地球物理测井9(声波测井).ppt
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1、9 声波测井声波测井 9 声波测井声波测井 利用岩石的声学特性(声利用岩石的声学特性(声波速度、声幅)来研究岩石的波速度、声幅)来研究岩石的一类方法。一类方法。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性声波的成分及速度:声波的成分及速度:声波是由物质的机械振动产生的。通过质声波是由物质的机械振动产生的。通过质点间的相互作用将振动由近及远地传递,点间的相互作用将振动由近及远地传递,根据质点运动特征的不同,声波可分为:根据质点运动特征的不同,声波可分为:纵波(或压缩波或纵波(或压缩波或P P波):波):质点的振动方向与波的传播方向一致。质点的振动方向与波的传播方向一致。纵波主要产生体积变化,所以也称压缩
2、纵波主要产生体积变化,所以也称压缩波。波。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度:在介质中的速度:V Vp p介质中纵波的速度介质中纵波的速度()()(m/s)介质的体积密度介质的体积密度(g/cm3)9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度:在介质中的速度:EE介质的杨氏模量(纵向伸长系数):介质的杨氏模量(纵向伸长系数):单位截面上受的力与单位单位截面上受的力与单位 长度的形变之比。长度的形变之比。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度:在介质中的速度:泊松比(横向压缩系数)泊松比(横向压缩系数)横向相对压缩与纵向相对横向相对压缩与纵向相对 伸长之比伸长之
3、比 9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 横波(或剪切波或横波(或剪切波或S S波)波)质点的振动方向与波的传播方向垂直。质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波主要引起形状变化(切变),也称横波主要引起形状变化(切变),也称之为剪切波。之为剪切波。在介质中的速度:在介质中的速度:9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 面波:面波:在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传播在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传播的波。包括:的波。包括:瑞利波:其速度约等于瑞利波:其速度约等于0.9V0.9Vs sV Vs s 拉夫波:其速度约等于拉夫波:其速度约等于0.9V0.9Vs sV Vs s 偶偶 波:它是最快
4、的面波:速度波:它是最快的面波:速度=0.9V=0.9Vs sV Vs s 斯通利波:是在液斯通利波:是在液固体界面上由液体中的固体界面上由液体中的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其速度纵波和固体中的横波干涉所产生的。其速度小于固体中的小于固体中的V Vs s和液体中的和液体中的V Vp p。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性可以看出:可以看出:(1 1)介质中的声波速度与介质的)介质中的声波速度与介质的弹性系数及体积密度(岩性、弹性系数及体积密度(岩性、)有关。有关。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性(2 2)同一介质中的不同波的速度不同;)同一介质中的不同波的速度不同;对于大多数沉积岩
5、:对于大多数沉积岩:V Vp p1.73V1.73Vs s 即一般纵波速度即一般纵波速度V Vp p大于横波速度大于横波速度V Vs s,横,横波速度大于面波速度。波速度大于面波速度。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性波的折射与反射;波的折射与反射;声波在经过不同的两种介质的分界面声波在经过不同的两种介质的分界面时,会发生反射和折射,且遵循光的时,会发生反射和折射,且遵循光的反射定律和折射定律。反射定律和折射定律。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性对于纵波:对于纵波:9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性对于横波:对于横波:9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 当当=90=90o o时时,折
6、射波沿界折射波沿界面传播面传播滑行波滑行波 这时的这时的ii全反射角(临全反射角(临界入射角)界入射角)9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性反射系数和折射系数:反射系数和折射系数:9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 1 1V V1 1与与2 2V V2 2的差别越大的差别越大 ,反,反射系数越大,折射系数越小。射系数越大,折射系数越小。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性波的干涉:波的干涉:当相同频率的几个波到达同一点时当相同频率的几个波到达同一点时发生波的干涉,即振动加强(相位发生波的干涉,即振动加强(相位相同)或减弱(相位相反)。相同)或减弱(相位相反)。9.1 岩石的声学特性岩石的声学
7、特性引起声波幅度衰减的其他原因:引起声波幅度衰减的其他原因:地层吸收能量而使幅度衰减(即质点的振动要地层吸收能量而使幅度衰减(即质点的振动要克服相互间的摩擦力)。不同的介质对波幅的衰克服相互间的摩擦力)。不同的介质对波幅的衰减程度不同,它主要取决于:减程度不同,它主要取决于:(1 1)波的频率(波长)及波的类型(纵波、横)波的频率(波长)及波的类型(纵波、横波等)波等)(2 2)地层的密度)地层的密度(一般密度越小,声幅的衰减越一般密度越小,声幅的衰减越严重严重)(3 3)岩石的结构(颗粒大小、接触情况等)岩石的结构(颗粒大小、接触情况等)(4 4)介质中的声波速度)介质中的声波速度。9.2
8、声波速度测井(声波速度测井(AC)声波速度测井简称声速测井,它声波速度测井简称声速测井,它主要是通过测量波的速度来研究地层。主要是通过测量波的速度来研究地层。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)单发双收声速测单发双收声速测井仪井仪 测量过程中发射测量过程中发射探头发射声脉冲,探头发射声脉冲,接收探头接收声接收探头接收声脉冲。脉冲。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)(1 1)泥浆直达波:)泥浆直达波:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)(2 2)一次反射波:)一次反射波:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)多次反射波:多次反射波:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC
9、)(3 3)滑行波)滑行波 9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)声波的传播:声波的传播:(1 1)泥浆直达波:)泥浆直达波:(2 2)一次反射波:)一次反射波:多次反射波:多次反射波:(3 3)滑行波)滑行波 显然,泥浆直达波、反显然,泥浆直达波、反射波都是在泥浆中传播射波都是在泥浆中传播的,其传播速度与地层的,其传播速度与地层无关,只有滑行波的传无关,只有滑行波的传播与地层有关。播与地层有关。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)滑滑行行波波作作为为首首波波到到达达接收器接收器R R的条件:的条件:因为因为 所以所以 9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)滑滑行行波波作作为为首
10、首波波到到达达接收器接收器R R的条件:的条件:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)滑滑行行波波作作为为首首波波到到达达接接收器收器R R的条件:的条件:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)声波时差与地层速声波时差与地层速度的关系:度的关系:滑行波到达滑行波到达R1R1的时间的时间T TR1R1:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)声波时差与地层速声波时差与地层速度的关系:度的关系:滑行波到达滑行波到达R2R2的时间的时间T TR2R2:9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)声波时差与地层速度的关系:声波时差与地层速度的关系:滑行波到达滑行波到达R1R1、R2R2的时间差
11、的时间差:其中:其中:ll仪器的间距,对于某一仪器仪器的间距,对于某一仪器l=l=常数。常数。所以,所以,TT反映了地层声速的变化。但反映了地层声速的变化。但T T 的大小还与的大小还与l l有关,即某地层用不有关,即某地层用不同的仪器测量时,随同的仪器测量时,随l l的不同所测得的的不同所测得的 TT也会不同,给解释带来不便。也会不同,给解释带来不便。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)测井所记录的声波时差:测井所记录的声波时差:同一地层同一地层V Vt t不变,用不同的仪器测不变,用不同的仪器测量时量时 tt相同。而不同地层,相同。而不同地层,V Vt t不不同。即用同。即用tt 可
12、以分析地层的可以分析地层的V Vt t解解决相应的地质问题:决相应的地质问题:tt的单位:的单位:s/ms/m 或或ss/ft/ft;记录点:是记录点:是R R1 1与与R R2 2的中点。的中点。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)其他声速测井仪的测量原理(从略)其他声速测井仪的测量原理(从略)它们与单发双收有一定的差别,每它们与单发双收有一定的差别,每一种测井仪器的诞生都是对已有测一种测井仪器的诞生都是对已有测井仪器工作性能的改进。井仪器工作性能的改进。如:双如:双发双收声波测井仪的研制就是为了发双收声波测井仪的研制就是为了克服井眼的影响。克服井眼的影响。9.2 声波速度测井(声波速
13、度测井(AC)对于单发双收测对于单发双收测井仪在井眼扩大井仪在井眼扩大井段的上下界面井段的上下界面处,时差曲线出处,时差曲线出现假异常。现假异常。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)双发双收测井仪可克服双发双收测井仪可克服井眼的影响。井眼的影响。由由T T1 1 R R1 1 R R2 2测得测得tt1 1 由由T T2 2 R R2 2 T T1 1测得测得tt2 2 其测量结果受井眼的影其测量结果受井眼的影响较小。响较小。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)总之,我们通总之,我们通过各种声速测过各种声速测井仪器可获得井仪器可获得与地层声速成与地层声速成倒数关系的声倒数关系的声波
14、时差。波时差。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)影响因素:影响因素:井眼大小的影响井眼大小的影响9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)影响因素:影响因素:层厚的影响:层厚的影响:对于薄层(对于薄层(hlh tt实际实际或或tttt实际实际,即在某层,即在某层为不定值为不定值(忽大忽小忽大忽小)。这种现象就是。这种现象就是“周波跳跃周波跳跃”。9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)“周波跳跃周波跳跃”在曲线上的特征在曲线上的特征 9.2 声波速度测井(声波速度测井(AC)声波时差曲线的特点:声波时差曲线的特点:对应于地层中部其测井值最接近于地对应于地层中部其测井值最接近于地层的真
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