寒区长期冻融风化作用对岩石力学性能的影响是岩石力学和工程地质研究的前沿问题,同时冻融风化作用产生的裂隙(裂缝)对含油气盆地油气地质条件具有重要的影响,然而对于冻融风化后岩石力学性能、裂隙演化及其对油气储集的影响还处于探索阶段,是国际石油地质和工程地质研究的前沿问题。针对上述问题,论文通过系统试验与模拟,在探讨冻融风化对岩石力学性质、裂隙发育机制基础上,结合高寒冻土区羌塘典型含油气盆地分析,探讨冻融裂隙对天然气水合物储集条件的影响和控制作用。论文通过冻融试验、无损检测、冲击压缩试验、数值模拟、本构方程建立、岩芯观察等方法总结归纳,取得了以下主要认识:(1)通过对冻融风化成因以及冻融损伤细观研究,提出岩石的冻融风化是由岩性、水饱和度、冻融循环次数、周期和温度等综合因素耦合的复杂劣化过程;其宏观表现为孔隙和微裂隙的发育,并建立了冻融循环与裂隙发育的关系。(2)通过对冻融损伤岩石试件的力学试验,认为冻融风化作用对岩石抗压强度具有明显弱化效应;应变率和围压对抗压强度具有明显强化效应。(3)通过对冻融循环后岩石冲击压缩试验的数值模拟,得出单轴冲击压缩试件轴心受压、轴向压缩的同时径向膨胀,其拉伸应变达到极限而出现劈裂破坏;进而提出围压作用可抑制或暂缓试件的破碎、并能有效提高岩石抗压强度。(4)依据岩石的损伤演化理论,结合试验研究和数值分析的成果建立了统计损伤演化方程;并基于元件模型的思想,构建出一套包括单轴和有围压存在的考虑冻融损伤因素的粘弹塑性动态本构模型。通过改进的差分进化和梯度下降法对建立的动态本构方程进行参数识别运算,反演分析确定特征参数,并通过试验数据验证了该模型的准确性。(5)通过冻融试验和裂隙发育演化研究,结合羌塘盆地钻井岩芯裂隙和渗透率、孔隙度分析,识别出4类与冻融作用有关的裂隙,初步得出了各类裂隙的识别标志和识别方法,提出冻融风化作用产生的裂隙对盆地储集物性具有显著的影响,盆地在310-350m岩石渗透率和孔隙度的快速增加主要受冻融作用产生的裂隙控制,并且在盆地具有普遍性。