传统高温高压非线性岩石流变建模通常依赖经验性时间相关假设或简化理论框架，导致实验室结果难以外推至实际地质条件，且无法准确表征温度-压力敏感型含软物质岩石的多机制耦合非线性响应。近日，符力耘教授团队提出了一种基于拉格朗日连续介质力学框架的高温高压非线性岩石流变模型，成功解决了含软物质（如沥青）岩石的非线性本构关系难题，并在变温变压沥青砂实验中得到验证。
本研究创新性地引入拉格朗日力学框架，通过构建应变（ε）与应变速率（dε/dt）的相平面状态空间，将岩石变形分解为三个独立动态变量：E1主导的弹性变形、E2与η2耦合的粘弹性响应、η3(ε)主导的非线性塑性流动（图1）。
图1.应变-应变速率相平面状态空间弹-粘-塑岩石形变分解示意图
通过理论推导与实际数据验证（图2），这种建模方式首次实现了状态唯一性：应力仅由当前应变和应变速率决定，无需假设时间相关性多机制解耦：在相平面上清晰区分弹性、粘弹性、线性/非线性塑性变形阶段多加载模式预测：通过实验室数据反演获得样品物性参数，可预测任意准静态加载条件下的响应.
图2.不同压力（a）和不同温度（b）实际数据相平面建模解释
这一成果为高温高压复杂地质条件下的超深层油气勘探开发、地热资源开发、热驱采油及深部地球科学研究提供了全新的理论工具。研究成果发表在地球物理领域国际权威期刊JGR：Solid Earth，论文通讯作者为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院符力耘教授，第一作者为李念琪博士，合作者包括加拿大萨斯喀彻温大学Igor B. Morozov教授和中国石油大学（华东）邓武兵副教授。
论文信息：Li, N. Q., Morozov, I.B., Fu, L-Y., Deng, W., Unified Nonlinear Elasto-Visco-Plastic Rheology for Bituminous Rocks at Variable Pressure and Temperature. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2025.https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JB029295
