余 平，魏 磊

（新疆煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830009）

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

1 聲波測(cè)井技術(shù)工作原理

1.1 聲波測(cè)井方法概述

聲波測(cè)井主要分兩大類：聲速測(cè)井和聲幅測(cè)井。聲波速度測(cè)井簡(jiǎn)稱聲速測(cè)井，是研究聲波在礦體中傳播速度的一種測(cè)井方法。礦體的傳播聲速度與礦體的致密程度有關(guān)，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(zhì)等有關(guān)。因此，研究聲波在礦層中傳播速度或單位時(shí)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(cè)井是研究礦層對(duì)聲波幅度的衰減特性的測(cè)井方法?？煞衷诼阊劬惺褂玫摹奥阊劬暦鶞y(cè)井”和檢查套管固井質(zhì)量的“固井聲幅測(cè)井”，用來檢查固井質(zhì)量。

1.2 礦體的聲學(xué)特征

聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度主要取決于介質(zhì)的彈性模量和密度。在均勻各向同性介質(zhì)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(guān)系式為：

對(duì)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(shí)在巖石中傳播時(shí)，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(shí)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(duì)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(zhì)時(shí)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(zhì)，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(zhì)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(duì)礦體架構(gòu)是低速介質(zhì)，所以礦性相同、孔隙流體不變時(shí)，孔隙度越大，礦體聲速越小。

1.3.3 礦層的地質(zhì)時(shí)代

深度相同，成分相似的礦體，當(dāng)?shù)刭|(zhì)時(shí)代不同時(shí)，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(zhì)時(shí)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(shí)，其聲速變化劇烈；深部地層，埋藏深度增加時(shí)，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(cè)井在礦井勘探中的應(yīng)用

本次勘探主要使用S523 型聲波探管，進(jìn)行了單發(fā)單、雙收聲速測(cè)井。利用聲速參數(shù)進(jìn)行礦性解釋、劃分鉆孔礦性剖面，計(jì)算礦體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，為了配合地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行合成記錄及反演處理，以及給工程地質(zhì)提供礦體力學(xué)參數(shù)，本次勘查對(duì)本區(qū)所有鉆孔進(jìn)行了聲速測(cè)井，并對(duì)這些鉆孔一部分提供了力學(xué)性質(zhì)參數(shù)[3]。

利用聲波測(cè)井資料對(duì)泊松比、楊氏模量、體積模量、切變模量、強(qiáng)度指數(shù)等力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，從這些參數(shù)中可以很直觀地看出各礦層抗壓強(qiáng)度的強(qiáng)弱程度，為分析礦井層頂板、底板的力學(xué)性質(zhì)的提供了較豐富的資料。

礦層——泥巖礦——粉砂巖礦——細(xì)砂巖礦——中砂巖礦——（含礫）粗砂巖礦

抗壓強(qiáng)度逐漸增大

圖1 礦層抗壓強(qiáng)度示意圖

在單一鉆孔中，弱強(qiáng)度層在力學(xué)性質(zhì)曲線中反映為柏松比（POIS）為高幅值，而強(qiáng)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(qiáng)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(jié)論

比起傳統(tǒng)的測(cè)井技術(shù)，聲波測(cè)井更加具有準(zhǔn)確性以及安全性。觀看常見礦性縱波速度以及時(shí)差，我們可以發(fā)現(xiàn)，礦產(chǎn)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(duì)高很多，然而與它的速度不成正比的則是它的時(shí)差，通過測(cè)井曲線中的對(duì)比，我們可以看出聲波與時(shí)差的對(duì)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(cè)井是進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘探眾多手段中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，它也是地質(zhì)勘探信息比較數(shù)字化的一種技術(shù)，順應(yīng)了數(shù)字時(shí)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(cè)井的逐步深入，技術(shù)工人對(duì)于礦井勘探的工作更加得心應(yīng)手，礦產(chǎn)資源測(cè)井提供的眾多信息都成為推動(dòng)礦產(chǎn)資源地質(zhì)發(fā)展與研究的重要信息，因此，應(yīng)用聲波測(cè)井這種新型技術(shù)，有利于我國(guó)礦井探測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā)，也有利于我國(guó)數(shù)字地球的資料積累，并且為國(guó)際上的新型測(cè)井技術(shù)提供了新思路，新方法。