中国东南近海海底沉积物声学物理性质及其相关关系

在获得的数据资料基础上,发现了中国东南近海海底沉积物声学物理参数的平面分布规律,通过对这些参数的回归分析以及对声速和沉积物密度的估计,建立了经验公式。结果显示,中国东南近海海底沉积物的基本声学物理特性如下:沉积物类型多样而且复杂,从黏土到砂砾有13个颗粒组分组合;沉积物物理力学参数变化范围较大;沉积物声学性质相对于附近海域的数据变化范围更大。这些都与海底沉积环境、沉积物来源、沉积条件和沉积作用过程有关。该项研究有助于建立海底地声模型及开展应用。     

南海三海区海底沉积物物理性质及声学特性

海底是影响海洋声场极其重要的环境因素。了解海底沉积物的物理特性以及它与声学参数的关系,对于海洋声场分析,声纳作用距离的预报,水声设备在海洋中检测和应用等等都是必不可少的。出于实用的需要,我们曾于夏季在二十天时间内对南海三个海区水声环境场进行考察,其中海底沉积物的物理特性和声学特性是主要内容之一。分别标称为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的三个海区同在一个海域,都处于纬度18°40N＇上下,距离海岸Ⅰ海区约5n mile,Ⅱ海区50n mile,Ⅲ海区110n mile左右,考察范围,每个海区约200     

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。     

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%.     

南黄海海底沉积物声学特性及其影响因素试验研究

利用自南黄海中西部海底取回的沉积物样品,对其声学特性及其影响因素进行了试验研究,结果显示,研究区海底沉积物的压缩波速为1.359 ~1.695 km/s,剪切波速为12.5 ~70.9 m/s;颗粒较细的沉积物与较低的压缩波速、剪切波速对应,主要集中在研究区东侧水深较深处;沉积物的物理力学性质对其压缩波速、剪切波速的影响较显著,沉积物的温度和换能器的频率对上述声学两参数也具有一定的影响,而沉积物的包含物及薄夹层等影响声波传播的理论计算结果。给出了研究区海底沉积物物理力学各参数与压缩波速、剪切波速之间的回归方程,以期为国防、工程提供基础资料。     

海底沉积物声学响应中的颗粒与孔隙因素

颗粒参数是描述海底沉积物的基本要素之一,它们深刻地影响到海底沉积物的物理力学性质和声学性质.统计分析结果表明,海底沉积物颗粒度参数中以孔隙度、干密度、中值粒径、平均粒径、颗粒形状之间的关系最为密切.孔隙度与体积干密度呈强线性相关,与平均粒径、中值粒径也呈弱线性相关.在沉积物声速与物理参数的单参数和双参数的经验公式讨论中,显示出声速分别与孔隙度和平均粒径之间具有密切相关关系.根据沉积物颗粒堆垒结构和颗粒形状、粒径大小等,可以计算沉积物的理论孔隙度,从而判定沉积物的声衰减系数.     

海底沉积物声学参数相对量测量技术

针对目前海底沉积物声学特性普遍采用的绝对量测量方法的不足,提出了一种通过相对量来测量海底沉积物声学特性的新方法。并基于本测量方法原理设计了以声波探针为传感器、复杂可编程逻辑器件为核心的多通道声信号测量系统。本系统可发射单个、几个和连续的正弦波或脉冲波,且可在小频率范围内进行扫频。既可测量小距离(如一个波长以内)海底沉积物声波参数,又可测量长距离(如100个波长以上)海底沉积物声波参数。用本系统测量了一批海底沉积物样品,通过实验验证了测量系统的有效性。     

声学方法进行海底沉积物遥测分类:综述

本文讨论利用声学遥测方法进行海底沉积物分类的目的、用途及该项技术的发展背景和现状。重点介绍目前主要的用于浅、表层沉积物分类的声学遥测方法，包括选通等幅脉冲、宽频带脉冲、连续线性扫频脉冲等正入射方法和侧扫声呐、多波束测深等斜入射方法。回顾它们的发展历史，评述它们的技术现状，并讨论它们的进一步发展     

海底沉积物实验室剪切波速度及其与沉积物的物理性质之间的关系

采用压电陶瓷弯曲元法和共振柱试验的方法对采自我国海域的一些典型海底浅表层沉积物样品进行了剪切波速测试,获得首批可信数据.两种方法所测得的剪切波速数据具有很好的一致性,且在数赫兹至数十千赫兹频段范围内剪切波速不具明显弥散性.剪切波速与沉积物类型关系密切,不同海区和不同类型海底沉积物的剪切波速有明显差异.近海较细颗粒沉积物粉砂的剪切波速在100m/s左右,细颗粒沉积物的剪切波速在100m/s以下;陆架较粗颗粒沉积物的剪切波速最大,超过100m/s;深海、半深海细颗粒沉积物的剪切波速最低,小于50m/s.剪切波速与含水量、密度、孔隙度、塑限和液限等沉积物物理参数之间具很好的相关性,反映了剪切波速和物理性质之间的密切关系.剪切波速与压缩波速呈正相关性,但在不同的波速范围剪切波速随压缩波速的变化有很大不同.     

马里亚纳海沟表层沉积物物理性质与微观结构初探

针对取样于141°48.700 8'E,11°11.698 8'N,深度为8 638 m的马里亚纳海沟海底表层沉积物,考虑该沉积物中的孔隙水为海水,提出一种测定其基本物理性质指标的修正方法,并测定其相关的物理性质指标,最后通过扫描电子显微镜观察其微观结构。研究结果表明:本次取样处的深海海底表层沉积物具有极高的含水率、高孔隙率、低密度、低比重、高饱和度等特性。考虑海水中盐分影响的修正后,该土样的含水率比修正前提高了11.68%,比重比修正前降低了7.66%。该沉积物显微结构以絮凝结构为主,中间夹杂着大量多孔隙的硅藻碎片和生物体的空壳,这使得该沉积物中的孔隙数量增多。研究结果将有助于了解马里亚纳海沟地区的深海沉积环境和历史,为深海集矿车的设计提供参考。     

基于声波探测海底浅层沉积物特性的方法研究

利用声波在水中的传输特性进行海底浅层沉积物特性的探测。在实践应用中有实验室方法、现场测量方法和海底声学遥测方法,并研制出大量的仪器。由于海上和海底实际条件的限制,声波探测方法都存在一定的不足之处,由此提出了声衰减测试沉积物特性以及建立实验室模拟海底环境探测方法的设想。     

西菲律宾海比科尔陆架深海沉积物古菌多样性研究

通过构建16S rRNA 基因文库, 对西太平洋西菲律宾海东板比科尔陆架5 个不同层位沉积物样品中的古菌的多样性进行了研究, 并获得了465 个有效克隆63 个OTUs （Operational Taxonomic Units）。通过16S rRNA 序列与GenBank 已知序列的同源性比较及构建系统进化树的结果显示...     

砂质海底沉积物压缩波速与物理参数关系试验研究

砂土是主要的海底沉积物类型之一,明确砂质沉积物声学与物理性质的关系对海底底质和地层探测至关重要.本文利用超声探测仪和自制的试样制备测试装置,模拟制备不同沉积状态的砂土试样,同步开展超声测试和物理性质测试,探讨砂质沉积物声速测试方法及影响因素,揭示砂质沉积物压缩波速与物理参数的内在联系.试验结果和分析表明:换能器接触管壁...     

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。     

中国黄渤海沉积物声速与物理性质研究

In order to investigate the correlation between a sound velocity and sediment bulk properties and explore the influence of frequency dependence of the sound velocity on the prediction of the sediment properties by the sound velocity,a compressional wave velocity is measured at frequencies of 25–250 k Hz on marine sediment samples collected from the Bohai Sea and the Yellow Sea in laboratory,together with the geotechnical parameters of sediments.The results indicate that the sound velocity ranges from 1.232 to 1.721 km/s for the collected sediment samples with a significant dispersion within the series measuring frequency.Poorly sorted sediments are highly dispersive nearly with a positive linear relationship.The porosity shows a better negative logarithmic correlation with the sound velocity compared with other geotechnical parameters.Generally,the sound velocity increases with the increasing of the average particle size,sand content,wet and dry bulk densities,and decreasing of the clay content,and water content.An important point should be demonstrated that the higher correlation can be obtained when the measuring frequency is low within the frequency ranges from 25 to 250 k Hz since the inhomogeneity of sediment properties has a more remarkably influence on the laboratory sound velocity measurement at the high frequency.     

南海北部深水区表层沉积物工程性质的统计特征分析

针对从中国南海北部海域某深水区采集的表层沉积物柱状样,进行了沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的X射线衍射试验以及物理和力学性质的统计学分析。结果表明,该深水区海底表层沉积物通常为有机质软黏土,具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析和假设检验表明,沉积物的物理和力学指标均呈现变异性,且后者普遍高于前者。相对密度、含水率、液塑限和塑性指数服从正态分布;容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果,近似服从正态分布。研究结果可为深水海底工程结构设计的海床土性参数取值提供参考。     

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。     

Relationships between the sound speed ratio and physical properties of surface sediments in the South Yellow Sea

Building empirical equations is an effective way to link the acoustic and physical properties of sediments. These equations play an important role in the prediction of sediments sound speeds required in underwater acoustics.Although many empirical equations coupling acoustic and physical properties have been developed over the past few decades, further confirmation of their applicability by obtaining large amounts of data, especially for equations based on in situ acoustic measurement techniques, is required. A sediment acoustic survey in the South Yellow Sea from 2009 to 2010 revealed statistical relationships between the in situ sound speed and sediment physical properties. To improve the comparability of these relationships with existing empirical equations, the present study calculated the ratio of the in situ sediment sound speed to the bottom seawater sound speed, and established the relationships between the sound speed ratio and the mean grain size, density and porosity of the sediment. The sound speed of seawater at in situ measurement stations was calculated using a perennially averaged seawater sound speed map by an interpolation method. Moreover, empirical relations between the index of impedance and the sound speed and the physical properties were established. The results confirmed that the existing empirical equations between the in situ sound speed ratio and the density and porosity have general suitability for application. This study also considered that a multiple-parameter equation coupling the sound speed ratio to both the porosity and the mean grain size may be more useful for predicting the sound speed than an equation coupling the sound speed ratio to the mean grain size.