中科大地球与行星物理学术报告通知（202605期） - 吴锐

报告人简介：

  吴锐，中煤科工开采研究院有限公司&煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室，国家海外高层次青年人才。2022年博士毕业于瑞士苏黎世联邦理工大学ETH Zürich。从事地壳岩石多物理场耦合的基础研究和声学传感器监测岩石物理力学响应的应用研究。以第一作者/通讯作者在GRL、IJRMMS、PRE、JNE、岩石力学与工程学报等期刊发表多篇论文。

报告内容摘要：

  近地表岩石孔隙中通常同时存在液态水与气态水。在自然界中，这种渐进润湿过程广泛见于降雨入渗、融雪补给、地下水位波动、包气带水分再分配，以及地热开发、地下储能和工程注水等情景。传统观点通常认为，只有当液态水进入孔隙后，岩石的弹性性质和地震波速才会发生显著变化。然而，我们的研究表明，岩石对润湿的响应实际上在更早阶段便已开始。

  本报告将介绍我们针对一种以石英和长石为主、矿物组成相对单一的砂岩所开展的渐进润湿实验。通过同步监测纵波速度与试样变形，并结合水汽吸附测试、细观接触力学模型和数值模拟，我们发现：在湿润前沿到达之前，水汽已可率先扩散，并吸附于颗粒表面及其接触界面，从而引起岩石弹性软化和波速下降；而当液态水随后进入孔隙、逐步取代空气后，岩石又转而表现出刚度增强和波速升高。换言之，在同一非饱和区域内，吸附致软化与饱和致硬化并非彼此孤立，而是随着润湿推进连续共存并协同演化。

  这种“先软化、后硬化”的机制，为理解地下岩体在水文扰动下的地震波速变化提供了新的物理图像，也有助于解释为何在许多现场条件下，例如包气带毛细带振荡、降雨入渗或地热储层中的汽液再分配过程中，尽管水分活动强烈，观测到的地震响应却可能并不显著。由于地震波速度是认识地下结构与状态最常用的观测量之一，这项工作对于地下水管理、地热开发、核废料处置以及地下储能等问题均具有潜在启发意义。