地球物理测井技术研究——以声波测井为例

来源：职称驿站所属分类：物理论文
发布时间：2012-12-26浏览：78次

　　摘要：在工程地质勘察中采用钻探方法，有时由于钻探工艺和操作水平等原因，岩芯采取率很低，或者在钻探过程中，由于机械破坏作用使岩体的物理状态发生了变化，使岩芯呈砂状和碎块状，对于现场技术人员很难判断地层的真实情况，甚至于造成误判和错判，但是通过一定的手段对孔壁的物理性质进行检测，可以判断地层岩石的真实情况，声波测井就是检测钻孔内孔壁情况的一种方法。本文阐述了声波测井原理，并通过一工程实例说明声波测井在工程地质勘察中的应用。

　　[关键词]：测井,原理, 应用

　　地球物理测井，简称测井，它是应用地球物理方法划分钻孔剖面、评价地层进而解决某些地质问题的一门技术科学。按勘探对象的差异，测井分为油田测井、煤田测井、金属与非金属测井、水文与工程测井以及地基勘察测井等。

　　我国煤田测井开始于1955年，50年代中期至70年代末，煤田测井主要是模拟测井，测井参数从50年代中期的电阻率、自然电位、人工电位、电极电位和电流等电学参数，到50年代末期增加了核测井。70年代试验了三侧向、声波、选择伽玛——伽玛、双源距密度、中子测井、地层产状、连续测斜和超声成相等新方法，从而，煤田测井跨上了新的历史时代。一方面，加强单孔解释中对薄煤层和夹矸划分的研究，使煤层分层定厚的精度居世界前列，另一方面开始多孔解释，进行测井曲线的地层对比，扩大了测井资料的地质应用范围，实行了对仪器的刻度，开展了测井资料的半定量、定量分析。

　　随着科学技术的发展和煤田地质对测井技术的要求，模拟测井已不能满足当今煤田地质技术要求。80年代初，我国煤田开始引进国外数字测井技术，相继生产出适应我国煤田特点和固体矿产勘探的数字测井仪，并形成方法系列化的补偿密度组合探管电法测井探管、声波测井探管、岩性密度组合探管和地层倾角探管配套设备，为我国煤田测井数字化完成了第一次飞跃。目前，我国煤田测井采用的主要方法有：电测井方面有普通电阻率测井、侧向测井和自然电位测井;核测井方面有自然伽玛测井、双源距密度测井、选择伽玛——伽玛测井和中子测井;声波测井主要有声波测井和声幅测井等，已全部实现了测井数字化，能获取大量测井信息。声波测井由于其仪器携带方便，测试方法简单，在地质勘察中获得了广泛应用。现以声波测井工程实例说明声波测井在工程地质勘察中的应用。

　　1测试原理

　　声波测井测试原理如图所示，发射换能器(T)将声波仪发射机输出的具有一定功率的电信号转化为声信号发出后，二个接收换能器(R1和R2)则分别接收声信号转变为电信号，输入到声波仪的输入系统中。在发射点与二个接收点之间，会形成一个复杂的声场，发射出的声波经过井液射向井壁，一部分透过井壁进入岩石中(透射波)，一部分反射回来(反射波)，其中以临介角i入射这一部分则在井壁上产生滑行波，另外还有一部分直接沿井液传播(直达波)。不同的声波走时都不相同，因井液的波速小于岩石的波速，所以滑行波最先到达接收器。形成信号波形的初始起跳，一般称为"初至”。分别读出二个接收换能器初始起跳的声时，按下式即可计算岩体的纵波波速：

　　Vp=ΔL /(T2—T1)

　　其中：Vp为纵波波速，单位m/s;ΔL为二个接收换能器的跨距，单位m;T2为二号接收换能器初始起跳的声时， T1为一号接收换能器初始起跳的声时，单位s。

　　一般说来，波速的大小主要与岩石的密度、表面破碎程度、裂隙或节理发育程度以及岩石的孔隙度、胶结程度、风化程度等因素有关。

　　由现场和实验室研究表明，岩体的密度高、单轴抗压强度大则纵波波速高;岩体越致密，岩体声速越高;结构面(层面、节理、裂隙等)的存在，使得声速降低;岩体风化破碎程度大则声速低。因此，纵波波速的大小在一定程度上反映了岩体的完整性和风化程度。

　　3.工程实例

　　某高速公路大桥，一桥墩位于可溶性岩石—灰质白云岩的山间谷地中，谷地中覆盖层为红粘土厚度约6.0m，在地质钻探揭穿红粘土后，在6.1～9.3m深度中，岩芯呈砂状和碎块状，9.3～18m岩芯完整，呈长柱状。这种情况对于6.1～9.3m段地质情况判断造成困难。为了探明该段内的地质情况，技术人员决定采用中国科学院武汉岩土力学研究所生产的RSM-SY5型声波检测仪，换能器为单孔圆管径向式，资料用RSMSY5声波仪检测程序进行分析处理。

　　通过对该钻孔的声波测试， 6.1～9.3m段声波速度最高为6000m/s，最低为4200 m/s，平均5500 m/s，而9.3～18m段声波速度最高为6500m/s，最低为4500 m/s，平均5600 m/s。两段内声波速度相差不大，据此可以判断，6.1～9.3m段岩芯破碎是由于钻探机械原因而造成的，地下岩体基本完整，此段可以作为基础的持力层。后来施工时根据现场开挖结果表明，该桥墩下6.1～9.3m段为完整基岩，与原来判断情况一致。

　　4.声波测井缺点

　　声波测井作为勘察的一种手段，由于其便捷性和操作简单性获得较为广泛的应用。但是，就像任何事物都具有两面性一样，声波测井也有自己的局限性，首先它的探头要有媒质和孔壁接触，在平常就选用水作为这种媒质材料。如果在岩体节理裂隙发育的岩体钻孔中进行声波测试，这时由于钻孔漏水而使孔内无水，孔中没有探头与孔壁连接的媒质物体，这就使得声波测井不能进行，虽然有时可以注水进行测量，但是由于受水流的影响，测试数据的可靠性就会降低。再者，声波测井只能是测试孔壁的岩体的完整程度，但是对于岩体的完整程度却没有办法测量，当然，这个缺陷也可以通过跨孔声波测试来克服。其次，声波数据还受孔壁光滑程度等成孔质量因素影响，使得测试数据有一定的偏差。

　　5.小结

　　煤田测井的数字化，可以提供更多的地质信息，使用好数字测井系统，是测井数字化的关键，另外，熟练掌握测井基本原理与相关知识，也是完成数字测井的前提，新型数字测井系统更是推动煤田测井数字化进展的动力。声波测井作为一种勘察方法，由于其所无可比拟的优点，在工程地质勘察中获得了广泛的应用，本文从声波测井的测试原理出发，通过工程实例对声波测井在地质勘察中得应用，同时又对声波测井的缺点做了阐述，使读者对声波测井有一个基本全面的认识，对于推广声波测井在勘察中的应用起到推到作用。

　　参考文献：

　　1、张凤威《煤田地球物理测井》 1981年，煤炭工业出版社《中国煤田地球物理勘探》1981年，煤炭工业出版社

　　3、陈仲候《工程与环境物探》 1993年，地质出版社

《地球物理测井技术研究——以声波测井为例》

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