聲速測井在袁店井田地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

摘 要：聲速測井是利用探頭發(fā)射聲波，由于地層巖層不同導(dǎo)致傳播速度不同的測井方法。聲速測井解決了一些煤田勘探中遇到的困難，為煤田勘探提供可靠的測井資料。聲速測井是以不同巖層聲音的傳播特性為基礎(chǔ)的測井方法。通過聲波在地層中傳播的速度特征來劃分地層、判斷地層和裂縫、確定巖層孔隙度、估計地層異常壓力、確定斷層等一些地層的地質(zhì)問題。

關(guān)鍵詞：測井曲線；聲速測井；勘探

1 聲速測井的原理

聲速測井是利用在不同的巖石和流體中聲波傳播速度不同的特性進(jìn)行的一種測井方法。通過放入井中的發(fā)射探頭和接收探頭，記錄聲波從發(fā)射探頭經(jīng)地層傳播到接收探頭的時間差，所以聲速測井也叫時差測井。聲波是物質(zhì)的一種運(yùn)動形式，是近年來發(fā)展較快的測井方法。普通聲波的頻率是20～20000Hz，聲速測井用到的聲波頻率為20000～30000Hz，介于普通聲波和超聲波之間。聲波通過巖層時，其速度、波長、幅度有時甚至頻率都會發(fā)生變化，也就是聲音在巖層中的機(jī)械振動。目前測井中常用的是聲波速度和幅度這兩個特征。

聲波速度測井簡稱聲速測井，測量地層滑行波的時差△t（地層縱波速度的倒數(shù)，單位是μs/m或μs/ft）。這種測井儀器包括三個主要部分：聲系、電子線路和隔聲體。聲系是由一個發(fā)射換能器T和一個接收換能器R組成，其中，發(fā)射器和接收器之間的距離稱為源距，聲波測井聲系的最小源距為1米。由電子線路發(fā)出脈沖電信號，觸發(fā)發(fā)射器T發(fā)射聲波，接收器R用于接收聲波信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，從而測井?dāng)?shù)據(jù)。

測井時井內(nèi)存在以下幾種波：（1）反映地層滑行縱波的泥漿折射波；（2）井內(nèi)泥漿直達(dá)波；（3）井內(nèi)一次及多次反射波。通過對儀器合理的設(shè)計，確保在所有地層中，首波就是地層縱波。使聲波接收器記錄首波到達(dá)的時間，根據(jù)首波到達(dá)的時間，確定首波的傳播速度。

2 聲速測井的影響因素

2.1 探頭的影響

聲速測井探管主要是通過把聲轉(zhuǎn)換為電的形式來發(fā)生聲波的，由其所發(fā)射的聲波都是頻率為24000Hz、15次/每秒。目前我國煤田測井由于孔徑小，發(fā)射器一般選用Φ42×Φ37×Φ35徑向激化鋯鈦酸鋁，接收器一般采用Φ42×Φ37×Φ35切向激化鋯鈦酸鋁。

2.2 周波跳躍

在聲速測井過程中，有些地層對聲波幅度具有嚴(yán)重的衰減作用，致使第二道首波幅度因為明顯減小而不能被觸發(fā)記錄，相位明顯滯后，觸發(fā)記錄的首波有時在第二個，甚至后面的續(xù)至波觸發(fā)記錄，造成記錄的時差明顯大于實(shí)際巖層。更加嚴(yán)重的是，當(dāng)?shù)诙朗撞ū坏诙芑蛘咄蒲又苤蟮姆确逅|發(fā)，時差是按照聲波信號的周期成倍增加，這種現(xiàn)象稱為周波跳躍，它可以作為裂縫儲層和識別氣體的標(biāo)志。

引起周波跳躍的實(shí)質(zhì)是首波在兩個接收器之間發(fā)生嚴(yán)重衰減，在測井工作中有可能出現(xiàn)周波跳躍的情況有：（1）破碎帶或含氣裂

縫帶；氣層壓力大，含氣的砂巖；井徑擴(kuò)大巖鹽層，以及泥漿被氣體侵入時等。（2）發(fā)射功率較小或者間距較大，但這一點(diǎn)一般在儀器設(shè)計時就會提前考慮到。

2.3 源距和間距影響

源距的影響有源距長探測巖層深，源距短探測巖層淺，破碎帶影響大，但也有考慮衰減的影響。如表1源距與探測深度關(guān)系。

間距的影響包括間距的大小對曲線測量精度、準(zhǔn)確性的影響（相對誤差、幅度衰減引起的周波跳躍，對分層能力的影響）。

當(dāng)間距小于巖層的厚度時，測量得到的聲波時差反映的是巖層時差；而當(dāng)間距比巖層厚度小時，測量時差得到的是巖層的圍巖時差的混合值。

3 聲速測井的作用

3.1 劃分地層巖性、判斷破碎帶

在不同的巖性中聲波的傳播速度是不同的，在泥砂巖地層中，砂巖的聲波傳播速度快，時差曲線值低，泥質(zhì)砂巖、泥巖、粘土的聲波傳播速度逐步降低，時差值逐步增大。在碳酸鹽地層中，完整的石灰?guī)r聲波傳輸速度最高，白云巖次之，但隨著它們中泥質(zhì)含量的增加，傳播速度逐步降低，時差逐漸增大。如果石灰?guī)r的空隙度越大、破碎帶或者裂隙越發(fā)育，聲波傳播速度就會越低，時差越大，甚至還會產(chǎn)生周波跳躍。

3.2 判斷煤層

聲速測井曲線與其他測井曲線相互參照可以用以判斷煤層。由于煤層的密度比砂巖、泥巖低，所以其傳播速度低于砂巖、泥巖，在煤層段時差曲線會呈現(xiàn)較高異常反映，如圖2的△t曲線。

4 結(jié)束語

在目前煤田地質(zhì)勘探中，聲速測井主要是通過聲波在不同介質(zhì)中傳遞速度不同的這一特性來測定并對煤礦進(jìn)行分析，隨著科技水平的不斷提升和進(jìn)步，聲速測井已經(jīng)發(fā)展為我國煤田勘探中所使用的主要方式，能夠通過聲波測量的方式來檢測地層狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對煤田的煤層、巖層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分的目的。

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作者簡介：程明遠(yuǎn)（1989-），男，助理工程師。