声波测井声速测井
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=21•V1/(2•V2+1•V1)
入射角=0°，T+R=1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四 波阻抗、声耦合率
(1)波阻抗Z
Z=波的传播速度×介质的密度=V• (2)声耦合率
两种介质的声阻抗之比：Z1/Z2
Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，R大，T小， 声波不易从介质1到介质2中去。 Z1/Z2越接近1，声耦合越好，R小，T大，声 波易从介质1到介质2中去。
VS
E
2(1)
当=0.25，VP/VS=1.73, E VP(S)
(2) 传播速度与岩性的关系
岩性不同
弹性模量不同
VP、VS的影响
不同
VP、VS不同
(3) 孔隙度的影响 流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲， 即使岩性相同，其中的流体也不同。孔隙度增大， 传播速度就降低。
(4)岩层的地质时代影响
J： 声波经过L距离后的声强 J0： 初始声强 ：介质的吸收系数
下降 V下降 增加 频率增加 增加
2 单发双收的测量原理
(1) 产生滑行波的条件(V地>V泥浆) 产生滑行波的过 程是可逆的
(2) 到达接收探头的波类
➢折射纵波 ➢反射波 ➢泥浆波(直达波)
(3)滑行纵波首先到达接收探头 因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V地大于V泥，如 果合理选择源距可以使纵波首先到达接收探头，而成 其为首波。
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
白云岩（骨架）
7900
4400
11º41´
21º19´
钢
管
5400
3100
17º41´
31º04´
三 反射系数、折射系数（R、T）
反射系数R： R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量
=(2•V2-1•V1)/(2•V2+1•V1) 折射系数T： T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播 速度越快。
(5) 岩层的埋藏深度影响
岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。
结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
3 岩层的声幅特性
平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的能量与
其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声波能量的
高低。
J= J0e-2L
井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井 壁（井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射； 一部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由 于井壁地层是固相介质，因而，折射进入地层 的声波可能转换成为折射纵波和折射横波。
井内泥浆声速C1<井壁岩层声速C2，→折射 角大于入射角。 对声波测井来讲，对接收到的声波信号有贡 献的只是折射角等于90º的折射波，即折射后 沿井壁“滑行”的折射纵波和折射横波。
常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
介质名称
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
③ 当R1和R2都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时 增加或下降，或不变。
2 岩层厚度的影响
(1) 厚层（h>l间距),曲线的半幅点为层界面,曲线幅 度的峰值为时差。
(5)输出的测井曲线 (一条声波时差曲线)
时差 s/m
二 影响时差的因素
1 井径的影响
① R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波 到达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差 下降。
② R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波 到达R1的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差 增加。
第四章 声波速度测井
声波速度测井是测量井下岩石地层的声波传播 速度（或时差），以判断井剖面地层的岩性， 估算储集层孔隙度的测井方法。
声波速度测井是岩性－孔隙度测井系列中的主 要测井方法之一。
声波速度测井所记录的地层声速一般是指地层 纵波的速度（或时差）。
第一节 声波在井壁上的折射与滑行波
第二节 声波速度测井
一 单发双收的测量原理 1 声系
T：发射探头－电能转化为声能。 R：接收探头－声能转化为电能；
声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特性
井筒
TA
源 距
间 距
R1 O
R2
井壁
B C
记录点O
D
2 岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
VP
E(1) (1)(12)
惠更斯原理 介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称 为子波源；可认为每个子波源都可以向各个方向发 出微弱的波，称为子波；这种子波是以所在介质的 声波速度传播的，新的波前就是由这些子波相互叠 加而形成的，这些子波所形成的包络决定了新的波 前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯原理，利用已 知的波前可求得后来时刻的波前。
费尔马原理 一般声波在均匀各向同性、完全弹性的无限 大介质中传播时，它经过空间任意两点时， 是沿着这两点所决定的直线传播的。然而， 理论和实验证明，在不均匀介质中，若各向 异性介质，声波并不沿直线传播，这时声波 在传播时遵循何种规律呢？
费尔马原理：声波在一般介质中传播时，所经过的 任意两点的传播路径满足所用时间最小的传播条件， 这就是费尔马时间最小原理，这一原理是从光波动 学中借鉴而来的。在介质的声学性质已知的情况下， 可以根据费尔马原理来确定声波在经过介质的任意 两点时所走的路径，还可以确定声波的走时，即声 波经过这两点时所用的时间。
一 折射波与临界角
二 产生滑行波的条件
折射定律:
Sin VP1 Sin1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90°时产生滑行纵波
第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2)
同理可得出:当折射产生横波时有
Sin Sin2
VP1 VS2
第二临界角:2* = arcsin(VP1/VS2)
(4)时差的表达式 时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间
t t2 t1 (A v 1 B v2 D D v 1) F (A v 1 B v2 C v 1)E
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
t BDBCCD v2 v2
显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速成反 比。时差的单位：s/m。
入射角=0°，T+R=1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四 波阻抗、声耦合率
(1)波阻抗Z
Z=波的传播速度×介质的密度=V• (2)声耦合率
两种介质的声阻抗之比：Z1/Z2
Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，R大，T小， 声波不易从介质1到介质2中去。 Z1/Z2越接近1，声耦合越好，R小，T大，声 波易从介质1到介质2中去。
VS
E
2(1)
当=0.25，VP/VS=1.73, E VP(S)
(2) 传播速度与岩性的关系
岩性不同
弹性模量不同
VP、VS的影响
不同
VP、VS不同
(3) 孔隙度的影响 流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲， 即使岩性相同，其中的流体也不同。孔隙度增大， 传播速度就降低。
(4)岩层的地质时代影响
J： 声波经过L距离后的声强 J0： 初始声强 ：介质的吸收系数
下降 V下降 增加 频率增加 增加
2 单发双收的测量原理
(1) 产生滑行波的条件(V地>V泥浆) 产生滑行波的过 程是可逆的
(2) 到达接收探头的波类
➢折射纵波 ➢反射波 ➢泥浆波(直达波)
(3)滑行纵波首先到达接收探头 因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V地大于V泥，如 果合理选择源距可以使纵波首先到达接收探头，而成 其为首波。
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
白云岩（骨架）
7900
4400
11º41´
21º19´
钢
管
5400
3100
17º41´
31º04´
三 反射系数、折射系数（R、T）
反射系数R： R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量
=(2•V2-1•V1)/(2•V2+1•V1) 折射系数T： T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播 速度越快。
(5) 岩层的埋藏深度影响
岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。
结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
3 岩层的声幅特性
平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的能量与
其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声波能量的
高低。
J= J0e-2L
井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井 壁（井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射； 一部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由 于井壁地层是固相介质，因而，折射进入地层 的声波可能转换成为折射纵波和折射横波。
井内泥浆声速C1<井壁岩层声速C2，→折射 角大于入射角。 对声波测井来讲，对接收到的声波信号有贡 献的只是折射角等于90º的折射波，即折射后 沿井壁“滑行”的折射纵波和折射横波。
常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
介质名称
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
③ 当R1和R2都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时 增加或下降，或不变。
2 岩层厚度的影响
(1) 厚层（h>l间距),曲线的半幅点为层界面,曲线幅 度的峰值为时差。
(5)输出的测井曲线 (一条声波时差曲线)
时差 s/m
二 影响时差的因素
1 井径的影响
① R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波 到达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差 下降。
② R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波 到达R1的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差 增加。
第四章 声波速度测井
声波速度测井是测量井下岩石地层的声波传播 速度（或时差），以判断井剖面地层的岩性， 估算储集层孔隙度的测井方法。
声波速度测井是岩性－孔隙度测井系列中的主 要测井方法之一。
声波速度测井所记录的地层声速一般是指地层 纵波的速度（或时差）。
第一节 声波在井壁上的折射与滑行波
第二节 声波速度测井
一 单发双收的测量原理 1 声系
T：发射探头－电能转化为声能。 R：接收探头－声能转化为电能；
声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特性
井筒
TA
源 距
间 距
R1 O
R2
井壁
B C
记录点O
D
2 岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
VP
E(1) (1)(12)
惠更斯原理 介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称 为子波源；可认为每个子波源都可以向各个方向发 出微弱的波，称为子波；这种子波是以所在介质的 声波速度传播的，新的波前就是由这些子波相互叠 加而形成的，这些子波所形成的包络决定了新的波 前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯原理，利用已 知的波前可求得后来时刻的波前。
费尔马原理 一般声波在均匀各向同性、完全弹性的无限 大介质中传播时，它经过空间任意两点时， 是沿着这两点所决定的直线传播的。然而， 理论和实验证明，在不均匀介质中，若各向 异性介质，声波并不沿直线传播，这时声波 在传播时遵循何种规律呢？
费尔马原理：声波在一般介质中传播时，所经过的 任意两点的传播路径满足所用时间最小的传播条件， 这就是费尔马时间最小原理，这一原理是从光波动 学中借鉴而来的。在介质的声学性质已知的情况下， 可以根据费尔马原理来确定声波在经过介质的任意 两点时所走的路径，还可以确定声波的走时，即声 波经过这两点时所用的时间。
一 折射波与临界角
二 产生滑行波的条件
折射定律:
Sin VP1 Sin1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90°时产生滑行纵波
第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2)
同理可得出:当折射产生横波时有
Sin Sin2
VP1 VS2
第二临界角:2* = arcsin(VP1/VS2)
(4)时差的表达式 时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间
t t2 t1 (A v 1 B v2 D D v 1) F (A v 1 B v2 C v 1)E
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
t BDBCCD v2 v2
显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速成反 比。时差的单位：s/m。