热弹性和声弹性理论分别被广泛用于研究温度场和应力场对岩石中弹性波传播的影响，然而，地球深处岩石通常同时经历高温和高压环境，其变形行为同时具备热弹性和声弹性，高温高压岩石弹性波传播受到热应力与预应力之间的耦合效应制约。本文基于应变自由能密度函数，通过引入温度场与应力场之间的交叉耦合效应，提出了一种统一热弹与声弹的热声弹性理论框架，系统描述了岩石的体积变化、预应力及其应变、热应力及其应变等行为。通过等效三阶热弹性和声弹性常数，建立了热声弹性应力-应变本构方程及其动力学方程。该理论预测了四种弹性波传播模式：热慢P波（T波）、慢S波，以及经典的快P波和快S波。其中，T波与快波存在耦合效应，而慢S波则表现出频率无关特性（图1）。实验验证表明，该模型能够准确预测高温高压岩石弹性波速的变化趋势（图2），为深入理解深部岩石的温度-压力耦合机制提供了理论支撑。
图1.在相同垂直单轴预压和热导率时，350 K和375 K下，弹性波速度随频率的变化。（a）快P波；（b）快S波；（c）T波；（d）慢S波
图2. P波速度理论预测与实验测量结果的变化
这一成果为高温高压复杂地质条件下的超深层油气地震勘探、地热资源开发及深部地球科学研究提供了全新的理论工具。
研究成果近期发表在岩石力学领域国际权威期刊Rock Mechanics and Rock Engineering，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，第一作者为博士研究生杨建，合作者包括中国石油大学（华东）韩同城教授和邓武兵副教授，以及北京工业大学付博烨博士。
Yang J., Fu L.-Y., Han T., Deng W., Fu B.-Y. Thermoacoustoelasticity for Elastic Wave Propagation in Preheated and Prestressed Solid Rocks[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-024-04361-z.
