声波测井3课件

第二章岩石声学基础井眼地层的划分注：图中1－泥浆；2－泥饼；3－冲洗带；4－过渡带；5－原状地层烃类水泥质骨架声波或弹性波是指弹性介质中传播的压强、应力、体积元变形、质点位移、质点速度等的变化或几种变化的综合。岩石声学或地声学是专门研究在岩层或地层中声波的产生、传播、接收以及各种效应的一门边缘学科。常用单位换算关系：1Pa＝1N/m2=10dyn/cm21dyn/cm2＝1微巴1兆帕＝106Pa＝10.13公斤力/cm21公斤力/cm2＝1工程大气压通常，利用声压级来表示声波的有效声压大小，记作Lp：

Lp＝20lg(P/Po)

P：声波的有效声压；

Po：基准声压，在空气中，Po=20微帕;在水中，Po=0.1帕。声压级Lp无量纲，习惯上以分贝(dB)为其单位；例如：在空气中相距5米大声讲话，对方所感受到的声压约为参考声压(Po=20微帕)的1000倍，则其声压级为：

Lp＝20lg(P/Po)＝20lg1000＝60分贝声功率单位：瓦(W)1瓦＝1焦耳/秒（即1W＝1J/S）1瓦＝106微瓦1微瓦＝10尔格/秒声强：在声波传播的波阵面上，单位面积上的声功率大小，用I表示，即：声强的单位：瓦/米2；微瓦/厘米2；尔格/秒·厘米2

同样可以利用声强级来表示一个声波的强度，声强级记为LI，其大小表示为：LI＝10lg(I/Io)（单位：分贝dB）I－声波的声强；Io－基准声强，在空气中Io＝10-12瓦/米2（与空气中的基准声压Po＝20微帕相当）声压与质点振动速度之比在地声学中称为波阻抗或声阻抗，通常以Z表示；波阻抗Z＝C，即介质密度与介质声速的乘积，其单位为：Kg/m2S声能密度：单位体积介质中所具有的声波能量，用D表示，即：

D－声能密度；C－声波在介质中的速度。声波在介质中的传播，按其波阵面的几何形状可以简单地分为：

♦

球面波；

♦

柱面波；

♦

平面波。第二节声波传播过程中的衰减声波以球面波或柱面波传播时，随着传播距离的增大，波阵面的几何形状将扩展，而声波能量在波阵面上均匀分布，致使声强随着传播距离的增大而减小；由于平面波在传播过程中波阵面面积不扩展，因而声强不发生变化。声波在介质中传播时，声波能量将随波阵面面积扩展而分散，声强随传播距离增大而减小。这种由于波阵面的几何扩展而造成的声强及声压随传播距离增大而减小的现象称为声波的几何衰减。一井下声波的几何衰减二平面波在介质中的吸收井下声波发射换能器产生的声波在井下的传播需要考虑两方面的问题：声波在传播过程中由于波阵面的几何扩展而造成的能量分散或几何衰减；介质对声波的吸收。在井下，对接收到的声波有贡献的部分，可以看作是以探头内的某点为等效中心，发出声功率为J()的球面波。在井壁附近，沿和井壁法线方向成角方向上传播的声波。若传播距离为l，则该点的声压与声强为：三介质对声波吸收的一般机理在理想的弹性介质中，声波在传播过程中没有衰减，只是在介质的分界面上发生声波的反射和折射，仅使声波能量的传播方向发生改变，并没有发生能量转换。1粘滞吸收介质的粘滞性是声波衰减的主要原因。对于粘滞性介质，在声波传播时，相邻的体积元的运动速度不同，即各体积元之间存在相对运动，将产生内摩擦和粘滞力，因此，声波传播时需要能量来克服内摩擦和粘滞力而致使声波能量逐渐减小。粘滞性系数或动力粘度N/m2·S＝Pa·S介质密度声波在介质中的速度介质对声波的粘滞性吸收1泊＝0.1Pa·S＝1dyn/cm2·S介质对声波的粘滞性吸收系数为：3声波吸收的经典公式部分流体的声吸收系数流体A(秒2/米)Ax(秒2/米)As(秒2/米)Ae(秒2/米)空气0.99×10-110.38×10-111.37×10-112.0×10-11二氧化碳1.03×10-110.29×10-111.30×10-1127.1×10-11丙烷(气)0.72×10-110.11×10-110.83×10-11水8.5×10-150.34×10-158.8×10-1525×10-15苯(液)8.4×10-150.3×10-158.7×10-15850×10-15Ae为吸收系数的实验值由上表可知：气体的声吸收显著大于液体的声吸收(四个数量级)在固体当中的声吸收显著小于液体的声吸收气体：A

与Ax同数量级，但A

>Ax液体：除水银外，A

大Ax一个数量级，可忽略Ax理论计算值与实验值之间误差较大4水对声波的吸收声波在水中的吸收主要是由于水的粘滞性引起的，实际资料表明，井下声波在几～几十厘米的距离上传播时，水对声波吸收所产生的声强变化是较小的，除非频率特高（10兆Hz以上），一般可以忽略不计。当f=2MHz，l=1米时，四介质对声波吸收的其它问题泥浆(粘滞性、各种盐类在不同频段上引起共振式驰豫吸收、温度、压力、粘土颗粒)岩石孔隙岩石裂缝第三节岩石对声波的吸收岩石具有粘滞性，声波传播时将发生能量损耗；岩石具有弹性，声波在传播过程中将有部分弹性动能转换成为弹性位能。当一个周期性的正弦波通过岩石类介质时，假设在一个周期内损耗的能量为ΔE，存储的弹性能为E则，Q－岩石（介质）的品质因素；1/Q是岩石（介质）对声波能量损耗的量度；Q越大，岩石对声波能量的损耗（吸收）越小。岩石中声波衰减的研究一般是通过实验来进行的，结论如下：①声波频率增加，衰减增大；②声波速度大的岩样对声波的衰减小；③横波的衰减比纵波明显；④压力增大时，岩石对声波的衰减减小；岩石对声波能量衰减的影响因素：

①岩石孔隙度；②孔隙形