从原子尺度出发、自下而上地研究了裂纹愈合(healing)和驱替(displacement)动力学的微观机理,期望为页岩气的开采提供指导和预测,从而提高页岩气的采收率.在水力压裂的过程中,裂纹尖端复杂应力场的作用导致裂纹愈合现象的发生,阻碍了网缝的进一步联通和页岩气的运移.通常采用在压裂液中添加支撑剂的方法阻止裂纹愈合现象的发生.从学术上讲,J.R.Rice认为：裂纹的自愈合机理是断层动力学中最重要的力学问题之一.采用大规模分子动力学方法,从原子层次研究了水力压裂并跟进页岩体裂纹扩展的微观过程,探索了裂纹愈合和通过支撑剂抑制裂纹愈合的动力学过程和物理机制,详细分析了温度效应、支撑剂数量、力学性质等因素对于裂纹愈合的影响.目前,采用超临界流体(supercritical fluid)驱替页岩气的方法,由于其环保、高效、经济等特点受到了业界的普遍关注,然而其物理机制仍不明确.采用量子力学、全原子模拟和粗粒化计算相互结合的模拟方法,系统地研究了页岩气等气体的吸附性能,探索了采用水、氮气、二氧化碳驱替一个、一层、体态甲烷分子的动力学过程,揭示了驱替动力学与驱替流体类型、驱替角度、群体效应相关的物理机制,得到了驱替的影响因素和最优条件,并对三者的驱替效率进行了比较.