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（山东正元建设工程有限责任公司 山东 济南 250014）
【摘 要】声波测井技术属于地球物理勘探的范畴，初期主要应用于油田，随着我国各类建设事业的迅速发展和计算机技术的不断提高，已逐渐应用于地质矿产勘探、油气田的开发利用、工程地质勘察等诸多领域，是地球物理勘探学科中发展最快的分支之一。本文结合工程实例简要介绍声波测井技术在围岩分级中的应用。
【关键词】声波测井技术；围岩分级；自然伽马能谱测井；应用
Application of sonic logging technique in the rock classification of rock engineering
Xie Kong-jin，Wang Xia，Xu Hong-wei
(Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250014)
【Abstract】 Sonic logging technique is belonging to the scope of geophysical prospecting，mainly used in oil fields in the early，along with the rapid development of various types of construction and the continuous improvement of computer technology，it has been applied to the geology and mineral resources exploration；the development and utilization of oil and gas fields；the geological prospecting works and many other fields，it is the subject of one of the fastest-growing branch in the teophysical exploration。In this paper，with a brief example of engineering technology，it shows the application of the sonic logging technique in the rock classification.
【Key words】 Sonic logging technique；The rock classification；Natural gamma-ray spectrometry logging；Application
1. 前言
声波测井技术始于20世纪50年代，其属于地球物理勘探的范畴，初期主要用于油田，现已应用于冶金矿山的开采、储量计算、石油天然气井地层剖面的岩性识别、各类井的工程质量评价，随着我国各类建设事业的迅速发展，特别是计算机技术的不断提高，促使声波测井技术在工程地质方面也得到越来越广泛的应用。目前国内外已实现了对声波全波列的数字化记录，实现了声波测井记录测量过程的计算机控制和用计算机进行资料处理及解释。不难看出声波测井技术是近些年来地球物理勘探学科中发展得最快的分支之一。
2. 声波测井技术的原理和方法
声波测井技术是测定声波在岩体中传播一定距离所需要的时间。这个过程主要是通过井下换能器、地面控制仪器和记录处理系统三部分组成的。仪器记录的是井下声波换能器所发射的到达两个接受换能器的初至折射波的时间差△t，测试深度的记录点为两接收换能器的中点。声波测井技术的原理见下图1。
实际工作中使用的均为一发二收装置的声波测井换能器，由于两个接受换能器之间的距离是一定的（△l），便可以反算岩体的纵波波速Vp：
Vp＝△l/△t。
通常，在换能器与岩体之间以井液作为耦合介质，将换能器置于孔底，然后由下而上的逐点测试，如遇异常井段，可以进行重复检查测试。图1 声波测井技术原理
3. 工程应用
3.1 工程概况。
某冶金矿山系地下开采，根据公司规划拟扩大生产规模，计划建进风井，井深405m，工程地质勘察技术要求对施工地层进行围岩分类。为此，采用了声波测井的自然伽马能谱测井技术对本工程穿越地层进行围岩分类，主要通过对地层物性特征的测定划分地层、判别岩性，并评价岩体裂隙发育程度及完整性。
本次测井使用的仪器为美国MOUNT.SOPRIS公司生产的MT-Ⅲ系列数字测井仪器。选用的设备为XAP1357组合探管和CL-1423声波探管。测井资料处理和解释使用LOGPROSYS固体矿产测井处理系统。处理过程如下：首先将测井曲线读入数据库进行深度对齐、数据纠错及滤波，并按照不同仪器的刻度方程转换成岩石的各种物理量。然后进行密度计算、强度计算，并进行岩体抗压强度分析。最后进行岩性识别，确定各岩层的深度、厚度。
3.2 判别标准。
根据物探声波测井资料判别基岩完整性的标准如下表1。
3.3 成果解译。
见图2，曲线自左向右依次为电阻率、密度、自然伽马能谱和纵波速度曲线。通过对全孔测井数据分析发现：上部（0～242.55m）以砂岩、泥岩地层为主，聚焦电阻率和纵波速度都较低；下部（242.55～405m）为石灰岩与岩浆岩蚀变带，具有高电阻率、高波速、低自然伽马、低时差的特点；受风化、构造、岩溶裂隙影响的地层，岩石的电阻率、自然伽马和声波速度会有所变化。在裂隙发育及破碎地层，电阻率和声波速度有不同程度降低和形态变化，曲线幅值的改变以及变化的程度可以作为寻找裂隙和分析裂隙发育程度的依据。
岩体的完整性具体分析如下：砂、泥岩地层厚242.55m，具有低电阻率，低自然伽马，低波速的特征，浅部有少量泥灰岩沉积且风化严重，其余地层都以砂岩、泥岩为主，岩体完整性较差。下部242.55～405m，为灰岩、岩浆岩构造蚀变带。其中242.55～324.55m地层由于受风化及构造的严重影响，岩溶裂隙发育，岩体完整性差。以下324.55～405.00m主要为辉长岩、闪长岩和蚀变闪长岩地层。其中324.55～377.45m一段，波速整体较高，无明显降低，多发育单层裂隙或多层组合裂隙，岩体完整性较好。377.45～405m一段，波速值较上部地层低，有四处裂隙（破碎）带发育，岩体完整性较差。
从全孔来看，自242.55m以下地层有14处较为明显的破碎带，起止深度为：242.55～244.70m；252.55～252.95m；261.45～262.30m；276.90～278.15m；279.50～280.30m；291.10～292.55m；297.25～298.45m；307.60～309.35m；317.70～319.60m；322.75～324.55m；377.45～381.70m。393.85～394.55m；400.05～400.60m；403.65～405.00m。
3.4 综合评价。
钻探和室内试验结果与物探测井结果基本是一致的，根据岩体完整性等指标围岩分类如下表2。
备注：243.7～245.7m、265.4～266.8m及377.6～379.1段属基岩破碎带，岩体极破碎，围岩级别属Ⅴ类。
4. 结语
声波测井的方法是通过探管下部的声波发射器向岩体发射弹性声波，上部的接收器把经过岩体传播一定距离后的弹性声波接收下来，记录岩体弹性波的传播时间、幅度等特征，经过拟合计算，并结合钻孔岩体的地质特点进行工程地质评价和围岩分类等。
利用声波测井技术与钻探技术相结合来评价围岩分级，可以相互取长补短，互相验证，从而使围岩分类更为准确。所以一种测试方法只要与其他方法技术相结合，才能发展地更快更好，应用领域也才能更为广阔。
参考文献
［1］ 王建华. 声波测井技术综述.工程地球物理学报, 2006,10
［2］ 吕文新，金萍，张建英. 自然伽马及能谱测井在特低渗巨厚砾岩油藏地层划分与对比中的应用.石油天然气学报，2008,4
［3］ 关红梅. 声波测井技术在固井质量检测中的应用.江汉石油科技，2005,12
［4］ 丁创忠. 声波测井技术在大广坝水电工程中的应用.水力发电，2002,7
［5］ 黄源胜. 声波测井在蟒塘溪坝址工程地质勘察中的应用.湖南水利，1999,1
【摘 要】声波测井技术属于地球物理勘探的范畴，初期主要应用于油田，随着我国各类建设事业的迅速发展和计算机技术的不断提高，已逐渐应用于地质矿产勘探、油气田的开发利用、工程地质勘察等诸多领域，是地球物理勘探学科中发展最快的分支之一。本文结合工程实例简要介绍声波测井技术在围岩分级中的应用。
【关键词】声波测井技术；围岩分级；自然伽马能谱测井；应用
Application of sonic logging technique in the rock classification of rock engineering
Xie Kong-jin，Wang Xia，Xu Hong-wei
(Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250014)
【Abstract】 Sonic logging technique is belonging to the scope of geophysical prospecting，mainly used in oil fields in the early，along with the rapid development of various types of construction and the continuous improvement of computer technology，it has been applied to the geology and mineral resources exploration；the development and utilization of oil and gas fields；the geological prospecting works and many other fields，it is the subject of one of the fastest-growing branch in the teophysical exploration。In this paper，with a brief example of engineering technology，it shows the application of the sonic logging technique in the rock classification.
【Key words】 Sonic logging technique；The rock classification；Natural gamma-ray spectrometry logging；Application
1. 前言
声波测井技术始于20世纪50年代，其属于地球物理勘探的范畴，初期主要用于油田，现已应用于冶金矿山的开采、储量计算、石油天然气井地层剖面的岩性识别、各类井的工程质量评价，随着我国各类建设事业的迅速发展，特别是计算机技术的不断提高，促使声波测井技术在工程地质方面也得到越来越广泛的应用。目前国内外已实现了对声波全波列的数字化记录，实现了声波测井记录测量过程的计算机控制和用计算机进行资料处理及解释。不难看出声波测井技术是近些年来地球物理勘探学科中发展得最快的分支之一。
2. 声波测井技术的原理和方法
声波测井技术是测定声波在岩体中传播一定距离所需要的时间。这个过程主要是通过井下换能器、地面控制仪器和记录处理系统三部分组成的。仪器记录的是井下声波换能器所发射的到达两个接受换能器的初至折射波的时间差△t，测试深度的记录点为两接收换能器的中点。声波测井技术的原理见下图1。
实际工作中使用的均为一发二收装置的声波测井换能器，由于两个接受换能器之间的距离是一定的（△l），便可以反算岩体的纵波波速Vp：
Vp＝△l/△t。
通常，在换能器与岩体之间以井液作为耦合介质，将换能器置于孔底，然后由下而上的逐点测试，如遇异常井段，可以进行重复检查测试。图1 声波测井技术原理
3. 工程应用
3.1 工程概况。
某冶金矿山系地下开采，根据公司规划拟扩大生产规模，计划建进风井，井深405m，工程地质勘察技术要求对施工地层进行围岩分类。为此，采用了声波测井的自然伽马能谱测井技术对本工程穿越地层进行围岩分类，主要通过对地层物性特征的测定划分地层、判别岩性，并评价岩体裂隙发育程度及完整性。
本次测井使用的仪器为美国MOUNT.SOPRIS公司生产的MT-Ⅲ系列数字测井仪器。选用的设备为XAP1357组合探管和CL-1423声波探管。测井资料处理和解释使用LOGPROSYS固体矿产测井处理系统。处理过程如下：首先将测井曲线读入数据库进行深度对齐、数据纠错及滤波，并按照不同仪器的刻度方程转换成岩石的各种物理量。然后进行密度计算、强度计算，并进行岩体抗压强度分析。最后进行岩性识别，确定各岩层的深度、厚度。
3.2 判别标准。
根据物探声波测井资料判别基岩完整性的标准如下表1。
3.3 成果解译。
见图2，曲线自左向右依次为电阻率、密度、自然伽马能谱和纵波速度曲线。通过对全孔测井数据分析发现：上部（0～242.55m）以砂岩、泥岩地层为主，聚焦电阻率和纵波速度都较低；下部（242.55～405m）为石灰岩与岩浆岩蚀变带，具有高电阻率、高波速、低自然伽马、低时差的特点；受风化、构造、岩溶裂隙影响的地层，岩石的电阻率、自然伽马和声波速度会有所变化。在裂隙发育及破碎地层，电阻率和声波速度有不同程度降低和形态变化，曲线幅值的改变以及变化的程度可以作为寻找裂隙和分析裂隙发育程度的依据。
岩体的完整性具体分析如下：砂、泥岩地层厚242.55m，具有低电阻率，低自然伽马，低波速的特征，浅部有少量泥灰岩沉积且风化严重，其余地层都以砂岩、泥岩为主，岩体完整性较差。下部242.55～405m，为灰岩、岩浆岩构造蚀变带。其中242.55～324.55m地层由于受风化及构造的严重影响，岩溶裂隙发育，岩体完整性差。以下324.55～405.00m主要为辉长岩、闪长岩和蚀变闪长岩地层。其中324.55～377.45m一段，波速整体较高，无明显降低，多发育单层裂隙或多层组合裂隙，岩体完整性较好。377.45～405m一段，波速值较上部地层低，有四处裂隙（破碎）带发育，岩体完整性较差。
从全孔来看，自242.55m以下地层有14处较为明显的破碎带，起止深度为：242.55～244.70m；252.55～252.95m；261.45～262.30m；276.90～278.15m；279.50～280.30m；291.10～292.55m；297.25～298.45m；307.60～309.35m；317.70～319.60m；322.75～324.55m；377.45～381.70m。393.85～394.55m；400.05～400.60m；403.65～405.00m。
3.4 综合评价。
钻探和室内试验结果与物探测井结果基本是一致的，根据岩体完整性等指标围岩分类如下表2。
备注：243.7～245.7m、265.4～266.8m及377.6～379.1段属基岩破碎带，岩体极破碎，围岩级别属Ⅴ类。
4. 结语
声波测井的方法是通过探管下部的声波发射器向岩体发射弹性声波，上部的接收器把经过岩体传播一定距离后的弹性声波接收下来，记录岩体弹性波的传播时间、幅度等特征，经过拟合计算，并结合钻孔岩体的地质特点进行工程地质评价和围岩分类等。
利用声波测井技术与钻探技术相结合来评价围岩分级，可以相互取长补短，互相验证，从而使围岩分类更为准确。所以一种测试方法只要与其他方法技术相结合，才能发展地更快更好，应用领域也才能更为广阔。
参考文献
［1］ 王建华. 声波测井技术综述.工程地球物理学报, 2006,10
［2］ 吕文新，金萍，张建英. 自然伽马及能谱测井在特低渗巨厚砾岩油藏地层划分与对比中的应用.石油天然气学报，2008,4
［3］ 关红梅. 声波测井技术在固井质量检测中的应用.江汉石油科技，2005,12
［4］ 丁创忠. 声波测井技术在大广坝水电工程中的应用.水力发电，2002,7
［5］ 黄源胜. 声波测井在蟒塘溪坝址工程地质勘察中的应用.湖南水利，1999,1