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地下储气库循环应力作用下泥质岩盖层微观结构响应特征分析

地下储气库强注强采过程会引起地应力周期交替变化，影响盖层稳定性，而盖层宏观破坏是其内部微观结构损伤积累的宏观表现，但现有研究对循环应力作用下泥质岩盖层微观结构损伤机制认识不足。 为此，本文以我国东部某盆地X区块东三段泥质岩盖层为研究对象，采用矿物分析、脉冲孔渗、高压压汞、三轴压缩、循环加卸载及突破压力测试等实验方法，明确其物理力学性质，并基于实验数据建立了PFC数值模型，开展多应力水平下的循环加卸载模拟，系统分析微观结构损伤的动态演化过程。研究结果表明，东三段泥质岩盖层主要矿物组成为石英（60%）和粘土矿物（20%），盖层的物性致密（平均孔隙度3.17%、平均渗透率0.026mD），孔喉细小（平均孔喉2.82µm），盖层的拉张、剪切、疲劳破坏风险低，其封闭能力较好。泥质岩盖层微观结构数值模拟研究表明，上限应力、下限应力和循环周期是影响岩石损伤的主要因素，其中上限应力为主控因素，当固定上限应力比为0.8时，循环100周期，增加下限应力会使岩石内部颗粒的位移速度降低，接触力链更密集，泊松比减小，孔隙度减小，微裂纹变化趋势呈线性增长，能量耗散减小，损伤速率减小，岩石稳定性增强；在固定下限应力比为0.3、循环100周期条件下，随着上限应力提高，颗粒位移速度、接触力链强度、泊松比及孔隙度均增加，而弹性模量减小，微裂纹数量呈先线性后指数最后幂函数式增长，能量耗散与损伤速率增大，岩石更容易发生破坏。 基于裂纹数量与累计塑性应变的变化规律，建立损伤定量表征评价模型及盖层封闭能力评价标准，研究成果为地下储气库盖层稳定性评估与运行参数优化提供了理论依据。