声波测井在油气田的勘探与开发过程中有重要意义,特别是声波测井可以提供深部岩石的力学参数,为开发方案的优化和安全钻井提供重要的参数。结合岩石物理的时移地震为油田开发后期的剩余油分布的检测提供一种高效的手段,而声波测井可以为地震联合反演提供基础参数。声波测井检测出的地层的各向异性可以用来识别裂缝、评价压裂效果和进行地应力的检测,也可以为地震数据反演提供指导。因此阵列声波测井的研究不仅有重要的理论与应用价值,而且对于新仪器的设计与优化有重要的指导意义。本文针对阵列声波测井的传播理论、数值模拟算法、阵列波形数据的处理与反演以及地质与工程应用进行了较深入的研究。论文的具体内容如下：首先,本文对于多极子的井孔波动方程开展了实轴积分和有限差分方法及其完全匹配层吸收边界条件研究。前者快速地求解径向分层的无限厚地层的声场,后者则可以模拟复杂的井孔声场。利用实轴积分方法数值模拟了三种典型地层的传播特征,利用有限差分开展了各向异性地层与分层地层的数值模拟研究。其次,开展了利用阵列声波数据提取时差方法的研究。研究了时域的相似相关方法和频域的Prony方法以及连续频率-慢度方法,并利用这些方法对实际的测井数据进行了分析与处理。数值结果表明本论文开发的方法处理的精度高,能满足实际工程的需要。同时不同的方法可以满足不同的应用需要。最后针对偶极弯曲波的频散特性,开展了频散校正方法研究。第三,系统研究了两种不同的模拟退火方法,用测试函数对比研究了两种方法的优化特性,并根据它们各自的特性,结合声波测井数据局部连续的特点,提出了混合两种模拟退火方法进行交叉偶极子各向异性反演的方法。实际测井数据结果表明,该方法处理速度快,同时处理的各向异性的快波方位有较好的稳定性。最后,利用阵列声波测井提供的各向异性进行了压裂效果评价、储层裂缝识别与地应力方向检测中的应用研究。本文还基于Gassman方程开展了利用测井数据主要是声波测井数据进行储层中流体识别方法的研究,为利用地震处理与解释提供了有益的指导：同时使用两种地震属性,泊松比与纵波阻抗,或Lamda-Rho与纵波阻抗交会图可以识别气层和水层。气、水的识别标准与孔隙度密切有关。