邢岳堃，黄炳香，陈大勇，赵兴龙，李炳宏

(中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116)

压裂是通过高压流体破裂岩石并驱动裂缝扩展的工艺方法，该方法目前已被广泛应用于油气[1-3]、地热储层[4-6]的增渗改造以及井工矿围岩控制与煤层增透抽采瓦斯[7-11]。有效监测与控制压裂裂缝的扩展是保障油气、地热、煤炭等地质能源安全高效开采的重要基础。

现有研究表明，在岩石类材料缝尖形成由大量微裂缝构成的断裂过程区是岩石断裂的突出特征[12-17]，该特征不符合排布均匀原子依次断开致使裂缝扩展的线弹性假设[18]，使岩石断裂呈现非线性。此外，深部地层高温、高应力、多相流体以及井工矿中的强扰动应力会加剧岩石的非线性断裂[6,19]。然而，现有压裂理论主要以线弹性断裂理论为主，致使压裂设计的裂缝扩展与真实地层中压裂裂缝的扩展行为相差较大[20]。2018年，美国在墨西哥湾Midland Basin东部的页岩压裂实验场内，对压裂后的储层通过钻斜井取心的方法观测了压裂裂缝形态，研究发现真实水力裂缝呈复杂簇状裂缝形态特征，不符合现有压裂理论所假设的双翼平面裂缝形态[20]。因此，亟需通过有效的监测手段刻画压裂裂缝的非线性断裂特征，进而为现有压裂理论的优化提供支撑。当岩石中形成不同尺度的裂缝时，会释放不同频率的弹性波，该弹性波即声发射[21-23]，其频率由低到高可分为地震、微震与地音等[23]。因此，声发射监测被广泛应用于刻画岩石压裂裂缝的扩展，如现场压裂的微地震监测以及实验室内压裂物理模拟试验的声发射监测[6,23]。……