波速各向異性廣泛存在于沉積巖中，在地震資料處理過程中，如果不考慮波速各向異性，將會導(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)力敏感性對波速成像及波速反演巖石微觀結(jié)構(gòu)變化具有實際工程意義。

　　在傳統(tǒng)的室內(nèi)巖石物理實驗中，很難連續(xù)觀測不同應(yīng)力條件下巖石的微觀結(jié)構(gòu)特征?；诖?，中國科學(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)隊通過基于離散元的數(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，垂直方向的微裂紋閉合。因此，對于層理與最大主應(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。 

　　本研究成果得到國家自然科學(xué)基金（資助號：41902297，41872210，41274111）、湖北省青年基金（資助號：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）