水压致裂（HF）技术作为一种广泛应用的原位地应力测定方法，在地震科学研究、地质工程、石油工程及采矿等领域具有重要意义。解释裂缝闭合压力以确定最小主应力的大小是该技术的关键部分。然而，现有解释方法一般还只限于从压力衰减速率这一表象出发，经过简单的数字处理技术进行计算分析，尚未能从力学机制的角度刻画裂缝闭合过程，从而导致闭合压力的确定存在一定的模糊性和多解性。近期，中国地质科学院地质力学研究所的研究团队提出了一种基于总系统刚度（Total System Stiffness, TSS）的新方法，为水压致裂地应力测量、油田小压测试和诊断性注入测试（DFIT）中闭合压力分析提供了新的解决方案和思路，对于提高水压致裂地应力测试结果可靠性以及深入理解水力裂缝的闭合行为具有重要的理论和实践价值。

　　TSS方法旨在通过建立流体泄漏量与压力衰减速率的关系方程，将压力衰减曲线表征为总系统刚度变化曲线，从而更好地描述裂缝张开到闭合的动态过程。总系统刚度反映了裂缝和井筒系统的总压缩性，其演化过程与裂缝闭合状态具有密切相关性（图1）。研究通过合理假设，推导出与压力衰减阶段流体泄漏量成正比的C函数，并进一步提出了TSS方法来计算与总系统刚度成正比的转换刚度，以确定裂缝闭合历程并识别闭合压力的上下限。利用现场水压致裂实验获得的多个测试曲线对新方法与现有方法进行了严格评估和对比，结果表明：

　　1）TSS方法能够有效表征压力衰减阶段总系统刚度的变化趋势（三个演化阶段，图2），从而确定压力的上下限。

　　2）TSS方法为裂缝闭合过程的开始和结束提供了明确的物理定义。裂缝闭合压力上限，即尖端闭合，对应于刚度曲线开始连续且显著增加的时刻；裂缝闭合压力下限，即完全闭合，对应于刚度曲线增加至趋于稳定的时刻。

　　3）与传统方法相比，TSS方法受时间窗口的敏感性降低，能够分析水力裂缝是否完全闭合，并评估压力曲线在获取原位应力信息方面的适用性。其计算过程简单，仅依赖于压力数据，无需拟合或外推。

　　4）尽管TSS方法在多个现场数据中表现出良好的适用性，但在一些情况下也可能受到岩石高渗透性、天然裂缝特性、压降时间短等因素的影响。未来的研究将进一步优化和完善TSS方法，并结合更多的现场数据和其他解释方法，以更全面地理解裂缝闭合过程。

　　该研究成果近期发表在岩石力学领域Top期刊International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences上（Yang, Y.; Sun, D.; Ma, X.; Wu, B.; Chen, Q. A Total System Stiffness Approach for Determining Shut-in Pressure in Hydraulic Fracturing Stress Measurements. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2025, 192, 106160. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2025.106160.）。研究工作得到地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项（2024ZD1000701）、国家自然科学基金（42174122）以及中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（DZLXJK202407）等联合资助。

　　 

　　图1压力衰减阶段总系统刚度与测段压力的理想化关系曲线

　　 

　　图2基于TSS方法识别裂缝闭合过程并确定闭合压力