剪切波声波测井文字
地球物理测#(第二章)声波测井
地球物理测井—声波测井 注意
岩石的声学性质
在井下，纵波和横波都能在地层传播，而
横波不能在流体（气、液体）中传播，因为 泥浆中只能传播纵波。 它的切变模量=0
纵波可以在气体、液体和固体中传播。
地球物理测井—声波测井
2、岩石的声速特性
岩石的声学性质
声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。
纵波速度
岩性不同 VP、VS的影响不同 弹性模量不同 VP、VS 不同
Vp增加
地球物理测井—声波测井
2、孔隙度的影响
声速测井（声时差测井）
流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相 同，其中的流体也不同。
孔隙度
传播速度
3、岩层的地质时代的影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
横波速度
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) E Vs 2 (1 )
σ—泊松比 ρ—介质密度
E—杨氏模量
地球物理测井—声波测井
纵横波比
岩石的声学性质
Vp
2(1 ) Vs (1 2 )
由于大多数岩石的泊松比等于0.25，所以岩石的纵横波速度比 为1.73。可见，岩石中传播的纵波比横波速度快。一般，岩石 的密度越大，传播速度越快，反之亦然。
A. 瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混在一起 不易区分。） 在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这 种波叫瑞利波(Rayleigh waves)如图所示，瑞利波具有以下特点： (1)产生在弹性介质的自由表面。 (2)质点运动轨迹为椭圆。 (3)质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横 波波速的80％～90％。
7第五章 声波测井
测井多媒体课件
河北工程大学资源学院勘查系
第一节 岩石的声学性质 三、声速与岩层孔隙度、含油气水性质的关系
声速与含水饱和度的关系
从图中还可以看到， 从图中还可以看到，对于同样含水 饱和度S 的岩样， 饱和度 w的岩样，在干燥岩样吸水 和完全饱和后逐渐脱水两个过程中， 和完全饱和后逐渐脱水两个过程中， 测得的声速值并不相同。也就是说， 测得的声速值并不相同。也就是说， 对于同一岩样、 对于同一岩样、同一饱和度测量到 两个不同的声速值。 两个不同的声速值。这主要是因为 在上述两个测量过程中， 在上述两个测量过程中，水和空气 在孔隙中的分布形态不同，岩石的 在孔隙中的分布形态不同， 声速与孔隙流体在孔隙中的分布形 态有关。 态有关。
测井多媒体课件 河北工程大学资源学院勘查系
第一节 岩石的声学性质 三、声速与岩层孔隙度、含油气水性质的关系
声速与含水饱和度的关系
岩浆岩、 岩浆岩、 变质岩及沉积岩含气时 的纵波速度比完全含水时低。如果 的纵波速度比完全含水时低。 完全含水时低 砂岩 砂岩 储 层 含 气 ， 则 其 纵 波 速 度 与 100％ 含水砂岩相比 ， 有明显的降 ％ 含水砂岩相比， 资料表明，对孔隙度为25％ 低。 资料表明， 对孔隙度为 ％ 一 30％的纯砂岩， 孔隙中含气时的纵 ％ 的纯砂岩， 波速度比孔隙中完全含水时的纵波 速度约低 速度约 低 40%。 因此 ， 常根据声速 。 因此， 测井结果识别含气层。 测井结果识别含气层。
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第一节 岩石的声学性质 三、声速与岩层孔隙度、含油气水性质的关系
声速与含水饱和度的关系
一般认为， 干燥岩样在蒸馏水浸泡之初， 一般认为 ， 干燥岩样在蒸馏水浸泡之初 ， 岩石声速 会下降（ 或急剧下降） 此后， 会下降 （ 或急剧下降 ） 。 此后 ， 随着含水饱和度的增 声速大致按线性规律缓慢降低 并在S 线性规律缓慢降低， 加，声速大致按线性规律缓慢降低，并在 w=80％左右 ％ 达到极小值； 增加声速急剧增大。 达到极小值；当Sw >80％时，随Sw增加声速急剧增大。 ％ 当岩样被蒸馏水完全饱和时，声速达到极大值。 当岩样被蒸馏水完全饱和时，声速达到极大值。
钻井地球物理勘探教案——声波测井
第七章声波测井岩石中声速的差异与岩石致密程度，构造和孔隙充填物等有关。
声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中争论岩层特点的一类方法。
声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。
第一节声波测井的物理根底一、声波物理性质简述对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来争论声波在岩石中的传播过程。
1〕描述固体弹性的几个参数①杨氏模量 E 〔纵向伸长系数〕；②体积弹性模量 K ；③切变模量μ；④泊松比σ。
2〕声波在岩石中的传播特性①纵波与横波〔压缩波与剪切波〕②波的能量与振幅的平方或正比③声波幅度随传播距离按指数规律衰减④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。
首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。
二、钻孔内的声波其次节声波速度测井一、单放射双接收声波速度测井原理测量沿井壁传播的滑行波的速度。
二、井眼补偿式声波速度测井原理目的在于抑制井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。
三、长源距声波测井目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，抑制井壁四周低速带的影响。
源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。
全波测井源距较长，以提高各种波的区分力量。
四、阵列声波测井及分波速度提取五、偶极横波测井1．单极源及偶极源。
2．挠曲涉及其与横波的关系。
软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可依据挠曲波的速度来求取横波速度。
第三节声波速度测井的解释与应用一、影响声波速度测井曲线外形的因素1 〕周期跳动引起声皮跳动的岩性因素：①裂缝层，裂开带；②含气水胶结纯砂岩；③高速层〔波阻抗大，能量不易传递〕；④井径扩大或泥浆中溶有气体。
2 〕源距与间距的影响源距—要保证抑制盲区的影响，使折射波首先到达接收器〔1m 即可，长源距可达 2.5m 〕。
地球物理测井方法 第二章 声波测井
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0e l
为声衰减系数，它与介质的声速、密度 及声波的频率有关
GaoJ-2-1
17
五、井内声波的发射和接收
换能器(探头)： 压电陶瓷晶体 可以将电磁能转换为声能，又可以将声能 转换为电磁能的器件。
压电效应：晶体在外力作用下产生变形时，会引 起晶体内部正、负电荷中心发生位移而极化，导 致晶体表面出现电荷累积(声-电)。
Wavelength
GaoJ-2-1
质点振动
波传播方向
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介质振动模式与声波类型
垂直传播
SH水平振动
SV水平振动
P垂直振动
SH水平振动
GaoJ-2-1
SV垂直振动
水平传播
P水平振动
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快慢横波和横波分离
Propagation Direction
R
S
GaoJ-2-1
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井眼中的声波类型及特点
纵波（P波）：Compressional Wave
本科生课程 《地球物理测井方法》
第 2 章 声波测井
（Acoustic Logging） 前 言 声波测井基础 第1节 声波速度测井 第2节 声波幅度测井
声波测井
➢研究的对象：井孔周围地层或其它介质的声学 性质(速度、幅度(能量)、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同介质的弹性力学性质不 同,使其声波传播速度、衰减(幅度)规律不同
A V
岩石体变模量定义：岩石受均匀静压力作用时，所加
静压力的变化∆P与体应变 的比值：
K= -∆P/
体变模量的单位为N/m2。
（5）拉梅系数λ和 （Lame Coefficient）
声波测井文档
声波测井介绍声波测井是一种地球物理测井技术，通过发送声波信号，并根据信号的传播特性来获取地下地层的物理特征和构造信息。
声波测井的主要应用领域包括石油勘探、地质工程和地下水资源评价等。
在石油勘探领域，声波测井被广泛用于获取地下岩石的弹性属性，从而识别含油气层和评估油气储量。
声波测井的原理是利用声波在地层中传播的速度和振幅变化，分析得到地层的波速、密度等信息，进而推断地层的岩性和孔隙度等。
声波测井原理声波测井使用的是通过固体或流体介质中传播的声波信号。
在声波测井过程中，仪器向井中发送声波信号，然后接收并分析回波信号。
通过分析回波信号的传播时间、振幅和频率等属性，可以获得地层的物理特性。
声波在地层中的传播速度取决于地层的密度和弹性模量。
当声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。
这些反射和折射的现象可以用来推断地层的变化，如岩性、孔隙度和饱和度等。
声波测井主要使用两种传播模式：纵波和横波。
纵波是沿着传播方向的压缩波，而横波是垂直于传播方向的波动。
纵波的传播速度比横波大，因此在实际测井中，主要使用纵波进行测量和分析。
声波测井仪器声波测井仪器通常由发射器、接收器和数据记录系统组成。
发射器用于产生声波信号，而接收器则用于接收回波信号。
数据记录系统用于存储和分析测量数据。
声波测井仪器的功能包括：1.发射声波信号，产生刺激并激发地层回波。
2.接收回波信号并转换为电信号。
3.对接收到的信号进行放大和处理。
4.记录和存储测量数据，并进行实时分析和解释。
现代的声波测井仪器通常可以进行多频段的测量，以获取更详细和准确的地层信息。
同时，一些高级仪器还具备图像处理功能，可以生成地层的可视化图像。
声波测井应用1.石油勘探：声波测井在石油勘探中起着重要的作用。
通过分析地层的声波传播特性，可以确定油气层的位置和性质，为油井的钻探和开发提供依据。
2.地质工程：声波测井用于地质工程中的岩石力学和岩层稳定性评估。
通过测量地层的声速和密度等特性，可以判断地层的强度和稳定性，为工程建设提供指导。
测井教程第6章 声波测井
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。
7.2
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。
AB BC CD DF t t 2 t1 v v2 v2 v1 1 AB BC CE v v2 v1 1
CD v2 DF CE v v1 1
如果在两个接收器之间的距离l（称之为间距）对着的井径没有 明显变化，且仪器居中时，则可以认为DF≈CE，于是
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。
石油工程测井7.8.9_第2章声波测井-2.1基础-2.2声速-2.3声幅(改)
入射角θ1*——第一临界角
滑行纵波
折射波
石油工程测井—声波测井
sin V p1 sin 2 Vs 2
岩石的声学性质
反射波 S1 P1
折射定律 Vp1＜Vs2 θ2＝90°
入射波P
β2
θ β1
θ1 θ2 S2
2 arcsin
V p1 Vs 2
V1 V2
Ⅰ Ⅱ
P2
θ2
*——第二临界角
石油工程测井—声波测井
气层－厚层
石油工程测井—声波测井
气水同层
石油工程测井—声波测井
气层
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
二、岩石的声速特性及影响因素
1、VP、VS与 、 、E间的关系
纵波速度 V p
E (1 ) (1 )(1 2 )
ρ增加，E增加，
声波时差曲线反映岩层的声速，声速高的时差值低， 声速低的时差值高，因此时差值受地层特性的控制， 此外还受到井条件及仪器本身的影响。
石油工程测井—声波测井
1.井径的影响
声速测井（声时差测井）
① R1处在井径扩大井段，R2位于正常或缩小井段时，滑行波到 达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。
3、岩层的地质时代的影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
4、岩层的埋藏深度
埋藏深度和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
三、声波时差曲线的影响因素
声波测井
声波测井声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判别地层特性及井眼工程状况的一类测井方法。
主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。
主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。
第一节岩石的声学性质声波是物质运动的一种形式，它由物质的机械震动而产生，通过质点间的相互作用将震动由近及远的传递而传播。
对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。
一、岩石的弹性弹性体：物体受外力作用发生形变，取消外力能恢复到原来状态的物体，叫弹性体，这种形变叫弹性形变；塑性体：取消外力后不能恢复到原来状态的物体；物体是否为弹性体的决定因素：物体本身的性质、外界条件（压力、温度）、外力的作用方式、作用时间和大小。
对于声波测井来讲，声源发出的声波能量较小，作用在岩石上的时间短，故将岩石看成弹性体，其理论为弹性波在介质中的传播性质。
弹性体的弹性力学性质：扬氏模量E，泊松比σ，体积形变模量K等。
杨氏模量(E)--- 弹性体拉长或压缩时应力（F/A）与应变(ΔL/L)之比。
切变模量(μ)---弹性体在剪切力作用下,切应力（F t/A）与切应变(Δl/l)之比。
泊松比(σ) --- 弹性体在形变时横向形变（相对减缩ΔD/D）和纵向形变（相对伸长ΔL/L）之比。
体积形变弹性模量(K) ---在外力作用下，物质体积相对变化（体积应变）与应力之比。
它的倒数为体积压缩系数。
二、岩石中的声波传播特性声波测井的声波频率：15Khz~30Khz（声波和超声波）。
质点的震动以波动形式在介质内传播，根据质点震动方向与波的传播方向的关系，分为；纵波—质点震动方向与波传播方向一致（压缩波）；横波—质点震动方向与波传播方向相互垂直（剪切波、切变波）；声波在介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。
在均匀介质中，声波速度与杨氏模量E 、泊松比σ、密度ρ的关系为：)21)(1()1(σσσρ-+-⋅=E v p )1(21σρ+⋅=E v s 三、声波在介质界面上的传播特性1、波的反射和折射波阻抗----定义为介质的声速与密度之乘积。
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1、目的任务
本次物探项目受四川川建勘察设计院（委托，重庆川东南地质矿产检测中心于2015年10月26日对重庆卓西彭项目西海岸（C37-1/01地块）进行剪切波测井与声波测井,测试参数主要是土层剪切波SX、S Y、纵波P以及岩体、岩样波速测试。
通过波速计算土层及岩体工程力学参数（包括动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动泊松比 d、完整性指数Kv），为综合评价提供物探依据。
工作依据规范如下：
GB50021-2001《岩土工程勘察规范》
GB50011-2010《建筑抗震设计规范》
GB/T50266-99《工程岩体试验方法标准》
2、仪器设备
RSM—24FD浮点工程仪(配井中三分量传感器)
RSM-SY5智能工程仪（配40kHz单发双收换能器）
仪器生产单位：武汉岩土力学研究所
仪器标定单位：重庆市计量质量检测研究院
标定证书号：2015030900579
标定有效期：2016年03月09日
3、完成实物工作量
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
波速测井工作量统计表
4、方法技术
剪切波测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称S波），经过土层，由在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。
测量间距一般为1.0米。
小应变工程力学参数由下列公式求得：
Gd=ρ·Vs2
Ed = ρ·Vs2(3Vp2-4Vs2)
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
Vp2-Vs2
μ d = Vp2-2Vs2
2（Vp2-Vs2）
V s c r=k c(d s-0.01d s2)0.5砂土液化剪切波速临界值计算式V s c r=k c(d s-0.0133d s2)0.5粉土液化剪切波速临界值计算式Vse=d0/t
式中：
Vs—剪切波波速（横波）
Vp—压缩波波速（纵波）
Vse—等效剪切波速
d0—计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值
t—剪切波在地面至计算深度
Gd—动剪切模量
Ed—动弹性模量
μd—动泊松比
ρ—质量密度
V s c r—饱和砂土和粉土液化剪切波速临界值(m/s)
k c—经验系数，抗震设防烈度为7度、8度、和9度时，对于饱和砂土分别可取92、130和184；对于饱和粉土分别可取42、60和84；
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
d s —砂层或粉土层剪切波速测点深度
声波测试：单发双收，源距0.5米，间距0.2米, 原理是通过两个接收器接收声波在泥浆和地层中的传播时间差来判断岩性变化（注:由于声波传导需有水作耦合剂，故钻孔中漏水段及无水部分无法进行声波测试）。
声波在岩体中传播速度由下式计算：
Vp=（L/T ）×106
式中：
L ：两个接收传感器之间的距离(m);
T ：两个接收传感器接收到的信号之间时差(us)。
岩体的完整性系数Kv 由下式计算：
式中：
Kv —岩体完整性指数 Vp 体—岩体纵波速度 Vp 石—岩石纵波速度 岩体完整性分类如下表：
5、成果分析（附波速测试曲线图）
Kv =
V p 体2
V p 石2
本次剪切波采样间隔为 1.0米，测试钻孔处场地素填土层平均等效剪切波速度为130m/s，本场地的此类场地土类型为软弱场地土；粉质粘土层平均等效剪切波速度为173m/s，本场地的场地此类土类型为中软场地土；根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），建筑场地类别为Ⅱ类。
剪切波速度测试成果表
声波测井采样间隔为0.5米;本次测试场地地层主要为泥岩、砂岩。
强风化泥岩层声波速度为2139m/s～2415m/s,中风化泥岩层声波速度为2535～2902m/s;岩体完整系数为0.62～0.66；强风化砂岩层声波速度为2319m/s～2495m/s,中风化砂岩层声波速度为2636～3266m/s;岩体完整系数为0.62～0.66；该钻孔岩体完整性系数见声波速度测试成果表。
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
声波速度测试成果表
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心
检测单位：重庆川东南地质矿产检测中心。