基于矿物反演分解与Mori-Tanaka模型的龙马溪组页岩跨尺度力学相关性研究

《Scientific Reports》：Multiscale mechanical behavior of the Qiongzhusi Formation shale

　　龙马溪组页岩因其巨大的开采潜力而备受关注，其宏观破坏行为从根本上受控于微观结构特征和成分演化。本研究采用实验室测试与理论分析相结合的方法，探讨龙马溪组页岩的跨尺度力学相关性。首先，通过XRD测试确定了龙马溪组页岩的矿物成分。其次，进行了纳米压痕测试以获取矿物的力学性质，并提出了一种基于高斯概率的矿物反演分解分类方法，根据矿物力学性能对纳米压痕数据集进行分类。最后，利用Mori-Tanaka方法建立了龙马溪组页岩宏观与微观尺度力学性能之间的关联。结果表明：(1) XRD矿物成分分析显示，龙马溪组页岩具有高硬度和高脆性特征；(2) 不同矿物的纳米压痕曲线差异显著，石英等骨架矿物表现出较强的脆性能量储存特性，而白云母则具有极高的塑性功占比；(3) 本文提出的基于高斯概率的矿物反演分解分类方法能够有效地根据力学性能对纳米压痕数据集中的矿物进行分类。(4) 页岩的宏观弹性模量对白云母含量的变化表现出显著敏感性，石英含量的增加显著增强了龙马溪组页岩的力学性能。此外，通过将环境地质学与可持续发展需求相结合，多尺度分析技术可以揭示复杂环境条件下矿物和岩石的力学响应机制，从而进一步拓展其在页岩气勘探与开发工程中的应用前景。