将动态氦释放作为岩石变形示踪剂的建模研究

我们将页岩机械变形过程中释放的氦作为信号，以探究变形与破坏对材料输运性质的影响。采用包含演化孔隙与裂缝网络的动态双重渗透率模型，模拟页岩在变形与破坏期间的气体释放。探讨了为复现实验观测到的气体信号所需的材料性质变化。我们对两个不同的实验进行了建模，测量了页岩在经历机械变形时的 $^4$He 流速，这两个实验分别使用平行于层理和垂直于层理的岩心。我们发现，氦信号对裂缝的发展与演化以及基质输运性质的变化很敏感。我们约束了有效裂缝开度及其出现时机，以及基质孔隙度和渗透率的增加。解释宏观破坏前的气流以及破坏后的短期气流，需要基质渗透率的增加。而匹配破坏后的长期气流，则需要基质孔隙度的增加。我们的模型首次对机械变形导致的氦释放给出了定量解释。该模型对裂缝网络变化以及变形期间基质性质变化的敏感性表明，氦释放可作为定量评估地球材料应力与应变状态的工具。