新聞科研進(jìn)展
武漢巖土所在巖石微觀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力相關(guān)P波各向異性的影響研究方面取得新進(jìn)展
波速各向異性廣泛存在于沉積巖中，在地震資料處理過(guò)程中，如果不考慮波速各向異性，將會(huì)導(dǎo)致波速反演層析成像的結(jié)果不準(zhǔn)確。從巖石的微觀結(jié)構(gòu)上來(lái)看，礦物的擇優(yōu)取向和微裂紋排列（圖1）是巖石具有波速各向異性的原因。在外力作用下，巖石的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，從而影響波速的各向異性特征。因此，研究巖石波速各向異性的應(yīng)力敏感性對(duì)波速成像及波速反演巖石微觀結(jié)構(gòu)變化具有實(shí)際工程意義。
在傳統(tǒng)的室內(nèi)巖石物理實(shí)驗(yàn)中，很難連續(xù)觀測(cè)不同應(yīng)力條件下巖石的微觀結(jié)構(gòu)特征?；诖耍袊?guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基于離散元的數(shù)值分析方法模擬了層理平行/垂直與最大主應(yīng)力的砂巖在不同應(yīng)力條件下P波波速變化過(guò)程，并基于橢圓擬合方法分析了波速各向異性參數(shù)（圖2），從而揭示了波速應(yīng)力敏感性的微觀機(jī)理：微裂紋的應(yīng)力敏感性是波速各向異性變化的主要原因。圍壓作用下，微裂紋閉合，其數(shù)量減小是波速各向異性減弱的原因（圖3）；偏應(yīng)力作用下，微裂紋平行于最大主應(yīng)力方向的微裂紋張開(kāi)，垂直方向的微裂紋閉合。因此，對(duì)于層理與最大主應(yīng)力方向平行的砂巖，即使偏應(yīng)力作用下微裂紋數(shù)量在減小，微裂紋的各向異性也會(huì)增強(qiáng)。而層理與最大主應(yīng)力方向垂直的砂巖，在持續(xù)偏應(yīng)力作用下，波速各向異性先減小再增大，波速各向異性方向在應(yīng)力誘導(dǎo)下發(fā)生轉(zhuǎn)向。由于礦物的排列難以受應(yīng)力影響而改變，從而影響波速各向異性轉(zhuǎn)向過(guò)程，因此波速各向異性轉(zhuǎn)向滯后于微裂紋各向異性轉(zhuǎn)向。
本研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金（資助號(hào)：41902297，41872210，41274111）、湖北省青年基金（資助號(hào)：2018CFB292）等共同資助。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在巖石力學(xué)和巖石物理方面國(guó)際主流期刊Rock Mechanics and Rock Engineering，Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，Geophysical Journal International。
論文鏈接1 ：https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-017-1356-2
論文鏈接2 ：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775519307255
論文鏈接3 ：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775520300780?via%3Dihub
論文鏈接4 ：https://academic.oup.com/gji/article-abstract/228/2/876/6375415?redirectedFrom=fulltext
圖1 含層理砂巖巖石微觀結(jié)構(gòu)（礦物和微裂紋定向排列）
圖2 基于最小二乘法擬合得到波速各向異性參數(shù)
圖3 外力作用下砂巖微觀結(jié)構(gòu)變化
（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）