在我国油气资源供应日趋紧张、环境压力逐渐增大及北美地区页岩气进入大规模商业化开发的背景下，页岩气因其分布范围广、储量潜力大和开采寿命长等优点，已逐渐成为我国天然气开发的热点，并被视为促进能源结构调整的重要组成部分。然而，页岩气储层超低的基质渗透率，使其往往不具自然产能，必须依靠压裂增产等措施才能获得比较理想的产能，其中以增大储层改造体积的“体积压裂”技术为实现页岩气商业开发的关键。但由于对页岩气储层压裂裂缝扩展规律及网状裂缝的形成机理没有认识清楚，致使现场压裂不够理想，页岩气开发相对滞后。因此，充分认识页岩气储层水力压裂裂缝延伸规律，揭示网状裂缝的形成机理，探讨影响复杂裂缝形态形成的主控因素，对加快我国页岩气的勘探开发步伐具有重要意义。本文针对页岩气储层水力压裂复杂裂缝的扩展规律及网状裂缝的形成机理问题，开展了室内模拟试验、理论分析和数值模拟研究，得到的主要结论如下:　　(1)通过X射线衍射、大型工业CT扫描和SEM电镜扫描技术分析了页岩的矿物组分、微裂缝发育状况和孔隙结构特征，结果表明:下志留统龙马溪组页岩石英含量超过50％，与北美典型页岩气盆地的石英含量相当，且粘土矿物含量（约6.39％）较低，脆性较强，较适合压裂等储层改造;页岩均质性强，无明显裂隙、微裂缝发育，完整性较好;以伊利石为主的粘土矿物在沉积、压实过程中的择优取向，形成明显的层理结构，是页岩表现出显著各向异性的根源。　　(2)通过不同层理角度页岩的波速测试、单轴及三轴压缩、巴西劈裂和直接剪切试验，分析了页岩物理力学性质的各向异性特征，揭示了破裂机制的各向异性，初步探讨了层理在复杂破裂模式形成中的重要作用，认为由于层理的抗拉强度、抗剪强度和黏结力等较小，受层理和非均质性影响，裂缝沿非层理方向扩展时，在层理处易发生分叉、转向，产生与主裂缝相交的次生裂缝，且主裂缝在继续延伸的过程中会进一步沟通弱层理，形成复杂的裂缝形态，有利于页岩气储层的压裂改造。　　(3)基于横观各向同性材料的弹性本构理论，通过复变函数解法，利用叠加原理，得到了各向异性地层水平井井壁围岩的应力表达式，并根据水力裂缝起裂的张拉和剪切破裂准则，初步探讨了页岩地层水平井水力裂缝起裂的力学机制，结果表明:水力裂缝沿层理剪切破裂所需的起裂压力更低，即对天然裂缝和层理较发育的页岩气储层，沿层理的剪切破裂可能是水力压裂的主要机理。　　(4)通过室内大型水力压裂物理模拟试验，分析了页岩地层水力裂缝的起裂和扩展规律，初步揭示了复杂网状裂缝的形成机理，探讨了影响复杂裂缝形态形成的主控因素，结果表明:页岩地层水力压裂过程中，水力裂缝垂直层理扩展时，会在层理处发生分叉、转向，且在继续延伸的过程中会进一步沟通天然裂缝或层理而形成复杂的裂缝网络，达到体积压裂。裂缝网络的形成与泵压排量和地应力条件密切相关，可通过排量的大小控制裂缝形态;在较低排量维持较低泵压时，压裂缝易于转向，更易形成裂缝网络，达到体积压裂。　　(5)在岩石材料非均质性的基础上，从细观力学角度出发，建立了考虑地层各向异性的二维水力压裂模型，分析了页岩地层水平井水力裂缝的扩展过程，进一步揭示了复杂网状裂缝的形成机理，探讨了影响裂缝网络形成的主要因素，结果表明:射孔完井下页岩地层水平井更易形成复杂的裂缝网络，裂缝的起裂和延伸主要为张拉裂缝的失稳扩展;水力裂缝在垂直层理扩展过程中在层理处的分叉、转向是形成复杂裂缝网络的主要原因;地应力对裂缝形态影响相对较小，但对延伸距离影响较大;射孔方位对裂缝形态影响较大，垂直层理射孔时更易形成裂缝网络;适时控制压裂液排量，不仅能促使水力裂缝在层理处分叉、转向，形成多条次生裂缝，还能控制次生裂缝的延伸速度，有利于复杂网状裂缝的形成。