地球物理测井技术研究

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摘要：在工程地质勘察中采用钻探方法，有时由于钻探工艺和操作水平等原因，岩芯采取率很低，或者在钻探过程中，由于机械破坏作用使岩体的物理状态发生了变化，使岩芯呈砂状和碎块状，对于现场技术人员很难判断地层的真实情况，甚至于造成误判和错判，但是通过一定的手段对孔壁的物理性质进行检测，可以判断地层岩石的真实情况，声波测井就是检测钻孔内孔壁情况的一种方法。本文阐述了声波测井原理，并通过一工程实例说明声波测井在工程地质勘察中的应用。

[关键词]：测井 原理应用

Abstract: in the engineering geology investigation in the drilling method, sometimes because technology and operation level of drilling reason, core take rate very low, or in the process of drilling, due to mechanical damage to the rock mass physical conditions change, make a sand core, and the pieces form, the technical personnel it is difficult to judge the strata of the truth, or even the wrong result and wrongly convicted, but through certain means for the hole in the wall of physical properties for testing, can judge the real situations of the strata rock, acoustic logging detection in drilling hole wall is a method of situation. This paper expounds the principle of acoustic logging, and through a project example acoustic logging in the application of engineering geology exploration.

Keywords: logging principle is applied

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

地球物理测井，简称测井，它是应用地球物理方法划分钻孔剖面、评价地层进而解决某些地质问题的一门技术科学。按勘探对象的差异，测井分为油田测井、煤田测井、金属与非金属测井、水文与工程测井以及地基勘察测井等。

我国煤田测井开始于1955年，50年代中期至70年代末，煤田测井主要是模拟测井，测井参数从50年代中期的电阻率、自然电位、人工电位、电极电位和电流等电学参数，到50年代末期增加了核测井。70年代试验了三侧向、声波、选择伽玛――伽玛、双源距密度、中子测井、地层产状、连续测斜和超声成相等新方法，从而，煤田测井跨上了新的历史时代。一方面，加强单孔解释中对薄煤层和夹矸划分的研究，使煤层分层定厚的精度居世界前列，另一方面开始多孔解释，进行测井曲线的地层对比，扩大了测井资料的地质应用范围，实行了对仪器的刻度，开展了测井资料的半定量、定量分析。

随着科学技术的发展和煤田地质对测井技术的要求，模拟测井已不能满足当今煤田地质技术要求。80年代初，我国煤田开始引进国外数字测井技术，相继生产出适应我国煤田特点和固体矿产勘探的数字测井仪，并形成方法系列化的补偿密度组合探管\电法测井探管、声波测井探管、岩性密度组合探管和地层倾角探管配套设备，为我国煤田测井数字化完成了第一次飞跃。目前，我国煤田测井采用的主要方法有：电测井方面有普通电阻率测井、侧向测井和自然电位测井；核测井方面有自然伽玛测井、双源距密度测井、选择伽玛――伽玛测井和中子测井；声波测井主要有声波测井和声幅测井等，已全部实现了测井数字化，能获取大量测井信息。 声波测井由于其仪器携带方便，测试方法简单，在地质勘察中获得了广泛应用。现以声波测井工程实例说明声波测井在工程地质勘察中的应用。

1测试原理

声波测井测试原理如图所示，发射换能器（T）将声波仪发射机输出的具有一定功率的电信号转化为声信号发出后，二个接收换能器（R1和R2）则分别接收声信号转变为电信号，输入到声波仪的输入系统中。在发射点与二个接收点之间，会形成一个复杂的声场，发射出的声波经过井液射向井壁，一部分透过井壁进入岩石中（透射波），一部分反射回来（反射波），其中以临介角i入射这一部分则在井壁上产生滑行波，另外还有一部分直接沿井液传播（直达波）。不同的声波走时都不相同，因井液的波速小于岩石的波速，所以滑行波最先到达接收器。形成信号波形的初始起跳，一般称为"初至”。分别读出二个接收换能器初始起跳的声时，按下式即可计算岩体的纵波波速：

Vp=ΔL /（T2―T1）

其中：Vp为纵波波速，单位m/s；ΔL为二个接收换能器的跨距，单位m；T2为二号接收换能器初始起跳的声时， T1为一号接收换能器初始起跳的声时，单位s。

一般说来，波速的大小主要与岩石的密度、表面破碎程度、裂隙或节理发育程度以及岩石的孔隙度、胶结程度、风化程度等因素有关。

由现场和实验室研究表明，岩体的密度高、单轴抗压强度大则纵波波速高；岩体越致密，岩体声速越高；结构面（层面、节理、裂隙等）的存在，使得声速降低；岩体风化破碎程度大则声速低。 因此，纵波波速的大小在一定程度上反映了岩体的完整性和风化程度。

3.工程实例

某高速公路大桥，一桥墩位于可溶性岩石―灰质白云岩的山间谷地中，谷地中覆盖层为红粘土厚度约6.0m，在地质钻探揭穿红粘土后，在6.1～9.3m深度中，岩芯呈砂状和碎块状，9.3～18m岩芯完整，呈长柱状。这种情况对于6.1～9.3m段地质情况判断造成困难。为了探明该段内的地质情况，技术人员决定采用中国科学院武汉岩土力学研究所生产的RSM-SY5型声波检测仪，换能器为单孔圆管径向式，资料用RSMSY5声波仪检测程序进行分析处理。

通过对该钻孔的声波测试， 6.1～9.3m段声波速度最高为6000m/s，最低为4200 m/s，平均5500 m/s，而9.3～18m段声波速度最高为6500m/s，最低为4500 m/s，平均5600 m/s。两段内声波速度相差不大，据此可以判断，6.1～9.3m段岩芯破碎是由于钻探机械原因而造成的，地下岩体基本完整，此段可以作为基础的持力层。后来施工时根据现场开挖结果表明，该桥墩下6.1～9.3m段为完整基岩，与原来判断情况一致。

4.声波测井缺点

声波测井作为勘察的一种手段，由于其便捷性和操作简单性获得较为广泛的应用。但是，就像任何事物都具有两面性一样，声波测井也有自己的局限性，首先它的探头要有媒质和孔壁接触，在平常就选用水作为这种媒质材料。如果在岩体节理裂隙发育的岩体钻孔中进行声波测试，这时由于钻孔漏水而使孔内无水，孔中没有探头与孔壁连接的媒质物体，这就使得声波测井不能进行，虽然有时可以注水进行测量，但是由于受水流的影响，测试数据的可靠性就会降低。再者，声波测井只能是测试孔壁的岩体的完整程度，但是对于岩体的完整程度却没有办法测量，当然，这个缺陷也可以通过跨孔声波测试来克服。其次，声波数据还受孔壁光滑程度等成孔质量因素影响，使得测试数据有一定的偏差。

5.小结

煤田测井的数字化，可以提供更多的地质信息，使用好数字测井系统，是测井数字化的关键，另外，熟练掌握测井基本原理与相关知识，也是完成数字测井的前提，新型数字测井系统更是推动煤田测井数字化进展的动力。声波测井作为一种勘察方法，由于其所无可比拟的优点，在工程地质勘察中获得了广泛的应用，本文从声波测井的测试原理出发，通过工程实例对声波测井在地质勘察中得应用，同时又对声波测井的缺点做了阐述，使读者对声波测井有一个基本全面的认识，对于推广声波测井在勘察中的应用起到推到作用。

参考文献：

1、张凤威 《煤田地球物理测井》 1981年，煤炭工业出版社《中国煤田地球物理勘探》1981年，煤炭工业出版社

3、陈仲候 《工程与环境物探》 1993年，地质出版社

作者简介：王立党(1966 - )，男，河南邓州人，工程师，1986年毕业于陕西煤炭工业学校地球物理勘探专业。