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随着能源消耗需求的不断增长以及国家战略能源储备的需求，尤其是在当今自然灾害、政治或战争等不确定因素导致国际油气价格持续波动的情况下，能源储存的作用显得愈来愈重要。能源储存系统将成为实现能源可持续性发展的关键因素，它可以解决能源集中化、供求平衡和成本节约等突出问题。然而，现阶段中国天然气储量和战略石油储备（SPR）均远远落后于欧美等发达国家。到目前为止，各种类型的能源储存方法在全世界已经得到了广泛的应用和发展，其中最重要的技术之一就是地下储能，因为它具有优良的经济效益等优势。在地下储能系统中，岩盐（或盐岩）俗称氯化钠结晶矿物，因其孔隙度低(＜1%)、渗透率低(＜10-20m2)、延性好(应变可高达30%~40%)、且具有良好的水溶开采性和良好的自愈合特性，在过去几十年，它被广泛认为是碳氢化合物能源储存(如天然气或原油)、化学废料屏障（如碱渣）、H2储能、压缩空气蓄能（CAES）、CO2和放射性核废物处置等的理想介质。而中国把地下盐穴作为能源储备系统的实践经验从2007年（金坛盐穴储气库）才开始，至今还不到二十年，还有较远的路要走。中国盐矿地质构造以湖相沉积的层状盐岩为主，其力学性质复杂，层状盐岩中杂质与夹层的存在对围岩的力学稳定性、密闭性和安全性等有着重要的影响，因此，在盐腔建造和使用期内必须高度重视。本文以江苏淮安赵集某盐矿为工程背景，在试验分析和理论研究的基础上，研究了盐岩的物理、力学、化学等基本性质，包括层状盐岩的物性特征、变形显微结构特征、损伤细微观机理、疲劳损伤特征以及裂隙愈合微观机制等。
①层状盐岩的物化特征与其矿物组成、杂质含量、温度、压力等环境条件息息相关。层状盐岩的渗透率比纯盐一般要高出1~4个数量级，夹层往往起着“补强层”的作用，提高层状盐岩的强度和稳定蠕变速率。层状盐岩的抗剪能力较强，但抗拉能力较弱，互层界面之间非力学“弱平面”。盐层与非盐层的抗变形能力不同，会导致层状盐岩整体疲劳寿命降低。不溶性杂质可降低盐岩的溶解速率，影响盐岩自愈合。
②杂质或夹层的存在显著改变盐岩的显微构造特征。以江苏淮安赵集某盐矿为研究对象，分析了该区域地质构造情况及含盐系地层构造，通过XRD、压汞、光学显微镜、SEM测试技术，对该区域层状盐岩物性和变形显微结构特征进行系统分析，并与纯岩盐进行比较。研究表明，层状盐岩的矿物组成成分多样，较纯盐层以氯化钠为主，杂质主要包含硬石膏、无水芒硝、钙质芒硝、白云石、石英、黏土等，符合湖相沉积类。受晶质塑性变形影响，盐层流变机制以位错蠕变和压溶蠕变为主，天然盐矿中尤其是晶界处存在少量的液体，促进晶界迁移和压溶蠕变。层状盐岩的孔隙度和渗透率较低，属于低渗介质，杂质或夹层的存在可使盐层的孔隙度、渗流系数升高。
③盐岩损伤裂纹发展演化取决于内部微缺陷结构。通过小尺寸层状盐岩样品的微拉压变形损伤试验，结合DI、SEM、PM、SM技术，研究了盐岩损伤表面裂纹扩展演化细观机制。结果表明，损伤盐岩微裂纹的发展和分布主要受矿物颗粒成分及分布、晶粒大小、晶体缺陷以及软弱结构面(如层理面)的影响。盐岩试件从初始损伤开始演化发展到最终断裂破坏，主裂纹起着决定性作用，无论哪种盐岩，主裂纹的扩展方向都与最大主应力的方向平行或近似平行。盐岩损伤细观演化过程与应力-应变曲线相对应，结合显微分析结果及位错塞积模型，对盐岩裂纹发展演化细观机理进行了讨论。
④3D-DIC非接触全场变形光学测量技术对盐岩变形损伤的测量具有明显的优势。结合3D-DIC技术，分析了盐岩单轴压缩损伤变形过程的特征。3D-DIC技术在一定程度上可消除传统的接触式位移应变测量方法带来的一些误差，如实体引伸计测得的总体积应变偏大、扩容判断、局部变形的差异性等。基于3D-DIC构建的虚拟引伸计计算的体积应变、扩容判断更为精确。根据3D-DIC可测全场变形的特点，建立了一种盐岩损伤模型可用于任一时刻、任意位置的全场损伤变量分析。
⑤压力气体对盐岩的疲劳损伤存在“楔效应”（“wedge effect”）。在有气体压力条件下的盐岩疲劳损伤试验研究表明，由于“wedge effect”，气体会渗透到微裂纹和孔隙中，加速优势微裂纹的发育，与没有压力气体的情况相比，盐岩的强度变低，疲劳寿命随着围压和气压的增加而降低，高压下的疲劳寿命明显低于低压下的疲劳寿命。基于CT计算的损伤值与疲劳寿命呈线性相关，而疲劳寿命与气体压力呈对数相关。
⑥损伤盐岩的孔隙率、渗透率改变与裂隙愈合度相关，而裂隙愈合度又与应力、杂质、流体、损伤程度等因素相关。研究了受损盐岩在不同环境中的愈合性质，从微观角度分析了盐岩愈合显微特征。研究表明，流体在损伤盐岩愈合中扮演着重要的角色，由于扩散效应和再结晶效应，用饱和卤水浸润的损伤盐愈合效果优于用油液处理的。包含在微裂纹或微孔中的油分子会阻碍扩散效应和抑制再结晶过程，从而阻碍盐岩愈合过程。损伤盐岩的渗流系数随愈合时间的衰减规律满足一级动力学方程，衰减速率由快变慢，最终趋于一个稳定值，达到试验条件下的饱和愈合状态，但杂质盐的衰减速率比纯盐要慢。初始损伤程度越大，愈合所需要的能量越高，愈合效率越低。初始损伤程度相同时，由于“recrystallization effect”，含杂质颗粒初始孔隙较发育的层状盐岩愈合率高于纯盐，但速率慢。应力作用下盐岩愈合主要表现为压力溶解-再结晶过程，基于连续损伤力学定义愈合变量，推导出损伤盐岩愈合变量的演化方程。
杂质或夹层对层状盐岩的力学稳定性、密闭性和安全性的影响作用不可忽略，在盐穴建造、运营期内必须十分重视，本文研究成果对中国盐穴的综合利用具有一定的理论和工程指导意义。
①层状盐岩的物化特征与其矿物组成、杂质含量、温度、压力等环境条件息息相关。层状盐岩的渗透率比纯盐一般要高出1~4个数量级，夹层往往起着“补强层”的作用，提高层状盐岩的强度和稳定蠕变速率。层状盐岩的抗剪能力较强，但抗拉能力较弱，互层界面之间非力学“弱平面”。盐层与非盐层的抗变形能力不同，会导致层状盐岩整体疲劳寿命降低。不溶性杂质可降低盐岩的溶解速率，影响盐岩自愈合。
②杂质或夹层的存在显著改变盐岩的显微构造特征。以江苏淮安赵集某盐矿为研究对象，分析了该区域地质构造情况及含盐系地层构造，通过XRD、压汞、光学显微镜、SEM测试技术，对该区域层状盐岩物性和变形显微结构特征进行系统分析，并与纯岩盐进行比较。研究表明，层状盐岩的矿物组成成分多样，较纯盐层以氯化钠为主，杂质主要包含硬石膏、无水芒硝、钙质芒硝、白云石、石英、黏土等，符合湖相沉积类。受晶质塑性变形影响，盐层流变机制以位错蠕变和压溶蠕变为主，天然盐矿中尤其是晶界处存在少量的液体，促进晶界迁移和压溶蠕变。层状盐岩的孔隙度和渗透率较低，属于低渗介质，杂质或夹层的存在可使盐层的孔隙度、渗流系数升高。
③盐岩损伤裂纹发展演化取决于内部微缺陷结构。通过小尺寸层状盐岩样品的微拉压变形损伤试验，结合DI、SEM、PM、SM技术，研究了盐岩损伤表面裂纹扩展演化细观机制。结果表明，损伤盐岩微裂纹的发展和分布主要受矿物颗粒成分及分布、晶粒大小、晶体缺陷以及软弱结构面(如层理面)的影响。盐岩试件从初始损伤开始演化发展到最终断裂破坏，主裂纹起着决定性作用，无论哪种盐岩，主裂纹的扩展方向都与最大主应力的方向平行或近似平行。盐岩损伤细观演化过程与应力-应变曲线相对应，结合显微分析结果及位错塞积模型，对盐岩裂纹发展演化细观机理进行了讨论。
④3D-DIC非接触全场变形光学测量技术对盐岩变形损伤的测量具有明显的优势。结合3D-DIC技术，分析了盐岩单轴压缩损伤变形过程的特征。3D-DIC技术在一定程度上可消除传统的接触式位移应变测量方法带来的一些误差，如实体引伸计测得的总体积应变偏大、扩容判断、局部变形的差异性等。基于3D-DIC构建的虚拟引伸计计算的体积应变、扩容判断更为精确。根据3D-DIC可测全场变形的特点，建立了一种盐岩损伤模型可用于任一时刻、任意位置的全场损伤变量分析。
⑤压力气体对盐岩的疲劳损伤存在“楔效应”（“wedge effect”）。在有气体压力条件下的盐岩疲劳损伤试验研究表明，由于“wedge effect”，气体会渗透到微裂纹和孔隙中，加速优势微裂纹的发育，与没有压力气体的情况相比，盐岩的强度变低，疲劳寿命随着围压和气压的增加而降低，高压下的疲劳寿命明显低于低压下的疲劳寿命。基于CT计算的损伤值与疲劳寿命呈线性相关，而疲劳寿命与气体压力呈对数相关。
⑥损伤盐岩的孔隙率、渗透率改变与裂隙愈合度相关，而裂隙愈合度又与应力、杂质、流体、损伤程度等因素相关。研究了受损盐岩在不同环境中的愈合性质，从微观角度分析了盐岩愈合显微特征。研究表明，流体在损伤盐岩愈合中扮演着重要的角色，由于扩散效应和再结晶效应，用饱和卤水浸润的损伤盐愈合效果优于用油液处理的。包含在微裂纹或微孔中的油分子会阻碍扩散效应和抑制再结晶过程，从而阻碍盐岩愈合过程。损伤盐岩的渗流系数随愈合时间的衰减规律满足一级动力学方程，衰减速率由快变慢，最终趋于一个稳定值，达到试验条件下的饱和愈合状态，但杂质盐的衰减速率比纯盐要慢。初始损伤程度越大，愈合所需要的能量越高，愈合效率越低。初始损伤程度相同时，由于“recrystallization effect”，含杂质颗粒初始孔隙较发育的层状盐岩愈合率高于纯盐，但速率慢。应力作用下盐岩愈合主要表现为压力溶解-再结晶过程，基于连续损伤力学定义愈合变量，推导出损伤盐岩愈合变量的演化方程。
杂质或夹层对层状盐岩的力学稳定性、密闭性和安全性的影响作用不可忽略，在盐穴建造、运营期内必须十分重视，本文研究成果对中国盐穴的综合利用具有一定的理论和工程指导意义。