Ri>Rt高侵水层
（3）多井剖面资料可进行勾画构造形态，确定断层类型及超覆现象等。
最后，我们通过测井资料综合解释，对储层进行评价
主要分为四个方面：
孔隙度：
岩石储集流体的空间
渗透率：
流体通过岩石流入井内的能力
饱和度：
岩石中各种流体的相对含量
有效厚度：
储层评价及计算储量的重要参数
孔隙度Φ
<10左右
干层
D
孔隙度Φ
15—30
含油饱和度
So
>50
油层
O
40~50
油水同层
OW
30~40
含油水层
W（O）
<30
水层
W
声波在不同介质中传播时,速度有很大差别,而且声波幅度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的.声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法.声波是近年来发展较快的一种测井方法.由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、井下声波电视（BHTV）、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等.特别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来,在解决地下地质构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、判断储集层中流体的性质方面,使声波测井成为结合测井和物探的纽带,有着良好的发展前景.
一、声场描述的基本物理量在声波传播过程中的某一瞬时,由于声波传播在介质中造成的压力称为声压（其实是压强）,用p来表示单位为微帕.声波在某一单位时间内,沿其传播方向通过波阵面所传递的能量称为声功率,用W表示,单位为微瓦（）.在声波传播的波阵面上,单位面积上声功率的大小称为声强,声强通常用J表示,单位为W/m2.
§8.1声波测井的物理基础
声波是物质的一种运动形式,它由物质的机械振动产生,通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播,而质点与质点有弹性相互联系着.所以声波在物质中的传播与物质的弹性密切相关.
为了说明声压和声强的数学关系,先讨论由于声压引起的介质质点振动速度.设在和声波传播方向垂直的方向上有一密度为的介质薄层,其厚度为,面积为,如P268图8-1所示.在薄层左侧面上,存在作用力;在其右侧面上,由于声波在介质中传播了以后,声压变化为（为负值）,因而对此体积元右侧面的作用力为:
所以该薄层沿其传播方向运动的作用力为:
即:
根据牛顿第二定律,此力等于薄层的质量和其加速度的乘积,所以有:
两边化简并对时间积分,有:
1）为积分常数,当没有声压作用时（t=0）,薄层的运动速度为零,故,则:
在一般情况下,声压为一正弦变化量,按波动方程的解,距声源为处某点的声压可以写成:
2）其中:
为声波振动的角频率,为声压幅度,为介质中的声速（不同于质点的振动速度表示在距声源处,振动过程要比声源滞后.
上式的物理意义是:
在理想介质中（声波在其中传播不损失能量）,在时刻,距离声源处的某点的声压,是重复声源处时刻的声压值.对
（2）式求导得:
将上式代入
（1）式中可得:
或者上式的物理意义可以作电学类比,相当于"电压",质点振动速度相当于"电流强度",相当于"电阻抗",因此称之为波阻抗或声阻抗.得到介质质点振动速度表达式后,考虑作用在薄层移动距离时所做的功,单位时间内所做的功即为声功率,而单位面积上的声功率即为声强.所以:
而,所以从上式可以看出声强和声压的平方成正比.声场中,单位体积内的声能量称为声能量密度,并用表示.假定声速为,而单位体积内的声场能量为,则在单位时间内通过波阵面的单位面积上的能量显然等于按声强的定义,单位面积上、单位时间内通过的声能量即为声强度,所以:
受外力作用发生形变,外力取消后,恢复到原来状态的物体叫弹性体.而当外力取消后不能恢复其原始状态的物体叫塑性体.一个物体是弹性体还是塑性体,不仅和物体本身的性质有关,而且和物体所处的环境有关（温度,压力等）及外力的特点（外力作用形式,时间和大小）有关.一般说外力小、作用时间短,物体表现为弹性体.声波测井发射的声波能量较小,作用在岩石上的时间也短,所以对声波测井来讲,岩石可看作弹性体.因此研究声波在岩石中的传播规律,可以应用弹性波在物质中的传播规律.可用杨氏模量（纵向伸长系数）、泊松比和拉梅系数等物理量来描述物质的弹性.
二、岩石的弹性
三、岩石的声波速度声波在介质中传播,传播方向和质点振动方向相互一致的称为纵波,而传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波.纵波和横波的传播速度vp、vs与弹性参数有如下关系:
（3）:
杨氏模量;:
泊松比;:
介质密度;:
拉梅系数.同一介质中:
由于大多数岩石的泊松比为0.25,所以在岩石中的纵横波速度之比约为1.73.由（3）式知道声波速度随岩石的弹性加大而增大,但不会随岩石密度的加大而减小,因为E和还有关系,并且大部分情况随着的增大,E有更高级次的增大,所以增大,岩石的声速一般是增大的.
对沉积岩来说,声速除与上述基本因素有关外,还与岩性、岩石的结构及地层的埋藏深度,地质时代有关.四、岩石的声波幅度声波按其在介质中传播时的波阵面形状,可以简单分为球面波、柱面波及平面波,及声波的波阵面为球面、柱面和平面.在声波以球面波和柱面波的形式传播时,随着传播距离的增大,波阵面的几何形状将发生扩展,而在声波以平面的形式传播时,波阵面的几何形状及面积不发生改变.设声源在井下发射的总声功率为W,但是对接收到的首波信号有贡献的只是和井壁法线成临界角方向的那一部分.记为声源发出的和井壁法线成角方向的全部声功率,并假设这些声波都是由声源中某一等效声源中心发出来的,可以把声源当作点声源来处理,所发出的声波可以看成是某种"球面波".与井壁法线成角方向入射的声波和井壁的交点的轨迹是一个圆,如P270图8-3所示.可采用这种简化的方法来讨论声波在传播过程中的衰减及能量发散.
声波在岩石中传播,能量（与幅度的平方成正比）会发生衰减,一是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减,一是因为介质对声波能量的吸收而产生的衰减.1.声波在传播过程中能量的分散先假设声波在介质中传播时,介质不吸收声波,此时声波在传播时,由于其波阵面的几何扩展,能量将有规律地在空间中分散.设声波以球面波的形式传播,并记某一时刻,声波从等效声中心（声源）传播到距等效声源为r的某处,此时声波的波阵面是以声源为球心,r为半径的球面.若声源发出的总功率为W,则由声强的定义有:
从上式可以看出,对球面波来说,随着传播距离的增加,波阵面上的声强按平方规律衰减.
对于柱面波,若柱状声源长度为,圆柱波阵面的半径为,声源声功率为,则波阵面上的声强为:
对于平面波,因为在传播过程中,波阵面的几何形状不发生扩展及改变,所以其声强不随传播距离的增加而变化.按前面所述条件的等效和简化情况,在与井壁法线成角的方向上,声强变化为:
要说明的是,这种等效的"球面波"和通常的球面波不同.通常球面波向各个方向发射的声波能量是相同的,即W和无关,而这种等效"球面波"向某一方向（例如沿与井壁法线成角方向）发射的能量是因为方向而异的,并且取决于探头的指向角特性.但是对等效条件作了严格的规定和说明以后,这样一种等效是允许的.
2.声波在介质中的吸收假设声波在介质中传播时,波阵面不发生几何扩展,即波阵面为平面（平面波）,在这样的条件下,讨论介质的对声波的吸收.介质对声波的吸收与声波在介质中的传播距离成正比地增加,设声波在平面波形式传播了距离后,声压降低了,则可以写成:
或负号表示随传播距离的增加,声压降低.定义为介质对声波的吸收系数,或称为声波在介质中的衰减系数.在均匀各向同性介质中,为一常数.对上式积分可得:
积分常数A由初始条件确定,当时,所以:
考虑到前面采用声强作为声场的基本物理量,并因为接收探头接收到的信号和作用在接收探头表面上的声强成正比,因此需要将声压变化的表达式变换为声强的表达式.因为:
所以,其中上式即为介质中由于声能被吸收而使声强变化的表达式,J为距离传播起始点为处的声强.并且上式仅对平面波才成立此时波阵面不随传播距离的增加而扩展,即只有当声波以平面波的形式传播的条件下,声波能量的衰减才仅由介质的吸收引起.但井下声波发射探头发出的声波在井眼中传播时不能作为平面波来处理,即需要考虑介质对声波的吸收,还需要考虑到在传播过程中,由于波阵面的几何扩展造成的能量分散.由前面的讨论可知,对接收的信号有贡献的部分可以看成是以探头内某点为等效声中心,发出的声功率为的球面波.
在井壁附近,沿与井壁法线成角的方向上,若传播距离为,则在此点的声强为:
上式即为声波发射探头发出的声波在泥浆中传播时声强衰减的完整表达式.现在的问题是:
在井眼条件下,介质对声波的吸收,与由于波阵面的几何扩展,对声波能量的分散究竟有多大影响.介质对声波吸收的物理过程是一部分声能量克服介质的内摩擦,以维持声波在介质中的传播,并转换为介质的热能.对于水及与水相近的液体介质,声波的吸收系数可由下式表示:
分别为流体介质的粘滞性系数、密度及声速,为声波的角频率,对于声波测井常用的声信号,
从上式可以看出,吸收系数与介质的密度成反比,与介质中声波传播速度的三次方成反比,即在低速介质中声波的吸收比在高速介质中的吸收要显著.介质对声波的吸收和声波的频率（或角频率）的平方成正比,即高频声波信号在介质中传播时衰减得更快.吸收系数与介质的粘滞性系数成正比,但只有当声波的频率不很高时,才可以作为常数处理,在声波信号的频率极高时,将随频率的增加而发生改变.以上关于流体介质对声波的吸收的讨论,只考虑到介质对声波的吸收是由于内摩擦或介质的粘滞性所引起的,介质对声波的吸收还与介质的导热性有关.由于热传导,在介质中由于声波传播造成的压缩部分和稀薄部分之间产生热交换,也会引起声波能量减小,但此吸收是很小的,以致在考虑流体对声波能量的吸收时,可以将其忽略不计.在井眼中,声信号强度的衰减主要是由于声波在传播过程中波阵面的几何扩展引起的.在不考虑介质对声波的吸收的前提下,若从探头到井壁,声波传播的距离增加一倍时,则到达井壁时,声波信号的强度减小4倍.此时,由于波阵面扩展引起的能量分散是不能忽略的.
一、井孔中射线声学方法射线声学是研究波的波前或者波阵面的空间位置与其传播时间的关系的学科,又称为几何声学.与几何光学相对应,都是利用波前、射线等几何图形来描述波的运动过程和规律.在声波测井中,一般在作定性分析时,大多采用射线声学理论或几何声学理论.射线声学对于了解声波在井内传播的路径和走时是非常有用的.但是,由于射线声学理论是波动理论的一种近似,因此它有特定的使用范围,即声波波长与模型的几何尺寸相比非常小时才适用.在实际声波测井中,当声源的发射主频为20kHz时或更低时,如果假定取井内流体的波速为1500m/s,那么此时声波的最小波长为0.075m,而井径一般为0.1m.由此可见,射线理论并不能完全适用于声波测井,因而也不能完全解释井内所传播的所有波型.
§8.2裸眼井中的声波
1.费马原理和惠更斯原理
（1）费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?
费马原理是说,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.费马原理在讨论分区均匀介质中任意两点的声波的传播时是很方便的,因此可以利用它来分析井内所传播的波.
（2）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;可以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.2.井内传播的波
（1）流体直达波所谓流体直达波,即是由声源出发,经过井内流体而直接到达接收器的波.这种波也是声源的入射波.直达波是直接从声源发出而到达接收器或观测点的,它不受周围不连续区域的影响.事实上,某一点的声场是由直达波场（或入射波场）与反射波场叠加而成的,这种波显然符合费马原理.
（2）滑行纵波和滑行横波滑行波在勘探地球物理界又称为首波,而在声学界称之为头波和旁侧波.它是声波在特定入射条件下,以折射区的波速在折射区靠近界面传播的波.1）滑行纵波当声波由一种介质向另一种介质传播时,在两种介质形成的界面上,将发生声波的反射和折射,如下图所示:
入射线反射线12折射线
入射波能量一部分被界面反射,另一部分透过界面在第二介质中传播.反射波的幅度取决于两种介质的声阻抗.两种介质的声阻抗之比叫声耦合率.介质1和介质2声阻抗差越大,声耦合率越差,声能量就不易从介质1传到介质2中去.通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小.如果两介质声阻抗相近,声耦合的好,声波几乎都形成折射波通过界面在介质2中传播,这时反射波的能量就非常小.根据费马原理,入射角和反射角相等,而入射角和折射角
该声系可采用四种记录方式,T1R1、T1R2、T2R1和T2R2,也就是说该声系可组合成源距不同的四种单发...1、基本原理CBL下井仪器如图所示,采用单发单收声系,源距为3ft（0.91m）.可以近似认为,发射换能器
声波测井
声波在不同介质中传播,速度有很大差别,而且声波幅度的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的.声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法.
声波是近年来发展较快的一种测井方法.由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井,变密度测井、井下声波电视BHTV、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井（包括偶极子横波成像仪DSI）,如井周声波成像测井CBIL,超声波井眼成像仪等.特别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来,在解决地下地顶构造,判断岩性,识别压力异常层位,探测和评价裂缝,判断储集层中流体的性质方面,使声波测井成为结合测井和物探的纽带,有着良好的发展前景.
第一节岩石的声学特性
声波是物质的一种运动形式,它由物质的机械振动产生,通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播,而质点与质点有弹性相互联系着.所以声波在物质中的传播与其弹性密切相关.岩石的弹性受外力作用发生形变,外力取消后,恢复到原来状态的物体叫弹性体.而当外力取消后不能恢复其原始状态的物体叫塑性体.一个物体是弹性体还是塑性体,不仅和物体本身的性质有关,而且和物体所处的环境有关（温度,压力等）及外力的特点（外力作用形式,时间和大小）有关.一般说外力小作用时间短,物体表现为弹性体.
声波测井发射的声波能量小,作用在岩石上的时间也短,所以对声波测井来讲,岩石可看作弹性体.因此研究声波在岩石中的传播规律,可以应用弹性波在物质中的传播规律.
可用杨氏模量（纵向伸长系数）,泊松比和拉梅系数等物理量来描述物质的弹性.
一.岩石的声波速度
声波在介质中传播,传播方向和质点振动方向相互一致的称为纵波,而传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波.纵波和横波的传播速度vp,vs与弹性参数有如下关系:
Vp=……Vs=
E:
杨氏模量:
泊松比:
物质密度:
拉梅系数
同一介质中,
由于大多数岩石的泊松比为0.25,所以在岩石中的纵横波速度之比约为1.73.由
（1）式知道声波速度随岩石的弹性加大而增大,但不会随岩石密度的加大而减小,因为E和还有关系,并且随着的增大,E有更高级次的增大,所以增大,岩石的声速是增大的.
对沉积岩来说,声速除与上述基本因素有关外,还与岩性,岩石的结构及地层的埋藏深度,地质时代有关.
三、岩石的声波幅度
声波在岩石中传播,能量（与幅度的平方成正比）会发生衰减,一是因为内摩擦原因造成热能损失而产生的衰减,一是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减.前者衰减的大小和岩石的密度以及声波的频率有关.密度小声速低,声能衰减大,声波幅度低（声波频率高,声波幅度衰减大）.所以通过声波幅度的衰减可以了解岩层的特点或固井质量.
声波由一种介质向另一种介质传播,在两种介质形成的界面上,将发生声波的反射和折射,如土图所示:
入射线反射线
2折射线
入射波能量一部分被界面反射,另一部分透过界面在第二介质中传播.反射波的幅度取决于两种介质的声阻抗.所谓声阻抗（z）就是介质密度和声波在该介质中传播速度的乘积.
Z=.v
两种介质的声阻抗之比z1/z2叫声耦合率.介质1和介质2声阻抗差越大,声耦合率越差,声能量就不易从介质1传到介质2中去.通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小.如果两介质声阻抗相近,声耦合的好,声波几乎都形成折射波通过界面在介质2中传播.这时反射波的能量就非常小.
第二节声波速度测井
声波在声阻抗不同的两种介质的界面上传播时发生的折射和反射符合Snell定律,即反射和折射定律,折射定律可表示为:
sina/sin=v1/v2,v1,v2分别为介质1和介质2的声波速度.
因为v1,v2对一定的介质是固定值,所以随着入射角增大,折射角增大,在v2&g
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