海洋沉积物声特性的实验研究

把两个电声换能器安装在静力取样器箱体底部,配合相应电路,测量声脉冲通过箱体内沉积物的传播时间和相对接收幅度,使之在取样同时获得沉积物声速和声衰减剖面,用一个压电陶瓷换能器与沉积物柱状样接触,自上而下测量谐振时电激励阻抗,观察沉积物声阻抗。结果表明,实验室与现场测得的声速、声衰减系数和声阻抗与沉积类型密切相关。文中讨论了现场测量沉积物声阻抗的可能性。     

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。     

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。     

海底柱状沉积物超声测量

运用RS-ST01C超声测试仪,对32个海底沉积物柱状样品进行了现场超声波声学测量,并作了声速剖面初步分析,结果表明,样品及其固定方法、耦合剂、t0值、生物含量、取样效果和频率等因素对测量的结果均有一定影响,其中,样品及其固定方法、t0值、生物含量以及取样效果对声速测量的结果影响较大,而耦合剂和频率等因素对其影响较小。     

海洋沉积物热电声物性探测系统研究

海洋沉积物取样测量会改变沉积物的温度、压力等参数,取样测量所得到的数据会与沉积物的真实参数有所差距。针对上述问题本文开展了海洋沉积物热、电、声探测技术研究,并设计了一款适用于深潜器的海洋沉积物原位热、电、声多参数探针。探针使用时差法测量沉积物中的声速、声衰减系数,使用温纳法测量沉积物的电导率参数,使用NTC热敏电阻作为温度传感器测量沉积物温度。在探针校准并对沙质沉积物进行测量。实验结果表明探针测量电导率标准误差小于2.8 %。温度测量误差小于0.28 ℃,温度测量时间不小于120 s,此次获取泥沙样品的声速为1 737.5 m/s,声衰减系数2.5 dB/m。实验结果显示该探针能够准确、快速的测量海洋沉积物的热、电、声参数。     

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.     

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。     

超声无损检测技术在海底沉积物调查中的应用

论文就超声波无损检测技术在海底沉积物声学特性测量上的应用,介绍了其所需的必要设备、样品采集和测量基本原理。探讨了沉积物超声无损测量的资料处理与分析方法及其内容,主要包括声速、声衰减、声阻抗和声速比等声学特性计算;声速与孔隙度、平均粒径和粘土含量等物理力学参数的统计相关性研究。     

定程法测量海洋沉积物悬浮液声衰减

本文尝试用脉冲定程法测量海洋沉积物悬浮液声衰减。借用泥沙粒度分析中所用的沉降法,对每个样品测量7种不同粒径范围下的声衰减与体积浓度之间的关系。实验表明,文献[1]在考虑海洋沉积物悬浮液声衰减时引入悬浮粒子的形状系数k是必要的。并由k值粗浅地讨论了该海区沉积物的特征。     

南沙海域深水区表层沉积物声速与孔隙度相关关系

采用同轴差距测量法对南沙海域海底沉积物取样进行甲板现场声学测量,并计算了声速,结合沉积物取样分析获得的孔隙度,研究了海底表层100 cm沉积物的声速和孔隙度之间的相互关系,分析获得了孔隙度与海底沉积物声速关系的经验公式,结果表明此海域沉积物声速的临界孔隙度为67.80%。将此公式与国内外其他学者建立的经验公式进行了对比,分析发现各预测方程之间存在着差异,说明不同海域的沉积物声学特性具有差异性,经验公式具有区域性,同时分析了其他影响声速的因素。此项工作对于建立和研究南海声场环境具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

海洋沉积物声特性阻抗计算公式的改变

过去,声学界一直通过式(1)计算海洋沉积物的声特性阻抗。 Z=p C (1)式中:Z——沉积物声特性阻抗,g/(cm~2·s); p——沉积物容积重量,g/cm~3; C——沉积物声速,m/s。     

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。     

海洋沉积物悬浮液中声衰减的统计研究

在文献[1]中,我们讨论了声在海洋沉积物悬浮液中衰减测量的问题。本文由实验测量的数据,研究了低体积浓度范围内,在不同频率时,体积浓度的测量值和衰减系数测量值的相关关系,相应的回归直线。利用回归直线由衰减值估计体积浓度时,估计的标准误差。以及利用四种不同的悬浮液中声衰减理论,由衰减系数测量值估计体积浓度时,估计的标准误差。讨论了它们之间的差异。     

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%.     

声波在表层沉积物悬浮液中的衰减

本文讨论了海洋沉积物悬浮液中声传播衰减的问题,考虑了悬浮粒子的非球体形状,对声衰减的理论作了改进;并把理论值与实验测量值进行了比较,结果表明,这种经过修改的理论更符合实际。     

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。     

在不同沉积物类型中的声速测量实验研究

文章报道了在7个沉积物类型中的声速测量实验结果,分析了若干项参数对不同沉积物类型声速变化的影响和机制,对今后利用声遥感遥测天然沉积物提供重要科学依据。