单轴压缩下龙马溪组页岩各向异性特征研究

侯振坤 ，杨春和, ，郭印同，张保平，魏元龙，衡 帅，王 磊

（1.重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点试验室，重庆 400044；2.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；3.中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京 100101）

1 引 言

天然气是一种高效、优质的清洁能源，它包括常规天然气和非常规天然气，其中非常规天然气资源量巨大，约为常规石油天然气的1.65 倍[1]，它主要包括页岩气、煤层气、致密气。美国能源信息署（EIA）评估数据显示：当前全球拥有页岩气资源1.87×1014m3，其中我国页岩气技术可采储量为3.608×1013m3，位居世界第一[2]。目前，页岩气主要采用水力压裂技术开采，但页岩在沉积成岩过程中，形成了较多的弱面，表现出不同程度的各向异性。对于大倾角的地层，页岩各向异性尤为重要的是层理弱面，在较小的钻井液压力下，页岩层理弱面先于岩体本身发生破坏，常常会引起意料之外的复杂情况，研究各向异性具有一定的现实意义[3]。另外，层理性泥页岩的井壁失稳是制约深部油气钻井成功的关键问题之一，页岩的各向异性使钻进大斜度井时更容易发生井壁失稳[4]，为了实现页岩安全钻井、优化水力压裂过程，迫切需要开展页岩各向异性试验研究。

目前，关于岩石各向异性的研究，国内外已经取得了许多成果。席道瑛等[5]从广义虎克定律出发，推出了横观各向同性介质波传播速度依赖于传播方向与其对称轴Z 之间的夹角θ，并随θ 角成椭圆规律变化；宛新林等[6]以不同的砂岩和大理岩为标本,通过试验得到岩石标本在平行层理和垂直层理方向上存在着的差异情况和变化规律，指出地壳介质的岩体各向异性对地球物理勘探来说是不能忽视的；刘运思等[7]对7 种不同层理角度θ 下的板岩进行单轴压缩试验，得出θ 从0°变化到90°时，其抗压强度呈现两端大、中间小的趋势，视弹性模量以及视泊松比由小变大的结论；孟召平等[8]基于沉积结构面的成因类型，分析了沉积结构面的变形与破坏特征，以及沉积岩体沿层面方向和垂直层面方向岩体力学性质的差异性；李正川[9]对现场取样的各向异性岩石进行了单轴压缩试验，确定了描述岩石横观各向同性特征的5 个弹性常数以及各向异性岩石的强度指标；高春玉等[10]通过对板岩、砂岩各向异性力学特性研究，得到不同倾角对岩石变形特性、强度特性的影响；Walter[11]研究了层状岩石的应力各向异性、波速各向异性，以及应力和波速的关系；Robacchi[12]对各向异性岩体的应力测量进行了研究；Aadnoy[13]对各向异性岩石中斜井稳定性模型进行了研究，得出了当岩石各向异性较弱时，引入误差小于 10%，当岩石各向异性较强时，引入的误差小于25%的结论；Gonzaga 等[14]基于Saint-Venant经验公式，测出了 5 个弹性参数。

以上研究多为波速、单轴、三轴、岩电响应等力学性质方面的试验研究。另外，对页岩的孔深特性及压裂特性也相继进行了研究[15－20]。由于试验制样的困难，目前关于页岩各向异性的论述依然十分粗略，并且缺乏可靠的试验依据，故本文从单轴试验出发，详细地研究了页岩的各向异性，分析了产生各向异性的原因，为页岩水力压裂控制、钻井工程计算分析、井壁稳定性问题提供必要的参数和理论支撑。

2 试样采取及试验方案

2.1 试样制备

本试验对彭水页岩气区块的页岩露头岩芯进行了现场采集，该露头是重庆彭水页岩气区块储层的自然延伸，也即石柱县漆辽海相志留统龙马溪组露头，坐标为N29°52′47.8″，E108°17′06.6″。为了研究页岩的各向异性，在现场选取表层下风化相对较弱的大块新鲜页岩，取芯方法如下：

为验证页岩的各向异性为横观各向同性，现场钻取了两种不同类型的岩芯。第1 种为不同层理方向取芯。如图1 所示，取芯方向与层理的夹角依次为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°。第2种为平行层理方向，即取芯轴线与层理面平行。如图2 所示，在平行层理方向，选取一任意基准线，以该基准线依次逆时针取0°、30°、60°、90°、120°和150°共6 个不同方向的岩芯。为减小组分构成差异等对试验结果的影响，均在同一页岩块上钻取该类岩芯。为防止页岩风化开裂，钻取的岩芯立即蜡封保存。

图1 与页岩层理方向成不同夹角取芯Fig.1 Coring samples at different angles to bedding plane of shale

图2 平行于层理方向取芯Fig.2 Coring samples in the direction parallel to the bedding plane

取芯完毕后，在室内按《水利水电工程岩石试验规程》DLJ204-8 标准进行岩芯加工[21]，经过切、磨等加工成φ50 mm×100 mm 的标准岩芯，直径允许偏差小于0.2 mm，两端面的不平整度允许偏差小于0.05 mm，端面与轴线的垂直偏差控制在±0.25°以内，部分试样如图3 所示。

图3 部分加工试样Fig.3 Image of the cored samples

2.2 试验设备

力学试验采用美国产MTS815 型全数字型液压伺服刚性材料试验机，测试精度高，性能稳定，可实时记录荷载、应力、位移和应变值，并能够同步绘制荷载-位移、应力-应变曲线。采用中国科学院武汉岩土力学研究所智能仪器研究室研制的RSM-SY5 型非金属超声波检测仪进行声波测试，其测试系统主频为650 kHz，试验时采用直达波法，换能器布置在试样两端面中心，接触面用超声波耦合剂耦合，使用纵波采样，采样频率为0.2 μs。

2.3 试验方法

轴向加载时，采用环向位移控制，其加载速率为0.015 mm/min。

3 试验结果分析

3.1 页岩矿物组分分析

矿物组成对研究页岩地层的力学特性、脆性特征和井壁稳定性等具有重要意义。采用德国Bruker AXS D8-Focus X 射线衍射仪对页岩矿物组分进行分析，结果如表1 所示。

表1 矿物成分含量(单位:%)Table 1 Mineral percentage of shale(unit:%)

目前，石油工程中以石英等脆性矿物含量作为脆性的主要评价标准。龙马溪组页岩石英含量较高，可达62%，平均为55.5%，而脆性矿物总量达72.94%，属于可压性较高储层。黏土矿物含量较低，不足6%；其余矿物中黄铁矿、方解石、白云母、铁白云石含量均可达4%以上。

3.2 页岩微观描述各向异性

采用中国科学院武汉岩土力学研究所Quanta 250 扫描电子显微镜对页岩岩芯的微观结构进行分析，测试采用高真空模式，加速电压为30 kV，束斑直径为3.0 nm，放大倍数设置为100、500、1 000、2 000与10 000 倍，分别测试页岩内部矿物组分的粒径、空间分布及内部孔隙特征，试验结果以垂直与平行于层理面方向为例进行分析，如图4、5 所示。

图4 垂直层理面(θ=90°)Fig.4 SEM images of sample perpendicular to bedding plane(θ=90°)

图5 平行层理面(θ=0)°Fig.5 SEM images of sample parallel to the bedding plane(θ=0)°

根据XRD 试验测试结果可知：在垂直于层理面方向(θ=90°)和平行于层理面方向(θ=0°)，页岩矿物颗粒之间均为泥质胶结，相互之间胶结良好，几乎观察不到大的孔隙，但小的孔隙（纳米孔隙、微孔隙、微裂缝）十分发育，纳米级孔隙度可达2%，并且孔隙一般在100 nm～50 μm 之间，使烃源岩有效地向外排烃成为可能，比较有利于改善页岩的渗透性，并且在沉积压实作用下定向排列，形成明显的层理面，石英、长石与方解石等矿物形成夹层支撑；不同的是，当θ=90 °时，层理面的发育程度与取样位置有很大的关系，各种矿物颗粒排列相对整齐，有微裂隙发育且排列整齐，几乎沿一个方向发育。当θ=0 °时，各种矿物颗粒杂乱排列，相互之间充填完整，没有明显的分隔间隙，可以看出黏土与长石矿物的叠层形态，相对于90°，该微裂缝更加发育，更加杂乱无章。

页岩这种成层特性及微观构造，使泥页岩在外力的作用下极易沿微裂缝或层理面破坏、剥落，很容易造成井壁失稳、井壁掉块、坍塌等井内复杂情况，这是应该防治的重点。

3.3 不同层理方向页岩的单轴压缩试验分析

3.3.1 应力-应变曲线各向异性分析

应力-应变曲线见图6，横坐标中正、负值分别表示轴向应变、环向应变。从图6 中可以得到如下特征：

（1）该组页岩应力-应变曲线类型是Ⅱ类曲线，表明页岩破坏为非稳定断裂传播型，试件达到峰值强度后，试验机不用再做功，试件自身释放的能量就能使破裂继续扩展，且此破坏过程的稳定性是不可控的；脆而硬的岩石往往具有Ⅱ类曲线特征，这些特征是岩石所固有的，这说明龙马系组页岩是具有脆性的硬岩，这使得用水力压裂法开采页岩成了可能，峰后曲线曲折较多，说明由于层理面的存在，页岩的均质性较差，这使得页岩水力压裂过程中形成多裂缝的缝网成为可能。

图6 应力-应变曲线Fig.6 Stress-strain curves of shale

（2）该组页岩全应力-应变曲线的5 个阶段不明显：有的几乎没有初始压密阶段，有的初始压密阶段不明显，线弹性变形阶段较长，弹性极限与屈服极限十分接近，此阶段与初始压密阶段、屈服应力点均难以区分，角度较小时曲线斜率几乎不减，表现出明显的线弹性，随着角度和应变的增加，曲线斜率稍有下降，有转向弹塑性的趋势，但趋势不明显，到达峰值点时，页岩突然破坏，应力陡降，甚至有的直接降为0，无残余强度，脆性特征明显。

（3）随着角度的不同，页岩单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、变形特征等明显不同，表现出比较明显的各向异性，具体分析见3.3.3 节。

（4）不同角度下的应力-应变曲线在峰值点附近出现不同程度的波动，其原因各不相同。当θ为0°～15°时，加载过程中形成的多个独立压杆（形成原因见3.3.2 节），由于压杆不可能同时形成，压杆承载力也不同，加载时，压杆本身失稳及压杆的相互扰动，造成了峰值附近应力产生波动；当θ为30°～60°时，加载过程中凸台被剪断导致曲线波动较大；当θ为75°～90°时，应力-应变曲线波动是因为此角度下页岩先呈层状劈裂破坏，而后每个层状块体内出现剪切破坏连成宏观断裂面。

3.3.2 页岩破坏类型各向异性及破坏判据分析

页岩是硬脆性岩石，在单轴压缩条件下，具有脆性破坏性质，其破坏形态见图7。当θ 从0°逐渐增加到90°的过程中，页岩由平行层理面的竖向劈裂型张拉破坏逐渐转变为沿层理弱面的剪切滑移破坏，最后演变成穿切层理面的劈裂型层状剪切破坏。

（1）当θ 从0°～15°时，如图7(a)、7(b)所示，破坏类型是平行层理面的竖向劈裂型张拉破坏。此阶段破坏时多胀裂为片状，个别页岩还存在张拉分叉破坏现象，这种破坏的实质是压杆失稳。由于此时页岩层理面是平行定向排列的，采用环向位移控制对其进行轴向加压，当荷载缓慢增加时，环向位移逐渐增大产生横向拉应力，在横向拉应力作用下，张拉微裂纹在层理弱面萌生、扩展、延伸，最终形成贯通性的宏观裂纹，页岩试样裂开形成多个独立压杆，这些独立压杆几乎与页岩层理面平行，从而沿多个平行层理面竖向劈裂破坏，此角度下岩石试件的峰值强度由弱面的抗拉强度和最大压杆强度共同决定，残余强度则是由压杆强度决定。破坏判据为最大拉张应变或者最大拉应力破坏准则：εmax＞εr或|σn|＞ Rt，其中εr为拉张应变，εmax为最大拉张应变，σn为结构面法向拉应力（MPa），Rt为结构面层间黏结强度（MPa）。

（2）当θ 从30°～60°时，如图7(c)～(e)破坏类型是沿层理弱面的剪切滑移破坏：此阶段是典型的层状岩石破坏类型，破坏为沿层理弱面发生剪切破坏，甚至贯穿层理弱面，形成宏观破裂，产生滑动，剪切面即为层理面，表面光滑，局部出现试样剪断，这种破坏的实质是剪断凸台，层理面受剪初期，剪切力上升较快，之后层理面部分凸台被剪断，剪切力继续上升，梯度减小，直至破坏，此阶段单轴抗压强度完全由弱面黏结强度决定，由于页岩弱面黏结强度较低，故其单轴抗压强度也较低。破坏判据为库仑准则：τmax＞σθtanφ+c 。

（3）当θ从75°～90°时，如图7(f)、7(g)，破坏类型是穿切层理面的劈裂型层状剪切破坏：压缩过程中页岩首先沿层理面呈劈裂破坏，然后每个层状块体内出现不同程度的竖向剪切破坏，且易爆裂为碎块，虽然是剪切破坏，但破裂面并不沿着层理面，其破坏实质是层理面的胶结强度远小于页岩本身的强度。由于轴向荷载并不是与层理面严格垂直以及端面不平等原因，在加载过程中会产生拉剪应力，造成微裂纹先沿层理面萌生和扩展，随后沿微裂纹的拉剪应力逐渐超过了层理面自身的抗剪强度，页岩首先发生层状破坏，产生近似平行的多个层状块体，由于拉应力分量较小，不足以发生沿层理面滑移，随着应力的增加以及应力集中现象，每个层状块体内出现剪切破坏，剪切裂纹逐渐连接形成宏观剪切面，从而试样发生沿该剪切面的滑移破坏，有的中部形成呈 X 形交叉的两个剪切破裂面，有的形成一个贯通型剪切破坏，但不在对角线上，这与定向排列的矿物束自身强度较大有很大的关系。此角度下岩石试件的峰值强度并不是由弱层所控制，而是由岩石本身的抗剪强度所决定。破坏判据为最大正应力或最大张应变能破坏准则：σmax＞σc或 εmax＞εc。

图7 典型页岩试样破坏形态Fig.7 Typical failure patterns of shale samples

3.3.3 页岩物理力学参数各向异性分析

页岩在沉积成岩过程中，由于不同时期或者同一时期、不同时间和地点造岩矿物类型不同、沉积取向性差异、沉积环境的力学特性和构造历史迥异，再加上多期天然裂缝和人工扰动缝体相互交迭，使含气页岩的物理力学性质具有显著的各向异性，这些性质影响着页岩的钻井完井工作以及压裂效果。

（1）波速各向异性分析

通过大量工程实践和试验研究，弹性波速测试法在岩体物理力学特性测定、施工前后工程岩体的评价等方面都取得了良好的效果[22]。为了将这些成果较好地运用到页岩上，有必要对页岩的波速各向异性进行分析，本文仅讨论纵波波速，波速变化情况见表2和图8。

表2 页岩参数表Table 2 Physical and mechanical parameters of shale

图8 波速随层理角度变化规律Fig.8 Variation of wave velocity with the orientation of bedding planes

由图8 曲线1 可以清晰地看出：页岩的波速随钻取角度不同而表现出显著的各向异性，0°时波速最大，为4 610 m/s；15°时波速次之，为4 578 m/s；到90°时取得最小值，仅为4 268 m/s，与最大值相差342 m/s，相差较大。随着角度的增加，波速呈逐渐降低之势，降低幅度刚开始比较缓慢，随后迅速增加，最后又趋于缓慢。

页岩波速之所以表现出如此明显的各向异性，这与岩石中定向排列的微裂隙和组成矿物的优选排列有关。邓继新等[23]通过X-射线衍射和扫描电镜证明了这点，本文重点从宏观角度分析波速差异性的具体原因：当θ 在0°附近时，此时纵波方向与页岩层理面平行，有利于导波，故波速较大；当θ 在90°附近时，纵波与页岩层理面垂直，层理面对波速有阻碍作用，因而纵波在试件中行走时间较长，波速较小；当θ 从0°增加到90°的过程中，纵波方向由平行层理面逐渐转变为垂直层理面，其穿透层理面的层数逐渐增加，增加幅度为缓慢—迅速—缓慢，层理面的增加使得低速介质增多、波的反射增强、能量衰减加重、波行走时间加长，波速降低，且降低幅度与之对应，变化规律也是缓慢—迅速—缓慢。利用上述规律外加下面的波速拟合方程（1），可以综合利用声波资料进行储层评价，对层理角度进行预测，此波速拟合曲线如图8 中曲线2，拟合方程如下：

式中：θ为角度（°）；Vp为纵波波速（m/s）；相关系数为0.996。

（2）单轴抗压强度各向异性分析

图9 单轴抗压强度和层理角度的关系Fig.9 Variation of uniaxial compressive strength with the orientation of bedding planes

从图9 中可以看出，随着层理角度的增大，页岩的强度曲线近似呈两边高中间低的U 形变化规律，即随着角度的增加，页岩单轴抗压强度先是逐渐减小，然后逐渐增加，且当θ 在0°和90°附近时取得最大值；当θ 在 30°附近时，抗压强度达到最小值，最大值几乎是最小值的 2 倍；当θ 从60°～90°时，抗压强度变化缓慢，其余角度时变化较快，这些都说明层状页岩具有强烈的各向异性。

层状页岩如此大的强度各向异性和其破坏模式是分不开的，当θ 在 0°附近时，破坏类型是压杆失稳破坏，强度取决于独立压杆，反映了页岩岩体结构面和结构体的抗剪切拉张能力，强度较高；当θ在 30°附近时，破坏类型是沿层理弱面的剪切滑移破坏，抗压强度取决于层理弱面，故其值最低，反映了岩体结构面和结构体的抗剪切滑动能力；当θ在 90°附近时，破坏类型是穿切层理面的劈裂型层状剪切破坏，强度取决于页岩岩石本身，反映了岩石本身的抗压能力，故抗压强度最高。

（3）弹性模量各向异性分析

图10 弹性模量和层理角度的关系Fig.10 Variation of Young's modulus with the orientation of bedding planes

图10为弹性模量-层理角度的关系曲线。从图10(a)中得知，层状页岩弹性模量随层理夹角θ 的增加逐渐减小，最大值为29.01 GPa，最小值为18.81 GPa，降低幅度高达35.16%，各向异性明显，其原因有以下几点：

（1）内因 邓继新等[23]已经证明了层理面内定向排列的黏土矿物和微裂隙是使样品显示出强弹性各向异性的内在原因，从本文做的X-射线衍射和扫描电镜分析试验中也可看出，不同层理面夹角下页岩黏土矿物含量、微裂隙发育情况差别较大，这些差异性造成了弹性模量的各向异性。

（2）外因 ①页岩是典型的沉积岩，在成岩过程中层间弱面压密程度较低，故当主应力平行于层理面时，层理面处于拉伸变形状态，试件侧向膨胀明显，弹性模量与变形模量较大；当主应力垂直层理面的作用下，层理面处于压密变形状态，此时轴向应变较大，弹性模量与变形模量较小。② 从岩石产状上看，所取页岩为露头岩芯，取芯时不同钻芯角度对试样变形也有一定影响。③从破坏模式上来说，当θ 在 0°附近时，因为压杆相当于刚性体，此时引起的弹性变形相对较小，故弹性模量较大；当θ 在 30°附近时，此时破坏所需应力相对较小，故弹性模量相对于0°时变小；当θ 在 90°附近时，破坏类型是穿切层理面的劈裂型层状剪切破坏，由于软弱结构面的存在，压密层状页岩产生了很大的轴向变形，故弹性模量更小。

Niandou 等[24]通过坐标系的变换，得到了如下公式：

式中：E1为平行各向同性面的弹性模量；E3为垂直各向同性面的弹性模量；μ3为垂直各向同性面的泊松比；G3为垂直层理方向的剪切模量。

式（3）可以写成如下形式：

利用式（4）对弹性模量进行最小二乘拟合，见图10(b)，可得以下拟合公式，其相关系数为0.977：

陈乔等[25]曾将灰色系统的关联度分析方法引入到岩土中来，该方法是分析系统中各因素的关联程度，其实质是对数据进行几何关系的比较，找出比较序列的发展趋势与参考序列发展趋势的吻合情况，并据此判断比较序列与参考序列的关联程度，从而得出影响参考序列的主要因素。对照图8、图10(a)，发现纵波波速和弹性模量变化趋势相同，关联度较高，对二者进行拟合，曲线如图11 所示。

图11 纵波波速和弹性模量关联度分析Fig.11 Relationship between Young's modulus and wave velocity

图11 中拟合公式为

用式（5）、（6）外加测井资料，对龙马溪层状页岩的弹性模量、层理面倾角等进行粗略预测，研究结果对工程实践具有指导意义。

3.4 平行于层理方向页岩单轴压缩试验分析

为了研究龙马溪页岩是不是横观各向同性体，进行了平行于层理方向页岩单轴压缩试验，得到的结果如图12、13 所示。

图12 单轴抗压强度随层理角度变化图Fig.12 Variation of uniaxial compressive strength with the orientation of bedding planes

图13 弹性模量、泊松比随层理角度变化Fig.13 Variation of Young's modulus and Poisson's ratio with the orientation of bedding planes

（1）平行于层理方向页岩单轴抗压强度在108.8～126.7 MPa 范围内变化，变化幅度在可接受变化范围之内，约为16.45%，抗压强度平均值为116.5 MPa，与层理方向成不同夹角取芯页岩单轴抗压强度均值为102.82 MPa，相比之下平均增加13.68 MPa，增加率为13.31%，平行于层理方向页岩单轴抗压强度比较高。

（2）弹性模量在23.9～29.8 GPa 之间变化，变化率为20%左右，平均值为26.8 GPa，与层理方向成不同夹角，取芯页岩弹性模量均值为23.83 GPa，相较之下有所增长，增加了12.48%；泊松比在0.32～0.37 内波动，变化量为0.05，变化率为10%。

从上述分析可以看出，在平行层理面内，龙马溪页岩的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比均存在不同程度的变化，变化率分别为16.5%、20.0%、10.0%，存在着轻微的各向异性，这些差异有可能是页岩本身的差异引起的，但也不排除试验机的误差原因，龙马溪页岩的横观各向异性不明显，在适当的情况下，还是可以把龙马溪页岩近似看成横观各向同性体。

3.5 5 个参数求取

页岩可以近似看成横观各向同性体，横观各向同性体的独立弹性常数从极端各向异性的21 个降至为5 个，这5 个独立弹性常量分别为：E1、E3、μ1、μ3、G3，其中 μ1为平行各向同性面的泊松比，其余参数含义见式（2）。

如图14 所示，从横观各向同性介质坐标系统，以Z、Z′轴为各向同性对称轴，X和X′轴重合，可以得到如下矩阵方程[26]：

图14 横观各向同性介质坐标系统Fig.14 Schematic of the transversely isotropic material in global coordinate systems

该矩阵中的5 个独立弹性常数计算方法如下，计算结果见表3。

表3 5 个弹性常数求取结果Table 3 Results of 5 elastic constants

平行于层理面方向，有

式中：E1为平行于层理面时的弹性模量；σZ、εZ、εX分别为平行于层理面时的轴向应力、轴向应变、侧向应变。

垂直于层理面方向，有

式中：E3为垂直于层理面时的弹性模量；、μ3分别为垂直于层理面时的轴向应力、轴向应变、侧向应变、泊松比。

另外，G3可由式（3）、（5）求得。

页岩的这5 个独立弹性常量在水平井分段压裂的力学计算中非常重要，它是岩层中一点处的应力状态的重要参数，同时它与井眼稳定性分析、地层张性破裂分析、井壁垮塌分析、井筒对地应力及其分布的影响、注入压力所产生的应力和井壁上的总应力、水压致裂造缝条件等工程问题的分析研究也密切相关。

4 结 论

（1）龙马溪页岩中石英等脆性岩石含量较高，可达62%，平均为55.5%，属于可压性较高储层，在垂直于层理面方向上和平行于层理面方向上，电镜扫描结果差异较大，前者各种矿物颗粒排列相对整齐，有微裂隙发育且排列整齐，后者矿物颗粒排列杂乱，相互之间充填完整，没有明显的分隔间隙，微裂缝发育且排列杂乱无章。

（2）应力-应变曲线属于Ⅱ类曲线，5 个阶段不明显，角度不同，曲线差异较大，具有明显的各向异性，其破坏类型主要有3 种：竖向劈裂型张拉破坏、沿层理弱面的剪切滑移破坏、穿切层理面的剪切破坏。

（3）单轴抗压强度曲线近似呈两头大中间小的U 形，当θ 在0°和90°附近时取得最大值，当θ 在30°附近时，页岩单轴抗压强度达到最低值，其各向异性原因较多，从微观上说，是微裂隙发育程度不同；从宏观角度来讲，主要是其不同破坏模式所致。

（4）弹性模量和波速具有类似的变化规律，两者相关性较好，都随着角度的增加而减小。

（5）在平行于层理方向页岩单轴压缩试验中，各参数虽然稍有差异，但变化幅度不大，可以把龙马溪页岩近似看成横观各向同性体。

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