声速测井在袁店井田地质勘探中的应用

摘 要：声速测井是利用探头发射声波，由于地层岩层不同导致传播速度不同的测井方法。声速测井解决了一些煤田勘探中遇到的困难，为煤田勘探提供可靠的测井资料。声速测井是以不同岩层声音的传播特性为基础的测井方法。通过声波在地层中传播的速度特征来划分地层、判断地層和裂缝、确定岩层孔隙度、估计地层异常压力、确定断层等一些地层的地质问题。

关键词：测井曲线；声速测井；勘探

1 声速测井的原理

声速测井是利用在不同的岩石和流体中声波传播速度不同的特性进行的一种测井方法。通过放入井中的发射探头和接收探头，记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差，所以声速测井也叫时差测井。声波是物质的一种运动形式，是近年来发展较快的测井方法。普通声波的频率是20～20000Hz，声速测井用到的声波频率为20000～30000Hz，介于普通声波和超声波之间。声波通过岩层时，其速度、波长、幅度有时甚至频率都会发生变化，也就是声音在岩层中的机械振动。目前测井中常用的是声波速度和幅度这两个特征。

声波速度测井简称声速测井，测量地层滑行波的时差△t（地层纵波速度的倒数，单位是μs/m或μs/ft）。这种测井仪器包括三个主要部分：声系、电子线路和隔声体。声系是由一个发射换能器T和一个接收换能器R组成，其中，发射器和接收器之间的距离称为源距，声波测井声系的最小源距为1米。由电子线路发出脉冲电信号，触发发射器T发射声波，接收器R用于接收声波信号，并将其转换为电信号，从而测井数据。

测井时井内存在以下几种波：（1）反映地层滑行纵波的泥浆折射波；（2）井内泥浆直达波；（3）井内一次及多次反射波。通过对仪器合理的设计，确保在所有地层中，首波就是地层纵波。使声波接收器记录首波到达的时间，根据首波到达的时间，确定首波的传播速度。

2 声速测井的影响因素

2.1 探头的影响

声速测井探管主要是通过把声转换为电的形式来发生声波的，由其所发射的声波都是频率为24000Hz、15次/每秒。目前我国煤田测井由于孔径小，发射器一般选用Φ42×Φ37×Φ35径向激化锆钛酸铝，接收器一般采用Φ42×Φ37×Φ35切向激化锆钛酸铝。

2.2 周波跳跃

在声速测井过程中，有些地层对声波幅度具有严重的衰减作用，致使第二道首波幅度因为明显减小而不能被触发记录，相位明显滞后，触发记录的首波有时在第二个，甚至后面的续至波触发记录，造成记录的时差明显大于实际岩层。更加严重的是，当第二道首波被第二周或者推延周之后的幅度峰所触发，时差是按照声波信号的周期成倍增加，这种现象称为周波跳跃，它可以作为裂缝储层和识别气体的标志。

引起周波跳跃的实质是首波在两个接收器之间发生严重衰减，在测井工作中有可能出现周波跳跃的情况有：（1）破碎带或含气裂

缝带；气层压力大，含气的砂岩；井径扩大岩盐层，以及泥浆被气体侵入时等。（2）发射功率较小或者间距较大，但这一点一般在仪器设计时就会提前考虑到。

2.3 源距和间距影响

源距的影响有源距长探测岩层深，源距短探测岩层浅，破碎带影响大，但也有考虑衰减的影响。如表1源距与探测深度关系。

间距的影响包括间距的大小对曲线测量精度、准确性的影响（相对误差、幅度衰减引起的周波跳跃，对分层能力的影响）。

当间距小于岩层的厚度时，测量得到的声波时差反映的是岩层时差；而当间距比岩层厚度小时，测量时差得到的是岩层的围岩时差的混合值。

3 声速测井的作用

3.1 划分地层岩性、判断破碎带

在不同的岩性中声波的传播速度是不同的，在泥砂岩地层中，砂岩的声波传播速度快，时差曲线值低，泥质砂岩、泥岩、粘土的声波传播速度逐步降低，时差值逐步增大。在碳酸盐地层中，完整的石灰岩声波传输速度最高，白云岩次之，但随着它们中泥质含量的增加，传播速度逐步降低，时差逐渐增大。如果石灰岩的空隙度越大、破碎带或者裂隙越发育，声波传播速度就会越低，时差越大，甚至还会产生周波跳跃。

3.2 判断煤层

声速测井曲线与其他测井曲线相互参照可以用以判断煤层。由于煤层的密度比砂岩、泥岩低，所以其传播速度低于砂岩、泥岩，在煤层段时差曲线会呈现较高异常反映，如图2的△t曲线。

4 结束语

在目前煤田地质勘探中，声速测井主要是通过声波在不同介质中传递速度不同的这一特性来测定并对煤矿进行分析，随着科技水平的不断提升和进步，声速测井已经发展为我国煤田勘探中所使用的主要方式，能够通过声波测量的方式来检测地层状态，从而实现对煤田的煤层、岩层等地质结构进行划分的目的。

参考文献

[1]沈建国.声波测井原理与技术[M].北京：石油工业出版社，2009.

[2]章成广，江万哲，潘和平.声波测井原理与应用[M].北京：石油工业出版社，2009.

[3]王佩珠，许开君.电路与模拟电子技术[M].南京：南京大学出版社，1996.

[4]田秋生，王铁利.声速测井在煤田地质勘探中的应用[J].煤炭技术，2005.

作者简介：程明远（1989-），男，助理工程师。