余 平，魏 磊

（新疆煤田地質局一六一煤田地質勘探隊，新疆 烏魯木齊 830009）

聲波測井是五十年代發(fā)展起來的一種重要測井方法，近年來發(fā)展較快。由最早的聲速測井、聲幅測井發(fā)展到后來的長源距聲波測井，變密度測井、井下聲波電視BHTV、噪聲測井到現(xiàn)在的多極子陣列聲波測井（包括偶極子橫波成像儀DSI），如井周聲波成像測井CBIL，超聲波井眼成像儀等。在解決地層頂部構造特征刻畫，判斷巖性，識別壓力異常層位，探測和評價裂縫、判斷儲集層中流體性質方面，使聲波測井成為結合測井和物探的紐帶，有著良好的發(fā)展前景[1]。

1 聲波測井技術工作原理

1.1 聲波測井方法概述

聲波測井主要分兩大類：聲速測井和聲幅測井。聲波速度測井簡稱聲速測井，是研究聲波在礦體中傳播速度的一種測井方法。礦體的傳播聲速度與礦體的致密程度有關，更確切地說與礦體的礦性、孔隙度以及孔隙中所充填的流體性質等有關。因此，研究聲波在礦層中傳播速度或單位時間，在已知礦性和所含孔隙流體情況下，可以確定巖石孔隙度[2]。

聲波幅度測井是研究礦層對聲波幅度的衰減特性的測井方法。可分在裸眼井中使用的“裸眼井聲幅測井”和檢查套管固井質量的“固井聲幅測井”，用來檢查固井質量。

1.2 礦體的聲學特征

聲波在彈性介質中的傳播速度主要取決于介質的彈性模量和密度。在均勻各向同性介質中，縱波速度vp、橫波速度vs 與楊氏彈性模量E、泊松比σ、密度ρ 之間的關系式為：

對于大多數(shù)沉積巖而言，礦體的泊松比σ 多為0.25 左右，縱波速度是橫波速度的1.73 倍，說明縱波和橫波同時在巖石中傳播時，縱波的速度大于橫波速度。

1.3 礦體中聲波傳播的影響因素

實際研究表明，聲波在不同礦體中的傳播速度不同。決定聲波傳播速度的主要因素是礦體聲波速度。對于沉積礦而言，礦體聲波速度主要取決于礦性、孔隙度、礦層的地質時代以及巖層的埋藏深度。

1.3.1 礦性

不同礦物有不同彈性性質，所以不同礦體，其聲速大小也不同。

1.3.2 孔隙度

礦層孔隙中通常被油、氣、水等流體介質所充填。流體傳播聲波的速度較造巖礦物小得多，即孔隙流體相對礦體架構是低速介質，所以礦性相同、孔隙流體不變時，孔隙度越大，礦體聲速越小。

1.3.3 礦層的地質時代

深度相同，成分相似的礦體，當?shù)刭|時代不同時，聲速也不同。一般地，老地層比新地層具有較高的聲速。

1.3.4 礦層埋藏的深度

在礦性和地質時代相同的條件下，聲速隨礦層埋藏深度加深而增大。這種變化是由于受上覆地層壓力增大，礦體的楊氏彈性模量增大的緣故。

礦層埋藏較淺的地層，埋藏深度增加時，其聲速變化劇烈；深部地層，埋藏深度增加時，其聲速變化不明顯。

從上述分析看出，可以根據(jù)礦體的聲速來研究巖層，確定礦層的礦性和孔隙度。

2 聲波測井在礦井勘探中的應用

本次勘探主要使用S523 型聲波探管，進行了單發(fā)單、雙收聲速測井。利用聲速參數(shù)進行礦性解釋、劃分鉆孔礦性剖面，計算礦體力學強度參數(shù)，為了配合地質災害進行合成記錄及反演處理，以及給工程地質提供礦體力學參數(shù)，本次勘查對本區(qū)所有鉆孔進行了聲速測井，并對這些鉆孔一部分提供了力學性質參數(shù)[3]。

利用聲波測井資料對泊松比、楊氏模量、體積模量、切變模量、強度指數(shù)等力學參數(shù)進行了計算，從這些參數(shù)中可以很直觀地看出各礦層抗壓強度的強弱程度，為分析礦井層頂板、底板的力學性質的提供了較豐富的資料。

礦層——泥巖礦——粉砂巖礦——細砂巖礦——中砂巖礦——（含礫）粗砂巖礦

抗壓強度逐漸增大

圖1 礦層抗壓強度示意圖

在單一鉆孔中，弱強度層在力學性質曲線中反映為柏松比（POIS）為高幅值，而強度指數(shù)（STRN）、楊氏模量（YOMO）、體積模量（BUMO）、縱波速度（VCOM）、切變模量（SHMO）以及橫波速度（VSHA）為低幅值；在高強度層中，各曲線反映正好相反，柏松比為低幅值，而其它曲線以高幅值出現(xiàn)。具體形態(tài)如圖1 所示。

3 結論

比起傳統(tǒng)的測井技術，聲波測井更加具有準確性以及安全性。觀看常見礦性縱波速度以及時差，我們可以發(fā)現(xiàn)，礦產資源的縱波速度排在第四位，僅次于空氣、清水（井液）以及鐵（套管），與位于底層的沖基層縱波速度而言，要相對高很多，然而與它的速度不成正比的則是它的時差，通過測井曲線中的對比，我們可以看出聲波與時差的對比可以更加有效的反映出清晰的界面，大大提高了勘探資料的可信度。

地球物理測井是進行礦產資源勘探眾多手段中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，它也是地質勘探信息比較數(shù)字化的一種技術，順應了數(shù)字時代的潮流，而數(shù)字是原始資料豐富與否的保證，因此隨著數(shù)字測井的逐步深入，技術工人對于礦井勘探的工作更加得心應手，礦產資源測井提供的眾多信息都成為推動礦產資源地質發(fā)展與研究的重要信息，因此，應用聲波測井這種新型技術，有利于我國礦井探測技術的創(chuàng)新與開發(fā)，也有利于我國數(shù)字地球的資料積累，并且為國際上的新型測井技術提供了新思路，新方法。