CO2地质封存已成为有效减排温室气体和提高石油、天然气等能源采收率的技术手段之一。而大量流体注入会改变原有地层地质力学场的分布平衡状态，注入CO2的圈闭机理、运移分布和扩展范围等都是油藏科学家和地质工程师们极为关心的问题，也是CO2地质封存储量评估和安全性预测的重要内容。掌握CO2通过井筒注入储层，并在储层中运移-圈闭的机理与过程，将会有助于开展CO2封存储量与分布范围预测及为CO2运移泄漏的预警和治理提供可靠的依据。本研究主要采用室内岩心驱替的方法，首次利用光纤布拉格光栅感测技术的诸多优势，实时监测了岩心尺度的水驱/CO2驱替渗流过程中应变响应信息。本研究首先利用多通道FBG传感阵列，对干燥砂岩的单轴压缩试验和饱和砂岩的自然蒸发过程进行了动态监测，初次探究了FBG感测技术对岩石变形和失水的定量化研究的可行性和高效性，这对其后续驱替试验的精细化监测和数据解译奠定了坚实的基础。核心研究内容如下:　　本论文首先利用多组FBG传感器阵列对干燥砂岩试样的单轴压缩过程实时监测，分别沿其轴向和环向粘贴FBG传感器，分布式地测得了压缩过程中岩样表面的应变时间剖面，并与岩土所自主研发的RMT试验机内置的LVDTs测试结果进行对比验证。试验结果表明，不同加载阶段下FBG传感器的应变响应与LVDTs具有相似的阶梯型变化趋势。轴向FBG传感器的应变响应高于环向，并且两者变化趋势均与加载历史耦合很好。此外，多通道FBG感测阵列成功地捕捉到岩样的全场应变历史信息，推测出试样局部微裂纹的形成与扩展情况，确定了宏观裂纹出现位置和方位。　　岩土体的自然蒸发作用，尤其对露头岩块的影响，能加速岩体变形，弱化材料整体的力学强度。利用多通道FBG感测技术，对饱水砂岩的自然蒸发引起的应变响应进行定量化监测。针对试验数据出现了某些异常的结果，总结了可能的主要误差源为蒸发速率差异、胶水类型的不同和外界环境干扰，比如微风、振动等。利用FBG感测技术实时监测自然蒸发作用对饱和砂岩失水响应过程，定量化研究了自然失水对砂岩试样的短中期响应规律，为后续的水驱或CO2驱替饱水砂岩研究提供了基础铺垫。　　成功地研发了第一套耦合FBG+PZT+SG监测技术的高压岩心驱替试验系统，可实施多种不同目的的驱替试验。本论文中，基于FBG传感技术已在该系统岩心水驱和CO2驱替试验上取得了成功，验证了系统的可靠性和FBG传感器监测流体驱替产生微小应变响应的可行性。　　利用自主设计的岩心驱替试验系统，对变围压和孔压下的饱水砂岩进行六种方案的水驱试验，定量化研究了不同围压或孔压条件下多通道FBG传感器的应变响应规律，精细化捕捉不同注入方案的水驱前缘信息。试验结果表明:Ⅰ.围压恒定时，6种水驱实验方案中相对应变均随孔压增加而增大;Ⅱ.孔压恒定时，相对应变随围压增加而增加;Ⅲ.FBG回波信号的初始到时精细地捕捉到岩心中水驱前缘的界面信息;Ⅳ.恒定围压下，水驱试验孔压与相对应变响应有极好的线性相关性;V驱替试验的本质主要体现在流体注入改变了试样有效应力的分布。　　在水驱试验的基础上，为了室内模拟原位封存条件下的CO2驱替过程，论文中进行了两种不同驱替压力下气态CO2岩心驱替饱水砂岩试验。利用多通道FBG传感阵列实时监测CO2注入扰动的微小应变，定量化分析了砂岩中CO2羽的运移前缘信息，并评估了气态CO2吸排循环过程对岩样表面应变的影响。尽管测得的应变历史出现了较大波动，但毋庸置疑这些原始试验结果对指导后续试验研究、数值模拟和现场解译与应用具有重要的启示作用和理论储备，也为超临界CO2封存诱发的地质力学场变化提供可获得的微量试验新数据集，最终可搭建一套针对CCUS现场工程应用的实时高精度智能监测网络系统。再者，多通道FBG传感阵列可布设于注入井套管上，以测量井筒附近的应变/温度场变化，尤其是在钻孔剖面的分层处和地温变化区域。一根光纤上刻写若干FBG传感器亦可分层埋置地表浅层土体中，进而实现永久性监测地下水水位、温度等波动以及CCUS场地内已封存的CO2逸入大气的早期预警等。