阵列声波测井介绍
04声波全波列测井
声波全波列测井一、声波全波列测井的几何横型及典型全波列波形：声波全波列信息：有纵波、横波（属于体波）、还有伪瑞利波和斯通利波（属于导波），对于快速地层（地层横波速度大于井内流体声速）。
在全波列信息中，初至波是地层纵波，其幅度较小，频率较高，在纵波之后是地层横波波至。
由于伪瑞利波的影响，横波部分幅度较大，最后到达的大幅度低频波是斯通利波，这是一种沿井壁与井内流体之间传播的导波，速度比井内流体声速略低。
低频斯通利波又称为管波。
对于慢速地层（地层横波速度小于井内流体声速），难以看到以临界折射方式传播的横波。
体波的主要特征是：在地层中传播，幅度存在几何扩散。
速度没有频散现象，有一系列共振频率。
在均匀各向同性的弹性介质中，纵波和横波的速度前面已经列出来了。
导波的主要特点是：沿井壁传播、幅度最大、进入地层和井内流体则显著衰减。
不存在几何扩散，相速度有频散。
斯通利波速度始终低于井内流体速度。
相速度的频散较小，中低频端有明显增加。
在均匀完全弹性地层中，低频斯通利波的速度与横波速度存在一定的关系，在软地层中我们就可以利用斯通利波速度估算地层横波到速度。
在进行全波列测井时，两个接收器交替接收来自两个发射器经地层传播过来的各种声波信息。
每一个深度点有四组波形数据被记录在磁带上。
3700的长源距声波通常每个波形到记录长度为960个类，采样间距dt可为2us、4us或8us。
声波全波列测井资料的一般处理流程是：首先识别和提取各道波形中纵波、横波、斯通利波等到波至点，然后计算各组份波的声波时差和幅度衰减，最后对波形进行频谱分析，提取各分波的主频、峰值及能量等参数。
二、下面先对3700、DDL-V及CSU三种长源距声波仪的声学结构和工作方式简单对比介绍一下：3700系列的长源距声波声系尺寸为T1’R12’R27’T2.记录T1-R1，T1-R2，T2-R1，T2-R2四道全波列波形。
每道波形从发射到接收总共采样960各数字，可相隔2us采样一个数（就是在这个时间点的波形幅度）。
阵列声波测井仪
在声波测井中，常常会因为地层的衰减，使得声波测井仪无法接收声波的首波信号。
为了增强接收的声波信号，通常采用两种方法：一是通过增大换能器尺寸来降低声波的频率从而减小地层衰减；二是增大换能器的发射功率来增大声波信号的功率，但是由于换能器所能承受的最大激发电压和温度的限制，致使发射声信号功率有限。
所以，可以通过相控阵技术使阵列发射探头发出的声信号同相位叠加，改善指向性达到增强首波信号的目的。
阵列声波测井仪有两种组成方式：一是单接收器和一维阵列声源的组合；二是单声源和一维阵列接收器的组合。
换能器为薄圆管形压电换能器。
本文采用了声波测井中的传输网络理论与指向性权系数的概念，推导出了换能器的几何形状与尺寸对线阵声源的导向系数的关系。
通过改变阵列接收器接收到的声波信号的时间偏移量和线阵声源的激发延迟时间，可以令接收的首波幅度（阵列声源）与叠加波的首波幅度（阵列接收器）达到最大。
通过本文提出的方法可以令声波测井中接收到的声波测井信号的首波幅度大大增加。
关键词：阵列声波测井、相控阵、指向性、换能器、激发延迟时间In acoustic logging, often because of the decline of formation makes sonic tool cannot receive the first wave of sound wave signal. In order to enhance the received acoustic signal, usually adopts two methods: one is through increased to reduce the frequency of the acoustic transducer dimension reducing formation attenuation; Second is to increase the transmission power of the transducer to increase the acoustic signal of power, but because of the transducer can bear the limit of maximum excitation voltage and temperature, the sound emission signal power co., LTD. So can make through phased array technology emission probe array acoustic signals with the phase superposition, achieve the enhancement purpose to the first wave signal to improve the directivity. Array acoustic logging tool is composed of two ways: one is the combination of single receiver and a one-dimensional array source; The second is simple sound source and the combination of a one-dimensional array receiver. Transducer is a thin circular tube in the shape of a piezoelectric transducer. This paper adopts the transmission network theory and directivity of acoustic logging weight coefficient, the concept of the geometric shape and size of the transducer is deduced on the relationship between the linear array direction Guide coefficient of sound source. By changing the array receiver to receive the time offset and linear array acoustic signal source excitation delay time, can receive the first wave of sound source (array) and superposition of wave amplitude of the first wave amplitude (array receiver) maximum. By the proposed approach can make sonic logging in the received the first wave of acoustic logging signal amplitude increase greatly.Keywords: array sonic logging、phased array、directivity、transduc、Stimulate the delay time引言声波测井就是利用声波在油井下面的地层中传播后，因为不同的地层密度等参数不一样，导致接收到的声波的参数产生变化，分析这些变化的参数，就可以分析出这些地层的结构，岩石属性，以及石油的分布情况，估计出储集层的孔隙度等性质。
偶极子 交叉偶极子阵列声波测井
MAC、XMAC仪器是目前国际上非常先进的 声波测井仪，由于声波换能器的响应频带较 宽，低频响应更好，在井下实现数字化，信 号动态范围更大，因此记录的波形更完整， 更有利于获得准确的纵波、横波、斯通利波 的时差、幅度等参数，特别是 XMAC仪器在分 析地层速度各向异性方面具有独特的优势。
一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、所提供的基本成果及图件 四、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用
裂缝、溶孔发育段声波幅度及衰减情况
高角度裂缝发育段声波幅度衰减情况
5、地层速度各向异性
在构造应力不均衡或 裂缝性地层中，横波 在传播过程中通常分 离成快横波、慢横波， 且快、慢横波速度通 常显示出方位各向异 性，质点平行于裂缝 走向振动、方向沿井 轴向上传播速度比质 点垂直于裂缝走向振 动、方向沿井轴向上 传播的横波速度要快， 以上就称之为地层横 波速度的各向异性。
Vs=(μ/ρ)0.5
对于大多数岩石， Vs比Vp小1.6至2.4倍
2019/11/16
8
软地层中声波的传播
由于软的固结松散的岩石 具有较小的弹性硬度，使 得软地层中声速相对较慢。 因此在硬地层中可以获得 横波和纵波时差，然而在 慢速的固结较差的地层中， 由于横波速度小于井内流 体声速，横波首波与井中 钻井液一起传播，不能产 生临界折射的滑行横波， 使得单极声波测井无法测 出横波的首波。
页岩
58.8-143
液体及气体：
材料
时 差 （us/ft ）
水（淡水）： 水（含NaCl 100,000mg/L ） 水（含NaCl 200,000mg/L ） 石 油： 泥 浆： 氢： 甲 烷：
208 192.3 181.8
238.1 189 235.3 666.6
阵列声波测井的原理
阵列声波测井的原理
阵列声波测井是一种地球物理测井技术，其原理是利用声波在地下岩石中的传播特性来获取地层的物理特征。
下面是阵列声波测井的主要原理：
1.声波传播原理：阵列声波测井利用地下介质中的岩石和流体对声波的传播速度和衰减产生的影响。
当声波传播到不同性质的地层时，会发生反射、折射和散射等现象，可以通过地震学和声学理论研究声波的传播规律。
2.发射与接收系统：阵列声波测井使用一组多个发送和接收器件构成的阵列来发射和接收声波信号。
发送器件通常是振动子，它能够将电信号转换为机械振动，从而发射声波信号。
接收器件通常是压电晶体或振动器，能够将接收到的机械振动转换为电信号。
3.接收信号处理：接收到的声波信号被记录下来并进行信号处理。
通常会通过时域和频域的方法对接收信号进行分析，比较接收到的信号和已知模型的差异，从而推导出地层的波速、衰减、密度等物理参数。
4.解释与应用：通过对地层声波响应的解释，可以获得地层的结构、岩性、饱含流体类型和含量等信息。
阵列声波测井可用于石油勘探、地质调查、地下水资源评价等领域，帮助确定油气储层的分布和性质，评估地下水资源的储量和质量等。
阵列声波测井技术基础和应用
四、阵列声波测井基础
P-波：也就是纵波，它取“Primary”的字首，表示初至波的 意思。（也叫 Compressional Wave） S-波：就是横波，它取“Secondary”的字首，表示次到波的 意思。（也叫 Shear Wave）
四、阵列声波测井基础
斯通利波（Stoneley Wave）：是一种沿井壁传播的、在井 壁和声波探头之间环状空间中的流体（一般是井内泥浆）中 产生的导波，即当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时 就会产生斯通利波。斯通利波在全波列上具有波幅相对较 大、频率较低、速度低于井内的流体纵波声速等突出的特 点。斯通利波的相速度一般为纵波速度的0.89-0.96倍，其频 率小于5000Hz，斯通利波在流体和固体交界面处波幅最大， 在流体介质中斯通利波的衰减最快。 应用：利用它的衰减可以进行地层渗透率的评价。
(MIRL 3206)
PA
小探头 ———
——— ———
9.0″ 5.5″
24″
550
井眼居中测量
五、阵列声波测井仪
三大测井公司 1、斯仑贝谢公司：DSI 2、阿特拉斯公司：MAC、XMAC 3、哈里伯顿公司：WaveSonic
六、声波慢度的提取
波形区分方法：
（1）、在声波全波列图上，横波幅度大于纵波幅度； （2）在声波全波列图上，纵波和横波首波相位是相反的，即相位相差180°； （3）从到达时间上区分速度较快的纵波和速度较慢的横波及其它速度更慢的 斯通利波。
增加井内液柱压力，将减小井眼周围的应力集中，当有 效切向应力变为拉伸并达到岩石的抗拉强度时，地层容易 张性破裂，在井壁上产生裂缝。当岩石受最大切向应力 时，θ应为90°，得到地层破裂时
3σ x − σ y − Pm − α Pp = −St
阵列声波学习.pptx
四 . 阵列声波信息提取
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阵 列 声 波 测 井 资 料 的 处 理 流 程 图
数据输入 波列回放 质量检查 频谱分析 滤波处理 相关分析
时差拾取
到时计算
幅度分析
衰减分析
岩石力学参数计算
渗透率计算
水压裂缝高度预测
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出砂分析
井眼稳定性分析
相关分析程序的图形用户界面
DTS (us/ft)
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孔隙度和岩石类型的纵波与纵横比交会图
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利用流体压缩系数可判别流体性质
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BZ25-1-9井
力学参数在气层中的响应特征
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BZ25－1－9井
声波幅度在气、水层段的响应特征
气 水
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文昌9－1－1井纵波幅度在含气层段明显衰减
最小源距( f t )
最大源距( f t )
垂向分辨率 (ft)
适用井径范围 ( i n)
仪器外径( i n) 最大承温 ( ° F)
最大承压( psi ) 仪器重量( l b) 仪器长度( f t )
长源距声波测 井仪
2( 单极) 20
16 2( 单极)
2. 0 7. 0
9
2
4. 5-21 3. 88 400 20000 418. 5 25. 33
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文昌9－1－2井在水层段纵波幅度的响应特征
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KL2井声波法识别油气
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丽水3-6-12井气层上的声波测井效果
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5.3 缝洞性储层评价
声波测井介绍
声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速 测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、 井下声波电视(BHTV)、噪声测井到现在的多极子阵列声波测 井、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等。特 别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下 地质构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、 判断储集层中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和 物探的纽带，有着良好的发展前景。
在薄层左侧面上，存在作用力
；在其右侧面上，
由于声波在介质中传播了 以后，声压变化为
（为
负值），因而对此体积元右侧面的作用力为：
所以该薄层沿其传播方向运动的作用力为：
即：
根据牛顿第二定律，此力等于薄层的质量和其加速度的 乘积，所以有：
两边化简并对时间积分，有：
（1）
为积分常数，当没有声压作用时（t=0），薄层的运动速度为
等效声中心（声源）传播到距等效声源为r的某处，此时声波的 波阵面是以声源为球心，r为半径的球面。若声源发出的总功率
为W，则由声强的定义有：
从上式可以看出，对球面波来说，随着传播距离的增加， 波阵面上的声强按平方规律衰减。
对于柱面波，若柱状声源长度为 ,圆柱波阵面的半径为 ， 声源声功率为 ，则波阵面上的声强为：
能量称为声功率，用W表示，单位为微瓦（W）。在声波传
播的波阵面上，单位面积上声功率的大小称为声强，声强通
常用J表示，单位为W /m2。
为了说明声压和声强的数学关系，先讨论由于声压引起
阵列声波测井介绍
阵列声波测井介绍一、阵列声波测井是什么呢？嘿，小伙伴们！今天咱们来唠唠阵列声波测井这个超有趣的东西。
阵列声波测井啊，就像是给地球内部做一次超级详细的“听诊”呢。
它是一种在石油勘探等领域超级重要的技术手段哦。
简单来说呢，它就是通过在井里放置一些特殊的仪器设备，然后这些设备可以发出声波，再接收从地层反射回来或者传播过来的声波信号。
这些声波信号就像地层在和我们悄悄说话一样，能告诉我们好多关于地层的秘密呢。
二、阵列声波测井的原理你想啊，声波在不同的地层物质里传播速度是不一样的，就像在水里和在空气中声音传播速度不同一样。
当地层里有不同的岩石类型，比如说砂岩、页岩之类的，声波在它们里面跑的速度就有差异。
而且声波在传播过程中还会有衰减、反射等情况。
阵列声波测井仪器就是利用这些特性，通过多个接收器接收不同时间到达的声波信号，然后分析这些信号，就能知道地层的一些性质啦，像是地层的孔隙度啊，渗透率啊之类的，这些对于判断地下有没有石油，石油好不好开采可是非常关键的信息呢。
三、阵列声波测井仪器的组成这个测井仪器也很神奇呢。
它有发声源，这个发声源就像一个小小的“声波工厂”，能够产生我们需要的声波信号。
然后还有一排排列得整整齐齐的接收器，这些接收器就像一群小耳朵，认真地听着地层传回来的声波信号。
这些接收器之间的距离、排列方式等都是有讲究的哦，这样才能更好地捕捉到不同的声波信息。
而且整个仪器还得能够适应井下的高温、高压等恶劣环境，毕竟井下可不是什么舒服的地方。
四、阵列声波测井的应用领域阵列声波测井的用处可大啦。
在石油行业里，那可是勘探开发的得力助手。
通过它得到的地层信息，可以帮助工程师们确定油藏的位置、大小、油层的厚度等。
除了石油行业，在地质研究方面也很有用。
比如研究地层的构造、地层的沉积环境等。
而且在一些水利工程的地下勘探中，也能用到阵列声波测井，看看地下的岩石结构是不是稳定，会不会有渗漏之类的问题。
五、阵列声波测井的发展历程阵列声波测井也不是一下子就这么厉害的。
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MPALani各向异性分析模块
提供快慢横波时差 曲线、百分比地层各向 异性与平均百分比地层 各向异性、各向异性方 位图和快横波方位曲线、 快慢横波波形图、各向 异性开窗时间及关窗时 间、快横波方位统计图。
31
处理成果质量控制
• 预处理
——在波列里提取时差 ——波形和频谱的一致
• 后台处理
——时差和相似度重合 ——首波到时和波形重合
20
原始资料质量控制
7、重复测井与主测井的波列特征应相似， 纵波时差重复曲线与主测井曲线形状相同，重 复测量值相对重复误差应小于3%。采用定向测 量方式时，井斜角重复误差在±0.4 °以内， 当井斜角大于0.5 °时，井斜方位角重复误差 应在±10 °以内。
21
主要内容
一、阵列声波测量原理 二、多极子阵列声波仪器 三、阵列声波资料处理 四、主要用途及实例 五、结论
46
1、准确获取纵波、横波、斯通利波的信息
47
准确获取波形幅度及衰减系数
48
2、确定岩石的机械参数
岩石
粘土页岩 板岩 砂岩
杨氏模量E 切变模量μ
（1011达因/厘 （1011达因/厘
米2）
米2）
1.7-4.5
4.87
2.18-2.72
0.03-7.15
泊松比
0.115 0.2-0.35
正长岩
6.29-8.63 1.71-3.2 0.18-0.256
15
仪器总装图
接收电路
接收声系
隔声体
发射声系
发射线路
仪器由发射电路短节、发射换能器短节、隔声体 短节、接收换能器短节和接收控制采集电子线路短 节五部分组成 ，仪器总长8.53米，重约300公斤。
16
测量方式
单极方式：
采用传统的单极声源发射器，可向井周围发射声波，使 井壁周围产生轻微的膨胀作用，因此在地层中产生了纵 波和横波，由此得出纵波和横波时差 。在疏软地层中， 由于地层横波首波与井中泥浆波一起传播，因此单极声 波测井无法获取横波首波 。
偶极横波波形中提取的 横波时差，与从单极全 波列信息中提取的横波 时差基本一致
38
多极子阵列声波图件
多极子阵列声波图件
阵列声波处理成果图 岩石强度分析成果图 阵列声波气层识别图 各向异性处理成果图 力学参数成果表
39
多极子阵列声波图件
xxxx
40
多极子阵列声波图件
xxxx
41
xxxxxxxx
22
多极子阵列声波测井 （MPAL）处理解释流程
23
处理解释流程示意图
P和S波慢度分析
斯通利波慢度分析
各向异性分析
岩石特性分析 裂缝高度预测 砂岩含量分析 孔隙度分析
气体指标
能量分析 裂缝指标
渗透率分析
裂缝分析 地应力方位分析
24
MPALreco波形恢复模块
波形恢复
把延迟和增益恢复到经过滤波后的波形上
7
偶极子发射器能产生沿井壁传播的挠曲波
挠曲波是一种频散界面波，在低频时，它 以横波速度传播，在高频时，它以低于横 波的速度传播
XMAC通过对挠曲波的测量来计算地层横 波速度的
为确保横波速度的测量精度，偶极发射器 应尽量降低发射频率
通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向 异性分析.
8
主要内容
一、阵列声波测量原理 二、多极子阵列声波仪器 三、阵列声波资料处理 四、主要用途及实例 五、结论
50
岩石力学参数信息
51
3、气 层 识 别
在其它地层条件相同的情况下，如果地层中有天然气 的存在，纵波速度受影响较大，纵波时差会相应地增大， 而横波就基本不受影响。这是利用纵横波速度识别气层 的基础。
52
气 层识别
天然气使纵波时差增大，而横波时差变化极小，因而用纵横波时差比或泊松比可识别天然气
Frequency
• V = Vs (Low-frequencies)
• V < Vs (High-frequencies)
• Dispersion Effect can be corrected
37
xxxx井声波时差图
斯通利波
单
极
dt
全
s
波
列
dt
c
普
通
dt
偶
c
极
dt
s
时差图
从单极全波列提取的纵 波时差与普通声波测量 时差基本一致。
石英岩 石灰岩 白云岩 硬石膏
5-8 2.5-8.01 7.1-9.16 7.2-7.4
3.24-4.42 2.31-2.65 3.23-3.98
2.81
0.22-0.27 0.22-0.35
0.295
49
在MPAL波形资料和密度测井、井径和自然伽马测井等其它测 井资料及钻井施工参数的基础上反演出井壁地层的法向正应力、 周向正应力，杨氏模量、剪切模量、破裂压力、坍塌压力、安全 钻井泥浆窗口等参数，为多极子声波测井资料在石油工程中的应 用奠定基础。
偶极方式：
采用偶极声源发射器，使井壁产生绕曲波，低频绕曲波 速度近似地层横波速度，解决了在疏软地层的横波测量 问题。
交叉偶极方式：正交发射，正交接收。用以研究地层各向异性
17
原始资料质量控制
1、波形认识：波列记录齐全可辨，地层的纵波、横 波、斯通利波的界面清楚，幅度变化正常。
18
原始资料质量控制
MPALlable寻找峰值工具模块
利用二维STC相干成像图、STC相关峰值进一步计算模式波时差、到时曲 线、相关系数峰值等。
MPALcom获得最终时差模块
将共发射模式下纵横波、斯通利波的时差和提供共接收模式下纵横波、斯通利波的 时差进行井眼补偿计算，获取最终的纵横波、斯通利波时差和到时曲线。
27
MPALampattu获取波形幅度及衰减系数模块
接收电子线路 隔声体
发射电子线路
遥传短节 接收声系 发射声系
11
下井仪器结构及参数
单极子最小源距(T2R1): 3654mm 最大源距(T2R8): 4718mm
偶极子最小源距(T3R1): 3120mm 最大源距(T3R8): 4184mm
四极子最小源距(T1R1): 2587mm 最大源距(T1R8): 3651mm
多极子阵列声波测井 及资料应用
2012年01月
1
全波列声波波型成分
2
背景：阵列声波的产生
普通声波测井
硬地层
纵横波
软地层
纵波
How? 偶极技术
解决: 地质问题 工程问题
3
主要内容
一、阵列声波测量原理 二、多极子阵列声波仪器 三、阵列声波资料处理 四、主要用途及实例 五、结论
4
单极声波在快速地层的传播
59
气层识别
苏xx井第20-23号层MPAL资料纵波幅度衰减明显，有效地指示出气层的特征。
60
利用泊松比、压缩系数等参数进行气层识别
0.23
0.033
苏75-37-8井含气分析成果图
附图2
δ 19
δ 20 δ 21
22
δ 23
61
4、利用各项异性识别裂缝
在构造应力或其它地质因素导致的裂缝性地层，其横波速度通常显示出方 位各向异性。入射横波分裂成质点平行和垂直于裂缝走向振动、传播方向沿井 轴向上并以不同速度传播的快速和慢速横波，即横波分裂现象。百分各向异性 就定义为快慢横波能量或速度之差与快慢横波能量或速度之和的比值，它是一 种反映地层各向异性的指标，百分各向异性往往与裂缝密度有关。
压缩系数（Gpa-1） 0.033-0.035 0.033-0.04 ＞ 0.033
DTC-DTCO(μs/m)
备注
＜15 ＜10 ＞15
参考GR、CAL 参考GR、CAL 参考GR、CAL
某区块气层弹性力学参数评别标准 泊松比： ＜ 0.23，气层 压缩系数： ＞ 0.033，气层
泊松比－压缩系数：形成明显的镜像包络线
13
仪器概况
主要技术经济指标
接收探头间距： 仪器外径： 最大外径： 声源的工作频率范围： 最大测速： 数字化精度： 时间采样间隔：
152mm 92mm 99mm 1kHz~ 14kHz 512m/h 14位 10ms~ 40ms
14
仪器概况
接收电子线路（外壳） 接收声系
隔声体 发射声系
发射电子线路（外壳）
多极子阵列声波图件
42
多极子阵列声波图件
xxxx
43
多极子阵列声波图件
44
主要内容
一、阵列声波测量原理 二、多极子阵列声波仪器 三、阵列声波资料处理 四、主要用途及实例 五、结论
45
主要应用
1、准确获取纵波、横波、斯通利波的信息。 2、提供岩石力学参数 3、气层识别与评价。 4、裂缝性储层识别。 5、利用岩石机械特征参数进行井壁稳定性分析。 6、为钻井工程、压裂施工、油气层开采等方面提供某 些有用参数，如岩石强度、地应力、岩石破裂压力、安 全生产压差等所需参数。 7、地层各向异性分析，提供地应力方位等地质信息。
32
预处理质量控制
33
交互的时差编辑
未编辑 Comp. Shear
Draw
编辑后
Shear
Correlogram
34
后台处理质量控制
时差/相似度 & 首波到时/波形
35
偶极横波提取
从偶极 波形中 提取横 波时差
36
偶极横波的频散影响
Vs
Dipole
Dispersion
Curve
Wave Spectrum
DTC0=124.39ln（DTS）- 542.75