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。     

海底沉积物弹性参数计算方法及误差分析

由海底沉积物的纵波速、横波速及湿密度,根据岩土力学原理,整理出一组计算海底沉积物弹性参数的公式;以该公式计算了南海南部海域浅层沉积物的弹性参数,计算结果与已有文献资料数据做了比较,分析了两者误差的原因.     

中国黄海、东海和南海北部海底浅层沉积物声学物理性质之比较

黄海、东海和南海北部海底沉积物声学物理性质存在着差异,这与海区海底地质和沉积环境有关。取样所及的海底沉积物样品分析表明:黄海实验海区海底有6种沉积类型,东海实验海区海底有3种沉积类型,南海北部大陆架海区海底有6种沉积类型。三个海区的沉积物密度为1.48～2.03g·cm-3;沉积物含水量为10%～90%;沉积物孔隙度为65%～80%;沉积物纵波声速为1460～1916m·s-1;沉积物横波声速为115～611m·s-1。     

人工神经网络方法估算海洋上混合层深度的初步研究

上混合层深度是海洋上层热力结构特征的重要参数.结合南海南部海区一连续温盐深观测站的实测资料和NCEP再分析风场资料,以海洋表层温度和风应力为输入,以温度差值判断方法计算所得上混合层深度为输出,采用BP神经网络和广义回归神经网络2种方法进行训练,建立了南海南部海区的上混合层深度人工神经网络计算模型.实验显示,两种模型仿真结果与温度差值方法计算结果均方根误差分别为3.58m、3.09m,线性相关分别达0.87、0.91,绝对误差分别为2.80m、2.37m,相对误差分别为9.40%、7.40%.这一结果表明,人工神经网络方法精度较高,是一种切实可行的上混合层深度估算方法.     

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。     

南海某海区海底沉积物物理、声学和弹性性质

报道了南海某海区３个区块海底沉积物若干项声学物理性质，讨论和分 析了沉积物的物理力学参数，声学和弹性参数之间的关系。     

南海西部海盆深海沉积物物理性质初探

针对从中国南海西部某海域2 000多米水深水域采集的柱状样和表层样进行初步分析,探究该区域海底沉积物的基本物理性质,获得天然含水率、天然密度、比重、孔隙比、液塑限、粒度特征等指标。结果表明:南海西部深海沉积物类型均为黏土,相比于近海沉积物,具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液塑限和高黏粒含量等特点;不同站位沉积物物理性质略有差异,柱状样物理性质随沉积深度不同稍有波动;沉积物的天然含水率远大于液限,属于一种高敏感度黏性土,且其高塑性指数的特征与黏粒含量较高有关。该研究获得的南海深水域土样基本物理性质为今后对该海域沉积物研究及进行相关海洋工程建设提供重要的参考数据。     

南海北部沉积物的地球化学特征及元素赋存状态的研究

系统研究南海海底表层沉积物的元素地球化学分布特征,将有助于了解南海的沉积作用,特别是元素从近岸到海洋的运移与沉积规律,以及第四纪以来沉积作用的发展演化。 60年代以来,Niino,H., Emery, K.O.等人曾先后研究过南海北部陆架沉积物的分布规律。台湾省的J.T.Chou和Ju-chin Chen研究了台湾海峡和陆架部分地区沉积物的矿物和地球化学特征。自1964年以来,中国科学院南海海洋研究所对南海北部大陆架、中西沙及海盆南部海区进行了调查研究。上述这些工作为研究     

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。     

南海北部海洋生态模型的参数分析及遗传算法优化

海洋生态系统动力学模型是研究海洋生态环境的重要手段。随着模型的发展, 生态参数取值不确定性增加, 对模型结果的影响逐渐增大, 因此模型参数优化显得尤为重要。本研究在南海北部应用一维物理-生态耦合模型, 通过对模型生态参数进行敏感性分析, 获取关键生态参数, 利用遗传算法对参数进行优化。结果表明, 模型中的敏感参数主要集中于浮游植物生长和浮游动物生长、摄食和死亡以及碎屑沉降等过程。针对以上参数利用遗传算法优化, 发现仅加入表层卫星数据, 模型表层和垂向模拟误差分别降低27.80%和21.40%; 加入垂向观测数据, 表层和垂向模拟误差分别降低14.90%和32.70%。遗传算法应用于海洋生态模型的关键参数优化研究, 所获取的参数对模型有明显的改善效果, 提高了耦合模型对生态系统的模拟精度, 为参数优化在三维模型中的应用提供了依据。     

海南岛东南外海海底沉积物特征及其声学物理性质研究

分析研究了南海北部大陆架西南缘的海南岛东南外海海底沉积物声学物理特性,在多个航次中进行了海底沉积层取样、海水CTD测量、浅地层及旁侧声呐扫测等工作.在实验室里对沉积物样品进行声学参数、沉积学基本参数、物理力学参数和14C年龄测试等分析.根据多尔特曼公式求解出弹性模量、体积弹性模量、压缩系数、切变模量、泊松比和拉梅常数等六项沉积物弹性参数.分析结果表明在该海区海底沉积物的压缩波速为1.474~1.700 m/s,在不同的海区内有高低声速两类性质的沉积物分布;沉积物的切变波速为150~600 m/s;沉积物在100 kHz的声衰减为35~260 dB/m;沉积物的密度为1.4~2.0 g/cm3;沉积物的孔隙度为42%~88%.     

基于WOA-LSSVM的海底沉积物物性参数建模

电阻率测量是海底沉积物工程地质勘察的主要原位观测方法之一,作为一种间接测量方法,需要建立沉积物物性参数与沉积物电阻率的回归模型。为提高建模精度,本文提出了一种基于鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机(Whale Optimization Algorithm-Least Squares Support Vector Machine,WOA-LSSVM)的海底沉积物物性参数与电阻率回归建模方法。该方法建立了海底沉积物电阻率与沉积物4种基本物性参数(含水率、密度、孔隙比、塑性指数)的单输入、单输出最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)回归模型,利用WOA算法对LSSVM参数进行寻优取值。对比研究了WOA算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法优化的LSSVM建模结果,结果表明,基于WOA-LSSVM建立的海底沉积物物性参数与电阻率的回归模型具有更好的预测效果,均方根误差降低1.1%～14.9%,平均绝对百分比误差降低0.4%～19.9%。     

生物硅对南海南部表层沉积物粒度分析结果的影响北大核心CSCD

通过采用两种不同的粒度预处理方案,对南海南部表层沉积物进行了粒度分析,探讨了生物硅对南海南部表层沉积物粒度结果的影响。结果表明,生物硅无论是对粒度组分、粒度参数,还是对沉积物类型都有显著的影响。同时,结合显微镜镜下涂片鉴定的硅质生物碎屑含量,认为要获取有效的南沙陆坡区的陆源沉积物的粒度分布特征需去除掉生物硅。通过对比发现南海南部表层沉积物生物硅的主要粒级分布范围为8~90μm。     

海底沉积物力学性质影响声速的物理机制

利用声学方法提取海底沉积层物理一力学性质的信息,是近年得到迅速发展的一种海底调查方法[1-4],近一、二十年间利用电子显微镜观测技术,发现沉积物一些重要的微观特征,如沉积物颗粒堆垒状态、孔隙结构和孔隙纵横比等,对声在海底沉积物中的传播特性,特别是对于沉积物的声速,具有不能忽视的影响,为了阐明海底沉积物结构-力学因素影响声传播特性的物理机制,本文研究了沉积物微观结构与其宏观声学表现之间的关系,并以南海西北部一个有代表性的陆架海区为例,对17个现场测站的一系列测试数据进行回归分析,结果表明,采用无侧限抗压强度q_u作为等效因子来综合地表达海底沉积物颗粒堆垒和孔隙结构的宏观效应,可作为利用孔隙度n计算沉积层声速c的一个补充修正项;对于本海区,可得到下面形式的经验公式: f(c,n,q_u)=c-4195+90.5833n-0.7695n2+94.6968q_u-64.4603q_u2=0,它提高了不考虑孔隙结构的常用公式(如Anderson公式[5])的计算精度,同时免除了为修正声速计算而对微观孔隙进行测量统计的必要性。     

基于时间平均的海底沉积物声速预测

在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。     

基于时间平均的海底沉积物声速预测

在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。     

南海浅海海底沉积物的声衰减

报道了南海浅海海底沉积物的声衰减性质。给出了测量和计算海底沉积物声衰减的方法。分析讨论了不同频率下的声衰减以及与若干个海底沉积物物理参数的关系,结果表明,同一类型沉积物在高频段时的声衰减要比低频段的声衰减大;同一频段下粗颗粒沉积物的声衰减要比细颗粒的声衰减大;北部湾海底浅层沉积物声衰减在低频100kHz下为80~150dB/m,在高频1MHz下为150~360dB/m;海南岛南部外海海底浅层沉积物声衰减在低频下为66~160dB/m,在高频1MHz下为190~350dB/m;高频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据比较接近,而低频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据有较大的差别。     

天然气水合物分解诱发海底滑坡影响因素分析及致灾风险评价

天然气水合物主要赋存于低温高压下的海底沉积物层中,当周围环境的温度或者压力发生变化时,其稳定性会受到破坏,诱发坍塌、海底滑坡等地质灾害,对钻井平台、海底电缆等造成巨大破坏。结合南海北部海底陆坡的实际地震资料,首先获得了符合实际情况的储层属性参数,然后基于改进的地质力学模型,获得了相应的力学模型参数,利用孔隙压力平衡方程计算得到地层的有效应力,对天然气水合物分解诱因的海底滑坡的数值模拟,基于强度折减法讨论分析了初始水合物分解量、水合物分解总量等因素引起的水合物储层变化的力学响应,获得了对应的安全系数,实现了水合物分解对海底边坡稳定性影响的分析,为今后水合物开采过程中可能诱发边坡失稳的程度及失稳位置分布预测提供了指导和帮助。     

生物硅对南海南部表层沉积物粒度分析结果的影响

通过采用两种不同的粒度预处理方案,对南海南部表层沉积物进行了粒度分析,探讨了生物硅对南海南部表层沉积物粒度结果的影响。结果表明,生物硅无论是对粒度组分、粒度参数,还是对沉积物类型都有显著的影响。同时,结合显微镜镜下涂片鉴定的硅质生物碎屑含量,认为要获取有效的南沙陆坡区的陆源沉积物的粒度分布特征需去除掉生物硅。通过对比发现南海南部表层沉积物生物硅的主要粒级分布范围为8~90μm。     

海底沉积物纵波速度与强度参数关系模型研究

海底沉积物具有质地松软、强度低的特点,其强度参数与海上平台插桩就位、导管架的安装等工程关系紧密,与海上作业安全息息相关。常规钻孔取芯与静力触探等强度参数获取方法成本较高、取样点少,且对沉积物扰动较大,利用易获取的声学资料预测海底沉积物的强度参数具有重要研究意义。本文基于Wood方程、Biot-Stoll模型、Dvorkin等效介质模型等声波传播理论,计算不同物性参数（密度、孔隙度）梯度下的理论纵波速度,结合室内模拟地层声学实验,对比了模型计算声速与实测声速的变化特征,建立了声速与物性参数关系模型。基于室内模拟地层土力学试验,揭示了沉积物物性与抗剪强度、黏聚力等参数之间的关系,建立了物性与强度参数关系模型。以物性参数为桥梁,建立基于声学特征的海底沉积物强度参数预测模型。此模型既避免了原位取样沉积物失水扰动的问题,又弥补了经验公式局限性的缺点,具有普适性与准确性,有效提高无法取样地区沉积物强度参数的精度,提高了经济效益,对浅层的勘探与开发起到了理论指导的作用。