测井方法原理-声波测井(测井解释培训教材-COSL).
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声波测井仪器的原理及应用课件
声波接收与处理原理
CHAPTER
声波测井仪器应用领域
油气勘探领域
01
02
油气资源评价
油气层识别
03 钻井监控
煤田勘探领域
煤层厚度测量 煤质分析 煤层稳定性评估
工程地质勘探领域
岩土工程勘察
地质灾害评估
地下水研究
CHAPTER
声波测井仪器技术优势与局 限性
技术优势
实时监测
。
高分辨率
可靠性高 适应性广
工程地质勘探实例
总结词 详细描述
CHAPTER
声波测井仪器操作与维护
声波测井仪器操作流程
仪器准备
测井操作
测井设置 数据处理
声波测井仪器常见故障及排除方法
信号异常
检查仪器是否正常工作，确认电缆连 接良好，检查声波发射器和接收器是 否正常。
数据不稳定
检查电源是否稳定，检查传感器是否 正常，重新进行测井操作。
技术局限性
受地层影响 信号干扰 对仪器要求高
技术发展趋势
智能化
01
高频化
02
多功能化
03
CHAPTER
声波测井仪器实际应用案例
油气田勘探实例
总结词
详细描述
煤田勘探实例
总结词
详细描述
在煤田勘探中，声波测井仪器通过测 量煤层的声波速度和波幅衰减，评估 煤层质量和厚度，为矿井设计和安全 生产提供可靠数据。
数据不准确
检查测井参数设置是否正确，确认测 量深度和位置是否准确，重新进行测 井操作。
软件故障
检查软件是否正常工作，重新启动软 件或更换软件版本。
声波测井仪器日常维护与保养
定期检查
定期对仪器进行全面检查，包括电源、电缆、 传感器、发射器和接收器等。
《第六章声波测井》PPT课件
第六章 声波测井 （Acoustic log）
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、能量、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同岩石的弹性力学性质 不同,使其声波传播速度、衰减规律不同
➢研究方法：在井内发射声波，使声波在地层
或井内其它介质中传播，测量声波在传播时的 速度或幅度变化
DT T L P3TP4(TP 3TP 1)
2l
T1
T2
2、横波时差 DTs
横波时差的计算方法与纵波相同，关键 是确定横波首波。
(1)确定横波首波初始点出现的时间范围
VP /Vs
2(1) 12
vp vs 1.5~1.8
纵波初始点到达时间为tp，则横波初始点
出现时间的范围是1.5tp ～ 1.8t。p
提取，对横波而言是噪声，波速与横波 相近 (2)幅度不大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波) 是沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层 滑行横波相互作用产生的。质点运动的轨 迹也是椭圆，长轴在井轴方向。
1
Vt Vf[1( f b)V (f VS)]2
Vt Vf[12(1)K ( E) ]1 2
令 T'(x)0 则v2clo2sxv1lcsion2xsx
sin x v1 v2
xarcsivn1 *
v2
(2)使滑行波先于直达波到达R —— 加大源距L（第一条件）
A T
B
*
滑行波：
AB BC CD
t1
v1
v2
v1
L
C
*
v2 v1 D R
v1c2ols*
L2ltg*
v2
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、能量、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同岩石的弹性力学性质 不同,使其声波传播速度、衰减规律不同
➢研究方法：在井内发射声波，使声波在地层
或井内其它介质中传播，测量声波在传播时的 速度或幅度变化
DT T L P3TP4(TP 3TP 1)
2l
T1
T2
2、横波时差 DTs
横波时差的计算方法与纵波相同，关键 是确定横波首波。
(1)确定横波首波初始点出现的时间范围
VP /Vs
2(1) 12
vp vs 1.5~1.8
纵波初始点到达时间为tp，则横波初始点
出现时间的范围是1.5tp ～ 1.8t。p
提取，对横波而言是噪声，波速与横波 相近 (2)幅度不大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波) 是沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层 滑行横波相互作用产生的。质点运动的轨 迹也是椭圆，长轴在井轴方向。
1
Vt Vf[1( f b)V (f VS)]2
Vt Vf[12(1)K ( E) ]1 2
令 T'(x)0 则v2clo2sxv1lcsion2xsx
sin x v1 v2
xarcsivn1 *
v2
(2)使滑行波先于直达波到达R —— 加大源距L（第一条件）
A T
B
*
滑行波：
AB BC CD
t1
v1
v2
v1
L
C
*
v2 v1 D R
v1c2ols*
L2ltg*
v2
声波测井原理
、测量过程、曲线和应用
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
8
学-----教方法
1. 通读全书（学生） 2. 提出问题 （学生） 3. 提问问题（教师） 4. 演讲问题（学生----老师） 5. 解答-解释问题（老师--学生） 6.需要进一步研究的课题（老师----学生） 7.作业和论文（学生）
to detect velocity of P and/or S wave
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
3
固井质量评价测井
Cement Bond Logging（CBL） Variable Density Logging（VDL） Cement Evaluation Tool（CET） Segmented Bond TooL（SBT）
织的重大损伤． 次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、
19
声 波
• 次声武器——次声炸弹的研制尽管尚处于研制阶段，但 科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在 方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一
工作状态。科学家对他们的神秘死亡引起了极大的关注， 经过长期研究，终于发现，原来他们正是死于海上风暴 产生的次声
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
22
声 波
1992 年 11 月 24 日，桂林上空发生了一起空难， 141 人死亡，成为中国民航史上最惨烈的飞机失 中国声学研究所的专家，提出了存在着因“次声 波”的作用而致使飞机坠毁的可能性。
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
8
学-----教方法
1. 通读全书（学生） 2. 提出问题 （学生） 3. 提问问题（教师） 4. 演讲问题（学生----老师） 5. 解答-解释问题（老师--学生） 6.需要进一步研究的课题（老师----学生） 7.作业和论文（学生）
to detect velocity of P and/or S wave
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3
固井质量评价测井
Cement Bond Logging（CBL） Variable Density Logging（VDL） Cement Evaluation Tool（CET） Segmented Bond TooL（SBT）
织的重大损伤． 次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、
19
声 波
• 次声武器——次声炸弹的研制尽管尚处于研制阶段，但 科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在 方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一
工作状态。科学家对他们的神秘死亡引起了极大的关注， 经过长期研究，终于发现，原来他们正是死于海上风暴 产生的次声
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright
22
声 波
1992 年 11 月 24 日，桂林上空发生了一起空难， 141 人死亡，成为中国民航史上最惨烈的飞机失 中国声学研究所的专家，提出了存在着因“次声 波”的作用而致使飞机坠毁的可能性。
(2)测井方法原理-电法测井(测井解释培训教材-COSL)
地球物理测井——侧向测井
双侧向测量的是监督电极与N之间的电位差，通过电
位差的变化反映介质电阻率的变化。 视电阻率
U M1 Ra = k I0
其中：UM1——监督电极M1表面电位 I0——主电流强度 k——电极系系数(可通过理论计算、也可通过 实验求出)
注意：要用自然电位异常幅度△Vsp计算SSP和PSP，必 须对以上因素的影响进行校正。
地球物理测井——自然电位测井SP
三、自然电位曲线的应用
地层中泥质含量是影响岩性和渗透性的主要因素，因
此，自然电位曲线可用来判断岩性和划相、确定渗透 层、求地层水电阻率、估计地层泥质含量和判断水淹 层等。
判断渗透层 估算泥质含量 确定地层水电阻率
在钻井过程中为了防止井喷，往往使泥浆 柱的压力大于地层孔隙流体压力。
地球物理测井——普通电阻率测井
地球物理测井——普通电阻率测井
相应参数：
Rm------泥浆电阻率 (mud) Rmf-----泥浆滤液电阻率(mud fluid) Rmc-----泥饼电阻率 (mud cakes) Rw------地层水电阻率 (water) Rxo-----冲洗带电阻率 Ri------侵入带电阻率 (invasion) Rt------原状地层电阻率 (true) hmc-----泥饼厚度 d-------井的直径 di------侵入带直径
二、自然电位曲线的特点及影响因素
1、电化学总电动势和自然电流的 等效电路
当井中泥浆滤液与地层水之间 存在浓度差时，则在泥浆滤液与地 层水接触面两侧产生扩散电动势 Ed， 在泥岩井段与砂岩层面间产生扩散 吸附电动势 Eda 。井下介质都是导 电介质，电动势的存在必然会在井 下介质中产生自然电流和自然电位 场。
测井方法原理-测井解释基础(测井解释培训教材-COSL)
常规测井方法
孔隙度
cn
Sw =
饱和度Sw
Rw
D
2Rt
水 油（气）
油（气） +水
Sw > 60% Sw < 40%
Rt
40% < Sw < 60%
渗透率 K
测井资料一次解释-渗透层的识别及特征
通常钻遇的渗透层是砂岩，其特征： 1. 自然电位曲线在钻井滤液矿化度低于地层水矿化度条 件下，砂岩层出现负异常；反之则为正异常。两者矿 化度接近，自然电位显示不明显或无异常显示。 2. 自然伽玛曲线对砂岩反映为低值，泥岩反映为高值。 砂岩的自然伽玛值越高，则泥质含量越大。 3. 深、浅电阻率曲线常呈现幅度差。 4. 井径曲线比较平直、接近或低于钻头直径。 5. 中子与密度孔隙度曲线砂岩与泥岩具有不同的差值
泥岩、砂岩测井曲线特征
泥岩、煤层、砂岩、灰质砂岩测井曲线特征
灰岩测井曲线特征
花岗岩、闪长岩测井曲线特征
致密深色花岗岩具高伽玛值 （150～190API），密度为 ≤2.65g/cc，中子孔隙度≤ 1％， Pe值2～2.5，钾含量3~5%，平均 4％，铀含量3~8ppm，平均 4.8ppm，钍含量25~30ppm，平 均27.3ppm。 闪长岩是一种中性侵入岩， 其矿物成分与安山岩相同，因此 ，其放射性特征和电性特征也与 安山岩相同。闪长岩常与花岗岩 同时出现（台北坳陷钻迂的闪长 岩成薄层状位于花岗岩之中）， 放射性特征与浅色花岗岩相似， 但体积密度和Pe值明显高于花岗 岩，很容易与花岗岩区分开来。 台北坳陷钻迂的闪长岩GR值60～ 80API、密度2.7～2.8g/cc、中子 孔隙度0～12％、DT值50～ 60us/ft；K2.5～3％、 Th6~14ppm，平均10ppm、U3 ～5，平均4ppm。
《声波测井》PPT课件
1.76
易吸收，穿透能力小
γ：光子 ，不带电，
质量小，穿透能力强。
放射性测井
3. 射线与物质的相互作用 能在衰变时发射光子的元素称为伽马辐射体。
地层中能发射伽马光子的核素主要是U、Th及其衰变 产物和钾的放射性同位素K-40。伽马光子与物质发
生相互作用的过程中，能量逐渐降低。如果射线的能 量<30Mev, 伽马光子与接触物质间将可能逐级产生
lectron effect occurs, which is first explicitl y explained by Albert Einstein
eγ
放射性测井
3.3 光电效应 : photoelectric effect if energy of γ ray less than 0.51Mev,photoe
Mev
e+
放射性测井
3.1 Electron Pair Effect
e-
Eγ≥1.022Mev
e+
放射性测井
3.2 康普顿效应:Compton effect
With the attenuation of γ energy, the impac tion capability of γ is decayed, when its energy is between 0.51Mev to 1.022Mev, the Computon effec t occurs.
1. 波的传播
入射波
声波测井新技术
入
反
射
射
角
角
反射波
折射角
介质1
介质2 折射波
声波测井新技术
2. 产生滑行波的条件
折射定律: Sin VP1 Sin1 VP2
第五章声波测井课件
二、井眼补偿声速测井 1、声系结构
该仪器的井下声系包括两个发射器和两个接收器。它们的排 列方式如图5--6所示。其中，两个接收器之间的距离（间距）为 0.5米，T1、R1和R2、T2之间的距离为1米。
2、井眼补偿原理 1) 、时差的确定 图5--6是这种仪器对井径变化影响的补偿示意图。
2021/3/25
E (1) (1)(12)
vs
E1
2(1)
vp 2(1) vs 1 2
2021/3/25
第五章声波测井课件
13
其中:
vp
------纵波速度;
v s ------ 横波速度;
------ 介质体密度.
2021/3/25
第五章声波测井课件
14
三、声波在介质分界面上的传播特性
声波通过波阻抗（即声速与介质体密度的乘积）不
第五章声波测井课件
2
一、岩石的弹性 1、弹性力学的基本假设 1）、物体是连续的，即描述物体弹性性质的力
学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数； 2）、物体是均匀的，即物体由同一类型的均匀
材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学 性质与整个物体的物理、化学性质相同；
3）、物体是各向同性的，即物体的性质与方向 无关；
2021/3/25
第五章声波测井课件
25
存在一定的深度误差，声波在地层中实际传播路径的 中点偏向发射器一方，二者偏移的距离为：
hatg
arc
s
v in(
f
)
vp
其中：a 为接收器到井壁的距离； 为第一临界角。
v v f —井内流体声速；
p —地层纵波波速。
2021/3/25
声波测井的基本原理
声波测井的基本原理引言：声波测井是一种常用的地球物理测井技术，通过发送声波信号并接收其反射信号来获取地下岩石的物理特性信息。
本文将介绍声波测井的基本原理，并探讨其在油气勘探和地质研究中的应用。
一、声波传播原理声波是一种机械波，是由分子间的振动传递能量而产生的。
在地下岩石中，声波通过分子间的碰撞和相互作用传播。
声波传播的速度取决于岩石的密度和弹性模量。
岩石越密度大、弹性模量高，声波传播速度越快。
二、声波测井仪器声波测井通常使用声波测井仪器进行，它包括发射器和接收器两部分。
发射器会向井孔中发射声波信号，而接收器则接收并记录反射回来的声波信号。
三、测井参数解释声波测井中常用的参数有声波传播速度（Vp）、剪切波传播速度（Vs）和声波衰减系数（Attenuation）。
声波传播速度是指声波在岩石中传播的速度，剪切波传播速度是指岩石中剪切波的传播速度，而声波衰减系数则表示声波在岩石中传播时的衰减程度。
四、应用领域1. 油气勘探：声波测井可以提供地下岩石的物理特性信息，如孔隙度、饱和度、岩石密度等，这些信息对于油气勘探具有重要意义。
通过测量声波传播速度和剪切波传播速度，可以帮助确定油气储层的性质和分布。
2. 地质研究：声波测井可以提供岩石的弹性参数，如岩石的压缩模量和剪切模量。
这些参数对于研究地下构造和岩石力学性质具有重要意义。
通过测量声波传播速度和剪切波传播速度的变化，可以揭示地下构造的变化和岩石的变形状态。
3. 水文地质研究：声波测井可以帮助确定地下水的分布和流动状况。
通过测量声波传播速度和声波衰减系数的变化，可以推断地下水的饱和度和渗透能力等参数，从而为水文地质研究提供重要参考。
五、声波测井的优势声波测井具有以下几个优势：1. 非侵入性：声波测井是一种非侵入性的测井技术，不需要取样，不会对地下环境产生破坏。
2. 高分辨率：声波测井可以提供高分辨率的地下岩石信息，可以检测到细小的地质构造和岩石特征。
3. 广泛适用：声波测井适用于各种类型的地质环境，包括陆地和海洋等。
《声速测井》PPT课件
2
VP
F1 A B
E
C
J1 F’
O’ D’
F
D
J2 E’
O’’ C’
A’
B’
F2
3、双发双收声系
〔2〕可消除深度误差 F1—J1、J2，实际深度点O’
h=-a tg c，实际深度H- a tg c F2—J2、J1，实际深度点O’’
h=a tg c，实际深度H+a tg c 实际O’O’’的中点就是仪器 记录点O，两者一致。即时差 平均值的中点〔岩层CC’的中
《声速测井》PPT课件
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声波速度测井原理
1、单发单收声系
声波速度测井简称声速测井，测 量地层滑行波的时差△t〔地层纵波速 度的倒数，单位是μs/m或μs/ft〕。 这种下井仪器包括三个局部：声系、 电子线路和隔声体。声系由一个发射 换能器T和一个接收换能器R组成，其 中，发射器和接收器之间的距离称为 源距，声波测井声系的最小源距为1 米。电子线路提供脉冲电信号，触发 发射器T发射声波，接收器R接收声波 信号，并转换为电信号。
E R1
F'
F R2
E'
A' T2
C O'
D' D O'' C'
B'
双发双收声系构造示意图
声波速度测井原理
3、双发双收声系
测井时，上、下发射器交替发射声脉
冲，两个接收器接收T1、T2交替发射产生
声波速度测井PPT课件
井眼因素
井眼大小与形状
井眼的大小和形状对声波速度测井结果有直接影响。井眼过大会使声波在传播 过程中散射，导致速度降低。此外，井眼的形状也会影响声波的传播路径和速 度。
井眼内流体性质
井眼中的流体，如泥浆、水和油气等，对声波速度也有影响。流体的密度和声 波速度有关，密度越大，声波速度越高。
仪器因素
仪器分辨率
应用领域的拓展
随着技术的不断进步和应用需求的增加，声波速度测井技术的应用领域将进一步拓 展。
除了传统的石油和天然气勘探领域，声波速度测井技术还将应用于环境监测、矿产 资源勘探、地质灾害预警等领域。
随着技术的成熟，声波速度测井技术将逐渐成为地质勘查和工程勘察的重要手段之 一。
行业标准的制定与完善
为了规范声波速度测井技术的使用和 推广，相关行业标准和规范将不断完 善。
声波速度测井数据处理
数据预处理
对采集的原始数据进行滤波、 去噪和校准等处理，以提高数
据质量。
声波速度计算
根据测量得到的传播时间和距 离计算声波速度。
地层岩性识别
根据声波速度与地层岩性的关 系，对地层岩性进行识别和分 类。
结果解释与报告编写
将数据处理结果进行解释，编 写测井报告，为地质勘探和油
气开发提供依据。
复杂地质问题中的重要作用和应用前景。
05
声波速度测井的未来发展
技术创新与改进
声波速度测井技术将不断进行技 术创新和改进，以提高测量精度
和可靠性。
新型声波速度测井仪器将采用更 先进的信号处理技术和算法，以
增强对复杂地层的适应性。
未来声波速度测井技术将更加注 重智能化和自动化，减少人为干
预和操作难度。
子和双极子探头等。
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σ—泊松比 ρ—介质密度
E—杨氏模量
岩石的声学性质 纵横波比
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。
在声速测井中，纵波是首波。
常见岩石及某些物质纵波传播速 度（或传播时差）见P96表2-2
岩石的声学性质
常见岩石的弹性模量参见P95表2-1
岩石的声学性质
二、声波在岩石中的传播特性
1、纵波、横波的定义
纵波（压缩波或P波）：
介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹性体的小体 积元体积改变，而边角关系不变。体积模量不等于零的介 质都可以传播纵波。 横波（剪切波或S波）： 介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性 体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化，例：切变 波。剪切模量不等于零的介质才能传播横波。
岩石的声学性质
注意 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。
岩石的声学性质
2、岩石的声速特性
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
横波速度
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) E Vs 2 (1 )
44º 05´
5500
7000
3200
3700
16º 55´
13º 13´
30º
25º 37´
石灰岩（骨架）
白云岩（骨架）
7900
4400
11º 41´
21º 19´
岩石的声学性质
2、反射和折射系数（R、T）
反射系数R： 反射波的能量WR与入射波的能量W之比。 R= WR/W= （2•V2- 1• V1）/ （2•V2+ 1• V1） 折射系数T： 折射波的能量WT入射波的能量W之比。
岩石的声学性质
三、声波在介质界面上的传播特性
1、声波在界面上的反射和折射
折射定律 反射波
sin V p1 sin 1 V p 2
S1 P1
入射波P V1 V2
β2
θ β1
θ1
Vp1＜Vp2 θ1＝90°
arcsin
1
V p1 Vp2
Ⅰ Ⅱ
P2
θ1*——第一临界角
滑行纵波
S2 折射波
岩石的声学性质
3、描述弹性体的参数
（1）杨氏模量E(定义为应力与其应变之比)
Hook定律：
l F F a l S ES
F S E l l
物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
l、s—分别为弹性体长度、横截面积； E—弹性体的杨氏模量，kg/cm2或dyn/cm2 F/S—为作用于单位面积上的力，称为应力。
声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井
声 波 成 像 测 井
方位声波成像测井 偶极横波成像测井 井周声波成像测井 超声波成像测井
岩石的声学性质
是一种机械波，是介质质点振 动向四周的传播。 目前声波测井使用的频率为 20Hz－2MHz。
什么叫声波？
声 波
次声波 超声波
20HZ〈 频率〈 20KHZ
岩石的声学性质
Vp1＜Vs2
sin V p1 折射定律 sin 2 Vs 2
θ2＝90°
2 arcsin
V p1 Vs 2
滑行横波Biblioteka θ2*——第二临界角在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。
岩石的声学性质 T
θ1* 或θ2*
ⅠⅡ
滑行纵波和横波沿界面滑行 时，将沿临界角方向向介质 1中辐射能量。对于井下岩 层，一般都满足vm （泥浆速 度）＜vp（地层速度）第一 临界条件，因此井中很容易 激发沿井壁滑行的地层纵波。
声波测井讲座 主讲人：刘建新
中海油田服务股份有限公司 油田技术事业部资料解释中心
2010年9月
1
地球物理测井—声波测井
声波测井—是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性，从
而了解岩层的地质特性和井的技术状况的一种测井方法。 目前主要有以下几种声波测井方法： 声速类测井 声幅类测井 声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数） 水泥胶结测井CBL（研究固井质量） 声波变密度测井VDL（观察井壁情况和裂缝） 超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝） 声波频率特 性类测井 噪声测井（研究油井串槽和油气水流动情况）
频率〈 20HZ 频率 〉20KHZ
岩石的声学性质
一、岩石的弹性及弹性参数
1、弹性
是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。
2、物体的分类
弹性体： 受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。 塑性体： 产生永久形变。 可变成 在声波测井中，声源的能量很小，声波作用在岩石上 塑性体 弹性体 的时间很短，因而岩石可以当成弹性体，在岩石中传播 的声波可以被认为是弹性波。
岩石的声学性质
（4）切变模量（） 切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。 Ft tg =△l/d ：切变角 当很小时，tg
△l
= △l/d
d
切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。 剪切模量—是弹性体在剪切力Ft作用下，切应力（Ft/s）与剪 切变之比。 = 切应力/切应变 =（Ft/s）/ = （Ft/s）/△l/d
T = WT/ W =21• V1/ （2•V2+ 1• V1）
F—作用外力；
l / l —为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。
岩石的声学性质
（2）泊松比σ（定义为外力作用下，弹性体 F 的横向应变与纵向应变之比） = 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
d l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
（3） 体积弹性模量 K （定义为应力与弹性体的体应变之比） K = 应力/体应变 =（F/S）/（△V/V） （kg/cm2） 体应变也称膨胀率
滑 行 波 R 辐射能
常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
介质名称 泥 岩 砂 砂 砂 层（疏松 ） 岩（疏松 ） 岩（致密 ） VP (m/s) 1800 2630 3850 VS (m/s) 950 1518 2300 第一临界角 62º 44´ 37º 28´ 24º 33´ 第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
E—杨氏模量
岩石的声学性质 纵横波比
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。
在声速测井中，纵波是首波。
常见岩石及某些物质纵波传播速 度（或传播时差）见P96表2-2
岩石的声学性质
常见岩石的弹性模量参见P95表2-1
岩石的声学性质
二、声波在岩石中的传播特性
1、纵波、横波的定义
纵波（压缩波或P波）：
介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹性体的小体 积元体积改变，而边角关系不变。体积模量不等于零的介 质都可以传播纵波。 横波（剪切波或S波）： 介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性 体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化，例：切变 波。剪切模量不等于零的介质才能传播横波。
岩石的声学性质
注意 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。
岩石的声学性质
2、岩石的声速特性
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
横波速度
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) E Vs 2 (1 )
44º 05´
5500
7000
3200
3700
16º 55´
13º 13´
30º
25º 37´
石灰岩（骨架）
白云岩（骨架）
7900
4400
11º 41´
21º 19´
岩石的声学性质
2、反射和折射系数（R、T）
反射系数R： 反射波的能量WR与入射波的能量W之比。 R= WR/W= （2•V2- 1• V1）/ （2•V2+ 1• V1） 折射系数T： 折射波的能量WT入射波的能量W之比。
岩石的声学性质
三、声波在介质界面上的传播特性
1、声波在界面上的反射和折射
折射定律 反射波
sin V p1 sin 1 V p 2
S1 P1
入射波P V1 V2
β2
θ β1
θ1
Vp1＜Vp2 θ1＝90°
arcsin
1
V p1 Vp2
Ⅰ Ⅱ
P2
θ1*——第一临界角
滑行纵波
S2 折射波
岩石的声学性质
3、描述弹性体的参数
（1）杨氏模量E(定义为应力与其应变之比)
Hook定律：
l F F a l S ES
F S E l l
物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
l、s—分别为弹性体长度、横截面积； E—弹性体的杨氏模量，kg/cm2或dyn/cm2 F/S—为作用于单位面积上的力，称为应力。
声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井
声 波 成 像 测 井
方位声波成像测井 偶极横波成像测井 井周声波成像测井 超声波成像测井
岩石的声学性质
是一种机械波，是介质质点振 动向四周的传播。 目前声波测井使用的频率为 20Hz－2MHz。
什么叫声波？
声 波
次声波 超声波
20HZ〈 频率〈 20KHZ
岩石的声学性质
Vp1＜Vs2
sin V p1 折射定律 sin 2 Vs 2
θ2＝90°
2 arcsin
V p1 Vs 2
滑行横波Biblioteka θ2*——第二临界角在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。
岩石的声学性质 T
θ1* 或θ2*
ⅠⅡ
滑行纵波和横波沿界面滑行 时，将沿临界角方向向介质 1中辐射能量。对于井下岩 层，一般都满足vm （泥浆速 度）＜vp（地层速度）第一 临界条件，因此井中很容易 激发沿井壁滑行的地层纵波。
声波测井讲座 主讲人：刘建新
中海油田服务股份有限公司 油田技术事业部资料解释中心
2010年9月
1
地球物理测井—声波测井
声波测井—是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性，从
而了解岩层的地质特性和井的技术状况的一种测井方法。 目前主要有以下几种声波测井方法： 声速类测井 声幅类测井 声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数） 水泥胶结测井CBL（研究固井质量） 声波变密度测井VDL（观察井壁情况和裂缝） 超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝） 声波频率特 性类测井 噪声测井（研究油井串槽和油气水流动情况）
频率〈 20HZ 频率 〉20KHZ
岩石的声学性质
一、岩石的弹性及弹性参数
1、弹性
是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。
2、物体的分类
弹性体： 受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。 塑性体： 产生永久形变。 可变成 在声波测井中，声源的能量很小，声波作用在岩石上 塑性体 弹性体 的时间很短，因而岩石可以当成弹性体，在岩石中传播 的声波可以被认为是弹性波。
岩石的声学性质
（4）切变模量（） 切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。 Ft tg =△l/d ：切变角 当很小时，tg
△l
= △l/d
d
切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。 剪切模量—是弹性体在剪切力Ft作用下，切应力（Ft/s）与剪 切变之比。 = 切应力/切应变 =（Ft/s）/ = （Ft/s）/△l/d
T = WT/ W =21• V1/ （2•V2+ 1• V1）
F—作用外力；
l / l —为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。
岩石的声学性质
（2）泊松比σ（定义为外力作用下，弹性体 F 的横向应变与纵向应变之比） = 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
d l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
（3） 体积弹性模量 K （定义为应力与弹性体的体应变之比） K = 应力/体应变 =（F/S）/（△V/V） （kg/cm2） 体应变也称膨胀率
滑 行 波 R 辐射能
常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
介质名称 泥 岩 砂 砂 砂 层（疏松 ） 岩（疏松 ） 岩（致密 ） VP (m/s) 1800 2630 3850 VS (m/s) 950 1518 2300 第一临界角 62º 44´ 37º 28´ 24º 33´ 第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波