1井孔中的声波及其波型成分
在钻孔中，由点声源激发的全波列是由多种波列成分组成的，主要包括纵波、横波、伪瑞雷波和斯通利波等(见图1)。(1)纵波纵波(又称滑行纵波)是由声源发出的以第一临界角入射到井壁后，在井外地层并靠近井壁且以图1全波列波形图地层中的纵波速度沿井壁滑行的波。该波在沿井壁传播的同时，以第一临界角为折射角回到井中，被接收器接收。(2)横波横波又称滑行横波，类似于纵波，从射线声学的角度来看，横波头波是声源发出，第二临界角进入井壁后，在井外地层靠近井壁以地层横波速度传播的波，该波沿井壁传播时以第二临界角作为折射角回到井中(3)假瑞雷波以相速介于井内流体中的纵波速度和地层中的横波速度传播的无几何衰减的高频散波。(4)斯通利波以比井内流体纵波速度传播的几何衰减微波传播。

2声波全波列井仪系统的构成和工作原理

2.1系统构成目前在国内工程调查行业，适用的声波全波列井仪主要是北京大地华龙公司生产的XG-ⅱ长源距全波列井仪，该仪器是双通道高分辨率、数字化的井仪，具有分时采样、反复、过滤、信号强化、噪音抑制、现场实时计算、实时显示实时波形和测试结果等功能。测井仪系统由主机、井中全波列声系、连接电缆、平面换能器(用于岩芯的波速测试)和数据处理软件组成。主要技术指标见表1。井中全波列声系由一个发射探头和两个接收探头组成(见图2)，发射探头距接收探头1的距离为1.05m，距接收探头2的距离为1.25m，两个接收探头的距离为0.20m。

2.2工作原理应用辐射声学理论分析，当发射声源(发射换能器)的几何尺寸小于声波的波长时，发射声波的指向性差，在井孔中激发的声波以不同的角度辐射到井壁，在井液和井壁的界面发生反射和折射折射定理:从式(1)可以看出，如果父母的值是arcsin(最大/最大)，折射角父母的2为90°，即折射波沿井壁传播(滑行波)，请参照图3。同样，滑行波在传播过程中也以90°进入射角，不断折射回井液，被接收换能器捡起来。一般岩石的波速远高于水的波速，滑行波比井液的直达波先到达。此时，远近不同的两个接收换能器拾取的滑行折射波，当时的不同、宽频差异包括两个换能器之间井壁岩体反映的地球物理信息，根据接收的各种波的最初到时间差，可以计算两个地层的波速值。

2.3岩石中声波的传播特征新鲜完整的岩石波速高、波幅大、频率高，岩石风化后波速、波幅和频率均会降低。这是由于风化作用使岩石中的结构面增加，且原有的矿物分解成次生的亲水矿物，矿物或岩屑颗粒之间的连结状态也由原来的结晶连结或胶结连结转化为水胶连结，较为松散，从而使声波传播时间增长，波速降低，而吸收衰减增大，波幅大大缩小，频率变低，波在风化岩石中的穿透能力也大为减弱。同理，在岩体破碎及节理裂隙发育区，当声波在岩体中传播时，由于这种不连续界面中往往富含有液体使其波阻抗降低，且在这种界面上传播的声波会发生不同程度的反射、绕射，致使声波的能量大大衰减，导致波速降低，波幅变小，频率变低，反映在全波列波形上会出现图4所示的声波异常区(见图4中浅灰色区块)［2］。用软件播放后，用人工方法观察两个波形中横波的波点，读取相应的波点，然后用两个波形的波点来计算横波时差，这种方法麻烦，处理速度慢，精度不高。

2.4全波列测量井中纵横波的提取在测量井中槛识别的方法检测纵波的波到，计算纵波时差。目前，大多数波速测试仪器可以通过软件自动判断和计算纵波速度。对于普通的波速测试仪来说，由于纵波后续波的干扰，一般很难利用类似的方法获得地板的横波速度。声波全波列井仪采用较长的源距，记录了整个波列，即在某个测量点记录了远近两个完整的全波列波形。在全波列波形中，纵波信号到达一段时间后横波到达，此时纵波信号衰减，横波信号频率低振幅大，与前纵波明显不同，容易区分两者。由此可见，利用全波列信息通过一系列信号处理分析，从全波列资料中提取纵波、横波、斯通利波等，不仅可以得到各种波的波速，还可以在一定条件下得到某种波幅和频率谱等，充分利用这些井信息研究地层的特性。下面给大家介绍横波提取的方法。

2.4.1人工波形识别法的方法是，首先将声波井记录道的全波列利3全波列井在工程调查中的应用于工程调查，声波全波列井主要用于解决以下地质问题:(1)岩体波速测试和力学参数计算(2)划分基础岩层和岩性(3)围绕结构、岩溶、节理裂缝发育带和软弱层，辅助确定含水层位置(4)风化壳和岩体的完整度进行定量评价。

2.4.2相关对比法的相关对比法是利用两个全波列信号寻求某个波列的相关函数，然后寻求该波列的速度(组速度)的方法(见图5)。应用该方法对采集的信号进行互相关分析，可以准确地识别S波的到时，大大提高了波速分析的效率和精度。

3.1测试方法技术由于目前声波测试主要应用于岩体的波速测试和计算力学参数，本文以此方面的工作为例介绍声波测试方法技术。该方法分为孔内岩体波速测试和岩石(岩芯)波速测试两个步骤。（1）孔内岩体波速测试：采用一发双收音系，以水为耦合介质测量岩体纵波速度pm和横波速度sm。（2）岩石波速测试：一般测试岩芯的波速。测试方法采用透射法，即在岩芯的两端放置纵波发射换能器及接收换能器，测定岩芯的纵波速度νpr。(3)根据岩石的密度、岩芯的波速及岩体的纵横波速度，计算岩体的动弹性模量、动剪切模量、

3.2影响声波测井的因素［1］(1)周波跳跃的影响正常情况下，测井仪的两个接收探头是被同一脉冲首波触发的，但在孔隙较多的疏松地层和裂隙发育区(或破碎带)中，由于能量的严重衰减，致使首波减弱到只能触发第一接收探头，而第二道首波前沿不能触发，而是触发记录首波后沿，其相位将明显地滞后，造成记录的时差比岩层的实际时差大。更严重的是，第二波被第二周或推迟多周后的幅度峰触发，每次峰值差一次，时差就会增加周期，表现在波列图上，测井曲线的急剧偏移和相邻波速的大不相同，这种现象被称为周波跳跃。(2)层厚的影响。全波列测井仪的来源距离较长，对两接收道之间较小的薄地层的分辨能力较差。减少间隔可以提高薄层的识别能力，但记录精度受到影响，检测深度也变浅。(3)噪声干扰在碳酸盐岩地层，与井液声阻抗大不相同，声波在孔内反射强，多次反射形成混响声场(噪声)，不易分散，因此在第二次发射后收到的第一次波上重叠，第一次波的识别困难，特别是第一次波幅次波幅度小的层，如裂缝发育区、破碎带等，对该区的声波曲线的判断有很大影响。

4工程实例

陕西省某铁路隧道的选址区位于秦岭山脉，山势陡峭，该区地层为砂岩，区内破碎带和节理发育，因此查明该区地层岩石风化、破碎情况对隧道调查设计至关重要。图6是该工程LZK5调查孔的波速测试成果。如图所示，该钻孔的纵波速度一般大于4000m/s，横波速度一般大于1600m/s。在25~28m、43~46m、62~65m、80~85m的位置和100~125m之间，纵横波的速度明显下降，反映该地区有破碎带或节理裂缝发育。对应上述低速区的位置，岩石的动弹性模量和动剪切模量也随波速下降，变化幅度明显的部分地区岩石的泊松比数值增大，部分地区没有明显变化，反映了深度、性质不同的破碎带和节理发育区的力学性质差异。图7是江西省某核电工程选址勘察中波速测试所得到的地质——p柱状图，该区地层为玄武岩，全区岩石风化强烈，裂缝发育。从图中可以看出，对应不同性质的地板，波速变化大，反映岩石风化程度、破碎程度变化大，21.6m以上波速在2000~2756m/s之间，是强风化、破碎的玄武岩地板的21.6~23.6m层速度为3397m/s，是中风化玄武岩地板的23.6~35.8m层速度一般在4000m/s以上，是完整的玄武岩地板，其间偶尔有裂缝35.8~37m是明显的裂缝发育区。从上述可以看出，波速测试结果反映了岩体内部波速场的分布，波速-深度曲线也可以概括、直观地反映岩体的完整性。

5结语

(1)通过超声检测技术测定岩体的纵波、横波速度，可以评价测定的岩体的风化程度和岩体的完整性指数，其成果可靠。(2)测试结果生成的深度波速图可以直观反映该地区地层的风化程度和岩体破碎情况，为设计提供可靠的物性参数，是推进的测试方法。(3)根据波速测试结果计算的岩石力学参数可以为工程的调查设计提供更详细的基础地质资料。传统声波全波列测井仪器仅用于石油勘探中深部(数千米)钻孔测试，该仪器价格昂贵，设备重，源距长(最长可达十几米)，不适用于工程调查领域，因此目前工程调查中声波全波列中包含的各种波幅、频率等信息的深入研究较少。随着适用于工程勘察的声波全波列测井仪的推出，全波列测井技术广泛应用于交通、水电、铁路、工业和民用建筑等领域，解决了各领域工程勘察中的相关问题。随着我国经济建设的稳步发展，基础建设项目中的工程勘察和地质灾害防治工作对声波全波列测井技术的需求进一步加大，对该方法技术的研究也进一步加深，发挥更广泛、更重要的作用。