现代物业・新建设 2012年第11卷第9期
浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用
张建宏
（新疆新地勘岩土工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830002）摘 要：伴随着不断发展的数字测井技术，在测井当中，声速测井已经成为重要的方式之一。
对岩体工程勘察中声波测井技术的应用进行了分析。
关键词：岩土工程；勘察；声波测井
中图分类号：[P258] 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）09-0047-02
声波测井主要分为声幅测井与声波测井两大类。
一般来说，我们说的声波测井指的是对地层当中声波传播速度进行测量。
1 声波测井
在不同的介质当中，声波传播会有明显的差别，岩石当中的裂缝、风化以及溶洞对声波速度都有影响，因此对岩层物性特征的了解可以通过声波测试来进行。
而声速测井测的是地层中声波传播的时间。
声波测井一般是对纵波速度进行测量，声波耦合通过仪器发射晶体声波，然后通过仪器接收晶体声波。
由于接收晶体与发射晶体之间存在一定距离，所以传播速度与所测得的声波传播时差成反比。
根据实际需要，也可以将传播时差换算成声波速度，然后再与其余的物理参数进行结合，也能够将横波速度计算出来，从而对弹性参数以及岩性的划分进行计算，这样更有利于岩土工程勘察工作的进一步开展。
2 岩石中声波的传播
我们所研究的是不同地质年代在地壳中的矿物成分以及结构各异的岩石，并且在岩石当中还存在裂隙与孔隙，但是它们的分布、大小、形状并非固定，而这些因素对岩石的物理性质都有不同程度的影响。
岩石的声速指的是在岩石当中声波的传播速度，理论支持与实践证明：随着岩石密度的不断增大，声波速度也会随着提升。
2.1 岩性
如果岩石的岩性不同，那么声波传播速度也会有明显的区别。
岩性不同，岩石密度就存在差异，一般来说，岩石密度从大到小依次为：石灰岩→砂岩→泥岩，而声波速度也会随着密度的减少而降低。
2.2 岩石结构
如果岩石的胶结性较差、较为疏松，声波速度也会降低；反之，声波速度则会升高。
对于声波速度来说，岩石当中存在的溶洞与裂隙等也会产生一定程度的影响。
2.3 岩石孔隙间的储集物
岩石声波速度也会受到岩石孔隙当中不同储集物的影响。
2.4 地质时代以及地层埋藏深度
声波在地层当中的传播会受到地层时代以及地层埋藏实际深度的影响。
当地质时代与岩性相同，那么埋藏的深度越大，声波传播的速度也就越大；反之，埋藏的深度越小，那么声波速度也会随着减小。
在岩性相同的情况下，相比新地层，老地层的声波传播速度更快，这主要是由于在漫长的地质年代中，老地层受到了覆盖岩层长期性压实产生的结果。
此外，由于长期地壳运动，岩石骨架颗粒的排列也会越来越紧，其弹性与密度都会不同程度地增加。
3 声波测井的应用范围
3.1 钻孔岩性的划分
由于不同的岩层所具有的声波传播速度是不同的。
所以，地层岩性可以通过声速测井来进行判断。
在钻孔岩性的划分当中，也可以结合自然伽玛、电阻率等有关的参数。
3.2 岩层风化、氧化带的确定
由于受到了氧化与风化，岩石的胶结程度会受到不同程度的影响，甚至会出现破碎，从而导致强度减弱、密度减小、波速减小，将完整的岩石声波速度与所测得的声波速度进行比较就会发现。
岩石的疏松与破碎的程度能够通过波速的减少量来判断，因此对岩层的氧化带、风化都能够加以确定。
Engineering Construction 工程施工
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工程施工 Engineering Construction
3.3 解释裂隙和软弱夹层
岩层的声波速度会受到软弱夹层以及裂隙的影响，因此，对裂隙以及软弱夹层的解释，主要依据声波测井曲线的低异常。
3.4 弹性参数的确定
根据弹性力学知识，介质当中的弹性参数可以通过介质密度ρ，根据介质中声波传播的纵波（V P ）与横波速度（V S ）来加以确定。
在公式当中：
E—介质的弹性模量；δ—泊松比；k—体积模量；μ—切变模量。
在声波测井当中，一般提供的是纵波时差Δt p ，并且将其换算成为V P ，而通过经验公式，我们能够计算得到V S ：
4 声波测井在岩土勘察工程实例当中的应用
4.1 钻孔岩性的划分
从深圳市一个综合楼ZK6勘察钻孔的综合测井所取得的成果来看，通过钻探主要揭露了地层中的黏土、砂质黏土、砂岩以及泥岩。
从实际的地层实践来看，砂层与砂岩具有较高的纵波速度，而黏土的纵波速度相对较低，并且砂层与砂岩出现了低异常的自然伽玛，高异常的视电阻率，在通过解释与分析之后，就能够将钻孔岩性进行明确的划分，并且也能够获取较好的分层效果。
4.2 岩层风化、氧化带的确定
4.2.1 从株洲一个行政办公大楼ZK04号勘察钻孔中所取得的综合测井成果来看：在进行测试中均在石英砂岩深度进行，在垂直深度为17.2m之下的纵波速度平均值达到了6,200m/s，而垂直深度在17.2m之上为3,300m/s。
主要原因是由于浅部的岩层受到了氧化、风化，从而形成了卸荷带，导致波速呈现减小现象。
4.2.2 从西山煤矿开采一期工程ZK10号勘察钻孔所取得的测井成果来看：花岗岩是通过钻探揭露出来的基岩，在46.20m处，纵波速度曲线呈现出较低异常（平均速度在3,500m/s左右，最低在1,700m/s），因此，可以确定岩层氧化带、风化带带46.20m。
4.3 解释裂隙和软弱夹层
在岩土工程的建设当中，软弱夹层和裂隙是地质问题中的重点。
从西山煤矿开采工程ZK05号勘察钻孔所取得的测井成果来看，通过钻孔，所揭露处来的岩层也是花岗岩，其纵波速度曲线低尖峰异常表现在21.50m～22.00m，33.80m～34.40m，40.10m～40.90m这三段孔深阶段当中，
并且一一对应了视电阻率曲线的低尖峰异常，通过解释与分析得出其为岩层裂隙，完全吻合于比对钻探之后的取心资料。
4.4 弹性参数的确定
通过测井计算之后的岩土力学性质，可以和实验室所测得的岩土层样的力学性质进行比对，从而不难看出其中存在一定的可比性与相关性，我们也可以将比的结果当作岩土层强度评价的重要依据，同时也能够提供一定的依据为岩土工程勘察所利用。
表1为超高层建筑桩基工程ZK3号工程勘察钻孔声速测井所取得的成果。
表1 超高层建筑桩基工程ZK3号工程勘察钻孔声速测井成果统计表序列号深度横波速度纵波速度体积模量剪切模量动弹模量强度指数泊松比134.80787.263325.1118.068.4622.0229.300.30235.001680.823111.6515.847.5719.5725.940.29335.801957.113781.1023.129.6425.4036.000.32436.001968.443813.4223.519.7025.6236.470.325
36.80
1875.74
3664.41
21.66
8.71
23.09
33.30
0.32
5 结语
通过多年的实际岩土工程勘察，对多个项目进行了综合测井，了解到：在勘察岩土工程当中，岩土层的相对强度可以通过动弹模量等弹性参数反映出来，也能够提供一定的建筑设计参考依据。
采用声波测井技术不仅能够为建筑设计提供各种各样的弹性参数，也能够对岩性的划分、解释软弱夹层以及氧化带的圈定等方面作出贡献。
通过实践，发现声波测井能够取得较好的实际效果，获得良好的经济、社会效益。
参考文献：
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[2] 冯彦谦，孟宪波.声速测井技术在工程勘察中的应用研究
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中国西部科技，2009（16）.。