聲速測井在袁店井田地質(zhì)勘探中的應用

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，從而測井數(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的時間，根據(jù)首波到達的時間，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際巖層。更加嚴重的是，當?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志。

引起周波跳躍的實質(zhì)是首波在兩個接收器之間發(fā)生嚴重衰減，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行分析，隨著科技水平的不斷提升和進步，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)，從而實現(xiàn)對煤田的煤層、巖層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行劃分的目的。

參考文獻

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[4]田秋生，王鐵利.聲速測井在煤田地質(zhì)勘探中的應用[J].煤炭技術(shù)，2005.

作者簡介：程明遠（1989-），男，助理工程師。