纵波速度是横波速度的1.73倍，说明纵波和横波同 时在岩石中传播时，纵波的速度大于横波速度
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第七章 声波测井(Acoustic logging ） 在各种岩性的岩层中，声波的传播速度及其它声 学特性（如幅度的衰减、频率的变化等）是不同的，利 用岩石的这种物理性质研究井剖面的测井方法称声波测 井。 声波测井是五十年代发展起来的一种重要方法。最初，在井 中测量声波速度，是为了适应地震勘探的需要，以便更准确地确 定地震波的传播速度。后来发现，在岩石中声波的传播速度同岩 石的孔隙度有密切关系，肯定了声波测井是一种有价值的测井方 法。现在应用声波测井作地对比，计算岩层孔隙度，与电阻率法 及其它测井方法配合来划分油、气、水层，在碳酸岩层寻找裂缝 带，检查固井质量等。 第七章 声波测井 声波测井主要分两大类：声速测井和声幅测井。 声幅测井是研究岩层对声波幅度的衰减特性的测井 方法。可分在裸眼井中使用的“裸眼井声幅测井”和检 查套管固井质量的“固井声幅测井”，用来检查固井质 量。 声波速度测井亦简称声速测井，是研究声波在岩石 中传播速度的一种测井方法。岩石的传播声速度与岩石 的致密程度有关，更确切地说与岩石的岩性、孔隙度以 及孔隙中所充填的流体性质等有关。因此，研究声波在 岩层中传播速度或单位时间，在已知岩性和所含孔隙流 体情况下，可以确定岩石孔隙度。 7.1 岩石的声学特性 声波是物质运动的一种形式，它是由物质质点的震 动而产生并传播的。 人耳听到的声波频率在20Hz至20kHz之间，频率大于 20kHz的机械波称为超声波。 各类声波测井用的机械波均为声波或超声波。 7.1 岩石的声学特性 一、岩石的弹性 弹性体：物体受外力作用发生形变，取消外力后能恢复到其原 来状态的物体称之。弹性体的形变叫弹性形变； 塑性体：物体受外力作用发生形变，而当外力取消后不能恢复 到其原来状态的物体称之。 一个物体在外力作用下，表现为弹性体还是塑性体，除与物体 本身的性质有关外，还与作用其上的外力大小、作用时间长短以 及作用方式等因素有关，一般地说外力小、作用时间短，物体表 现为弹性体。 通常声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在岩石上的时 间也很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。因 此，可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传 播特性。 7.1 岩石的声学特性 二、声波在岩石中的传播特性 弹性波在介质中的传播实质上是质点振动的依次传递。 当波的传播方向和质点振动方向一致时叫纵波，纵波传 播过程中，介质发生压缩和扩张的体积形变，因而纵波 也叫压缩波。 当波的传播方向和质点振动方向相互垂直时叫横波， 横波传播中介质产生剪切形变，所以横波也叫切变波。 通常这两种波是同时在介质中传播的，但横波不能在液 体和气体中传播。 7.1 岩石的声学特性 声波在弹性介质中的传播速度主要取决于介质的弹性 模量和密度。在均匀各向同性介质中，纵波速度vp、横 波速度vs 与杨氏弹性模量E、泊松比σ、密度ρ之间的 关系式为 E 1?? vp ? ? ? ?1 ? ? ??1 ? 2 ? ? ? 1 2 ?1 ? ? vs ? E ? ?对于大多数沉积岩而言，岩石的泊松比σ多为0.25左 右，纵波速度是横波速度的1.73倍，说明纵波和横波同 时在岩石中传播时，纵波的速度大于横波速度。 7.1 岩石的声学特性 实际研究表明，声波在不同岩石中的传播速度是不同的，决 定这一传播速度的主要因素是岩石速度。一般说来，岩石的密度 越大，传播越快，反之越慢。对于沉积岩石而言，岩石的密度主 要取决于岩性、孔隙度、岩层的地质时代以及岩层的埋藏深度。 1、岩性 不同的岩石矿物有不同的弹性性质，所以不同的岩石，其声速 大小也不同。 7.1 岩石的声学特性2 孔隙度 岩层孔隙中通常被油、气、水等流体介质所充填，流体的传 声速度较造岩矿物小的多，即孔隙流体相对岩石骨架是低速介质， 所以岩性相同孔隙流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越 小。 3．岩层的地质时代 深度相同，成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也 不同。一般地，老地层比新地层具有较高的声速。 4．岩层埋藏的深度 在岩性和地质时代相同的条件下，声速随岩层埋藏深度加深 而增大。这种变化是由于受上覆地层压力增大岩石的杨氏弹性模 量增大的缘故。岩层埋藏较浅的地层，埋藏深度增加时，其声速 变化剧烈；深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明显。 从上述分析看出，可以根据岩石的声速来研究岩层，确定岩 层的岩性和孔隙度。 7.1 岩石的声学特性 三、声波在两种介质分界 面的传播?反射（波阻抗界面）、透射 （折射）sin ? sin ? ? v1 v2 ?滑行波产生的条件是： ?①v2＞v1 ②i——临界角 折射波将在第Ⅱ介质中以v2的速度沿界面传播，称为滑行波。滑行波在沿 界面传播时必然引起介质I中质点震动而产生新的扰动。由滑行波在介质I中造 成的波，称为首波。以后会看到，声波速度测井就是测量沿井壁的滑行波在泥 浆中造成的首波到达的时间。 7.2声波速度测井 声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层 传播的时差Δt(声速的倒数，单位是μs／m)。用以估 算孔隙度、判断气层和研究岩性等。 这是一种主要的孔隙度测井方法。 它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收 器构成的声系以及电子线路组成。 声系主要有三种类型，单发射双接收声系、双发 射双接收及双发射四接收声系。 7.2声波速度测井 一、单发射双接收声速测井仪的测量原理 1、单发射双接收声速测井仪的简单介绍 下井仪器包括三个部分：声系、电子线路 和隔声体。如图所示。 声系由一个发射换能器T和两个接收换能 器R1、R2组成。 电子线路用来提供脉冲电信号，触发发射换能器T发射声波 ，接收换能器R1、R2接收声波信号，并转换成电信号。 发射与接收换能器是由具有压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体 制成。在脉冲电信号的作用下以其压电效应的逆效应产生声振 动，发射声波；在声波信号的作用下，R以其压电效应的正效应 接收声波，形成电信号，待放大后经电缆送至地面仪器记录。 7.2声波速度测井 实际测井时，电子线路每隔一定的时间给发射换能器一 次强的脉冲电流，使换能器晶体受到激发而产生振动，其 振动频率由晶体的体积和形状所决定。 目前，声速测井所用的晶体的固有振动频率为20kHz。 在下井仪器的外壳上有很多刻槽，称之为隔声体，用以 防止发射换能器发射的声波经仪器外壳传至接收换能器造 成对地层测量的干扰。 7.2声波速度测井2 、单发射双接收声速测井仪的测量原理 井下仪器的发射器T的晶体振动，引起周围介 质的质点发生振动，产生向井内泥浆及岩层中传 播的声波。由于泥浆的声速v1 与地层的声速v2 不 同，v2 ＞v1 ，所以在泥浆和地层的界面(井壁)上 将发生声波的反射和折射，由于发射器可以视为 点源，可在较大的角度范围内向外发射声波，因 此，必有以临界角i方向入射到界面上的声波，折 射产生沿井壁在地层中传播的滑行波。该滑行波 的传播必然引起泥浆中质点的振动，在泥浆引起 相应的波，并先后传到两个接收器Rl 、R2 上，从 而测量出地层的声波速度。 7.2声波速度测井 接收器R1和R2也是由压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体制成。因此，当 声波传到晶体上时，晶体能把声波转变成电信号。然后，利
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