基于浅地层剖面的海底浅表层沉积物物理性质参数反演技术研究

海底浅表层（小于1 m）沉积物的物理性质,如粒度、孔隙度、密度等是海洋沉积学研究和海洋工程地质分析的重要内容,目前主要基于有限的海底取样或原位测试获取这些沉积物的物理性质。浅地层剖面是基于声学信号（频率几千赫兹）在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据,其中的一些声学参数,如海底反射系数、波阻抗等与沉积物物理性质密切相关。如何充分而有效地利用浅地层剖面资料,反演得到剖面覆盖区海底浅表层沉积物的物理性质参数,极具科学意义和应用价值,且基于声学属性反演沉积物物理性质是当前研究的热点。为此,本文基于渤海LD16-3CEPA至LD10-1PAPD路由段的浅地层剖面数据和海底表层沉积物的实测物理参数,利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系,并基于浅地层剖面数据计算得到的海底反射系数,反演了研究区海底浅表层沉积物的孔隙度、密度、平均粒径等物理性质参数。其中反演的孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径基本相符,偏差度基本都在20%的偏差范围内,表明该反演方法在该区的应用是可行的。     

基于Chirp数据和Biot-Stoll模型反演南海北部陆坡海底表层沉积物物理性质

浅地层剖面是基于声学信号(频率在几百至几千赫兹)在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据，海底反射系数与沉积物物理性质密切相关。Biot-Stoll声波传播理论模型可以预测海底沉积物的物理性质，构建反射系数等声学参数与物理参数之间的关系，但在不同的海域采用不同的参数所获得的效果不同。为此，本文基于南海北部陆坡海底表层沉积物的实测物理参数，利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系，结果表明模型计算值与样品实测值吻合度总体较好，偏差在0.1%～4.9%之间，并建立了频率3.5 kHz时海底反射系数与沉积物孔隙度、密度、平均粒径之间的关系方程，且方程拟合度较高，可决系数R2均大于0.99。在对典型Chirp剖面数据计算其海底反射系数的基础上，反演了海底表层沉积物的孔隙度、密度、颗粒平均粒径等物理性质，其中反演孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径相对误差均小于5%，结果与实测值基本相符，表明该反演方法在南海北部陆坡区的应用是可行的。     

基于浅剖数据的海底底质分类研究与应用

海底浅部沉积物声学研究是海洋地质、水下工程地质、海底矿产资源、军事地质等领域重要的研究内容,海底底质的识别与分类是海洋科学研究的热点问题。相比多波束探测仪,浅地层剖面仪的声源发射频率更低,具有穿透底质能力强的特点,这一特性更有利于进行准确和可靠的海底底质分类。通过浅剖数据进行底质分类技术研究,有望实现目标研究区面向全海域的海底底质分类推广应用。本文在浅剖数据振幅校正处理的基础上,消除了不同采集时间及采集参数对浅剖数据振幅一致性的影响,在层位约束下提取均方根振幅属性,进行研究区海底底质类型识别。初步的取样结果表明：研究区有2类不同的底质类型,分别为黏土和粉砂质黏土。本文对浅剖数据的底质分类结果分区明显且自然,在不同类型底质区的取样处对应不同的均方根振幅强度,黏土取样区的浅剖振幅属性为强振幅,粉砂质黏土取样区的浅剖振幅属性为弱振幅,底质分类结果与地质取样匹配良好。利用本文的浅剖处理与属性提取方法能够有效地实现海洋底质分类。     

基于浅地层剖面仪的连云港航道地质 稳定性研究

随着声学探测技术的不断提高,浅地层剖面仪具有高效、经济、穿透性强等特点,在海洋工程勘察中得到了广泛应用。基于浅地层剖面仪的工作特点,结合连云港海底航道的实际情况,对获得的浅地层剖面数据和图像进行分析和判读,得到海底航道地质结构的特征、边坡及剖面变形情况,由此判断连云港海底航道的稳定性,并分析影响数据精度的因素,为航道疏浚维护提供依据。     

南海北部陆坡某海域浅层气的声学特征及其对水合物勘探的指示意义

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏的气体赋存于浅部地层,可以改变近表层沉积物的物理性质,使其在声学剖面上得以反映。通过对南海北部陆坡某海域研究区浅地层剖面和地震数据分析,在浅地层剖面上发现了声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征,在地震剖面上则识别出气烟囱或泥底辟、亮点、速度下拉、增强反射层等特征。以似海底反射层（BSR）作为地震剖面上明显的含气层标志,划分了2套含气系统。通过浅地层剖面与地震剖面联合解释认为,BSR之下气烟囱／泥底辟的发育导致了亮点、速度下拉、增强反射层等声学特征的发生,BSR之上水合物层的存在则可能起到封堵天然气而使其发生侧向运移的作用,在气体封堵相对薄弱的位置,天然气向上运移形成声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征。以声空白代表的天然气聚集带可能成为块状水合物的发育场所,可能成为较有潜力的勘探目标。     

声学与海洋沉积学交叉领域的研究

声学与海洋沉积学交叉领域研究可分为“沉积层声学特性的研究”、“海底高频声散射或低频声反射与底质类型之间关系的研究”、“回声参数反演海底类型技术”和“海底回声图象识别海底沉积类型技术”4个方面的研究,较详细论述了4个方面的国内外研究现状,最后提出了该领域进一步研究的战略思路。     

南黄海西部海域高分辨率声学地层及其沉积环境

通过对高分辨率浅地层剖面的分析解译,对南黄海西部陆架区进行了声学地层划分。南黄海西部海域声学地层剖面可划分为5套地层Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2,每套地层代表一次全球性(或区域性)海平面变化周期内的海进一海退这样一个完整的旋回变化过程所形成的海侵或海退沉积层序。将典型声学地层剖面与区内钻孔岩心的沉积地层岩性单元对比研究,得到各声学反射层的时代、岩性及沉积环境。并发现依据浅地层进行的声学地层划分与钻孔岩心的地质地层划分有较好的对应关系。结合区内钻孔岩心的分析结果,对晚更新世以来南黄海陆架区的沉积环境及沉积过程进行了探讨。     

海底管道测量声学剖面特征分析

海底管道的位置与埋深测量通常采用浅地层剖面仪等声学手段来实现,由于海管与地层之间的声阻抗差异,会以绕射弧的形态出现在声学剖面中。但当海管埋设于管沟中时,管沟中断棱的绕射与海管绕射易于混淆,给声学剖面图的解译和识别带来困难。基于地震勘探原理,结合浅地层剖面仪的性能、挖沟作业对地层的扰动等,分析了管沟绕射弧的类型与特点、挖沟作业扰动的声学特征等,提出了管沟中海管绕射弧的识别方法。结果表明,正确认识不同类型管沟的绕射、施工扰动产生的绕射等声学特征,才能辨识出海管的绕射现象。实际工作中应根据测量海区的水深、土质、海管属性等多种要素,选用适宜的仪器类型及测量参数。     

高频浅地层剖面技术在海底管道探测中的应用

在海底管道的探测中,为获知海管在海底的真实赋存状态,确定其埋藏深度或悬跨高度,多使用高频浅地层剖面仪等传统声学设备。但在海底斜坡、凹坑、凸起等不平整地层处,由于设备自身原理造成的地层探测界面偏移、图像失真及资料多解性问题仍困扰着工程人员。通过正演模拟的方法探究高频浅地层剖面仪在海底特殊地层处海管检测的波场传播特征,探讨资料的解释陷阱,并提出了解决方案。研究结果表明,利用浅地层剖面仪探测管道在海底的赋存状态,应将探测图像与海底地形、地貌、沉积物运移等因素结合起来综合考虑,把探测图像回归到真实海底环境中,以准确评价海底管道的安全状态。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

山东半岛南部滨浅海区晚第四纪声学地层

通过对山东半岛南部滨浅海区高分辨率浅地层剖面的分析解译,将研究区晚第四纪的地层划分成具有层序意义的6个声学反射地层单元(SU1—SU6),通过典型浅地层剖面与研究区内QDZ03孔和QDZ01孔进行对比,发现声学反射地层单元的划分与钻孔岩心沉积物沉积单元的划分具有很好的对应关系,依据钻孔岩心沉积相特征和沉积物测年数据,我们认为SU1、SU3和SU5分别对应于氧同位素1期、3期和5期的海相沉积,SU2和SU4对应于氧同位素2期和4期的陆相沉积。     

大榭岛西北海域海底断陷构造

本文依据大榭岛西北海域的测深、浅地层剖面和底质土工试验资料，详细分析了该海域海底地形形态、微地貌状况、浅部地层结构及底质工程性质，发现该海域海底地层断陷构造明显，并圈定了地层断陷的范围，探讨了其形成的原因和发生的时间。     

北黄海浅层声学地层

通过对北黄海高分辨率浅地层剖面的分析解译,划定了具有层序意义的9个声学反射地层单元或亚单元(SU1(1)、SU1(2)、SU1(3)、SU2、SU3、SU4、SU4(2)、SU4(3)、SU5).通过典型声学地层剖面与区内钻孔的沉积地层岩性单元对比,发现依据浅地层刹面进行的声学地层划分与钻孔岩心的沉积地层划分有较好的对...     

利用地震谱反演技术圈定南海神狐海域天然气水合物储集层

地震谱反演是近年发展起来的一种新的地震方法,可利用地震数据构建反射系数剖面,极大地提高地震资料的分辨率。利用谱反演方法对南海神狐海域天然气水合物赋存区的地震资料进行了处理,获得该区海底地层的反射系数剖面,结合BSR和测井资料,确定了该区天然气水合物储集层的顶界和底界,从而圈定了该区天然气水合物储集层。     

浅地层剖面资料处理中的地层厚度校正（英文）

浅地层剖面测量是海洋工程勘察、灾害地质调查和大陆架海洋地质科学研究的重要手段,资料解译的准确程度将对地质调查和研究成果的可靠性造成直接影响。由于发收分置型浅地层剖面仪的激发装置与接收装置是分开的,当调查区域的水深过浅时,将其近似为自激自收的单道地震系统会导致地层的畸变,水深越浅地层畸变率越大。根据浅地层剖面仪的基本原理,推导出了浅部地层厚度畸变校正公式,为用C-View软件更准确地解译此类浅地层剖面资料提供了参考。海底沉积物的声速直接影响浅地层剖面地层厚度解译的准确性,利用卢博等建立的适用于中国东南近海的声速经验公式,在某人工岛构造调查中,根据地质钻孔获取的孔隙度参数计算各沉积层的平均声速,建立相应的声速结构剖面,对地层厚度进行校正,取得较好的效果,用孔隙度预测声速的方法参数容易获取,能够提高浅地层剖面资料的解译精度,使地层的厚度更接近于实际,具有一定的实用意义。     

基于希尔伯特变换的Chirp信号浅地层剖面数据分析及转换

浅地层剖面系统在海洋工程勘察、海洋矿产资源探测等方面发挥着重要的作用。美国EdgeTech公司生产的3200系列是一种应用较为广泛的Chirp信号浅地层剖面系统,该仪器原始记录的JSF格式数据与传统的SEGY地震数据格式存在很多不同的地方,具体体现在文件头和道头部分,特别是数据记录方式上它同时记录了包络信号和振幅信号两种类型的数据。因此,编写适用的C程序代码将JSF原始数据转换为包络信号和振幅信号两种类型的SEG-Y标准地震数据,并运用该程序读取并转换了南海北部某区域的实测浅剖数据,并分析了浅剖资料解释中采用包络信号数据的原因,为利用振幅信号数据反演海底反射系数等后续工作奠定了基础。     

浅地层剖面在富钴结壳调查研究中的应用

文中以Topas PS018系统为例简要介绍浅地层剖面仪的工作原理和系统组成,重点介绍浅地层剖面在大洋富钴结壳资源调查研究中的应用情况。浅地层剖面资料与联合作业的海底视像、岩芯取样等资料进行对比和分析,发现浅地层剖面能够有效识别基岩、板状结壳、砾状结壳、砂、沉积物等不同底质类型,对浅地层剖面资料进行深入挖掘能够提取出富钴结壳矿区界线信息。     

用定深爆炸声源反演海底声学参数

根据2014年在南中国海开展声学试验的定深爆炸宽带声信号数据进行海底地声参数反演.考虑到不同海底声参数对不同声场物理参数的敏感程度不同以及不同海底声参数对不同反演方法的敏感程度亦不同,综合应用2种反演方法得到不同底质声参数:(1)根据接收的直达波和海底反射波计算得到关注海域的海底反射系数进而反演得到海底声阻抗;(2)实验海区的海底地形为大陆坡,选取Hamilton总结的关于沉积物声速与沉积物密度关系的经验公式,结合沉积物声阻抗与沉积物声速、沉积物密度的关系,进而反演得到沉积物声速和沉积物密度.沉积物声学参数的取样测量是在实验室条件下进行的,温度为23℃,大气压1×105Pa,由于沉积物孔隙海水是决定沉积物声速的关键且受温度压强变化的影响显著,本研究利用沉积物声速与孔隙海水声速的比值即使在温度压强变化的情况下较稳定的特点,可对沉积物声速在实验室条件和海底原位条件进行校正.校正到海底温度和压强后,反演结果与沉积物取样的实测结果和Hamilton总结的结果吻合得相当好:(1)声阻抗的反演结果为2.065 6×10~5g/(cm2·s),修正后的沉积物取样结果则为2.046 0×10~5g/(cm~2·s),Hamilton总结的结果为2.238 0×10~5g/(cm~2·s);(2)声速的反演结果为1 482.6m/s,修正后的沉积物取样结果为1 467.5 m/s,Hamilton总结的结果为1 502.8 m/s;(3)密度的反演结果为1.393 2 g/cm3,沉积物取样结果为1.400 0 g/cm~3,Hamilton总结的结果为1.489 0 g/cm3.     

浅地层剖面仪关键声学参数的检测技术研究

基于在消声水池中对参量阵型浅地层剖面仪进行的声学参数测量试验及数据的处理分析,探索性地提出了一套完整的浅地层剖面仪关键声学参数检测与评价的解决方案。方案主要包括4部分:1)检测平台构建:简述了检测平台的主要组成部分,并对消声水池的建设提出了基本的技术要求;2)声学参数测量:介绍了浅地层剖面仪的声源级、频率和脉冲长度测量的方法和操作要点;3)数据处理分析:论述了测量数据预处理的目的和方法,给出了声学参数计算的主要公式和方法;4)符合性分析:分析各声学参数实测值与标称值的符合性及偏离度。本试验发现所用的浅地层剖面仪的关键声学参数的实测值与其标称值偏离较大,即说明书给出的标称值仅是参考性数值。因此,在进行浅地层剖面仪的检测与校准工作时,应对新购仪器进行强制性首检以获取其各参数准确的初始值。     

SES-2000浅地层剖面仪在福建LNG海底管道检测中的应用

利用声学浅地层剖面仪对海底管道在海底的赋存状态检测是确保海底输油气管道安全运行的重要措施之一。介绍了新型参量阵浅地层剖面仪SES-2000的基本原理及其特点,通过对福建湄洲湾LNG海底管道检测实际应用,有效识别出了埋藏、裸露和悬空等3类海底管道赋存状态,尤其对沙包回填治理后的管道埋深能有效探测识别。检测结果表明,该设备具有高分辨率和强穿透的特点,稳定性好,能获取高品质的管道检测数据,应用效果良好。获取的基础数据为海底管道日常维护提供了科学依据和技术支持。