我国页岩气资源储量丰富,开发利用前景广阔,页岩气开采已成为我国非常规油气资源领域研究的热点。水力压裂技术的突破实现了页岩气大规模商业化开采,但其带来的粘土水化膨胀、水资源浪费和环境污染等问题也不容小觑,而采用超临界CO₂压裂页岩驱替开采页岩气,既能提高页岩气产量,又能实现温室气体CO₂的地质封存,很有必要开展此方面的研究。目前,国内外学者针对超临界CO₂致裂页岩以及增透所开展的研究,总的来说都还处于探索性阶段,对于其压裂机理方面尚未开展系统、深入的研究,特别是对人工压裂后的页岩渗流机理了解不清楚。本文在大量调研国内外相关研究的基础上,以四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,采用室内模拟实验和理论研究相结合的方法,对超临界CO₂致裂页岩的破裂机理以及渗流机理开展了研究,取得的主要成果如下:（1）在对页岩微观结构和矿物组分分析的基础上,主要得到以下结论:长宁地区页岩的TOC含量较高,其值在4.14wt%-4.26wt%之间,页岩试样主要矿物为石英和粘土,大多还含有方解石、白云石等其他矿物。页岩主要含有Si、C、Ca、Al、Fe、K、Mg和S,还含有一些微量元素,比如Na,Rb,Ni等。（2）结合页岩的受载变形特性（应力-应变曲线）及其矿物组分对页岩脆性的变化规律进行了分析,并对采用三种不同指标得到的页岩脆性系数进行了比较,发现页岩脆性系数均随围压增大而减小,围压越大,破裂面越少,并呈现出由脆性向延性转变的趋势;脆性矿物含量越高,脆度越高;随着围压增加,其破坏的规律依次表现为张拉破坏、张剪破坏和剪切破坏,并呈现出由脆性向延性转变的趋势。脆性系数B₃与B₁的相关性更好,表明与北美普遍采用石英组分进行脆性系数评价相比,对于矿物组分复杂的我国南方古生界页岩,宜采用石英、方解石、白云石作为脆性矿物组分进行页岩脆性评价。由于页岩脆性受到矿物组分和应力状态双重因素的影响,在进行储层压裂层位选择以及可压性评价的时,要综合考虑现场地应力状态以及页岩矿物组分的影响,进行压裂层位的优选。（3）采用实验室自主研制的超临界CO₂致裂增渗实验装置,进行了超临界CO₂压裂页岩实验研究,结合声发射监测技术、CT扫描技术分析了压裂过程中的裂纹扩展规律,并对压裂前后的渗透率进行了比较,主要得到如下结论:1)超临界CO₂致裂页岩过程可以分为三个主要区段:容腔充填区段、孔隙压力累积区段、压裂破坏区段,在达到起裂压力点时声发射信号最为强烈,超临界CO₂在压裂页岩过程存在相态的变化。2)通过工业CT技术观测了岩样裂纹的平面扩展形态和扩展规律,得出裂纹延伸方向整体上与最大主应力方向趋于一致,破坏形式为拉剪综合破坏,弱面的存在致使裂纹延伸发生转向,页岩的非均质性决定岩石的弱面性质各异,导致了裂纹扩展的转向和微裂隙网络的发育,超临界CO₂压裂能形成复杂的网络裂纹,同时不同初始应力比会影响岩石起裂压力以及裂纹扩展形态。3)页岩原岩渗透率极低,压裂前页岩渗透率介于（0.068-0.393）×10^-18m²之间,压裂后页岩渗透率介于（0.732-1.520）×10^-15m²之间,渗透率提高了3-4个数量级,表明超临界CO₂压裂增透效果明显。（4）通过对压裂后的裂隙页岩体进行三维应力条件下渗透率变化规律的实验研究,得到以下结论:1)在体积应力、温度恒定条件下,气体在页岩中的渗透率受Klinkenberg效应以及有效应力的共同作用,气体压力在1-3MPa时,Klinkenberg效应起主导作用,渗透率随气体压力增加而降低;气体压力在3-5MPa时,有效应力作用占主导地位,渗透率随着气体压力增加而增加。2)由于吸附膨胀效应,页岩吸附CO₂气体后渗透率明显降低;裂隙页岩体渗透率随有效应力的增加呈负指数减少。裂隙页岩体渗透率在32℃-48℃温度范围内随温度的升高而降低,并且随着温度的升高,渗透率对温度的敏感性也越低。3)页岩气储层渗透率受地温、地应力以及其自身孔隙结构共同影响,本文根据实验研究建立了页岩渗透率在温度场、应力场耦合作用下的关系（气体压力在1MPa时得到的渗透率的拟合方程为:K=0.756exp（-0.011t-0.046σ_e）;气体压力在2MPa时得到的渗透率的拟合方程为:K=0.722exp（-0.021t-0.093σ_e））,所取得的结果可以为CO₂强化页岩气开发过程储层渗透率的动态预测提供科学依据。4)页岩渗透率与超临界CO₂注入压力及体积应力大小密切相关。当超临界CO₂注入压力恒定时,页岩渗透率随体积应力的增加而减少。