深部地层能源开发是我国能源的重大战略需求,鉴于深部地层岩石在高温高压的地质条件下会呈现显著的热塑性特征,亟待提出深部地层岩石热塑性断裂模型,并进一步揭示岩石的热塑性断裂特征,为安全高效开发深部高温储层能源提供理论基础。本文围绕深部地层岩石热塑性断裂模型及应用开展了系统研究,包括岩石热塑性本构模型,岩石热塑性断裂模型及断裂特征,高温岩石热塑性断裂特征的测试方法,以及热塑性断裂模型在高温岩石水力裂缝扩展中的应用四个方面。针对深部储层高温致密岩石提出了热塑性本构模型。该模型考虑了静水压力、偏应力以及温度对岩石热塑性的影响,确定了与温度相关的Drucker-Prager屈服与强化条件,与温度相关的加卸载准则,应力-应变-温度本构关系。选用20～250℃Tournemire页岩的三轴压缩试验数据,确定了热塑性本构模型的模型参数,基于本构模型预测了岩石在高温高压下的力学响应特征并与试验结果对比,模型与试验的一致性达93%,证明了热塑性本构模型的有效性。基于热塑性本构模型的建模方法,将高温岩石中发生软化的断裂过程区表征为一条黏聚裂缝,建立了热塑性断裂模型。模型包含依赖于温度的屈服与软化条件,黏聚力-裂缝张开位移-温度的断裂本构关系,以及加卸载准则。基于热塑性断裂模型提出了热塑性断裂特征的表征模式,包括与温度相关的黏聚裂缝抗拉强度、临界张开位移、断裂能与断裂过程区尺寸。并进一步基于模型研究了瞬间温差对热塑性断裂特征的影响,提出了瞬间温差改变热塑性断裂特征的表征模型。基于热塑性断裂模型,提出了高温岩石热塑性断裂特征的测试方法,设计了带有声发射及数字图像相关监测的高温热塑性断裂试验系统。通过设计的试验系统对花岗岩试验开展了高温与瞬间温差作用下的三点弯断裂试验,采用数字图像相关与声发射方法刻画了岩石的热塑性断裂特征,确定了热塑性断裂模型参数。在高温与温差作用下,模型预测结果与试验测试结果的一致性达81%～98%,证明了热塑性断裂模型的有效性。最后对300 mm×300 mm×300 mm的立方体花岗岩试件开展了水力压裂大型物理模拟试验,通过声发射能量与震源机制的空间分布刻画了水力裂缝在不同围压（0.1/0.1/0.1 MPa、10/25/30 MPa）及温度（20℃、120℃）条件下的热塑性扩展特征,发现了水力裂缝周围存在微裂缝带。提出了3个评价高温储层压裂改造效果的指标,分别为水力微裂缝带断裂能、水力微裂缝带尺寸及水力微裂缝带内剪切型微裂缝比例。应用热塑性断裂模型揭示了高温及温差对水力裂缝扩展的作用规律,例如在高温及瞬间温差作用下,高温水力裂缝断裂能降低了75%、水力裂缝呈间歇式扩展且扩展阻力随裂缝延伸而增加、水力微裂缝带有效宽度减小了40～56.4%以及剪切型微裂缝的比例降低了6～12%。最后,提出了两个高温储层压裂优化方法。