关于海底沉积物声特性实验室直接测量方法的探讨

海底沉积物声学特性实验室测量是除原位(in situ)测量之外最直接的沉积物声学特性测量方法。作为一项基础性研究,利用声波参数仪准确测量海底沉积物的声速和声衰减对建立海洋地声学模型具有重要意义。文章针对RS- ST01C型数字超声测试仪在测量过程中所存在的一些问题进行了探讨,对规范海底沉积物声学特性实验室测量方法具有实际意义。     

印尼海啸区附近海域沉积物声速测量及声学特性分析

介绍了沉积物柱状样超声透射法测量方法和原理.对印尼海啸区附近海域沉积物柱状样进行了现场测量,通过测量数据的处理和分析,给出了沉积物的垂向声速剖面.讨论了声速与频率的关系,指出声速具有随频率的0.1次方增大的频散特性.分析沉积深度、结构以及生物扰动等方面的因素对声学测量结果的影响,结果表明海底地震引起的沉积物变迁、沉积物结构扰动、气体的混入等对声速的测量结果均产生影响.     

菲律宾海深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系

为研究深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系,于2016年11月在实验室对水深3164～5 592 m的菲律宾海深海海底沉积物柱状样品的声学特性进行测量,获取了沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数等声学特性参数。结合沉积物的孔隙度和密度等物理性质参数,分析了海底沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数与孔隙度、密度的相关关系,建立了该海域海底沉积物声学特性回归方程。研究结果表明:研究区深海数据与浅海回归方程符合度较差,与深海回归方程符合度较好;Hamilton校正方法有助于修正实验室测量引起的温度和压力误差,声速比与Hamilton方程符合度比声速好;声阻抗和声阻抗指数与物理性质参数的相关性优于声速和声速比。此外,研究认为由于海底沉积物的沉积环境较为复杂,其声学特性回归方程存在差异。由于上述差异的存在,在使用基于不同海域数据建立的回归方程进行海底沉积物声学特性预测时,应加以区别对待。该研究丰富了深海海底沉积物声学数据,对促进深海海底沉积物声学深入研究具有一定的借鉴意义。     

海水—沉积物声速结构模式

给出三种海水－沉积物声速结构模式作建立海洋地声学模型的初模。读者论坛了声与海水，声与海底的相互作用；从几方面讨论了建立声速结构模式的可能性和现实性，以及指出沉积物声学物理研究在海洋工程、水声物理方面应用的意义。     

海底声学原位测试声速提取技术研究

海底沉积物的声学声速特性是沉积物声学中的一个重要的研究方向。正确提取声学原位测量的声速对海底沉积物声学反演至关重要。分析了海底声学原位测试系统的输出子波特性,提出了基于子波提取的互相关双向极值声速提取法。在声速提取过程中,发现某些通道实测声波到达时会出现超出正常范围的异常。分析后认为异常通道的到达波相位出现180°反至现象。通过互相关数值的负极小值提取的声波到达时对互相关正极大值所获得的到达时曲线进行校正后提取声速,得到了正确的结果,说明了本方法的正确性。     

海底松散沉积物声学性质原位测量实验研究

分析研究了国内外海底松散泥沙的声速和声衰减系数测量的研究现状,并据此研制了海底表层沉积物声速声衰减系数原位测量系统。利用原位测量系统分别在实验室和海滩对不同粒度的沉积物进行了测量分析,得到了不同粒度沉积物的声速和声衰减系数。数据分析表明,沉积物的声速和声衰减系数与沉积物的粒径有密切的关系,粒径越粗,声速越高,声衰减系数越大。通过沉积物声学性质研究,可以开发海底浅层沉积物声学性质原位测量技术,提高相关海洋调查的速度和效率。     

基于小波变换选择的海底沉积物声速分析技术

海底沉积物物理特性参数的研究对海洋资源开发、海底工程建设、海地测绘、海洋灾害预报、海底历史研究、航运国防等具有重要意义.它可由对出海采样的样品直接进行土工实验获取,或者经测量得到的声学特性参数表征.目前海底沉积物探测主要以声学测量为主,通过接收透射、反射、折射的声波后提取出声学特性而成,包括压缩波速、切变波速(液体不存在)、声波阻抗、声衰减.针对传统的走时法由于人工读取起跳点造成声速的精确度不高这一特点,引出小波分析方法读取起跳点,应用小波分解原始信号得到的细节信号的模极大值连线来确定原始信号的畸变点,从而确定为接收声信号的起跳点以计算声速.     

海底沉积物声学的现场测量和取样系统

1 引言 随着海洋开发和军事海洋学的兴起,海底声学参数的现场取得成为海底沉积物物理学方面极为关注的事情.沉积物声速与物理力学参数之间的密切关系,成为利用声学方法反演得到海底工程性质的基础.人们已日益对这方面的认识得到加深.声学技术逐渐成为有效探测海底沉积构造,寻找海底资源的有用工具,特别是声源技术、信号处理、终端显示技术、计算机技术和其他电器零部件的进步,使得采用声学方法直接测量和识别海底沉积物类型、性状、层理成为可能.本项目的提出,至少有如下几个方面的迫切需要.     

海底沉积物声速-压力特性测试系统的设计与实验

文中设计基于可编程逻辑控制器(PLC)的测控平台、伺服加压控制、步进推动控制、多传感器测量、触摸屏交互等功能的温压可控声学测量系统,实现海底沉积物样品的孔隙水自动可控加压,通过声学测量功能单元测量海底沉积物在各个压力下的声速,模拟海底沉积物处于大陆坡2 000 m以浅海底表层任何深度变化时的声学特性测量,得到海底沉积物声速-压力特性,为校正实验室测量数据还原到海底原位测量数据提供一种方法。     

海底沉积物声衰减研究现状及展望

根据近年来海底沉积物声学物理研究发展的态势,介绍了与研究声衰减有关的海底沉积物样品采集装置和海洋沉积物声速结构模式,综合解析多种对海底沉积物声衰减等声学特性研究方法,并做出较为详细地比较和讨论,提出对海底沉积物声衰减研究在满足科研要求的同时也应符合国家标准和要求。同时,指出了研究海洋沉积物声衰减的必要性和重要性,强调了对海底沉积物声衰减研究的科学意义和应用意义。     

多频海底声学原位测试系统研制和试用

海底沉积物的声学特性(最重要的是声速和声衰减)以及它们与物理(包括土力学)特性之间的关系是沉积物声学中两个重要的研究项目.介绍了新研制的实时监控多频海底声学原位测试系统.该系统可测量浅表层沉积物的声速.探测频率为8,10,12,15 kHz,可根据实际情况选择发射波形、接收增益和采样长度,采样率为0.5~2.0 MHz,工作水深为300 m.系统具有倾斜传感器、8通道扩充等功能.用该系统在杭州湾测得了四种频率的沉积物原位声速.     

海底沉积物声速研究的意义、方法及展望

总结和分析了20世纪50年代以来的国内外有关海底沉积物声速研究的主要文献,详细阐述了海底沉积物声速研究的科学意义、工程意义和军事意义。将海底沉积物声速的主要研究方法进行了归纳和分类,分为理论研究、室内声学试验和海底原位声学试验3个大类,并论述和分析了各类方法的代表性观点及取得的主要研究成果。最后对目前海底沉积物声速的研究方法存在的主要问题进行了讨论,展望了基于高分辨率声学浅地层剖面资料与钻孔岩心对比研究方法的发展前景。     

北部湾南部重力柱状样的MSCL地声学性质测量及分析

利用钻孔多参数连续记录仪(multi-sensorcorelogger,MSCL),对在南海北部湾南部海区所取得的6个孔重力柱状样进行了测量,获得了连续P波波速、湿密度和孔隙度数据。在室内实验室对柱状样分样之后的沉积物样品进行了孔隙度与湿密度的测定。利用不同的统计回归方法对所获得的6个柱状样的孔隙度与P波波速进行相关分析,并对比室内测量的P波波速、湿密度、孔隙度,建立了基于孔隙度数据对沉积物P波波速进行预测的方法,对MSCL测量方法的优缺点进行了讨论。结果表明,MSCL测量结果与实验室柱状样测定结果较为吻合。样品所在深度对声速的变化影响不大。孔隙度与声速的多项式回归,样条插值回归和GAM模型回归都获得了较高的相关系数,GAM模型可以提供一个较为接近测量值的声速预测方法。MSCL用来测量海底沉积物,可以获得大量的高密度、高精度的沉积物地声学及其他参数数据,但是,如果空气混入沉积物样品中则会导致MSCL测量结果失真。该研究为使用MSCL在区域海底地声学性质、恢复区域海洋沉积历史、海底地声学模型建立等研究提供了参考。     

海底表层沉积物声速特性研究进展与探讨

海底表层沉积物具有多相、多颗粒、多形态的组成结构，导致其声学特性复杂多样。通过分析压缩波速度和切变波速度特性的研究现状，指出有待于解决的科学问题和关键技术问题。在分析国内外有关海底沉积层声速特性研究基础上，提出采取系统、可控的实验测量手段解决当前测量存在的4点问题。综合分析了压缩波速度和切变波速度存在的统计回归关系和理论分析关系，探讨了当前地声反演、采样样品声学测量、原位声学测量3种方法存在的测量尺度、测量频率、测量状态等的差异，探讨建立不同测量方法和测量技术对测量结果进行统一性解释的方法，从而获得不同类型、不同区域的海底表层沉积物真实的声速特性。最后，从实验室声学测量、物理力学参数测量、流固耦合特性分析、原位测量及海底监测、采样测量与原位测量的误差分析及校正、海底大纵深声学测量6个方面提出技术需求，为提高声学探测海洋和海底的精度服务，推动海洋声学探测和海洋工程发展。     

海底沉积物声学物理力学性质聚类分析研究

Stoll、Hamilton等分别从理论和实测方面出发研究海底沉积物声学与物理力学性质关系,这两类研究都是将声学性质作为独立性质从沉积物的物理性质中提取出来,以两者作为因果关系进行研究,割裂了其内在统一性.本文不试图建立声学与物理力学性质的经验方程,而是综合考虑海底沉积物声学、物理力学性质,对南海大陆坡和人陆架沉积物进行聚类研究,分析南海海底沉积物共有的性质.研究表明聚类分析方法为海底沉积物性质研究提供了一种有效的分类手段,通过聚类,得出如下结论:(1)声速与孔隙度、密度等物理力学性质存在着明显的单调相关性,可以通过某些物理力学参数来预报沉积物的声速,同时可以通过测量沉积物声速反演沉积物的某些物理力学参数;(2)海底沉积物的声速和地文单元、沉积物的颗粒成份组成有关;(3)火陆坡黏土质粉砂、粉砂、砂质粉砂和大陆架粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂的压缩波速依次增大,切变波速依次减小;(4)海底沉积物声学与物理力学性质聚类分析研究,可以作为海底沉积物的声学探测的参考依据.     

海底沉积物声学性质原位测量系统海上试验研究

提出了一种新的海底沉积物声学性质原位测量方法,介绍了新研制的海底沉积物声学性质原位测量系统。在青岛近海海域对该系统进行了海试,获得了各个站位的声速数据。将测得的各站位的声速与不同海域的沉积物声速进行对比分析,并对各个站位的声速与沉积物的平均粒径进行了相关性分析,发现与以往研究结果一致,沉积物声速与沉积物类型相关,不同类型的沉积物的声速有明显差异;声速与平均粒径相关性较好,粒径越大,声速越高。结果表明,利用海底沉积物声学性质原位测量系统测得的原位声速是正确的,它能快速准确地得到海底沉积物的声速值。     

南海北部大陆架海底沉积物物理性质研究

用物理(声学的、工程地质的、扫描电子显微镜)等技术方法,综合分析了沉积物结构特征和工程力学性质,研究了颗粒接触、堆垒、孔隙等现象与物理性质之间的关系,得出了沉积物声学物理参数和应力一应变性质之间的关系。结果表明,南海北部大陆架海底沉积物有6种结构类型,其中混合接触结构类型的沉积物具有较高的抗压强度和声速,浅层海底存在着高、低声速分层的中尺度结构。     

基于声学调制解调器的声速剖面遥测技术

声速是海洋声呐测量中最重要的声学参数之一。拖缆式声速剖面仪可提供实时测量功能,但其缆长不能满足深海测量要求;自容式声速剖面仪可满足深海测量要求,但工作效率低。如何提高野外深海声速剖面测量工作效率是深海调查一项非常有意义的工作。文中详细介绍了基于声学调制解调器的声速剖面遥测系统的主要结构和功能,揭示了水声通信技术在深海非铠装缆测量中的应用优势。     

海底沉积物物理参数的声学反演模式

声学反演方程是声学探测沉积物物理参数的基础方程。基于声学理论和统计理论的声速反演沉积物物理参数的两种模式,运用南海海底沉积物声学物理数据验证、比较了两种反演模式,以反演孔隙度、含水量为例,得出基于双参数经验方程反演模式的适用性较强,但精度有待于提高;基于声速理论的反演模式反演南海海底沉积物物理参数有待于进一步完善。     

含水合物沉积物声学特性的实验研究

天然气水合物沉积层声学特性的研究对于水合物的勘探及资源评价均有重要意义.目前,对纯水合物已有较多的岩石物性数据,但对含水合物沉积物的声学参数则研究较少.关于沉积物中水合物饱和度对声学性质的影响已有一些研究,但还不足以验证前人提出的理论模型,从而修正原有模型或建立新的模型.青岛海洋地质研究所取得了人工岩心中水合物饱和度与声速关系的初步研究成果,建议对系列人工岩心进行深入实验研究,建立一套水合物饱和度与声学特性关系的实验模型.