我国非常规天然气储量丰富,其高效开采对于我国能源结构改善和可持续发展具有重要意义。裂隙系统在非常规天然气开采中扮演重要角色,其广泛触及储层岩石的水力压裂过程以及地下能源气体的渗流扩散过程。然而,由于裂隙几何形态迂曲不规则、具有分形效应,目前对岩石水力压裂造缝机制的认识以及对地下能源气体渗流扩散过程的认识尚不全面。为进一步在考虑裂隙分形效应下揭示储层岩石水力诱导裂纹的启裂扩展机理,并探究流体在分形裂隙网络中的渗流扩散演化规律,本文综合运用试验研究、理论分析和数值仿真等手段,开展了不同储层岩石的水/气压裂试验;建立了岩石水/气压裂分形裂纹启裂扩展新准则;完成了岩石裂隙网络拓扑结构的表征、分形离散裂隙网络模型的构建以及流体在不同拓扑结构分形离散裂隙网络中运移的渗透性评价;探究了广义分数阶算子下流体反常扩散模型的求解方法。主要研究结果如下:（1）通过对不同储层岩石进行水力和N₂压裂室内试验发现,N₂压裂下岩石的压裂效果比水力压裂好。主要表现在N₂压裂下岩石的破裂压力较小,产生的宏观诱导裂纹隙迹线分形维数较大,且诱导的微观裂纹多以穿晶断裂模式扩展。此外,普遍的近似对称双翼纵贯单裂纹破裂形态表明,岩石在水/气压裂下主要以张拉破坏为主。（2）针对当前微观分形断裂模型下的岩石水力压裂裂纹启裂准则局限性,基于分形裂纹应力强度因子的修正式提出了考虑裂纹分形效应的岩石水力压裂裂纹启裂新准则。此外,从分形裂纹尖端应力场与能量密度场出发建立了考虑裂纹分形效应的岩石水力压裂裂纹扩展方向判断新准则,并讨论了裂纹分形维数对扩展方向角的影响。结果显示裂纹分形维数主要对水力诱导的Ⅱ型或Ⅰ-Ⅱ混合型分形裂纹的扩展方向有影响,且平面应力条件下的影响程度比平面应变大。（3）考虑岩石水/气压裂的流-固耦合作用,在提出的岩石水力压裂分形裂纹启裂新准则下基于COMSOL 3.5 with MATLAB 7.0二次开发实现了不同岩石水/气压裂破压力的数值求解。通过对比不同岩石破裂压力的数值计算结果和试验结果,发现两者之间偏差均小于20%,验证了新准则的有效性。同时,通过进一步地求解不同分形维数下岩石水/气压裂的破裂压力发现,忽略裂纹的实际分形维数会造成对岩石破裂压力的预测偏大,偏差均超过50%。该结果表明在实际水力压裂设计中裂纹的分形效应不可忽视。（4）通过数值仿真探究了不同工程因素和地质因素对岩石水/气压裂破裂压力的影响。其中,在一定范围内,岩石初始渗透率越大或压裂液粘度越小,岩石破裂压力越小,且当岩石初始渗透率低于某一临界值或压裂液粘度高于某一临界值时,由裂纹分形维数引起的岩石破裂压力偏差程度变大。此外,总的来看岩石Biot系数的增大或压裂液加载速率的减小会降低岩石破裂压力,但其影响程度均受岩石初始渗透率和压裂液粘度大小的制约。（5）揭示了岩石裂隙网络的连接拓扑结构具有局部聚类的特征,呈现出典型的复杂网络“小世界”性质。在此基础上,通过考虑裂隙网络的平均聚类系数和裂隙分形维数,对ADFNE开源程序进行二次开发实现了分形离散裂隙网络模型的构建,并结合LBM数值仿真对不同拓扑结构的分形离散裂隙网络模型渗透性进行了评价。结果表明裂隙网络平均聚类系数越大,其渗透性越好;而裂纹分形维数越大,分形裂隙网络渗透性越差。（6）基于Wiman广义分数阶新算子,从理论上描述了流体的时间分数阶反常扩散模型,并通过Laplace变换和泰勒级数展开获得了其在特殊初始条件和边界条件下的解析级数解。该论文有图108幅,表14个,参考文献184篇。