实际岩石中往往含有大量的非均匀体,对岩石性质尤其是声学性质有着重要影响;而非均匀的定向排列、应力集中等因素会引发地层的各向异性。地层各向异性的评价对于储层性质解释有着重要意义,地层各向异性评价从常规的电缆测量到如今逐步发展到随钻测量。本文针对地层各向异性评价的随钻声波测井这一重大课题,分析了定向非均匀体诱发地层各向异性机理,推导了各向异性地层随钻声波理论并进行了数值模拟,通过理论分析提出用于随钻测量下的地层各向异性反演方法,并将本文反演方法应用到实际处理当中,取得了很好地效果。全文共分为四个部分:第一部分研究了定向非均匀体诱发地层各向异性的理论。首先研究了均匀介质中含定向非均匀体的理论和数值模拟方法,考察了不同非均匀体填充物对介质各向异性的影响规律。接下来,针对背景介质为各向异性的介质,考察了其含定向非均匀体时的响应特征,模拟了非均匀体指向、非均匀体形态及填充物类型对介质有效弹性模量的影响。第二部分针对随钻井孔测量环境地层各向异性声场理论进行了推导,考察了横向各向同性地层的井孔响应;此外针对裂隙非定向排列情况,推导了含孔隙、裂隙的随钻井孔响应理论。针对随钻测量时复杂的仪器设计对理论推导带来的复杂性,提出了一种简化的仪器等效理论,并进行了理论推导。对随钻孔裂隙地层与随钻横向各向同性地层的井孔声场特征进行了详细的数值模拟,分析了不同参数对随钻测量的灵敏度;利用解析与数值的方法对仪器等效理论进行了验证。第三部分提出了用于随钻声波测井反演地层各向异性的方法。首先研究了一种从时域波形提取频散特性的频域相干方法,并对该方法的实用性进行了的验证。利用单极子斯通利波对水平向横波高灵敏度特性,建立反演的目标函数,通过在各向同性地层对等效仪器参数进行标定消除仪器对地层频散特性的影响,进而求取地层的各向异性大小。针对地层横波信息缺失或地层频散严重须进行频散校正的情况,提出了一种联合反演的方法同时反演地层水平向横波速度与垂直向横波速度,进而求取地层的各向异性。对地层各向异性的反演方法进行了数值模拟与实际处理验证,处理结果与理论分析一致。第四部分针对提出的反演方法,对实际地层进行了综合处理,处理结果表明本文提出的方法可以很好的适用于随钻测量情况,在致密地层与页岩等非常规地层也有很好的应用效果。