煤炭学报

作者：丛日超, 杨睿月, 胡家晨, 夏志浩, 黄中伟, 李根生, 井美洋,

关键词：薄互层岩石, 点矩阵纳米压痕, SEM-EDS, 压痕形貌, 巴西劈裂,

阐明薄互层岩石力学性质是研究薄互层裂缝扩展规律和开展水力压裂方案设计的基础。然而，常规岩石力学实验难以精细表征薄互层岩石层间力学性质。针对上述问题，采用点矩阵纳米压痕、高分辨率扫描电镜和能量色散光谱技术(SEM-EDS)精细表征了鄂尔多斯盆地东缘下石盒子组砂−泥薄互层取心岩石中砂岩层与泥岩层的矿物特征及力学差异、分析了典型矿物的压痕特征和开裂模式；在此基础上通过巴西劈裂实验研究了倾角、夹层/弱面对砂−泥薄互层岩石抗拉强度和断裂模式的影响。研究结果表明：① 砂岩层石英、长石、赤铁矿和方解石等脆性矿物含量较高，平均弹性模量为51.4 GPa，平均硬度为1.74 GPa，平均断裂韧性为5.4 MPa·m0.5，分别是泥岩层的1.10、1.14、1.10倍。② 三棱锥玻式金刚石压头条件下单矿物压痕近似呈等边三角形，多矿物压痕主要受软矿物影响，易于向软矿物相一侧压入。③ 石英、赤铁矿/方解石、层状硅酸盐矿物的压痕尺寸依次增大，脆性矿物压痕易于产生剪切裂纹和径向裂纹，延性矿物压痕易于产生材料剥落。④ 随倾角增加(0°～90°)，砂−泥薄互层岩石巴西劈裂抗拉强度逐渐降低，破坏易沿着夹层/弱面产生；倾角从0°～90°的变化过程是砂−泥薄互层岩石的破坏模式由拉伸主导−剪切主导−拉伸主导的转变过程。研究区下石盒子组砂−泥薄互层岩石非均质性和各向异性显著，矿物组成及其力学性质差异是导致薄互层层间地质力学差异的重要因素。

来源：2025年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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