在全球迈向绿色能源转型的时代浪潮下,地热资源凭借其清洁、可持续的显著优势,成为解决能源危机与环境问题的重要手段。我国干热岩型地热资源总量丰富,具备极大的开发价值。在干热岩型地热资源开采时,换热介质在与地热储层接触的过程中导致岩石不可避免地经历热-冷循环作用,使其出现损伤状况,进而影响地热开采效率与井壁稳定性。因此研究地热储层岩体在高温-冷却循环后的物理力学特性演化及微观机制,为地热开发提供理论支持,具有重要的研究意义。 本文选取湖南省岳阳市平江县花岗岩型干热岩为研究对象,通过室内试验探究不同加热温度、循环次数及冷却方式的影响下,花岗岩质量、体积、纵波波速、导热系数等物理性质及抗压强度、弹性模量等力学性质的变化规律,利用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜和X射线荧光光谱试验(XRF)从微观角度揭示其演化机制。论文主要研究成果如下: (1)随着加热温度的升高,花岗岩质量、纵波波速及导热系数等物理参数和抗压、抗拉强度及弹性模量等力学参数不断减小,体积膨胀率不断增大,并且表现出200℃~500℃变化平缓、500℃~600℃变化加剧、600℃~800℃又趋于平缓的态势。 (2)随着循环次数的增加,花岗岩体积膨胀率增大,其它物理力学参数不断减小,并且表现出第一次热-冷循环后变化幅度较大,经过第一次热冷循环后,随着循环次数增加,不同温度下,各参数变化幅度较小的态势。花岗岩物理力学参数在随温度和循环次数变化过程中,表现出遇水冷却条件下的变化幅度总是大于自然冷却条件下的变化幅度。 (3)花岗岩在高温-冷却条件下的破坏模式存在差异性,自然冷却下,温度200℃时循环次数不超过15次试样呈现张拉破坏形态,遇水冷却下,温度600℃时循环次数超过15次、温度800℃时循环次数超过10次试样呈现颗粒破坏形态;其它情况下主要呈现剪切破坏模式。 (4)微、细观研究表明,花岗岩微裂纹数量及表面粗糙程度随温度升高和循环次数增加呈递增趋势,碎屑和孔隙同步增多。遇水冷却下花岗岩在500℃经20次热-冷循环后首次观测到较为稀疏的微裂纹网络,温度升高至600℃以上时,自然冷却与遇水冷却下花岗岩出现密集微裂纹网络,其中遇水冷却下花岗岩裂纹密度更高。受热时,花岗岩呈现出晶间裂纹萌生→晶内裂纹扩展→晶内裂纹主导的演化路径。XRF分析表明,SiO₂含量稳定在56%~62%,Al₂O₃、K₂O等主量氧化物波动幅度均小于5%。揭示了在高温-冷却循环作用下,花岗岩物理力学性质的退化以物理结构劣化为主导的机制。