油氣中心團隊科研人員與中國石化合作，選取海相龍馬溪組含氣頁巖儲層及其頂板砂巖和底板灰巖代表性樣品，制備了模擬儲層和頂底板結構的砂巖-頁巖-灰巖組合體試樣，考慮了強-弱兩種界面膠結特性，從力學參數、裂縫形貌、脆性和破裂機等方面揭示了頂底板和頁巖儲層的力學特性差異。研究發現，頂底板相對于頁巖儲層，具有更高的強度和彈模，在構造擠壓作用下，具有更強的抗破裂能力，有助于保持自身的完整性和油氣資源的保存。弱膠結屬性的界面能夠抑制裂縫的穿層擴展，有利于油氣資源的保存和水力裂縫縫高的控制。研究結果有助于在地質力學和壓裂工程方面形成對于頂板-儲層-底板地層系統的整體認識。
相關研究成果以Mechanical properties of marine shale and its roof and floor considering reservoir preservation and stimulation為題，發表在Journal of Petroleum Science and Engineering。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410522000845
圖1.含氣頁巖儲層及其頂底板巖性剖面
圖2.不同界面膠結屬性下組合體試樣破裂機制匯總