基于点矩阵技术的纹层页岩微观力学性质研究

页岩是一种非均质多相复合体,具有多尺度特征的力学性质,组成成分高度非均质性.本文将来自渤海湾盆地湖相纹层页岩的4个岩样进行了大量压痕实验(一种点矩阵技术),得到其力学性能的空间分布,揭示了渤海湾盆地湖相纹层页岩的微观力学性质,证实了测试微尺度窗口中纹层页岩强烈的非均质性.然后,通过高斯混合建模解卷积(GMM)进行分析,将每个样品基于压痕数据聚类分成了3个独立簇(物理相),三个不同物理相和相应的百分比通过反卷积从网络压痕数据得到.最后,利用Mori-Tanaka,Dilute以及Self-consistent方法得到样品弹性均质化后的性质,将纳米压痕的数据升级到宏观尺度.结果表明,在所研究的样品中,Self-consistent求得的等效弹性模量和解卷积的结果最接近.均质化以及解卷积方法得到的样品杨氏模量范围在17.73–33.55 GPa,证明了纳米压痕技术在研究纹层页岩地层地质力学特性方面的适用性.