62°42′ 37°28′ 24°33′ 16°55′ 13°13′ 11°41′ 17°14′
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
软地层:地层横波速度小于泥浆纵波速度 软地层不能产生滑行横波
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
➢波长（λ)：声波传播过程中，相位相同的 两点间的距离 λ= v/f (v-传播速度）
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质：固相、连续、均匀、各向 同性和完全弹性
三.岩石的弹性力学参数
F L
（1）杨氏模量E：
E / i
AL
i
物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产 生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生 变形的难易程度
ip

arcsin
v1 vp
is

arcsin
v1 vs
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
arcsin
V 1
1
V
2
（2）滑行波能量分布
入射
非均匀波，63%能量集中在1个波长内，在3个 波长内能量占98%, 决定了声速测井的探测深 度(1-3个波长)，一个波长0.2~0.3m左右，相 当于储层的冲洗带


2 2 3
(1 cv

1) cp
消除频率影响的衰减系数:
As



f2

2 2 3
[
4 3



(
1 cv
1) cp
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
气体比液体的声衰减系数大3个数量级
五.井内声波的发射和接收 换能器(探头)： 压电陶瓷晶体
可以将电磁能转换为声能，又可以将声能 转换为电磁能的器件。 压电陶瓷晶体(锆钛酸铅)特性:
（2）泊松比 ：


2

3

1
1
是表示物体发生几何形变的系数
所有介质泊松比的值都在0-0.5之间
常见岩石的平均值约为0.25
（3）切变模量
：



j j
切应力与切应变的比值,表示剪切变形的难易程度
流体=0，横波速度为零
（4）体积密度：单位体积岩石的质量，g/cm3
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
➢应用：确定岩性，计算孔隙度，判断气层，
检查固井质量,确定地层弹性参数等
§1 基础知识 一.声波的周期、频率、波长 ➢周期（T)：声波波动一次所用的时间，它相当 于同一方向两个相邻波峰或谷之间的测量时间。
➢频率（f)：单位时间（每秒）声波波动的次 数，是周期的倒数
1Hz=1周/秒 声波测井使用的波频率:几百Hz—几百KHz
滑行纵波： 1.首波(测井用源距的情况下) 2.幅度小 3.基本无频散(速度与频率有关）
滑行横波： 1.次首波 2.幅度比纵波大 3.基本无频散
2. 视瑞利波(测井目前没有利用) ➢面波，井壁地层与井内液体界面上 ➢在地层中沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，短轴在井轴方向 视瑞利波特点：
(1)紧跟在横波后，无明显的波至点，很难 提取，对横波而言是噪声
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、幅度(能量）、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同介质的弹性力学性质 不同,使其声波传播速度、衰减(幅度)规律不同
➢研究方法：井内发射声波，使声波在井周围
的地层或其它介质中传播，井内测量声波在传 播时的速度或幅度变化
1产生变形时， 会引起晶体内部正、负电荷中心发生位移而 极化，导致晶体表面出现电荷累积(声-电)。
逆压电效应：将晶体置于外电场中，电场的作 用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从而 导致晶体表面产生变形(电-声)。
发射探头T:将电能转换为声能,逆压电效应 声系
接收探头R:将声能转换为电能,压电效应
单极子或对称声源(用于发射和接收纵波) :
➢有限长的圆管,其原始极化方向是圆周方向
➢发射的波周向对称, 没有周向分辨能力
－＋
－
＋－ ＋
＋－ ＋
－ －＋
有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性
圆
波束角
柱
(70%)
状
D 3dB
x
声
声压最大值方向
源
声源指向角特性花瓣图
泥浆 Vp=1600m/s
岩层
泥岩 砂层(疏松) 砂岩(疏松) 砂岩(致密) 石灰岩(骨架) 白云岩(骨架)
钢管
纵波速VP (m/s)
1800 2630 3850 5500 7000 7900 5400
横波速度VS (m/s)
950 1518 2300 3200 3700 4400 3100
第一临界角
(2)幅度大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波)
➢面波，井内液体与井壁地层界面上 ➢在井内沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，长轴在井轴方向
E(1 )
V
P (1 )(1 2 )
Vs
E
2 (1 )
2(1 )
V /Vs
P
1 2
（2）声波时差 （慢度slowness）
纵波时差
：t P
1
VP
横波时差
：
t S
1
VS
单位：μs/m 或 μs/ft
（3）声阻抗Z（声速与密度的乘积） Z=
（4）声压P:声波传播而产生的压强 单位： ( pound per square inch) psi=1lb/in2
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0el
为声衰减系数，它与介质的声速、密度及 声波的频率有关
气体和液体对声波的粘滞和热传导衰减系数:


2 2
3
3
折射定理：
sin v1 sin 2 v2
当v1,v2一定时，
2
如果v2>v1,当2=900时,折射波以v2速度沿界面 传播，称为滑行波(界面转换波).
滑行波
临界角：产生滑行波的入射角称为临界角。 产生滑行纵波的入射角称为第一临界角ip 产生滑行横波的入射角称为第二临界角is
偶极子 (dipole) 声源 （弯曲波、偶极子波）
井壁 T
S
S
波
波
R
六.单极子声源在充液裸眼井中的声波全波列 视瑞利波
斯通利波
滑行纵波 滑行横波
硬地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
软地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
1.滑行纵波和滑行横波(几何声学解释)
反射定理： 1