余 平，魏 磊

（新疆煤田地质局一六一煤田地质勘探队，新疆 乌鲁木齐 830009）

声波测井是五十年代发展起来的一种重要测井方法，近年来发展较快。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（包括偶极子横波成像仪DSI），如井周声波成像测井CBIL，超声波井眼成像仪等。在解决地层顶部构造特征刻画，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[1]。

1 声波测井技术工作原理

1.1 声波测井方法概述

声波测井主要分两大类：声速测井和声幅测井。声波速度测井简称声速测井，是研究声波在矿体中传播速度的一种测井方法。矿体的传播声速度与矿体的致密程度有关，更确切地说与矿体的矿性、孔隙度以及孔隙中所充填的流体性质等有关。因此，研究声波在矿层中传播速度或单位时间，在已知矿性和所含孔隙流体情况下，可以确定岩石孔隙度[2]。

声波幅度测井是研究矿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。

1.2 矿体的声学特征

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：

对于大多数沉积岩而言，矿体的泊松比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。

1.3 矿体中声波传播的影响因素

实际研究表明，声波在不同矿体中的传播速度不同。决定声波传播速度的主要因素是矿体声波速度。对于沉积矿而言，矿体声波速度主要取决于矿性、孔隙度、矿层的地质时代以及岩层的埋藏深度。

1.3.1 矿性

不同矿物有不同弹性性质，所以不同矿体，其声速大小也不同。

1.3.2 孔隙度

矿层孔隙中通常被油、气、水等流体介质所充填。流体传播声波的速度较造岩矿物小得多，即孔隙流体相对矿体架构是低速介质，所以矿性相同、孔隙流体不变时，孔隙度越大，矿体声速越小。

1.3.3 矿层的地质时代

深度相同，成分相似的矿体，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。

1.3.4 矿层埋藏的深度

在矿性和地质时代相同的条件下，声速随矿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，矿体的杨氏弹性模量增大的缘故。

矿层埋藏较浅的地层，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，可以根据矿体的声速来研究岩层，确定矿层的矿性和孔隙度。

2 声波测井在矿井勘探中的应用

本次勘探主要使用S523 型声波探管，进行了单发单、双收声速测井。利用声速参数进行矿性解释、划分钻孔矿性剖面，计算矿体力学强度参数，为了配合地质灾害进行合成记录及反演处理，以及给工程地质提供矿体力学参数，本次勘查对本区所有钻孔进行了声速测井，并对这些钻孔一部分提供了力学性质参数[3]。

利用声波测井资料对泊松比、杨氏模量、体积模量、切变模量、强度指数等力学参数进行了计算，从这些参数中可以很直观地看出各矿层抗压强度的强弱程度，为分析矿井层顶板、底板的力学性质的提供了较丰富的资料。

矿层——泥岩矿——粉砂岩矿——细砂岩矿——中砂岩矿——（含砾）粗砂岩矿

抗压强度逐渐增大

图1 矿层抗压强度示意图

在单一钻孔中，弱强度层在力学性质曲线中反映为柏松比（POIS）为高幅值，而强度指数（STRN）、杨氏模量（YOMO）、体积模量（BUMO）、纵波速度（VCOM）、切变模量（SHMO）以及横波速度（VSHA）为低幅值；在高强度层中，各曲线反映正好相反，柏松比为低幅值，而其它曲线以高幅值出现。具体形态如图1 所示。

3 结论

比起传统的测井技术，声波测井更加具有准确性以及安全性。观看常见矿性纵波速度以及时差，我们可以发现，矿产资源的纵波速度排在第四位，仅次于空气、清水（井液）以及铁（套管），与位于底层的冲基层纵波速度而言，要相对高很多，然而与它的速度不成正比的则是它的时差，通过测井曲线中的对比，我们可以看出声波与时差的对比可以更加有效的反映出清晰的界面，大大提高了勘探资料的可信度。

地球物理测井是进行矿产资源勘探众多手段中不可或缺的一个环节，它也是地质勘探信息比较数字化的一种技术，顺应了数字时代的潮流，而数字是原始资料丰富与否的保证，因此随着数字测井的逐步深入，技术工人对于矿井勘探的工作更加得心应手，矿产资源测井提供的众多信息都成为推动矿产资源地质发展与研究的重要信息，因此，应用声波测井这种新型技术，有利于我国矿井探测技术的创新与开发，也有利于我国数字地球的资料积累，并且为国际上的新型测井技术提供了新思路，新方法。