武漢巖土所提出頁巖波速各向異性參數精確評估新方法

　　頁巖具有明顯的各向異性特征，包括強度、彈性模量、滲透率及波速等。其中，波速各向異性能有效反演巖石沉積演化特征，對于深部巖石物理特征分析和地球物理資料解譯具有重要意義。一直以來，基于頁巖為橫觀各向同性（TI）材料的假設上，國內外學者利用Thomsen各向異性模型來表征巖石的各向異性特征，進而為動校正（NMO）、傾角矯正（DMO）及振幅隨偏移距變化（AVO）等地層建模和解釋方法提供合理的參數選取依據。然而，目前的研究在反演δ參數（P波非橢圓率）時存在明顯誤差，并且未考慮對稱軸方向的變化。

　　基于以上問題，中國科學院武漢巖土力學研究所提出了一種精確評估Thomsen各向異性參數的新方法，并可同時反演對稱軸方向（圖1）。該方法在單一巖石標本上粘貼16個聲波探頭，測量若干個沿不同方向傳播的P波速度，通過最小二乘方法擬合出各個參數以及對稱軸方向。該方法能有效避免因有限個波速測量誤差而導致δ參數的不準確性。為了研究頁巖波速各向異性特征分別在各向同性及各向異性應力場條件下的演化機制，對兩個不同層理方向（平行/垂直）的四川盆地龍馬溪頁巖樣本進行了三軸壓縮條件下的波速測量實驗。

　　實驗結果顯示，在無應力狀態下，龍馬溪頁巖的各向異性參數較小（ε參數[P波各向異性]約為0.05，δ參數約為0.15），展現出弱各項異性特征。各向同性應力場對頁巖的波速各向異性影響較小（圖2）。然而，各向異性應力場對波速各向異性大小及方向均具有明顯的修正作用（圖3）。當偏應力與層理面平行時，巖石波速各項異性增強，對稱軸始終垂直于層理面。但當偏應力與層理面垂直時，巖石波速各向異性發生反轉，對稱軸方向接近于層理面。實驗結果揭示層理面對波速及其各向異性特征在各向異性應力場條件下的演化規律具有控制作用。

　　相關研究成果發表在Rock Mechanics and Rock Engineering上，研究工作得到了國家自然科學基、中科院百人計劃“引進海外杰出人才項目”、中科院海外評審專家項目、國家留學基金委的資助。