深部煤层CO₂地质封存与CH₄强化开采(CO₂–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排，具有能源和环境双重效益。超临界CO₂(ScCO₂)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质，增加CO₂泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象，开展“ScCO₂–水–岩”地球化学反应模拟实验，探讨CO₂煤层封存条件下ScCO₂–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明：ScCO₂–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低，促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔，并随着反应时间的持续，进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”；增加了岩样结构不连续性，使得声波传播路径增大、能量损失加剧，导致纵波波速降低；ScCO₂–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低，泊松比升高，且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言，ScCO₂–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO₂泄漏，但在评价煤层CO2封存安全性时，还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。