测井岩石物理基础
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۞ Hooke’s law —the relation between stain and stress, the elastic modulus
۞ Snell’s law—the laws of reflection & refraction ۞ Wyllie’s formula—the time average formula for propa. of C wave
4）岩石电阻率及其基本规律
1942年，Shell美国公司的岩石物理学家Archie，在前人大量实验数 据及其他本人的一系列实验研究基础上，提出了著名的Archie’s Formula。建立了岩石电阻率(Ro,Rt)与岩石孔隙度、含水饱和度之间 的实验统计关系。奠定了测井定量评价油气层的理论基础。
F = Ro = φ −m
泥饼、井眼
冲洗带(侵入 带)电阻率
Rxo,判断储 层流体性质
原状地层电 阻率
Rt,判断储层 流体性质
SLB: 双感应(DIL)-球形聚焦(SFLU),双侧向(DLL)-微球聚焦(MSFL) ATLAS: 双感应(RDIL)-八侧向(RFOC),双侧向(RDLL)-微侧向(RMLL)
思考题
• 详细阐述或图示用SP资料计算地层水电阻率的方法和流程。 • 综述GR能谱测井资料在评价泥质含量（包括粘土类型）、烃
Rw
1000
Ir
=
Rt Ro
=
S w−n
100
Formation Factor,F Resistivity Index,Ir
100 10
10
1
0.01
0.1
1
Porosity,
1
0.1
1
Water Saturation,Sw
一、基本岩石物理性质
2、岩石的声学性质（速度、幅度、频率、衰减等）
Elastic wave propagation properties of rocks:
•
影响因素：层厚、流体性 质、渗透性、泥质含量、侵
（扩散）通过带负电荷的泥岩（由粘土矿物 构成）。
入深度、压差等
SP测井实例
3、 自然伽吗 The Gamma Ray and Spectral GR Log
• 物理意义：地层天然的伽吗射线强 度。主要来自U、Th、K三种同位 素的伽吗射线，GR是三种元素伽 吗射线强度总和，能谱则分别给出 每种元素贡献。
—Scattering, Capture(非弹性/弹性散射、慢化、扩散、俘获等） √ C/O比测井或活化测井（元素测井） √ 中子测井（SNP、CNL） √ 中子寿命测井（NLL） 4) 核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance √ 核磁共振测井（NMR）
一、基本岩石物理性质
测井储层评价方法
Formation Evaluation by Well Logs
§2 测井解释岩石物理基础
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4
岩石物理性质及测井方法 九种常规测井方法及资料解释 地层倾角测井方法 成像测井方法
§2.1 岩石物理性质及测井方法
一、基本岩石物理性质 二、测井方法及测量信息
划分渗透层 计算Rw、Vsh
影响因素
地层体积密度
伽马射线与岩石的 判断岩性、计算孔 井眼、气、压
Compton散射
隙度、气层识别
实、未知矿物
地层含氢指数 地层纵波时差
快中子Slowingdown性质
判断岩性、计算孔 隙度、气层识别
井眼、气、泥质
判断岩性、计算 孔隙度、气层识 别、评价次生孔 隙、欠压实或高 压层识别
2）伽玛特性 Reactions of rock to photon bombardment —Compton effect, Photoelectric effect, Pair production
√ 密度测井（FDL） √ 岩性密度测井（密度/光电指数（Pe）） 3）中子特性 Rock radioactivity induced by neutron bombardment
• 符号：DT, Δt, AC • 单位：μs/ft, μs/m • 理论基础/测量方式：折射与
反射、纵波首波
• 主要应用：岩性、孔隙度、气层
识别、压实趋势/异常压力、合成 记录/地震标定、弹性模量计算/出 砂、压裂、井壁稳定性等
• 影响因素：气层能量衰减导致周
波跳跃，等等
8、 密度测井 Density Log
(Calculations of the dynamic/equivalent elastic modulus）
Vc =
泊松 比：
E ⋅ 1−σ ρb (1 + σ )(1 − 2σ )
σ
=
1 2
⎜⎝⎛ V c
V
s
⎟⎠⎞
2
−1
⎜⎝⎛Vc V s ⎟⎠⎞ 2 − 1
剪切模 量：
μ= E 2(1 + σ )
透层、评价其它测井质量、井 眼形状评价水平应力、估计固 井水泥用量等 • 影响因素：
2、 自然电位 Spontaneous Potential or Self-Potential Log
• 物理意义：井中电极和地面 参考电极间的电位。是自然
形成的非人工激发的电位。
• 符号：SP
• 单位：mv
• 成因：扩散、薄膜、过滤电 位
• 理论基础/测量方式
• 主要应用：岩性识别、划分 Diffusion Potential or Liquid-Junction Potential Membrane Potential or Shale Potential:
渗透层、计算地层水电阻 率、估算泥质含量等
扩散电位/接触电位：
薄膜电离子位扩/泥散岩，电Cl位-离/子扩扩散散吸速附度电高位于Na+离子 层状粘土矿物表面带负电，只有阳离子可以
电流流动的阻抗。深、中、浅指径向 探测深度的差别。
• 符号：ILD/RILD,LLD/RLLD;
ILM/RILM,LLS/RLLS; SFLU/MSFL/RFOC/RMLL
• 单位：ohm-m, Ω.m • 成因：主要为孔隙流体的离子导电。 • 理论基础/测量方式：最早、测量方
式种类最多。分聚焦和非聚焦；电极 法/线圈法/天线法；恒压/恒流/恒功 率；低频/高频；实部/虚部
• 主要应用：判断流体性质、分层、孔
隙度、地层水、含油饱和度等
• 影响因素：井径、泥浆、侵入、层厚
/围岩、地层水、温度、孔隙度、孔隙 结构、饱和度、润湿性、阳离子等等
7、 声速测井 Sonic Log or Acoustic log
• 物理意义：地层岩石滑行纵波的
时差，即单位距离纵波传播的时 间。
4、岩石力学性质 Mechanical properties of rocks
1）流体力学性质 Hydraulic mechanics
Fluid flow properties in porous rocks（Permeability, Pressure）
√ 电缆地层测试器（RFT、MDT）
2） 弹性力学性质 Elastic mechanics
Vs =
E⋅ 1
ρb 2(1 + σ )
杨氏模量：
E
= Vc 2 ρb
(1 + σ )(1 − 1−σ
2σ )
体积模 量：
K= E
3(1 − 2σ )
二、测井方法及测量信息
• 电法测井（电阻率、介电常数、磁导率） • 声波测井（声速、幅度、频率） • 核测井（中子、伽玛、伽玛能谱） • 核磁共振测井（原子核磁共振信息：极化、
• 符号：GR; CGR, SGR, U,Th,K • 单位：API（1/200最大差异；SLB
tools: ~10API=1ug 当量镭/公吨）
• 成因：放射性同位素衰变: 40K,232Th,
238U。
• 理论基础/测量方式：闪烁计数器和
光电倍增管
• 主要应用：岩性识别、估算泥质含
量、地层对比、沉积环境、粒度/韵 律、有机质含量、射孔等深度定位等
自然电位 SP
密度 中子
DEN RHOB
CNL NPHI
声波时差 DT/AC
单位
in或cm
API
mV g/cm3
% f
μs/ft μs/m
物理意义
井眼直径
地层天然GR放射 性强度 测量电极与地面 参考电极间的电 位
理论基础/ 测量方式
主要应用
机械式
区分岩性 井眼形状 计算固井水泥用量
区分岩性 计算泥质含量 判断放射性矿物
• 影响因素：井径、泥浆、偏心、测速
等
4-6、 深、中、浅电阻率 Resistivity Logs
SLB: 双感应(DIL)-球形聚焦(SFLU),双侧向(DLL)-微球聚焦(MSFL) ATLAS: 双感应(RDIL)-八侧向(RFOC),双侧向(RDLL)-微侧向(RMLL)
• 物理意义：地层岩石的电阻率，即对
4）岩石电阻率及其基本规律
Rw —水溶液电阻率
Ro —100%含水孔隙 岩石电阻率
Rt —含油、水两相
流体岩石电阻率
容器电阻分别为：
R
=
Rw
L A
R'
= Ro
L A
R“
=
Rt
L A
问题1：三个电阻（率）之间是什么关系？ 问题2：假设孔隙中的水溶液电阻率确定，Ro、Rt的大小主要受什么控制？基本规律是什么？
弛豫、扩散等）
• 电缆地层测试技术（压力、地层流体取样）
§2.2 常规测井方法及资料解释
• 井径； • 自然电位； • 自然伽玛； • （深、中、浅）电阻率； • 声速； • 密度（岩性密度）； • 中子。
1、 井径 Caliper Log/Logs
• 物理意义：井眼直径。 • 符号：CAL 或 CALI • 单位：in 或 cm • 理论基础/测量方式 • 主要应用：岩性识别、划分渗
√ 声速测井（BHC） √ 长源距（全波列）声波 √ 偶极子横波（DSI） √ 水泥胶结测井（CBL、VDL） √ 井下声波电视（BHTV） √ 井周声波成像（CBIL）
一、基本岩石物理性质
3、岩石的核物理性质 Nuclear properties of rocks
1）自然放射性 Natural radioactivity of rocks √ 自然伽玛测井（GR） √ 自然伽玛能谱测井（NGR）
指数/中子孔隙度。
• 符号：CNL, Nphi, Φ N • 单位：f, % • 理论基础/测量方式：快
中子与地层介质碰撞能量降 低而变成热中子，测量热中 子密度。
• 主要应用：岩性、孔隙
度、气层识别等
• 影响因素：CI等离子对热
中子的吸收等
二、九种常规测井方法
测井项目 符号
井径
CAL
自然伽码 GR
二、九种常规测井方法
测井项目
符号
微电阻率
SFLU、RFOC、 MSFL、MLL
中感应 (浅侧向)
深感应 (深侧向
ILM(RILM) LLS(RLLS)
ILD(RILD) LLD(RLLD)
单位
ohm-m Ohm-m Ohm-m
物理意义
理论基础/ 测量方式
主要应用
影响因素
井壁附近底层 电阻率
分层：分辨率 高渗透性、识 别致密层识别 裂缝
一、基本岩石物理性质
Petrophysical properties of rocks— Petrophysics
1、岩石电学性质 Electric properties of rocks （自然的和激发的 natural & induced）
1）自然电位 Spontaneous Potential √ 自然电位测井（SP） 2) 岩石电阻率/电导率 Resistivity or Conductivity of rocks √ 电阻率测井（普通电阻率、聚焦（侧向、感应）） √ 电阻率成像测井（FMI、AIT、ARI） 3）极化性 Rock polarization——介电常数ε、电容常数 √ 介电测井 √ 复电阻率测井
源岩(有机质丰度)方面的应用。 • 高阻、低阻侵入剖面形成的机制？电阻率测井径向响应特
征。 • Archie公式的由来及应用条件？ • 威利公式的由来及应用条件？ • 为什么密度、中子测井经常被组合应用？论述其物理实质及
依据？
§2.2 测井的环境 （静态和动态）
井眼环境及术语 • 泥饼 mud cake • 井眼直径 hole diameter, dh ; • 泥浆电阻率 drilling mud resistivity, Rm; • 泥浆滤液电阻率 resis. of drilling mud filtrate, Rmf; • 侵入带 invaded zone; • 侵入带直径 invasion diameter, di;
• 物理意义：地层岩石体积密
度。
• 符号：ρb, RHOB, DEN • 单位：g/cm3 • 理论基础/测量方式：伽吗
射线与地层介质的康普顿散 射。
• 主要应用：岩性、孔隙度、
气层识别、合成记录、弹性模 量计算等
• 影响因素：井径、泥饼等
9、 中子测井 Neutron Log
• 物理意Biblioteka Baidu：地层岩石含氢
۞ Snell’s law—the laws of reflection & refraction ۞ Wyllie’s formula—the time average formula for propa. of C wave
4）岩石电阻率及其基本规律
1942年，Shell美国公司的岩石物理学家Archie，在前人大量实验数 据及其他本人的一系列实验研究基础上，提出了著名的Archie’s Formula。建立了岩石电阻率(Ro,Rt)与岩石孔隙度、含水饱和度之间 的实验统计关系。奠定了测井定量评价油气层的理论基础。
F = Ro = φ −m
泥饼、井眼
冲洗带(侵入 带)电阻率
Rxo,判断储 层流体性质
原状地层电 阻率
Rt,判断储层 流体性质
SLB: 双感应(DIL)-球形聚焦(SFLU),双侧向(DLL)-微球聚焦(MSFL) ATLAS: 双感应(RDIL)-八侧向(RFOC),双侧向(RDLL)-微侧向(RMLL)
思考题
• 详细阐述或图示用SP资料计算地层水电阻率的方法和流程。 • 综述GR能谱测井资料在评价泥质含量（包括粘土类型）、烃
Rw
1000
Ir
=
Rt Ro
=
S w−n
100
Formation Factor,F Resistivity Index,Ir
100 10
10
1
0.01
0.1
1
Porosity,
1
0.1
1
Water Saturation,Sw
一、基本岩石物理性质
2、岩石的声学性质（速度、幅度、频率、衰减等）
Elastic wave propagation properties of rocks:
•
影响因素：层厚、流体性 质、渗透性、泥质含量、侵
（扩散）通过带负电荷的泥岩（由粘土矿物 构成）。
入深度、压差等
SP测井实例
3、 自然伽吗 The Gamma Ray and Spectral GR Log
• 物理意义：地层天然的伽吗射线强 度。主要来自U、Th、K三种同位 素的伽吗射线，GR是三种元素伽 吗射线强度总和，能谱则分别给出 每种元素贡献。
—Scattering, Capture(非弹性/弹性散射、慢化、扩散、俘获等） √ C/O比测井或活化测井（元素测井） √ 中子测井（SNP、CNL） √ 中子寿命测井（NLL） 4) 核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance √ 核磁共振测井（NMR）
一、基本岩石物理性质
测井储层评价方法
Formation Evaluation by Well Logs
§2 测井解释岩石物理基础
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4
岩石物理性质及测井方法 九种常规测井方法及资料解释 地层倾角测井方法 成像测井方法
§2.1 岩石物理性质及测井方法
一、基本岩石物理性质 二、测井方法及测量信息
划分渗透层 计算Rw、Vsh
影响因素
地层体积密度
伽马射线与岩石的 判断岩性、计算孔 井眼、气、压
Compton散射
隙度、气层识别
实、未知矿物
地层含氢指数 地层纵波时差
快中子Slowingdown性质
判断岩性、计算孔 隙度、气层识别
井眼、气、泥质
判断岩性、计算 孔隙度、气层识 别、评价次生孔 隙、欠压实或高 压层识别
2）伽玛特性 Reactions of rock to photon bombardment —Compton effect, Photoelectric effect, Pair production
√ 密度测井（FDL） √ 岩性密度测井（密度/光电指数（Pe）） 3）中子特性 Rock radioactivity induced by neutron bombardment
• 符号：DT, Δt, AC • 单位：μs/ft, μs/m • 理论基础/测量方式：折射与
反射、纵波首波
• 主要应用：岩性、孔隙度、气层
识别、压实趋势/异常压力、合成 记录/地震标定、弹性模量计算/出 砂、压裂、井壁稳定性等
• 影响因素：气层能量衰减导致周
波跳跃，等等
8、 密度测井 Density Log
(Calculations of the dynamic/equivalent elastic modulus）
Vc =
泊松 比：
E ⋅ 1−σ ρb (1 + σ )(1 − 2σ )
σ
=
1 2
⎜⎝⎛ V c
V
s
⎟⎠⎞
2
−1
⎜⎝⎛Vc V s ⎟⎠⎞ 2 − 1
剪切模 量：
μ= E 2(1 + σ )
透层、评价其它测井质量、井 眼形状评价水平应力、估计固 井水泥用量等 • 影响因素：
2、 自然电位 Spontaneous Potential or Self-Potential Log
• 物理意义：井中电极和地面 参考电极间的电位。是自然
形成的非人工激发的电位。
• 符号：SP
• 单位：mv
• 成因：扩散、薄膜、过滤电 位
• 理论基础/测量方式
• 主要应用：岩性识别、划分 Diffusion Potential or Liquid-Junction Potential Membrane Potential or Shale Potential:
渗透层、计算地层水电阻 率、估算泥质含量等
扩散电位/接触电位：
薄膜电离子位扩/泥散岩，电Cl位-离/子扩扩散散吸速附度电高位于Na+离子 层状粘土矿物表面带负电，只有阳离子可以
电流流动的阻抗。深、中、浅指径向 探测深度的差别。
• 符号：ILD/RILD,LLD/RLLD;
ILM/RILM,LLS/RLLS; SFLU/MSFL/RFOC/RMLL
• 单位：ohm-m, Ω.m • 成因：主要为孔隙流体的离子导电。 • 理论基础/测量方式：最早、测量方
式种类最多。分聚焦和非聚焦；电极 法/线圈法/天线法；恒压/恒流/恒功 率；低频/高频；实部/虚部
• 主要应用：判断流体性质、分层、孔
隙度、地层水、含油饱和度等
• 影响因素：井径、泥浆、侵入、层厚
/围岩、地层水、温度、孔隙度、孔隙 结构、饱和度、润湿性、阳离子等等
7、 声速测井 Sonic Log or Acoustic log
• 物理意义：地层岩石滑行纵波的
时差，即单位距离纵波传播的时 间。
4、岩石力学性质 Mechanical properties of rocks
1）流体力学性质 Hydraulic mechanics
Fluid flow properties in porous rocks（Permeability, Pressure）
√ 电缆地层测试器（RFT、MDT）
2） 弹性力学性质 Elastic mechanics
Vs =
E⋅ 1
ρb 2(1 + σ )
杨氏模量：
E
= Vc 2 ρb
(1 + σ )(1 − 1−σ
2σ )
体积模 量：
K= E
3(1 − 2σ )
二、测井方法及测量信息
• 电法测井（电阻率、介电常数、磁导率） • 声波测井（声速、幅度、频率） • 核测井（中子、伽玛、伽玛能谱） • 核磁共振测井（原子核磁共振信息：极化、
• 符号：GR; CGR, SGR, U,Th,K • 单位：API（1/200最大差异；SLB
tools: ~10API=1ug 当量镭/公吨）
• 成因：放射性同位素衰变: 40K,232Th,
238U。
• 理论基础/测量方式：闪烁计数器和
光电倍增管
• 主要应用：岩性识别、估算泥质含
量、地层对比、沉积环境、粒度/韵 律、有机质含量、射孔等深度定位等
自然电位 SP
密度 中子
DEN RHOB
CNL NPHI
声波时差 DT/AC
单位
in或cm
API
mV g/cm3
% f
μs/ft μs/m
物理意义
井眼直径
地层天然GR放射 性强度 测量电极与地面 参考电极间的电 位
理论基础/ 测量方式
主要应用
机械式
区分岩性 井眼形状 计算固井水泥用量
区分岩性 计算泥质含量 判断放射性矿物
• 影响因素：井径、泥浆、偏心、测速
等
4-6、 深、中、浅电阻率 Resistivity Logs
SLB: 双感应(DIL)-球形聚焦(SFLU),双侧向(DLL)-微球聚焦(MSFL) ATLAS: 双感应(RDIL)-八侧向(RFOC),双侧向(RDLL)-微侧向(RMLL)
• 物理意义：地层岩石的电阻率，即对
4）岩石电阻率及其基本规律
Rw —水溶液电阻率
Ro —100%含水孔隙 岩石电阻率
Rt —含油、水两相
流体岩石电阻率
容器电阻分别为：
R
=
Rw
L A
R'
= Ro
L A
R“
=
Rt
L A
问题1：三个电阻（率）之间是什么关系？ 问题2：假设孔隙中的水溶液电阻率确定，Ro、Rt的大小主要受什么控制？基本规律是什么？
弛豫、扩散等）
• 电缆地层测试技术（压力、地层流体取样）
§2.2 常规测井方法及资料解释
• 井径； • 自然电位； • 自然伽玛； • （深、中、浅）电阻率； • 声速； • 密度（岩性密度）； • 中子。
1、 井径 Caliper Log/Logs
• 物理意义：井眼直径。 • 符号：CAL 或 CALI • 单位：in 或 cm • 理论基础/测量方式 • 主要应用：岩性识别、划分渗
√ 声速测井（BHC） √ 长源距（全波列）声波 √ 偶极子横波（DSI） √ 水泥胶结测井（CBL、VDL） √ 井下声波电视（BHTV） √ 井周声波成像（CBIL）
一、基本岩石物理性质
3、岩石的核物理性质 Nuclear properties of rocks
1）自然放射性 Natural radioactivity of rocks √ 自然伽玛测井（GR） √ 自然伽玛能谱测井（NGR）
指数/中子孔隙度。
• 符号：CNL, Nphi, Φ N • 单位：f, % • 理论基础/测量方式：快
中子与地层介质碰撞能量降 低而变成热中子，测量热中 子密度。
• 主要应用：岩性、孔隙
度、气层识别等
• 影响因素：CI等离子对热
中子的吸收等
二、九种常规测井方法
测井项目 符号
井径
CAL
自然伽码 GR
二、九种常规测井方法
测井项目
符号
微电阻率
SFLU、RFOC、 MSFL、MLL
中感应 (浅侧向)
深感应 (深侧向
ILM(RILM) LLS(RLLS)
ILD(RILD) LLD(RLLD)
单位
ohm-m Ohm-m Ohm-m
物理意义
理论基础/ 测量方式
主要应用
影响因素
井壁附近底层 电阻率
分层：分辨率 高渗透性、识 别致密层识别 裂缝
一、基本岩石物理性质
Petrophysical properties of rocks— Petrophysics
1、岩石电学性质 Electric properties of rocks （自然的和激发的 natural & induced）
1）自然电位 Spontaneous Potential √ 自然电位测井（SP） 2) 岩石电阻率/电导率 Resistivity or Conductivity of rocks √ 电阻率测井（普通电阻率、聚焦（侧向、感应）） √ 电阻率成像测井（FMI、AIT、ARI） 3）极化性 Rock polarization——介电常数ε、电容常数 √ 介电测井 √ 复电阻率测井
源岩(有机质丰度)方面的应用。 • 高阻、低阻侵入剖面形成的机制？电阻率测井径向响应特
征。 • Archie公式的由来及应用条件？ • 威利公式的由来及应用条件？ • 为什么密度、中子测井经常被组合应用？论述其物理实质及
依据？
§2.2 测井的环境 （静态和动态）
井眼环境及术语 • 泥饼 mud cake • 井眼直径 hole diameter, dh ; • 泥浆电阻率 drilling mud resistivity, Rm; • 泥浆滤液电阻率 resis. of drilling mud filtrate, Rmf; • 侵入带 invaded zone; • 侵入带直径 invasion diameter, di;
• 物理意义：地层岩石体积密
度。
• 符号：ρb, RHOB, DEN • 单位：g/cm3 • 理论基础/测量方式：伽吗
射线与地层介质的康普顿散 射。
• 主要应用：岩性、孔隙度、
气层识别、合成记录、弹性模 量计算等
• 影响因素：井径、泥饼等
9、 中子测井 Neutron Log
• 物理意Biblioteka Baidu：地层岩石含氢