裂缝是页岩气富集高产的关键因素。页岩储层相对于其他类储层，其塑性相对较强，非构造裂缝比较发育。构造裂缝除了高角度的张性裂缝以外，还发育有较多近水平的层理缝和低角度构造滑脱缝等。针对页岩储集层的特点和裂缝发育特征，从地质成因的角度，明确了页岩储层构造应力场模拟数值模拟与裂缝分布预测的方法，其核心在于建立模拟地区目的层的精确地质模型、力学模型和计算模型。利用页岩的单轴和三轴压缩变形试验和声发射古、今地应力测试结果进行应力场数值模拟，获得研究区构造应力场分布，将应力场模拟果与实际地质资料对比分析，进一步检验校正已建立地质模型的合理性；在此基础上，针对富有机质页岩主要发育张裂缝和剪裂缝的特殊性，分别采用格里菲斯、库伦摩尔破裂准则计算页岩储层张破裂率、剪破裂率，依据张裂缝与剪裂缝所占的比例关系，求取页岩储层的综合破裂率，据此分别定量表征页岩储层中张裂缝、剪裂缝和构造裂缝的发育程度及分布特征；并在全面考虑影响页岩储层裂缝发育程度的综合破裂率、脆性矿物含量、有机碳含量多种主控因素的基础上，进一步提出了页岩“裂缝发育系数”作为最终判别指标，综合定量表征页岩储层裂缝的发育程度和预测裂缝的分布，页岩裂缝发育系数越大，裂缝发育程度则越高。该方法在我国渝东南地区下志留统龙马溪组页岩储层裂缝分布预测中得到了有效应用。此不仅为页岩气甜点优选提供了一种新的技术方法，而且模拟成果对页岩气水平井和压裂改造方案的设计具有重要的参考价值。

正确认识泥页岩单轴抗压破裂特征及UCS影响因素对探究泥页岩破裂机制、钻完井设计、压裂评价、微裂缝预测、测井解释及地震响应等方面均具有重要参考价值。本文在对国内外近些年有关泥页岩单轴抗压及UCS研究系统调研及近期研究成果全面分析基础上，对泥页岩破裂特征及UCS影响因素进行了综合分析。研究结果表明，泥页岩单轴加载曲线的非弹性段变形机制受微裂缝的滑动、新微裂缝的产生、扩展及孔隙坍塌的综合影响。泥页岩单轴抗压破裂呈张性或张剪性，张性破裂易发生于刚度较高、固结程度较强的部位；而剪性破裂易发生于刚度较低、固结程度较弱的部位。S型破裂准则可以较为准确的描述泥页岩从单轴到三轴发生破裂时所对应的强度变化。从地质学角度，对影响泥页岩UCS的因素进行了归纳，分别为矿物组成、层理面角度、分选性、微组构、有机质含量及分布、孔隙度、水分、微裂缝8方面因素，详细分析了不同影响因素的影响机制。在这些影响因素中，微裂缝由于分布特征复杂，其对泥页岩单轴抗压破裂及UCS的影响机制研究尚不深入。因此建议未来应加强泥页岩微裂缝参数的定量化研究，从微观尺度研究微裂缝对泥页岩单轴抗压破裂的具体影响机制，该研究可以为页岩油气勘探、开发提供科学指导。

页岩的脆性决定页岩储层的可压裂性，对页岩气的勘探开发影响重大。南方地区发育多套高脆性海相富有机质页岩，是我国页岩气勘探部署的重要战略地区。与已获得页岩气突破的龙马溪组页岩相比，下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积，是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。为此，利用研究区牛蹄塘组岩心岩石力学实验、阵列声波测井、矿物组分和裂缝发育程度等资料，运用弹性参数法与脆性矿物含量法对牛蹄塘组页岩脆性特征与主控因素进行评价与分析。研究表明：牛蹄塘组页岩脆性与以石英为主的脆性矿物含量间并非呈单一正相关关系。页岩脆性与可压裂性受控于页岩的脆性矿物含量、TOC含量、热演化程度(成岩阶段)和天然裂缝发育程度。由于石英与TOC含量具有正相关性，当TOC含量小于6.5%时，牛蹄塘组页岩脆性与石英和TOC含量呈正相关关系；当TOC含量大于6.5%时，TOC对塑性贡献速率大于石英对脆性贡献速率，页岩脆性随石英与TOC含量的增加出现降低趋势。此外，岩心裂缝发育程度与页岩岩石力学脆性特征相关性较好，在过高TOC含量层段页岩脆性较低，岩心裂缝发育程度较差。对于中国南方海相页岩脆性评价，应结合不同地区、不同层位的实际地质条件进行多因素综合评价，以优选出最佳钻井与压裂层段。

基于对研究区下寒武统牛蹄塘组页岩岩心裂缝观察描述，利用测井、区域地质资料定量研究裂缝有效性，对其主控因素进行定性分析，结合页岩岩心现场解吸实验，探讨页岩含气量与裂缝有效性关系。结果表明：牛蹄塘组页岩岩心裂缝发育，当裂缝开度大、角度陡倾、延伸较远时，深、浅侧向电阻率值差异明显，裂缝有效性高；若裂缝角度平缓、纵向上延伸较浅、开度小，深、浅侧向电阻率值无明显差异，裂缝有效性差，且多为矿物所封堵。页岩裂缝有效性主要受充填程度、溶蚀作用、异常流体高压、构造活动等因素控制。其中矿物封堵对裂缝有效性造成破坏较大；溶蚀作用和页岩中的异常流体高压对改善页岩孔渗、提高裂缝有效性有积极效果，区域构造活动对不同构造部位裂缝的有效性产生不同影响。有效裂缝有助于吸附态页岩气的解吸，增加游离气含量，成为天然气运移、开采的通道，特别对改善页岩储层渗透率作用更大。然而过大规模尺寸的裂缝会破坏页岩密封性和超压，使天然气散失，不利于页岩气保存。

开展海相页岩岩相精细划分及预测研究对页岩气勘探开发层位选择具有重要意义。本文基于页岩储层品质及压裂品质两个要素，提出以TOC含量、矿物组成为基础的“两步法”页岩岩相划分方案。在岩心观察描述的基础上，利用岩石薄片分析、X全岩衍射分析及TOC含量测量等资料，以川南威远地区龙马溪组页岩为例，开展了页岩岩相划分，分析了不同岩相的属性差异。结合测井资料，根据概率神经网络原理，建立了页岩岩相预测模型，开展了该地区单井岩相预测，揭示了威远地区龙马溪组页岩岩相组合及分布特征：(1)威远地区龙马溪组发育11种岩相类型，其中5种富有机质页岩岩相，6种贫有机质岩相；(2)富有机质硅质页岩相、富有机质碳酸盐质硅质页岩相及富有机质硅质碳酸盐质页岩相因具有高TOC含量和高脆性特征，保证了页岩良好的生气能力及可压裂性，为最有利岩相类型；(3)有利岩相组合主要分布在龙马溪组底部，平面上自威远地区北西向南东方向，组合厚度增大，组合类型变化。北西部W1井，以富有机质硅质页岩岩相与富有机质碳酸盐质硅质页岩相组合为主，厚20 m；往南东至W2井，以富有机质硅质页岩相、富有机质碳酸盐质硅质页岩相、富有机质硅质碳酸盐质页岩相夹薄层状富有机质黏土质页岩相为主，厚30 m；至南东部W4井，为富有机质硅质页岩相、富有机质碳酸盐质硅质页岩相、富有机质硅质碳酸盐质页岩相夹厚层状富有机质黏土质页岩相组合，厚35 m。

页岩岩相表征是页岩气地质评价和选层、选区的基础性研究工作。本文以露头和钻井资料为基础，依据岩矿、薄片、地化和测井资料，建立了海相页岩岩相划分方法，对川南上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组主要岩相进行了精细表征，并形成4点认识：(1)应用岩石矿物三端员法+沉积微相划分页岩岩相类型及其组合，是开展海相页岩岩相表征的有效方法；(2)川南五峰组龙马溪组页岩发育6种岩相类型和3种典型岩相组合，其中硅质页岩和钙质硅质混合页岩是(半)深水环境的特有岩相，黏土质页岩和黏土质钙质混合页岩是半深水浅水环境的主要岩相，黏土质硅质混合页岩是浅水深水环境下的共有岩相；(3)随着水体由深变浅和水动力条件逐渐增强以及陆源物质输入量增大，不同成因岩相组合的页岩矿物成分、基质组构、古生物和有机质富集程度、测井响应等基本特征均发生重大变化；(4)受海平面变化控制，主力产层为深水陆棚沉积的硅质页岩、钙质硅质混合页岩和黏土质硅质混合页岩组合，产层顶板为半深水浅水陆棚沉积的黏土质页岩、黏土质硅质混合页岩和黏土质钙质混合页岩组合；前者因富含硅质和有机质，具有良好的脆性和物性，是形成页岩气产层的优质岩相；后者因富含黏土和贫有机质，脆性和渗透性差，是形成页岩气藏区域封盖层的优质岩相；两者自下而上构成良好的自封自储型储盖组合。