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。     

小尺度海底沉积物的声衰减特性研究

为研究小尺度海底沉积物样品的声衰减特性,作者提出了用声学探针测量海底沉积物声波幅值的新方法,对沉积物样品扰动小,两个测量点的距离可小于波长,为海底沉积物微观声衰减测量提供了新手段。作者用小于波长的间隔逐点测量了沉积物的压缩波幅值,数据分析表明沿沉积物柱状样全长的声衰减满足指数衰减模型。目前主要用同轴差距衰减测量法获得海底沉积物声衰减数据,但该方法不能辨识声衰减模型,因此不同海区的测量结果难以建立联系。对此作者又提出用声吸收系数反演的幅值比与声衰减系数反演的R值(两种幅值比的比值)作评价依据,分析了垂直轴差距衰减测量法获得的南海海底沉积物声衰减测量数据,发现部分沉积物样品声衰减的R值远大于1,其声衰减不满足指数衰减模型。在声衰减满足指数衰减模型的条件下,用Hamilton的声衰减和频率经验公式预报的南海沉积物声衰减比与作者用声学探针测量海底沉积物所得的声衰减比对比,通过对R值分析得出Hamilton的声衰减和频率经验公式可以预报南海沉积物声衰减比的范围。作者提出的声学探针测量海底沉积物声衰减的方法的优点是既能获得声衰减数据又能辨识声衰减模型,不同海区测量的沉积物声衰减比可用R值建立联系。     

海底沉积物声衰减同轴差距衰减测量法与其他测量方法的对比研究

以精度较高的现场测量Hamilton的原位测量所得数据为标准,对比研究了钱正明的直立同轴衰减测量法、刘强的垂直轴差距衰减测量法和我们课题组的同轴差距衰减测量法等3种研究海底沉积物声衰减的实验室测量方法。通过3种实验测量方法所得数据跟Hamilton原位测量所得数据进行对比,分析了以上实验室方法的优缺点,并分析了声衰减与样品长度和测量频率的关系。同轴差距衰减测量法与直立同轴衰减测量法相比,前者在消除测量仪器和耦合衰减误差方面,以及在实验样品长度方面更合理。同轴差距衰减测量法与垂直轴差距测量法相比,同轴差距衰减测量法在原理上保证了声波传播能量接收的同轴性和同指向性,其实验数据比利用相同实验仪器的垂直轴差距测量法的数据更准确。     

温度对海底沉积物声学特性影响实验研究

温度的变化是影响海底沉积物声学特性非常重要的因素之一。文章采用同轴差距衰减测量法,在不同温度下对海底沉积物声学特性进行测量,实验得出南海海底沉积物随着温度的升高具有以下声学特性:1)沉积物声速变化比较缓慢,上下波动点较明显,但总体趋势接近线性下降;2)衰减幅值随着温度升高一直下降,偶尔有些波动的异常点,声衰减幅值呈现线性下降的趋势;3)声衰减系数变化呈现抛物线趋势,具有强非线性。对于此类沉积物声速特殊情况,还有待从理论和实验方面更深入地研究解释其成因。     

海底沉积物颗粒因素在不同频率下对声衰减的影响

综合了多个沉积物声学测量的实验方案,提出适合研究柱状海底沉积物声衰减的实验方案。对黏土质粉砂的物理性质和声学性质作了相关处理,得到了在高、低两种测量频率下该类型沉积物的波形特性、频谱特性和与沉积颗粒因素有关的孔隙度对声衰减比的影响。进一步作了相应的回归分析,低频时方差为0.169—0.175,高频时方差为0.029—0.032,尝试总结出黏土质粉砂类型沉积物在两种频率下的声衰减趋势。     

海底沉积物的基本地声结构与地声模型

为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。     

基于同轴差距测量法的南海深水海底沉积物声衰减特性研究

通过分析沉积物声波测量过程能量损失的实质,阐述平行轴差距衰减测量法和垂直轴差距衰减测量法的研究基础——差动式衰减测量方法原理,并推导了其衰减系数公式。根据南海沉积物的柱状样品分装的特点,结合以上两种方法,提出了同轴差距衰减测量法,这种方法具有原理上的合理性并且其可操作性强;运用此方法测量了沉积物在常温和温度控制变化条件下的声波信号,计算了衰减系数,研究了温度对沉积物声波传播能量的影响,得出南海深水海底沉积物具有以下声衰减特性：沉积物含砂量高,声衰减系数大;随着温度的升高,沉积物的声衰减系数变化具有不均匀性,整体呈非线性减小趋势。以上研究将为声学遥测和反演海底沉积物的物理力学特性提供数据和方法支持。     

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.     

Experimental Studies of Sound Attenuation in Seabed Sediments on Column Sample Length Scale

Seabed sediment microstructure has an influence on its acousto-physical properties, and the properties in a length of the sediment column reflect an aspect of the macroscopic behavior of the microstructure. An original measurement method of the sound attenuation within small distance cross sections in a sediment column, and the corresponding approach in data processing to attain an attenuation factor are detailed in the paper. This method was used to measure the compressional wave in series of points with a small distance in the sediment column, and it is shown that exponential attenuation is a type of compressional wave attenuation model for a sediment column in its full length. It indicates that there are various models of compressional wave attenuation in seabed sediments in the South China Sea after comparison of data from other literature. The method of measuring sound attenuation satisfies the sampling space interval in the acoustical forward and inverse problems in seabed sediments, and the original method provides a new approach for finding out sound attenuation mechanism in seabed sediments on small length scale.     

青岛近岸海区海底地貌类型及声学特征

在对海岸带地貌发育主要影响因素进行讨论的基础上,根据实测数字声纳资料,对青岛海岸带近岸海区海底冲刷槽、潮流脊、侵蚀洼地、水下岸坡、潮滩、岛礁等地貌类型及次级微地貌声学特征进行了较详细的论述,通过对声图资料的精细解释,取得了对上述地貌特征的系统认识。     

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。     

海底土的电阻率特征及其腐蚀性评价

海底土的电阻率对于海底土的腐蚀性评价具有重要意义．综述了海底土电阻率的特征及洲定方法,介绍和分析了国内外利用土壤电阻率进行土壤腐蚀性评价的方法,并结合我国海底土特征提出了根据海底土电阻率进行腐蚀性评价的分级标准。     

海洋声学层析研究现状与展望

海洋声层析是1979年美国科学家W.Munk等人提出的,通过测量传播时间等声传播信号有关参量反演声波所穿越的海洋特征,得到大面积海域中的海洋动力学状态及其变化的估计。声层析方法自提出以来受到各国的重视。在最初的20 a间,以全球测温计划(ATOC)为代表的一系列验证实验推动了声层析的理论研究、设备研制和应用。步入21世纪后,声层析与海洋动力学的数据同化、利用滑翔机等设备的移动声层析以及沿海声层析得到重视,并进行了相关的理论与实验研究。纳入成像旗下的声层析希尔伯特方法、有效低功耗的分布式传感网络声层析,以及被动声层析,或将成为声层析未来研究的重要方向。     

珠江口外伶仃洋海底含气沉积物声波反射及衰减特征

高分辨率地震剖面显示,在珠江口外伶仃洋海底有大面积含气沉积物。根据含气沉积物地震反射特征将其分为声学空白、声学幕、声学扰动、不规则强反射顶部和相位下拉等类型。对含气沉积物声波衰减初步分析表明约在3.3kHz附近有一衰减峰值,将实际资料与理论模型计算进行对比,认为此峰值频率对应于等效半径约6mm的气泡的特征振荡频率,此等效半径气泡的阻尼振荡是引起声波衰减的主要原因。     

济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类

东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。