泥质砂岩中含有不同含量的高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等粘土矿物,这些粘土的弹性性质有较大差异,因此也会影响泥质砂岩的声速。常见的泥质砂岩声速模型及统计关系有威利-时间平均公式、泥质砂岩声速实验统计关系、Xu-White模型、CCT模型、DEM模型等,这些模型及统计关系主要考虑了岩性、物性对泥质砂岩声速的影响,并没有系统地考察不同粘土矿物类型及其含量对泥质砂岩模量及声速的影响。本次研究基于人造岩心的声速实验考察及相关模型的理论分析,观测到了声速随孔隙度、粘土类型及含量的变化,并建立了定量表征粘土类型、含量以及分布形式的泥质砂岩声速模型,为应用声速测井数据反演得到粘土类型和含量提供了实验和理论基础,相关研究为孔隙度、饱和度的定量评价以及开展储层敏感性预测提供了技术支持。首先,为了实验观测得到准确的粘土矿物弹性模量,本文提出了一种人造纯粘土岩的制备方法,该方法通过精确配比粘土及胶结剂、胶结剂除气泡、多次过筛搅拌、恒温恒湿烘干等技术手段,解决了样品均质性差、样品中存在气泡、样品烘干过程中出现微裂缝等问题。利用该方法成功制作了三种人造纯粘土岩样品（蒙脱石、伊利石、绿泥石）,并通过实验测量其声速,计算得到准确的粘土矿物弹性模量:伊利石的体积模量大致变化范围为8GPa-9GPa,剪切模量大致变化范围为6.5GPa-8.5GPa;蒙脱石的体积模量大致变化范围为5 GPa-10GPa,剪切模量大致变化范围为4GPa-7GPa;绿泥石的体积模量大致变化范围为8GPa-13GPa,剪切模量大致变化范围为6GPa-7.5GPa。相比于前人学者得到的粘土矿物弹性模量范围在5GPa-50GPa,本文不仅将粘土矿物的弹性模量范围缩小,而且精确到每一种粘土矿物类型,可以为泥质砂岩声速估计提供准确的输入参数,提高泥质砂岩声速预测精度（详见论文第二章）。其次,制作了三种不同粘土类型及含量的人造泥质砂岩,基于测量得到的声波速度与孔隙度,统计建立了人造泥质砂岩的声波速度与孔隙度、粘土含量的关系。发现:泥质砂岩的声波速度随着粘土含量的增加呈现先增加后减小的趋势,这与前人（韩德华,1986）实验得到的泥质砂岩声波速度与粘土含量的单调负相关关系有所差别。分析认为:在粘土含量增加的前期,粘土含量较少并主要起胶结作用强化骨架,造成声波速度增加。在粘土含量增加的后期,粘土越来越多地起到置换石英骨架的作用,造成岩石的整体模量降低,从而造成声波速度的减小。此外,实验发现泥质砂岩声波速度与孔隙度的单相关关系也很差,但声波速度与孔隙度、粘土含量的多元回归关系较好,这与韩德华的实验研究结果较为接近,说明泥质对声波速度影响不可忽略（详见论文第三章）。最后,理论研究发现CCT模型对泥质砂岩的声速预测普遍偏高,主要原因是CCT模型将所有泥质均作为胶结物处理,且计算过程中认为骨架始终是石英,这与实际的地质情况不相符合。根据铸体薄片分析,只有位于颗粒与颗粒之间的少部分泥质起到胶结作用,且随着泥质含量的增加,部分泥质置换了石英骨架,所以本文基于粘土在泥质砂岩中的分布形式及对岩石模量的贡献,引入泥质“一部分起胶结作用（胶结泥质）、一部分起填充作用（分散泥质）、一部分起替换石英骨架（结构泥质）的作用”的概念,基于CCT模型、DEM模型以及未胶结砂岩模型给出了定量表征粘土含量的泥质砂岩声速预测新模型。应用效果表明,本文提出的新模型的泥质砂岩声速预测效果更为精确。此外,利用新模型建立了一个泥质砂岩声波速度与孔隙度、泥质含量的三维岩石物理图版,根据图版可以初步确定泥质砂岩中的主要粘土类型（详见论文第四章）。总体上,研究通过实验观测得到了不同类型粘土的体积模量和切变模量、以及泥质砂岩声速随粘土类型及含量的变化,基于理论分析给出了定量表征粘土类型、含量、以及分布形式的声速新模型,并探讨了模型的应用,丰富了泥质砂岩声速实验观测数据及理论。