聲波測井原理-all

1、緒緒 論論 聲波測井聲波測井 聲聲 波波聲波的分類聲波的分類 一般按照頻率來分，聲波可以分為：一般按照頻率來分，聲波可以分為： 超聲波（超聲波（ultra-sonic wave）20KHz 聲波聲波 (sonic wave) 2020KHz 次聲波（次聲波（infrasonic wave) 20Hz一一 測井的概念測井的概念測井測井Well Logging是礦場地球物理測井的簡稱，是礦場地球物理測井的簡稱，它是利用各種專門的它是利用各種專門的測井測井儀器放入井內(nèi)，沿井儀器放入井內(nèi)，沿井身測量井剖面上巖層的各種物理參數(shù)隨深度的變化身測量井剖面上巖層的各種物理參數(shù)隨深度的變化曲線，并根據(jù)測量結(jié)果進

2、行綜合解釋曲線，并根據(jù)測量結(jié)果進行綜合解釋人工和數(shù)字人工和數(shù)字處理處理來判斷巖性，確定油氣層及其它礦藏的一門來判斷巖性，確定油氣層及其它礦藏的一門技術(shù)。技術(shù)。1927年年9月月5日，日，Schlumberger兄弟及兄弟及Doll在法國的在法國的皮切爾布郎測得第一條電阻率曲線，開創(chuàng)了測井技皮切爾布郎測得第一條電阻率曲線，開創(chuàng)了測井技術(shù)。術(shù)。測井儀器：進行測井所用的專門設(shè)備，即測井儀器：進行測井所用的專門設(shè)備，即用以測量地下巖層地球物理參數(shù)的儀器。用以測量地下巖層地球物理參數(shù)的儀器。測井曲線：測井作業(yè)所得到的反映地下巖測井曲線：測井作業(yè)所得到的反映地下巖層某種物理量隨深度變化的曲線。層某種物理量

3、隨深度變化的曲線。世界三大測井公司簡介：世界三大測井公司簡介：中文名稱中文名稱英文名稱英文名稱儀器儀器軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)斯侖貝謝斯侖貝謝SchlumbergerMAXIS500GeoFrame阿特拉斯阿特拉斯( (貝克休斯貝克休斯) )Atlas5700ECLIPS哈里伯頓哈里伯頓HalliburtonExcell-2000DDP導(dǎo)電性；導(dǎo)電性；電化學(xué)特性；電化學(xué)特性；介電特性；介電特性；聲學(xué)特性；聲學(xué)特性；核特性；核特性；熱特性等。熱特性等。巖層地球物理特性：巖層地球物理特性：二二 測井工藝測井工藝測井儀器：測井儀器：井下儀器和地面儀器井下儀器和地面儀器資料處理：硬件資料處理：硬件計算機和外圍

4、設(shè)備計算機和外圍設(shè)備；軟件；軟件操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件工藝流程：工藝流程：資料獲取資料解釋資料獲取資料解釋地下巖層地下巖層下井儀器地面儀器測井曲線解釋中心下井儀器地面儀器測井曲線解釋中心解釋結(jié)果解釋結(jié)果 電法測井方法電法測井方法聲波測井方法聲波測井方法放射性測井方法放射性測井方法核測井核測井其它常規(guī)測井方法其它常規(guī)測井方法三三 常規(guī)測井方法常規(guī)測井方法生產(chǎn)測井開發(fā)測井氣測井地層傾角測井其它測井放射性測井聲波測井非電法測井電法測井勘探測井測井四四 測井的發(fā)展測井的發(fā)展 儀器：半自動全自動數(shù)字化儀器：半自動全自動數(shù)字化解釋：人工解釋計算機數(shù)字化處理解釋：人工解釋計算機數(shù)字化處理五五

5、測井油氣田應(yīng)用測井油氣田應(yīng)用 1.1.油氣層評價油氣層評價2.2.油氣藏描述油氣藏描述3.3.油氣田開發(fā)監(jiān)測油氣田開發(fā)監(jiān)測4.4.油氣井工程問題油氣井工程問題六六 聲波測井聲波測井聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學(xué)聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學(xué)性質(zhì)（巖石的聲速、聲波在巖石中的衰減規(guī)性質(zhì)（巖石的聲速、聲波在巖石中的衰減規(guī)律）的一種測井方法。律）的一種測井方法。 聲波測井主要內(nèi)容聲波測井主要內(nèi)容聲波速度測井聲波速度測井聲波幅度測井聲波幅度測井聲波全波列測井聲波全波列測井聲波井下電視測井聲波井下電視測井噪聲測井噪聲測井1 1 聲波速度測井聲波速度測井聲波速度測井，又叫聲波時差測井，它是測

6、量井聲波速度測井，又叫聲波時差測井，它是測量井剖面聲波縱波速度剖面聲波縱波速度C Cp p的倒數(shù)，即聲波縱波在的倒數(shù)，即聲波縱波在1 1米地米地層中傳播所需的時間，在測井中叫做時差，記作層中傳播所需的時間，在測井中叫做時差，記作 t t， t t1/C1/Cp p，單位：微秒，單位：微秒/ /米或微秒米或微秒/ /英尺。英尺。聲波速度測井是聲波測井中應(yīng)用最廣泛的聲波測聲波速度測井是聲波測井中應(yīng)用最廣泛的聲波測井方法，主要利用聲波速度測井資料來研究井剖井方法，主要利用聲波速度測井資料來研究井剖面的巖性，估算儲集層孔隙度等。面的巖性，估算儲集層孔隙度等。2 2 聲波幅度測井聲波幅度測井聲波幅度測井

7、聲波幅度測井( (聲幅測井聲幅測井) )主要用于檢查固井質(zhì)量。主要用于檢查固井質(zhì)量。水泥膠結(jié)良好時，聲波幅度較??；水泥膠結(jié)不好水泥膠結(jié)良好時，聲波幅度較??；水泥膠結(jié)不好時，聲波幅度較大。時，聲波幅度較大。3 3 聲波全波列測井聲波全波列測井聲波全波列測井記錄滑行縱波、滑行橫波等一系聲波全波列測井記錄滑行縱波、滑行橫波等一系列波列的速度、幅度、衰減、頻率等與巖層性質(zhì)列波列的速度、幅度、衰減、頻率等與巖層性質(zhì)和特征有關(guān)的信息。和特征有關(guān)的信息。 數(shù)字記錄數(shù)字記錄 模擬記錄模擬記錄用途用途: :判斷巖性估算孔隙度估算彈性力學(xué)參數(shù)判斷巖性估算孔隙度估算彈性力學(xué)參數(shù)4 4 聲波井下電視和體積掃描測井聲波

8、井下電視和體積掃描測井利用聲波反射原理來得到井壁直觀圖象的測井方利用聲波反射原理來得到井壁直觀圖象的測井方法。井內(nèi)流體法。井內(nèi)流體( (泥漿泥漿) )對可見光是不透明，因此，對可見光是不透明，因此，在井下不采用通常的光學(xué)電視系統(tǒng)，而是采用聲在井下不采用通常的光學(xué)電視系統(tǒng)，而是采用聲波探測成像技術(shù)。波探測成像技術(shù)。體積掃描測井不僅可以得到井壁表面的直觀圖象，體積掃描測井不僅可以得到井壁表面的直觀圖象，還可以探測井壁以外一定徑向深度范圍內(nèi)的介質(zhì)還可以探測井壁以外一定徑向深度范圍內(nèi)的介質(zhì)分布情況。分布情況。5 5 噪聲測井噪聲測井噪聲測井記錄井下自然聲場噪聲測井記錄井下自然聲場( (噪聲噪聲) )分

9、布情況，得分布情況，得到由于巖層應(yīng)力變化而引起聲場分布的變化情況，到由于巖層應(yīng)力變化而引起聲場分布的變化情況，為地震預(yù)報和震情監(jiān)測提供資料；判斷井下出水為地震預(yù)報和震情監(jiān)測提供資料；判斷井下出水或出氣的層位以及檢查水或氣在套管外的串漏情或出氣的層位以及檢查水或氣在套管外的串漏情況。況。十十 聲波測井主要優(yōu)點聲波測井主要優(yōu)點不受泥漿性質(zhì)影響；不受泥漿性質(zhì)影響；不受礦化度影響；不受礦化度影響；不受泥漿侵入影響。不受泥漿侵入影響。參考文獻參考文獻 礦場地球物理礦場地球物理 丁次乾丁次乾 石油大學(xué)出版社石油大學(xué)出版社 1992年年 油氣田測井原理與解釋油氣田測井原理與解釋 陳福煊陳福煊 石油工石油工業(yè)

10、出版社業(yè)出版社 1996年年 測井學(xué)測井學(xué) 石油工業(yè)出版社石油工業(yè)出版社 1998年年第一章第一章 巖石彈性力學(xué)基礎(chǔ)巖石彈性力學(xué)基礎(chǔ) 基本概念和相關(guān)知識基本概念和相關(guān)知識 巖石的變形與應(yīng)力巖石的變形與應(yīng)力 聲波在巖石中的傳播特性聲波在巖石中的傳播特性基本概念和相關(guān)知識基本概念和相關(guān)知識 彈性力學(xué)彈性力學(xué) 彈性的定義彈性的定義 彈性體和塑性體彈性體和塑性體 描述彈性體的參數(shù)：描述彈性體的參數(shù)： 楊氏彈性模量楊氏彈性模量 E E 泊松比泊松比 體積彈性模量體積彈性模量 K K 剪切模量剪切模量 部分巖石的彈性模量部分巖石的彈性模量彈性力學(xué)彈性力學(xué)是力學(xué)的一個分支學(xué)科，它研究是力學(xué)的一個分支學(xué)科，它

11、研究彈彈性體性體由于受外力作用由于受外力作用(或溫度變化或溫度變化)等原因而等原因而發(fā)生的發(fā)生的應(yīng)力、形變和位移，以及形變和位移應(yīng)力、形變和位移，以及形變和位移的傳播。的傳播。1 1 彈性的定義彈性的定義彈性：彈性：是指物體在外力作用下將發(fā)生變形，即物是指物體在外力作用下將發(fā)生變形，即物體受力的效果體受力的效果不是產(chǎn)生宏觀運動不是產(chǎn)生宏觀運動，而是物體內(nèi)部，而是物體內(nèi)部各體積元或各部分之間各體積元或各部分之間相對位置的變化相對位置的變化，在外力，在外力不超過一定限度情況下，取消外力則物體將恢復(fù)不超過一定限度情況下，取消外力則物體將恢復(fù)原狀，物體的這種性質(zhì)稱為原狀，物體的這種性質(zhì)稱為彈性彈性，即

12、物體受有限，即物體受有限外力作用而發(fā)生形變后恢復(fù)原來形態(tài)的能力。外力作用而發(fā)生形變后恢復(fù)原來形態(tài)的能力。彈性力學(xué)對被研究物體的假定：彈性力學(xué)對被研究物體的假定： 物體是連續(xù)的物體是連續(xù)的 物體是均勻的；物體是均勻的； 物體是各向同性的；物體是各向同性的； 物體受力后的變形和位移是微小的；物體受力后的變形和位移是微小的； 物體是完全彈性的。物體是完全彈性的。彈性力學(xué)所研究的是理想彈性體，而石油的儲集彈性力學(xué)所研究的是理想彈性體，而石油的儲集體地下巖石并非理想的彈性體。體地下巖石并非理想的彈性體。非均質(zhì)性：非均質(zhì)性：孔隙、裂縫，骨架與膠結(jié)物性質(zhì)各不相同孔隙、裂縫，骨架與膠結(jié)物性質(zhì)各不相同各向異性：

13、各向異性：節(jié)理、層理等節(jié)理、層理等但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發(fā)生形但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發(fā)生形變都很小的情況下，均可把其當(dāng)作彈性體進行處理，變都很小的情況下，均可把其當(dāng)作彈性體進行處理，故可把地下巖石近似看作彈性體。故可把地下巖石近似看作彈性體。第一節(jié)第一節(jié) 彈性體的應(yīng)力和應(yīng)變彈性體的應(yīng)力和應(yīng)變一一 物體分類物體分類彈性體：彈性體：當(dāng)物體受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢當(dāng)物體受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢復(fù)原狀的物體，稱為彈性體。復(fù)原狀的物體，稱為彈性體。塑性體：塑性體：反之，當(dāng)物體受力發(fā)生形變，一旦外力取消反之，當(dāng)物體受力發(fā)生形變，一旦外力取消而不能恢復(fù)原狀

14、的物體，稱為塑性體。而不能恢復(fù)原狀的物體，稱為塑性體。彈性體彈性體塑性體塑性體可變成可變成在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當(dāng)成在巖石上的時間很短，因而巖石可以當(dāng)成彈彈性體性體，在巖石中傳播的聲波可以被認(rèn)為是在巖石中傳播的聲波可以被認(rèn)為是彈彈性波性波。二二 描述彈性體的參數(shù)描述彈性體的參數(shù)虎克定律：在彈性限度內(nèi)，彈性體的彈性形變與虎克定律：在彈性限度內(nèi)，彈性體的彈性形變與外力成正比，即：外力成正比，即：f-E 由于應(yīng)力與外力數(shù)值相等，方向相反，故上式可由于應(yīng)力與外力數(shù)值相等，方向相反，故上式可以改寫成為：以改寫成為： E

15、 (1)(1)楊氏彈性模量楊氏彈性模量 EE E應(yīng)力應(yīng)力/ /應(yīng)變應(yīng)變 / 應(yīng)力：應(yīng)力：作用在單位面積上的力，作用在單位面積上的力，F(xiàn) / S。應(yīng)變：應(yīng)變：彈性體在力方向上的相對形變，彈性體在力方向上的相對形變，L / L。E E物理意義：物理意義：彈性體發(fā)生單位線應(yīng)變時彈性體產(chǎn)生的彈性體發(fā)生單位線應(yīng)變時彈性體產(chǎn)生的應(yīng)力大?。粩?shù)值大小表示彈性體或彈性材料在外力作應(yīng)力大??；數(shù)值大小表示彈性體或彈性材料在外力作用下發(fā)生形變的難易程度，其量綱與應(yīng)力相同。用下發(fā)生形變的難易程度，其量綱與應(yīng)力相同。(2)(2)泊松比泊松比 彈性體在外力作用下，縱向上產(chǎn)生伸長的同時，彈性體在外力作用下，縱向上產(chǎn)生伸長的同

16、時，橫向縮小。假設(shè)：有一圓柱形彈性體的直徑和長橫向縮小。假設(shè)：有一圓柱形彈性體的直徑和長度分別為度分別為D和和L，在外力作用下，直徑和長度的變，在外力作用下，直徑和長度的變化分別為化分別為 D和和 L，則橫向相對縮減，則橫向相對縮減 D/ /D和縱向和縱向相對伸長相對伸長 L/ /L之比稱為泊松比，用之比稱為泊松比，用 表示。表示。 = = 彈性體的橫向應(yīng)變彈性體的橫向應(yīng)變 / / 縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變 = =（D/D）/ /（L/L） 物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量，無量綱；物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量，無量綱；任何材料，任何材料， =00.5。施加力施加力-D-L(3)(3)體積

17、彈性模量體積彈性模量 K ( (也稱膨脹率也稱膨脹率) )K=K=應(yīng)力應(yīng)力/ /體應(yīng)變體應(yīng)變=(F/S)/(=(F/S)/(V/V) (V/V) (N/m2 2或或kg/cmkg/cm2 2) )體積彈性模量：在外力作用下，物體體積發(fā)生相體積彈性模量：在外力作用下，物體體積發(fā)生相對變化對變化 V/V，即，體積應(yīng)變，則，體積彈性模量，即，體積應(yīng)變，則，體積彈性模量為應(yīng)力與體應(yīng)變之比。為應(yīng)力與體應(yīng)變之比。體積彈性模量的倒數(shù)叫體積彈性模量的倒數(shù)叫體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)，用，用 表示，表示，即：即： =1/=1/K(4)(4)剪切模量剪切模量 (也稱切變模量也稱切變模量) （kg/cmkg/cm2

18、2）如右下圖所示的矩形六面彈性體，其上表面如右下圖所示的矩形六面彈性體，其上表面的面積為的面積為A，受到平行于該表面的剪切力，受到平行于該表面的剪切力FtFt的作用時，在力的方向上相對位移一段距離的作用時，在力的方向上相對位移一段距離 L，剪切應(yīng)力等于，剪切應(yīng)力等于Ft/A，剪切應(yīng)變等于，剪切應(yīng)變等于 L/L，則切應(yīng)力與切應(yīng)變之比就叫剪切模量或切變則切應(yīng)力與切應(yīng)變之比就叫剪切模量或切變模量，用模量，用 表示。表示。巖石名稱巖石名稱E(1011N/m2) (1011N/m2)頁頁 巖巖0.170.170.450.45砂砂 巖巖0.0030.0030.7150.7150.20.20.350.35泥

19、灰?guī)r泥灰?guī)r0.150.150.450.450.30.30.40.4石灰?guī)r石灰?guī)r0.250.250.8010.8010.220.220.350.350.2310.2310.2650.265硬石膏硬石膏0.720.720.740.740.2950.2950.2810.281玄武巖玄武巖1.151.150.230.230.1560.1560.2370.237花崗巖花崗巖0.30.30.570.570.1980.1980.300.30部分巖石的彈性模量部分巖石的彈性模量二、二、 巖石的變形與應(yīng)力巖石的變形與應(yīng)力1. 1. 巖石與理想彈性體的區(qū)別巖石與理想彈性體的區(qū)別u連續(xù)性：連續(xù)性：整個物體是否均由介

20、質(zhì)組成；整個物體是否均由介質(zhì)組成；u均勻性：均勻性：任意相同大小的兩個體積元的物理化任意相同大小的兩個體積元的物理化學(xué)性質(zhì)是否完全相同；學(xué)性質(zhì)是否完全相同；u完全彈性：完全彈性：應(yīng)力與應(yīng)變是否服從虎克定律；彈性模應(yīng)力與應(yīng)變是否服從虎克定律；彈性模量量E、 、 、K是否是否為恒定常數(shù)；彈性波傳播有無能為恒定常數(shù)；彈性波傳播有無能量衰減。量衰減。切變波的特點切變波的特點：體積不變，邊角關(guān)系發(fā)生變化。：體積不變，邊角關(guān)系發(fā)生變化。 = = 切應(yīng)力切應(yīng)力/ /切應(yīng)變切應(yīng)變 =(=(Ft/S)/)/ = ( = (Ft/S)/)/L/L 切變角，切變角，tgtg = =L/LL/L，當(dāng)，當(dāng) 很小時，很小

21、時，tgtg = =L/LL/L巖石：由于具有孔隙和裂縫等，故巖石本身巖石：由于具有孔隙和裂縫等，故巖石本身不連續(xù)、非均勻、且非完全彈性。不連續(xù)、非均勻、且非完全彈性。I段表示，由于需要克服介質(zhì)內(nèi)部的內(nèi)摩擦和段表示，由于需要克服介質(zhì)內(nèi)部的內(nèi)摩擦和粘滯性，因此在應(yīng)力較小的范圍內(nèi)沒有能測粘滯性，因此在應(yīng)力較小的范圍內(nèi)沒有能測量得出的應(yīng)變；量得出的應(yīng)變；II段表示應(yīng)力為中等時，在一定范圍內(nèi)應(yīng)力段表示應(yīng)力為中等時，在一定范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變之間呈線性關(guān)系；和應(yīng)變之間呈線性關(guān)系；III表示應(yīng)力較大時，由于發(fā)生塑性形變或孔隙、表示應(yīng)力較大時，由于發(fā)生塑性形變或孔隙、裂縫的擴大或延伸，或骨架部分的穩(wěn)態(tài)破損，應(yīng)裂

22、縫的擴大或延伸，或骨架部分的穩(wěn)態(tài)破損，應(yīng)力與應(yīng)變之間不再保持線性關(guān)系；力與應(yīng)變之間不再保持線性關(guān)系；IV段表示當(dāng)應(yīng)力逐漸減小時，由于已發(fā)生塑段表示當(dāng)應(yīng)力逐漸減小時，由于已發(fā)生塑性變形，應(yīng)力與應(yīng)變不再保持單值關(guān)系；在性變形，應(yīng)力與應(yīng)變不再保持單值關(guān)系；在應(yīng)力減小到零時仍有剩余應(yīng)變。應(yīng)力減小到零時仍有剩余應(yīng)變。2.2. 巖石受力變形的幾種模式巖石受力變形的幾種模式地下巖石特點：地下巖石特點：靠近地表的巖石近于彈性體，即應(yīng)力與應(yīng)變之靠近地表的巖石近于彈性體，即應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系近似于虎克定律；間的關(guān)系近似于虎克定律； 地表以下地表以下1020公里深處的巖石，由于溫度和公里深處的巖石，由于溫度和壓力

23、增加，巖石具有較明顯的塑性和粘滯性，應(yīng)壓力增加，巖石具有較明顯的塑性和粘滯性，應(yīng)力與應(yīng)變之間時間滯后明顯，且剩余變形明顯；力與應(yīng)變之間時間滯后明顯，且剩余變形明顯； 巖石的變形和應(yīng)力狀態(tài)都與時間有關(guān)。巖石的變形和應(yīng)力狀態(tài)都與時間有關(guān)。巖石受力變形模式：巖石受力變形模式：虎克模式虎克模式或線彈性模式：應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性或線彈性模式：應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性關(guān)系，即服從虎克定律；關(guān)系，即服從虎克定律；牛頓模式牛頓模式或線性粘滯模式：應(yīng)力與應(yīng)變速率成正或線性粘滯模式：應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比或線性關(guān)系；比或線性關(guān)系；圣維南模式圣維南模式：當(dāng)應(yīng)力小于某一數(shù)值：當(dāng)應(yīng)力小于某一數(shù)值(屈服強度屈服強度)時無時無任

24、何形變，而當(dāng)應(yīng)力大于屈服強度時，則發(fā)生塑任何形變，而當(dāng)應(yīng)力大于屈服強度時，則發(fā)生塑性變形。性變形。實際上，巖石受力變形是上述三種基本模式的各實際上，巖石受力變形是上述三種基本模式的各種組合。種組合。聲波或彈性波在巖石中的產(chǎn)生和傳播過程屬于聲波或彈性波在巖石中的產(chǎn)生和傳播過程屬于較小應(yīng)力和應(yīng)變范圍，接近于虎克模式較小應(yīng)力和應(yīng)變范圍，接近于虎克模式；當(dāng)經(jīng)歷當(dāng)經(jīng)歷長時間長時間(數(shù)以百萬年數(shù)以百萬年)的地殼構(gòu)造運動，則的地殼構(gòu)造運動，則更接近于牛頓模式更接近于牛頓模式；在瞬時釋放大量能量的巖石斷裂、垮陷及地震在瞬時釋放大量能量的巖石斷裂、垮陷及地震等較大應(yīng)力與應(yīng)變的過程，則更接近于圣維南等較大應(yīng)力與應(yīng)

25、變的過程，則更接近于圣維南模式。模式。3.3. 巖石受力變形的一般規(guī)律巖石受力變形的一般規(guī)律I段：壓應(yīng)力較小時，應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性關(guān)系，段：壓應(yīng)力較小時，應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性關(guān)系，實際是由于巖石受壓力作用時孔隙、裂縫變小引實際是由于巖石受壓力作用時孔隙、裂縫變小引起的，孔隙度大小不同則這一段的范圍就不同，起的，孔隙度大小不同則這一段的范圍就不同，孔隙越發(fā)育這段越長，對應(yīng)地層為孔隙越發(fā)育這段越長，對應(yīng)地層為2000米以內(nèi)，米以內(nèi)，巖層由于上覆巖層的重量而引起的變形巖層由于上覆巖層的重量而引起的變形(壓實壓實) 。II段：應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系呈近似線性關(guān)系，斜率為段：應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系呈近似線性關(guān)系，斜率

26、為等效楊氏彈性模量等效楊氏彈性模量E，接近虎克模式，此時，巖石，接近虎克模式，此時，巖石的孔隙與裂縫的壓縮已接近極限。的孔隙與裂縫的壓縮已接近極限。I、II段的變形都是可逆的，即取消外力后能恢復(fù)。段的變形都是可逆的，即取消外力后能恢復(fù)。 II段的終點縱坐標(biāo)段的終點縱坐標(biāo)(B)值為巖石的值為巖石的彈性限度彈性限度。III段：載荷繼續(xù)增加，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系不再是段：載荷繼續(xù)增加，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系不再是線性關(guān)系，而是向下彎曲的曲線，在此范圍內(nèi)，線性關(guān)系，而是向下彎曲的曲線，在此范圍內(nèi)，外力去除后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系沿外力去除后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系沿PQ段下降，即發(fā)生塑段下降，即發(fā)生塑性變形，具有一定剩余變形。剩余變

27、形性變形，具有一定剩余變形。剩余變形 Q5%的巖石稱為韌性的。的巖石稱為韌性的。曲線最高點曲線最高點C的應(yīng)力值稱的應(yīng)力值稱為抗壓強度為抗壓強度 P(或壓縮強或壓縮強度度)，其值大約為彈性限，其值大約為彈性限度的度的1.52倍。倍。IV段：在段：在C點以后外力逐漸下降，則應(yīng)力應(yīng)變關(guān)點以后外力逐漸下降，則應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系沿著系沿著CD方向下滑，即巖石呈明顯的塑性變形。方向下滑，即巖石呈明顯的塑性變形。外力完全卸除后將有較大剩余變形外力完全卸除后將有較大剩余變形 R。過過C點以后巖石發(fā)生穩(wěn)態(tài)破裂，即巖石固相骨架發(fā)點以后巖石發(fā)生穩(wěn)態(tài)破裂，即巖石固相骨架發(fā)生微破裂；破裂進一步發(fā)展時將發(fā)生非穩(wěn)態(tài)破裂，生微破裂

28、；破裂進一步發(fā)展時將發(fā)生非穩(wěn)態(tài)破裂，即巖石破碎成為若干塊，此時應(yīng)力約為最大應(yīng)力即巖石破碎成為若干塊，此時應(yīng)力約為最大應(yīng)力( (抗壓強度抗壓強度) )的的85%85%左右。左右。巖石發(fā)生變形的過程中，聲速也將同時發(fā)巖石發(fā)生變形的過程中，聲速也將同時發(fā)生變化，一般情況下，隨巖石應(yīng)力增加與生變化，一般情況下，隨巖石應(yīng)力增加與體積減小，聲波速度增加，但當(dāng)巖石發(fā)生體積減小，聲波速度增加，但當(dāng)巖石發(fā)生破裂時聲速將明顯下降。破裂時聲速將明顯下降。巖石在發(fā)生穩(wěn)態(tài)破壞前后，即圖中的巖石在發(fā)生穩(wěn)態(tài)破壞前后，即圖中的CD段，段，將會產(chǎn)生頻率變化極大的噪聲，這種現(xiàn)象稱將會產(chǎn)生頻率變化極大的噪聲，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。為

29、聲發(fā)射。聲發(fā)射的隨機性較大，且與巖石的破裂過程聲發(fā)射的隨機性較大，且與巖石的破裂過程有關(guān)，因此可用于地震預(yù)報和震情監(jiān)測，天有關(guān)，因此可用于地震預(yù)報和震情監(jiān)測，天然地震可以認(rèn)為是一種放大了的聲發(fā)射現(xiàn)象。然地震可以認(rèn)為是一種放大了的聲發(fā)射現(xiàn)象。三、聲波在巖石中的傳播特性三、聲波在巖石中的傳播特性 縱波、橫波的定義縱波、橫波的定義 波的傳播特征波的傳播特征 產(chǎn)生滑行波的條件產(chǎn)生滑行波的條件 反射、折射系數(shù)（反射、折射系數(shù)（R R、T T） 波阻抗、聲耦合率波阻抗、聲耦合率 聲速影響因素聲速影響因素 不同介質(zhì)的聲波速度不同介質(zhì)的聲波速度三、聲波在巖石中的傳播特性三、聲波在巖石中的傳播特性1. 1. 縱

30、波、橫波的定義縱波、橫波的定義縱波：縱波：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播發(fā)向一致。彈介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播發(fā)向一致。彈性體的小體積元體積改變，而邊角關(guān)系不變。性體的小體積元體積改變，而邊角關(guān)系不變。橫波：橫波：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波傳播方向垂直的波。介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波傳播方向垂直的波。特點：彈性體的小體積元的體積不變，而邊角特點：彈性體的小體積元的體積不變，而邊角關(guān)系發(fā)生變化，例如關(guān)系發(fā)生變化，例如, ,切變波。切變波。注意：注意：(1) (1) 橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，因為它的因為它的切變模量切變模量=0=0(2) (2) 在井下，縱波和橫

31、波都能在地層中傳播，而泥漿在井下，縱波和橫波都能在地層中傳播，而泥漿中只能傳播縱波。中只能傳播縱波。三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播2. 2. 波的傳播波的傳播介質(zhì)介質(zhì)1介質(zhì)介質(zhì)2入射波入射波入入射射角角反反射射角角折射角折射角反射波反射波折射波折射波3. 3. 產(chǎn)生滑行波的條件產(chǎn)生滑行波的條件VPVP2 2 VP VP1 1時時, ,折射角折射角 = 90= 90折射定律折射定律: :VPVPinin211SS第一臨界角第一臨界角: : 1 1* *=arcsin(VP1/VP2)=arcsin(VP1/VP2)第二臨界角第二臨界角: : 2 2* * = arcsin(

32、VP1/VS2) = arcsin(VP1/VS2)同理可得出同理可得出: :當(dāng)折射產(chǎn)生橫波時有當(dāng)折射產(chǎn)生橫波時有212VSVPSinSin4. 4. 反射、折射系數(shù)（反射、折射系數(shù)（R R、T T）反射系數(shù)反射系數(shù)R R：R=WR/W=R=WR/W=反射波的能量反射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =(=( 2 2V2-V2- 1 1V1)/(V1)/( 2 2V2+V2+ 1 1V1)V1)折射系數(shù)折射系數(shù)T T：T=WT/W=T=WT/W=折射波的能量折射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =2=2 1 1V1/(V1/( 2 2V2+V2+ 1 1V1)V1)入射角入射角=0

33、=0，T+R=1T+R=15. 5. 波阻抗、聲耦合率波阻抗、聲耦合率(1)(1)波阻抗波阻抗Z Z Z= Z=波的傳播速度波的傳播速度介質(zhì)的密度介質(zhì)的密度=V=V (2)(2)聲耦合率聲耦合率 兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：Z Z1 1/Z/Z2 2Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，越大或越小，聲耦合越差，R大，大，T小，小，聲波不易從介質(zhì)聲波不易從介質(zhì)1到介質(zhì)到介質(zhì)2中去。中去。Z1/Z2越接近越接近1，聲耦合越好，聲耦合越好，R小，小，T大，聲大，聲波易從介質(zhì)波易從介質(zhì)1到介質(zhì)到介質(zhì)2中去。中去。介質(zhì)( (Z2) )聲速( (m/s) )密度( (kg/m3) )波阻抗(

34、(kg/m2S) )反射系數(shù)鋼 管5400780024.121060.9312砂 巖330026508.7451060.7071石灰?guī)r6500287018.651060.8511白云巖7000287020.091060.8610泥 巖180024504.411060.4923硬 煤370014005.181060.5508水和各種介質(zhì)界面上的聲壓反射系數(shù)水和各種介質(zhì)界面上的聲壓反射系數(shù)6. 6. 聲速影響因素聲速影響因素u 彈性模量；彈性模量；u 密度；密度；u 巖性；巖性；u 孔隙度；孔隙度；u 巖層地質(zhì)時代；巖層地質(zhì)時代；u 巖層埋藏深度等。巖層埋藏深度等。7. 不同介質(zhì)的聲波速度不同介質(zhì)

35、的聲波速度介質(zhì)介質(zhì)聲速聲速(m/s)時差時差( s/m)介質(zhì)介質(zhì)聲速聲速(m/s)時差時差( s/m)空氣空氣3303000滲透性砂巖滲透性砂巖5943168甲烷甲烷4422260致密砂巖致密砂巖5500182石油石油10701320985757致密石灰?guī)r致密石灰?guī)r64007000156143水水15301620655620白云巖白云巖7900125泥巖泥巖18303962548252巖鹽巖鹽46005200217193泥質(zhì)砂巖泥質(zhì)砂巖5638177硬石膏硬石膏61006250164160 小小 結(jié)結(jié)1. 彈性力學(xué)彈性力學(xué)2.描述物體彈性的物理量描述物體彈性的物理量3.巖石的形變規(guī)律巖石的形變

36、規(guī)律4.聲波在巖石中的傳播規(guī)律聲波在巖石中的傳播規(guī)律5.縱波、橫波、滑行縱波和滑行橫波縱波、橫波、滑行縱波和滑行橫波6.反射和折射系數(shù)，波阻抗、聲耦合率反射和折射系數(shù)，波阻抗、聲耦合率7.地層中影響聲波的因素地層中影響聲波的因素第二章第二章 巖石聲學(xué)基礎(chǔ)巖石聲學(xué)基礎(chǔ)井眼地層的劃分井眼地層的劃分注：圖中注：圖中1 1泥漿；泥漿；2 2泥餅；泥餅；3 3沖洗帶；沖洗帶；4 4過渡帶；過渡帶；5 5原狀地層原狀地層烴類烴類水水泥質(zhì)泥質(zhì)骨架骨架聲波或彈性波聲波或彈性波是指彈性介質(zhì)中傳播的壓強、是指彈性介質(zhì)中傳播的壓強、應(yīng)力、體積元變形、質(zhì)點位移、質(zhì)點速度等應(yīng)力、體積元變形、質(zhì)點位移、質(zhì)點速度等的變化或

37、幾種變化的綜合。的變化或幾種變化的綜合。巖石聲學(xué)巖石聲學(xué)或或地聲學(xué)地聲學(xué)是專門研究在巖層或地層是專門研究在巖層或地層中聲波的產(chǎn)生、傳播、接收以及各種效應(yīng)的中聲波的產(chǎn)生、傳播、接收以及各種效應(yīng)的一門邊緣學(xué)科。一門邊緣學(xué)科。聲場聲場：介質(zhì)中聲波傳播的區(qū)域。：介質(zhì)中聲波傳播的區(qū)域。聲壓聲壓：在聲波傳播過程中的某一個瞬間，由于聲：在聲波傳播過程中的某一個瞬間，由于聲波傳播在介質(zhì)中所產(chǎn)生的瞬時壓強（即壓強超過波傳播在介質(zhì)中所產(chǎn)生的瞬時壓強（即壓強超過沒有聲波傳播時的靜壓強部分），聲壓是有效聲沒有聲波傳播時的靜壓強部分），聲壓是有效聲壓的簡稱，用壓的簡稱，用P表示，單位為帕（表示，單位為帕（Pa）。）。第

38、一節(jié)第一節(jié) 聲場的基本物理量聲場的基本物理量常用單位換算關(guān)系：常用單位換算關(guān)系： 1Pa1N/m2=10dyn/cm2 1dyn/cm21微巴微巴 1兆帕兆帕 106Pa 10.13公斤力公斤力/cm2 1公斤力公斤力/cm21工程大氣壓工程大氣壓通常，利用通常，利用聲壓級聲壓級來表示聲波的有效聲壓大小，來表示聲波的有效聲壓大小，記作記作Lp： Lp20lg( (P/Po) ) P：聲波的有效聲壓；：聲波的有效聲壓； Po：基準(zhǔn)聲壓，在空氣中，：基準(zhǔn)聲壓，在空氣中，Po= =20微帕微帕; ; 在水中，在水中，Po= =0.1帕。帕。聲壓級聲壓級Lp無量綱無量綱，習(xí)慣上以分貝，習(xí)慣上以分貝(

39、(dB) )為其單位；為其單位；例如：在空氣中相距例如：在空氣中相距5 5米大聲講話，對方所感受到米大聲講話，對方所感受到的聲壓約為參考聲壓的聲壓約為參考聲壓( (Po=20微帕微帕) )的的1000倍，則其倍，則其聲壓級為：聲壓級為： Lp20lg(P/Po)20lg100060分貝分貝聲功率：聲波沿其傳播方向上，單位時間內(nèi)通過聲功率：聲波沿其傳播方向上，單位時間內(nèi)通過波陣面（與波傳播方向垂直）的聲能，也叫聲能波陣面（與波傳播方向垂直）的聲能，也叫聲能通量，用通量，用J J表示，即：表示，即：TtndVStPTJ0)(1 P(t)瞬時聲壓；瞬時聲壓； S聲波所通過的波陣面面積；聲波所通過的波

40、陣面面積； Vn聲波傳播方向上的質(zhì)點瞬時速度；聲波傳播方向上的質(zhì)點瞬時速度； T聲波周期整數(shù)倍的時間。聲波周期整數(shù)倍的時間。聲功率單位：瓦聲功率單位：瓦( (W) ) 1瓦瓦1焦耳焦耳/秒秒 （即（即1W1 J/S） 1瓦瓦106微瓦微瓦 1微瓦微瓦10爾格爾格/秒秒聲強聲強：在聲波傳播的波陣面上，單位面積上的聲：在聲波傳播的波陣面上，單位面積上的聲功率大小，用功率大小，用I表示，即：表示，即：TtndVtPTSJI0)(1聲強的單位：瓦聲強的單位：瓦/米米2；微瓦；微瓦/厘米厘米2；爾格；爾格/秒秒厘米厘米2 同樣可以利用同樣可以利用聲強級聲強級來表示一個聲波的強度，聲來表示一個聲波的強度，

41、聲強級記為強級記為LI，其大小表示為：，其大小表示為： LI10lg( (I/Io) ) （單位：分貝（單位：分貝 dB） I聲波的聲強；聲波的聲強； Io基準(zhǔn)聲強，在空氣中基準(zhǔn)聲強，在空氣中Io10-12瓦瓦/米米2 （與空氣中的基準(zhǔn)聲壓（與空氣中的基準(zhǔn)聲壓Po20微帕相當(dāng)）微帕相當(dāng)）聲壓與質(zhì)點振動速度之比在地聲學(xué)中稱為聲壓與質(zhì)點振動速度之比在地聲學(xué)中稱為波阻抗波阻抗或或聲阻抗聲阻抗，通常以，通常以Z表示；波阻抗表示；波阻抗Z C，即介質(zhì)，即介質(zhì)密度與介質(zhì)聲速的乘積，其單位為：密度與介質(zhì)聲速的乘積，其單位為：Kg/m2SZCIPP22CVP若介質(zhì)的聲速為若介質(zhì)的聲速為C，單位體積介質(zhì)中的聲波

42、，單位體積介質(zhì)中的聲波能量為能量為D，則在單位時間內(nèi)通過波陣面單位，則在單位時間內(nèi)通過波陣面單位面積上的聲能為面積上的聲能為DC，即聲強，即聲強IDC。聲能密度聲能密度：單位體積介質(zhì)中所具有的聲波能量，：單位體積介質(zhì)中所具有的聲波能量，用用D表示，即：表示，即： D聲能密度；聲能密度； C聲波在介質(zhì)中的速度。聲波在介質(zhì)中的速度。CPPCCCID222聲波在介質(zhì)中的傳播，按其波陣面的幾何形狀可聲波在介質(zhì)中的傳播，按其波陣面的幾何形狀可以簡單地分為：以簡單地分為： 球面波；球面波； 柱面波；柱面波； 平面波。平面波。第二節(jié)第二節(jié) 聲波傳播過程中的衰減聲波傳播過程中的衰減一一 井下聲波的幾何衰減井下

43、聲波的幾何衰減rJrI24)()(二二 平面波在介質(zhì)中的吸收平面波在介質(zhì)中的吸收假設(shè)，平面波波陣面不發(fā)生擴展，則介質(zhì)對聲波假設(shè)，平面波波陣面不發(fā)生擴展，則介質(zhì)對聲波的吸收與聲波在介質(zhì)中傳播的距離成正比：的吸收與聲波在介質(zhì)中傳播的距離成正比： dp- pdl 或或 吸收系數(shù)或衰減系數(shù)；吸收系數(shù)或衰減系數(shù)；ePloPeIlOI2ZCIPP22dlPdP在井下，對接收到的聲波有貢獻的部分，可在井下，對接收到的聲波有貢獻的部分，可以看作是以探頭內(nèi)的某點為等效中心，發(fā)出以看作是以探頭內(nèi)的某點為等效中心，發(fā)出聲功率為聲功率為J( ( ) )的球面波。在井壁附近，沿和的球面波。在井壁附近，沿和井壁法線方向成

44、井壁法線方向成 角方向上傳播的聲波。若角方向上傳播的聲波。若傳播距離為傳播距離為l，則該點的聲壓與聲強為：，則該點的聲壓與聲強為：ellCJlP24)()(ellJlI224)()(三三 介質(zhì)對聲波吸收的一般機理介質(zhì)對聲波吸收的一般機理在理想的彈性介質(zhì)中，聲波在傳播過程中沒有衰在理想的彈性介質(zhì)中，聲波在傳播過程中沒有衰減，只是在介質(zhì)的分界面上發(fā)生聲波的反射和折減，只是在介質(zhì)的分界面上發(fā)生聲波的反射和折射，僅使聲波能量的傳播方向發(fā)生改變，并沒有射，僅使聲波能量的傳播方向發(fā)生改變，并沒有發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。在實際的非理想介質(zhì)中，聲波在傳播過程中需要在實際的非理想介質(zhì)中，聲波在傳播過程中需要

45、克服介質(zhì)質(zhì)點之間的克服介質(zhì)質(zhì)點之間的內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦或或粘滯粘滯作用，以及聲作用，以及聲波傳播時的波傳播時的熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)與與馳豫效應(yīng)馳豫效應(yīng)等，均會造成聲波等，均會造成聲波傳播的衰減，且是傳播的衰減，且是非可逆非可逆的衰減過程。的衰減過程。1 粘滯吸收粘滯吸收介質(zhì)的介質(zhì)的粘滯性粘滯性是聲波衰減的是聲波衰減的主要主要原因。對于粘滯原因。對于粘滯性介質(zhì)，在聲波傳播時，相鄰的體積元的運動速性介質(zhì)，在聲波傳播時，相鄰的體積元的運動速度不同，即各體積元之間存在相對運動，將產(chǎn)生度不同，即各體積元之間存在相對運動，將產(chǎn)生內(nèi)摩擦和粘滯力，因此，聲波傳播時需要能量來內(nèi)摩擦和粘滯力，因此，聲波傳播時需要能量來克服內(nèi)摩

46、擦和粘滯力而致使聲波能量逐漸減小?？朔?nèi)摩擦和粘滯力而致使聲波能量逐漸減小。CfA32238粘滯性系數(shù)或動力粘度粘滯性系數(shù)或動力粘度N/m2SPaS介質(zhì)密度介質(zhì)密度聲波在介質(zhì)中的速度聲波在介質(zhì)中的速度介質(zhì)對聲波的介質(zhì)對聲波的粘 滯 性 吸 收粘 滯 性 吸 收1泊泊0.1PaS1dyn/cm2S2332C介質(zhì)對聲波的粘滯性吸收系數(shù)為：介質(zhì)對聲波的粘滯性吸收系數(shù)為：2 熱傳導(dǎo)吸收熱傳導(dǎo)吸收熱傳導(dǎo)是引起介質(zhì)中聲波衰減的另一主要原因。熱傳導(dǎo)是引起介質(zhì)中聲波衰減的另一主要原因。聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)將產(chǎn)生聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)將產(chǎn)生體積壓縮體積壓縮和和膨膨脹脹的變化，壓縮部分體積變小而溫度升高，膨

47、脹的變化，壓縮部分體積變小而溫度升高，膨脹部分體積變大而溫度降低。對于理想介質(zhì)，溫度部分體積變大而溫度降低。對于理想介質(zhì)，溫度變化與體積變化同相且可逆。而在實際的介質(zhì)中變化與體積變化同相且可逆。而在實際的介質(zhì)中溫度變化滯后于體積變化溫度變化滯后于體積變化，發(fā)生熱能轉(zhuǎn)化，且不，發(fā)生熱能轉(zhuǎn)化，且不可逆。聲能可逆。聲能熱能；介質(zhì)溫度熱能；介質(zhì)溫度 CCCfApvxxx112322熱傳導(dǎo)吸收熱傳導(dǎo)吸收介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)介質(zhì)的定容熱容量介質(zhì)的定容熱容量介質(zhì)的定壓熱容量介質(zhì)的定壓熱容量CCCpvxx11232介質(zhì)對聲波的熱傳導(dǎo)吸收系數(shù)為：介質(zhì)對聲波的熱傳導(dǎo)吸收系數(shù)為：介質(zhì)的定容定壓熱容聲波速

48、度3 聲波吸收的經(jīng)典公式聲波吸收的經(jīng)典公式CCCpvxx11342132CCCAAApvxSx11342322由上表可知：由上表可知：氣體的聲吸收顯著大于液體的聲吸收氣體的聲吸收顯著大于液體的聲吸收( (四個數(shù)量級四個數(shù)量級) )在固體當(dāng)中的聲吸收顯著小于液體的聲吸收在固體當(dāng)中的聲吸收顯著小于液體的聲吸收氣體：氣體： A 與與Ax同數(shù)量級，但同數(shù)量級，但A Ax液體：液體： 除水銀外，除水銀外，A 大大Ax一個數(shù)量級，可忽略一個數(shù)量級，可忽略Ax理論計算值與實驗值之間誤差較大理論計算值與實驗值之間誤差較大4 水對聲波的吸收水對聲波的吸收聲波在水中的吸收主要是由于水的粘滯性引起的，聲波在水中的吸

49、收主要是由于水的粘滯性引起的，實際資料表明，井下聲波在幾幾十厘米的距離實際資料表明，井下聲波在幾幾十厘米的距離上傳播時，水對聲波吸收所產(chǎn)生的聲強變化是較上傳播時，水對聲波吸收所產(chǎn)生的聲強變化是較小的，除非頻率特高（小的，除非頻率特高（10兆兆Hz以上），一般可以以上），一般可以忽略不計。忽略不計。當(dāng)當(dāng)f=2MHz，l=1米時，米時，089.000IIII四四 介質(zhì)對聲波吸收的其它問題介質(zhì)對聲波吸收的其它問題泥漿泥漿( (粘滯性、各種鹽類在不同頻段上引起共振粘滯性、各種鹽類在不同頻段上引起共振式馳豫吸收、溫度、壓力、粘土顆粒式馳豫吸收、溫度、壓力、粘土顆粒) )巖石孔隙巖石孔隙巖石裂縫巖石裂縫第

50、三節(jié)第三節(jié) 巖石對聲波的吸收巖石對聲波的吸收巖石具有粘滯性，聲波傳播時將發(fā)生巖石具有粘滯性，聲波傳播時將發(fā)生能量損耗；能量損耗；巖石具有彈性，聲波在傳播過程中將巖石具有彈性，聲波在傳播過程中將有部分彈性動能轉(zhuǎn)換成為彈性位能。有部分彈性動能轉(zhuǎn)換成為彈性位能。巖石中聲波衰減的研究一般是通過實驗來進行的，巖石中聲波衰減的研究一般是通過實驗來進行的，結(jié)論如下：結(jié)論如下： 聲波頻率增加，衰減增大；聲波頻率增加，衰減增大； 聲波速度大的巖樣對聲波的衰減??；聲波速度大的巖樣對聲波的衰減?。?橫波的衰減比縱波明顯；橫波的衰減比縱波明顯； 壓力增大時，巖石對聲波的衰減減??；壓力增大時，巖石對聲波的衰減減??；巖石

51、對聲波能量衰減的影響因素：巖石對聲波能量衰減的影響因素： 巖石孔隙度；巖石孔隙度； 孔隙形狀；孔隙形狀； 孔隙流體相態(tài)、性質(zhì)、飽和度；孔隙流體相態(tài)、性質(zhì)、飽和度； 巖石骨架礦物成分、密度、彈性；巖石骨架礦物成分、密度、彈性； 溫度；溫度； 壓力等。壓力等。第三章第三章 井下聲波的產(chǎn)生與接收井下聲波的產(chǎn)生與接收第三章第三章 井下聲波的產(chǎn)生與接收井下聲波的產(chǎn)生與接收第第1 1節(jié)節(jié) 磁致伸縮效應(yīng)與壓電效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)與壓電效應(yīng)第第2 2節(jié)節(jié) 逆壓電效應(yīng)與聲波的發(fā)射逆壓電效應(yīng)與聲波的發(fā)射第第3 3節(jié)節(jié) 換能器的振動模式與激化方式換能器的振動模式與激化方式第第4 4節(jié)節(jié) 換能器參數(shù)換能器參數(shù)換能器：換能

52、器：能實現(xiàn)將電磁能（或機械能）轉(zhuǎn)換能實現(xiàn)將電磁能（或機械能）轉(zhuǎn)換為聲能，或者將聲能轉(zhuǎn)換為電磁能的元器件，為聲能，或者將聲能轉(zhuǎn)換為電磁能的元器件，俗稱俗稱探頭探頭。測井井下作業(yè)對聲波換能器的要求：測井井下作業(yè)對聲波換能器的要求：產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有足夠的聲功率；產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有足夠的聲功率；產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有一定的頻率；產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有一定的頻率；產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有一定的方向性；產(chǎn)生的聲波信號應(yīng)有一定的方向性；能在高溫、高壓下正常工作等。能在高溫、高壓下正常工作等。第一節(jié)第一節(jié) 磁致伸縮效應(yīng)與壓電效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)與壓電效應(yīng)超聲超聲波清洗設(shè)備波清洗設(shè)備.磁致伸縮效應(yīng)：所謂磁致伸縮效應(yīng)，是指鐵磁體

53、磁致伸縮效應(yīng)：所謂磁致伸縮效應(yīng)，是指鐵磁體在被外磁場磁化時，其在被外磁場磁化時，其體積和長度體積和長度將發(fā)生變化的將發(fā)生變化的現(xiàn)象。磁致伸縮效應(yīng)引起的體積和長度變化雖是現(xiàn)象。磁致伸縮效應(yīng)引起的體積和長度變化雖是微小的，但其長度的變化比體積變化大得多，是微小的，但其長度的變化比體積變化大得多，是人們研究應(yīng)用的主要對象，又稱之為人們研究應(yīng)用的主要對象，又稱之為線磁致伸縮線磁致伸縮。線磁致伸縮的變化量級為線磁致伸縮的變化量級為1010-5-51010-6-6。它是焦耳在。它是焦耳在18421842年發(fā)現(xiàn)的，其逆效應(yīng)是壓磁效應(yīng)。年發(fā)現(xiàn)的，其逆效應(yīng)是壓磁效應(yīng)。（磁場磁場形變形變） 。溫度升高，分子熱運動

54、加劇，磁致伸縮效應(yīng)減弱；溫度升高，分子熱運動加劇，磁致伸縮效應(yīng)減弱；當(dāng)溫度達到某一數(shù)值時，鐵磁性材料的磁性將完當(dāng)溫度達到某一數(shù)值時，鐵磁性材料的磁性將完全消失（退磁），磁致伸縮效應(yīng)將完全消失，這全消失（退磁），磁致伸縮效應(yīng)將完全消失，這一特征溫度叫作一特征溫度叫作居里點居里點。聲波測井常用的磁致伸。聲波測井常用的磁致伸縮材料鎳片的居里點為縮材料鎳片的居里點為370 C。實際上，當(dāng)溫。實際上，當(dāng)溫度超過度超過110 C時，鎳片的磁致伸縮效應(yīng)已經(jīng)相當(dāng)時，鎳片的磁致伸縮效應(yīng)已經(jīng)相當(dāng)微弱，以致不能正常的發(fā)射聲波。微弱，以致不能正常的發(fā)射聲波。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)是指某些單晶和多晶材料在應(yīng)力作是指某些單晶和

55、多晶材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生電場的物理過程（用下產(chǎn)生電場的物理過程（應(yīng)力應(yīng)力電場電場）。）。壓電效應(yīng)也是可逆的，即在電場作用下，某壓電效應(yīng)也是可逆的，即在電場作用下，某些單晶和多晶材料上的應(yīng)力與應(yīng)變發(fā)生發(fā)生些單晶和多晶材料上的應(yīng)力與應(yīng)變發(fā)生發(fā)生變化（變化（電場電場應(yīng)力應(yīng)力） 。具有壓電效應(yīng)的材料稱為具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。壓電材料。壓電壓電材料材料壓電單晶體壓電單晶體(天然或人工制造天然或人工制造)：石英；：石英；酒石酸鉀鈉；硫酸鋰等酒石酸鉀鈉；硫酸鋰等壓電多晶體壓電多晶體(人工按陶瓷制作工藝燒人工按陶瓷制作工藝燒制制)，通稱，通稱壓電陶瓷壓電陶瓷：鈦酸鋇；鋯鈦：鈦酸鋇；鋯鈦酸鉛；鎂鈮酸鉛

56、等酸鉛；鎂鈮酸鉛等在外加交變電場變化范圍不大的情況下，外加電在外加交變電場變化范圍不大的情況下，外加電場強度場強度E和線應(yīng)變和線應(yīng)變 之間具有近似的線性關(guān)系。之間具有近似的線性關(guān)系。橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)：外加作用力：外加作用力( (或壓電陶瓷產(chǎn)生的應(yīng)或壓電陶瓷產(chǎn)生的應(yīng)力力) )和原始極化方向互相垂直。和原始極化方向互相垂直。縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)：應(yīng)力方向和極化方向一致的壓電：應(yīng)力方向和極化方向一致的壓電效應(yīng)。效應(yīng)。切向壓電效應(yīng)切向壓電效應(yīng)：壓電陶瓷在受到剪切應(yīng)力作用時：壓電陶瓷在受到剪切應(yīng)力作用時所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)制作成為聲波利用壓電陶瓷的壓電效

57、應(yīng)制作成為聲波的接收換能器（的接收換能器（應(yīng)力應(yīng)力電場電場）。）。第二節(jié)第二節(jié) 逆壓電效應(yīng)與聲波的發(fā)射逆壓電效應(yīng)與聲波的發(fā)射逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)：指壓電陶瓷材料在外加電場的：指壓電陶瓷材料在外加電場的作用下發(fā)生形變的過程，作用下發(fā)生形變的過程，（電場電場形變形變），），或者叫作電致極化伸縮效應(yīng)或者叫作電致極化伸縮效應(yīng) 。橫向逆壓電效應(yīng)橫向逆壓電效應(yīng)：壓電陶瓷材料在外加電場：壓電陶瓷材料在外加電場作用下，發(fā)生形變的方向與電場方向垂直的作用下，發(fā)生形變的方向與電場方向垂直的效應(yīng)。效應(yīng)?？v向逆壓電效應(yīng)縱向逆壓電效應(yīng)：壓電陶瓷材料在外加電場：壓電陶瓷材料在外加電場作用下，發(fā)生形變的方向與電場方向一致的

58、作用下，發(fā)生形變的方向與電場方向一致的效應(yīng)。效應(yīng)。在壓電陶瓷的原始極化方向上施加電場，將在壓電陶瓷的原始極化方向上施加電場，將使壓電陶瓷在使壓電陶瓷在X、Y和和Z方向上發(fā)生伸縮形變。方向上發(fā)生伸縮形變。若在原始極化方向上施以頻率為若在原始極化方向上施以頻率為f的交變電場，的交變電場，則壓電陶瓷將發(fā)生頻率相同的伸縮振動。則壓電陶瓷將發(fā)生頻率相同的伸縮振動。切向逆壓電效應(yīng)：壓電陶瓷材料在外加電場切向逆壓電效應(yīng)：壓電陶瓷材料在外加電場作用下，發(fā)生剪切形變的效應(yīng)。作用下，發(fā)生剪切形變的效應(yīng)?？梢岳脡弘娞沾傻那邢蚰鎵弘娦?yīng)在固體可以利用壓電陶瓷的切向逆壓電效應(yīng)在固體介質(zhì)中激發(fā)橫波，即可制作橫波換能器。

59、介質(zhì)中激發(fā)橫波，即可制作橫波換能器。第三節(jié)第三節(jié) 換能器的振動模式與激化方式換能器的振動模式與激化方式現(xiàn)有的聲波測井儀的發(fā)射換能器一般是圓管狀的現(xiàn)有的聲波測井儀的發(fā)射換能器一般是圓管狀的壓電陶瓷（當(dāng)然也有極個別還是利用鎳片）。壓電陶瓷（當(dāng)然也有極個別還是利用鎳片）。壓電陶瓷工作原理壓電陶瓷工作原理：經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷材：經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷材料，沿一定方向加以交變電流時，在電場的作用料，沿一定方向加以交變電流時，在電場的作用下將發(fā)生形變，在外加電場變化范圍不大的情況下將發(fā)生形變，在外加電場變化范圍不大的情況下，形變與外加電場成正比，此即逆壓電效應(yīng)或下，形變與外加電場成正比，此即逆壓電效應(yīng)

60、或電致極化伸縮效應(yīng)。電致極化伸縮效應(yīng)。聲波發(fā)射換能器工作原理聲波發(fā)射換能器工作原理：當(dāng)外加交變電壓：當(dāng)外加交變電壓的頻率與壓電陶瓷材料的固有頻率相同時，的頻率與壓電陶瓷材料的固有頻率相同時，壓電陶瓷即產(chǎn)生按其固有頻率發(fā)生的形變，壓電陶瓷即產(chǎn)生按其固有頻率發(fā)生的形變，從而在周圍介質(zhì)中激發(fā)起聲波。從而在周圍介質(zhì)中激發(fā)起聲波。由于圓管狀探頭在由于圓管狀探頭在X、Y和和Z方向上的幾何尺方向上的幾何尺寸各不一樣，因此，徑向、軸向和厚度振動寸各不一樣，因此，徑向、軸向和厚度振動發(fā)出的聲波信號的頻率是各不相同的，即三發(fā)出的聲波信號的頻率是各不相同的，即三種振動的固有頻率各不相同。種振動的固有頻率各不相同。為