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超临界CO2致裂强化页岩气高效开发已成为国内外学者关注的焦点,其有效避免了水力压裂对页岩气储层的一系列伤害和导致的环境隐患,还能将CO2封存在页岩储层中。超临界CO2注入页岩储层后与页岩发生的一系列物理化学反应会对页岩储层的微观孔隙结构、物理化学性质及力学性质产生不可逆的影响,直接危及到页岩气增产效率及CO2封存的安全性。本文以四川长宁地区（CN）页岩和重庆涪陵焦石坝地区（FL）页岩为研究对象,采用超临界CO2-页岩反应容器进行了超临界CO2对CN和FL页岩的浸泡实验（T=40℃,P=16 MPa）和38℃条件下不同相态CO2对CN页岩的浸泡实验,采用X射线衍射（XRD）法、傅里叶红外光谱分析（FTIR）法、扫描电镜（SEM）法、低温氮吸附法和MTS力学测试法对比分析了超临界CO2及不同相态CO2浸泡前后页岩的矿物组分、表面性质及形貌、微观孔隙结构和力学性质的变化特征,研究了超临界CO2对页岩物理性质及微观结构的作用机理及不同相态CO2浸泡对页岩的力学性质的影响机理。在力学加载过程中,还采用声发监测技术分析了原始页岩和不同相态CO2浸泡后页岩裂纹的萌生、扩展及破坏过程。从以上实验研究得到的主要结论如下:（1）超临界CO2会溶解页岩中的有机质、蒙脱石和高岭石等矿物,但其本身不与石英矿物发生发生反应,经超临界CO2浸泡后页岩中石英相对含量的增加主要是由超临界CO2溶解其它矿物质所致,浸泡后石英矿物的相对含量越高则说明页岩中其他矿物成分与超临界CO2反应消耗的程度越大。超临界CO2对有机质和部分矿物质的溶蚀作用会对页岩的微观表面形貌造成一定的影响,但不会影响其表面官能团结构特征。经超临界CO2浸泡后,页岩的比表面积和总孔体积均减小,而平均孔径则增大。这主要是由超临界CO2溶解有机质微孔导致的,部分微孔经溶蚀作用转变成中孔或者大孔。在CO2提高页岩气采收率（CO2-ESGR）和CO2地质封存中,超临界CO2与页岩相互作用对页岩储层孔结构的作用会影响CO2封存潜力和气体在页岩储层中的运移规律;（2）超临界CO2浸泡后页岩的孔表面分形维数D1和孔结构分形维数D2均有一定程度的减小,表明页岩内部的孔表面粗糙度减弱了,孔结构分布的复杂程度也随之降低。超临界CO2浸泡后页岩的孔结构和孔表面分形维数减小的原因主要有以下两个:1)超临界CO2对页岩有机质的溶解导致微孔减少,从而致使孔表面的粗糙度降低,所以经超临界CO2浸泡后页岩孔表面的分形维数D1减小。因此,超临界CO2的溶解作用对页岩孔结构特征的影响是使微孔转变为中孔或大孔;2)页岩吸附CO2发生体积膨胀以致大孔收缩成中孔,导致超临界CO2浸泡后页岩的孔径分布较浸泡前相对简单,所以浸泡后页岩孔结构的分形维数D2减小。（3）在温度为38℃的条件下,次临界CO2浸泡后页岩的单轴抗压强度和弹性模量分别减少22.86%和23.01%。而超临界CO2浸泡后页岩的单轴抗压强度和弹性模量分别减少33.89%和33.97%,相比次临界CO2对页岩力学性质具有更强的劣化效应,这主要是由页岩吸附CO2引起的膨胀和超临界CO2对页岩中有机质和部分无机矿物的溶解能力共同作用所致。此外,页岩的单轴抗压强度和弹性模量都随CO2浸泡压力的升高而减小,且都在12 MPa时达到最小值,当压力从12 MPa继续增加至16 MPa时,页岩的单轴抗压强度和弹性模量都有小幅的增加。可知,CO2-页岩相互作用对页岩力学性质的作用机理高度依赖于作用压力及CO2的相态。在超临界CO2压裂页岩气藏中,CO2与页岩的相互作用对页岩力学性质的劣化效应会影响超临界CO2致裂过程中裂纹的萌生和扩展过程。此外,由于页岩吸附CO2引起的变形膨胀及超临界CO2对页岩中有机质及部分无机矿物的溶解作用,会影响页岩储层中裂纹的贯通和导流能力,进而影响CO2-ESGR的最终采收率。在页岩储层封存CO2机制中是把页岩作为储层而不是盖层,CO2注入后页岩的力学性质响应机理,随着力学性质的劣化效应,CO2存在有泄露的风险,在实际工程中应考虑到这一点。