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。     

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。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40-90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上，用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明：反射损失值明显地与底的类型有关，细砂底的反射损失较小，粉砂质泥次之，而粉砂质粘土的反射损失较大；对于同类型的海底，孔隙度大者反射损失也较大。此外，还讨论了沉积物中声速的两种经验公式的适用性。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40—90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上,用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明:反射损失值明显地与底的类型有关,细砂底的反射损失较小,粉砂质泥次之,而粉砂质粘土的反射损失较大;对于同类型的海底,孔隙度大者反射损失也较大。此外,还讨论了沉积物中场速的两种经验公式的适用性。     

浅海聚焦定位中简化地声模型的应用研究

为了提高定位算法的环境宽容性,聚焦法将环境参数纳入了寻优空间。聚焦法虽然降低了对环境测量的要求,但是反演参数的增加也增加了反演的复杂性。基于海底反射特性,用两个参数对海底进行建模。通过标准的反演测试问题对简化地声模型在浅海聚焦定位中的有效性进行了分析。结果表明:基于简化地声模型的聚焦定位是可行的。在获得正确定位结果的同时,随着地声参数个数的减少,匹配场处理的便捷性得到了提高。文中引入的简化地声模型是聚焦问题中参数最少的地声模型,它可以有效减少聚焦定位参数维数以提升反演的便捷性。同时,简化地声模型在参数敏感性和耦合性上有较好的表现,这些优点可以保证定位结果的稳健性。     

均匀层浅海声场与海底反射损失的关系

海底对浅海声传播的影响很大。海底有复杂的多层结构。在计算声场时如果把多层海底的影响都考虑进去,就会使计算复杂化,得不出一个清晰的物理图象。因此,在计算中往往使用海底反射损失系数来代替多层海底的模型。但海底反射损失与角度有复杂的依赖关系。为了计算方便,提出过不少简化模型。已经使用的模型有反射损失与角度无关、与角度一次方成正比;后来又提出反射损失在某一临界角之下与角度一次方成正比,在临界角之上与角度无关的三参数模型,克服了远场与近场衔接的问题[1,2]。但这些模型不一定在所有情况下都能反映海底反射损失与角度的关系的主要特征。本文提出一个近似方法,可以计算海底反射损失按任意规律随角度单调上升的情况下的声场。     

Monterey湾大陆架的海底地质

根据４年声波卫星扫描图测量所作的最新海底地质图揭示,Ｍｏｎｔｅｒｅｙ湾的内、外陆架为岩石露头,仅中陆架区由沉积物覆盖。沿ＳａｎｔａＣｒｕｚ周边的构造抬升海岸,内陆架海底由侵蚀露头组成,而在沉降或稳定海岸如Ｍｏｎｔｅｒｅｙ湾中心,内陆架则由现代沉积物组成。外陆架上９０ｍ深度或更深处的岩石露头上覆盖着一层现代沉积物的薄层沉积,衰减了岩石表面的高声波反射率。在Ｍｏｎｔｅｒｅｙ半岛附近,具明显声波信号的花岗岩暴露在陆架上。暴露在南北陆架上的沉积地层,从最老的ＳａｎｔａＣｒｕｚ泥岩至最年轻的Ｐｕｒｉｓｉ…     

海底声散射特性研究进展

海底是水下声场的重要边界,其声散射特性对水下声场空间结构及分布规律具有至关重要的影响。对目前国际上海底声散射特性研究方面的进展进行了系统的分析和总结,从海底声散射测量技术、海底声散射特性及机理、海底声散射预测模型3个方面进行了论述,并提出了未来研究的方向、研究重点与难点。该工作对于充分了解和认识海底声散射研究的目前现状和未来发展趋势具有很好的借鉴和指导意义。     

基于海底表层沉积物声速特征的南海地声模型

在由垂直声速梯度建立的地声模型基础上,通过引入沉积物与海水声速比和沉积物压缩波与切变波声速比两个表征沉积物声学特征参数得到更全面和有实际指导意义的地声模型。在沉积物声波传播FCMCM模型基础上,基于热作用和重力作用下沉积物两相介质的应力应变分析,建立TFCMCM和DFCFCM模型,运用模型校正表层沉积物声速特征来计算和解释地声模型。根据海底表层沉积物存在低声速和高声速两种类型,结合沉积物沿纵深孔隙度不变和变化两种类型,得到南海海底沉积物的两类四种典型地声模型:低声速孔隙度不变型、低声速孔隙度减小型、高声速不变型和高声速孔隙度减小型。运用这四种典型地声模型的组合解释了卢博提出的南海三种典型声速结构。认知声速结构将为南海声学探测海底、划分海底区域提供模型支持。     

海底、海面的边界反射对浅海环境噪声场的影响

关于海洋噪声谱级的理论,测量和分析以及相应噪声源的机理探讨已经有大量的工作;例如Knudson^[6];EcKarf^[2];Weng^[10]和Piyyof^[7]的工作.文〔1〕采用分层介质中的传播算子,推广了EcKarf的工作,建立了一般情况下由源特性及传播算子所表达的噪声场表示.目前关于传播条件--在浅海中特别是海底的反射特性--对环境噪声场特性的影响还较少有具体的结果.     

海底散射模型对浅海混响的影响研究

对于混响预报,散射强度是一个相当重要的物理量。在波束位移射线简正波理论的基础上推导了浅海混响模型,仿真比较了负跃层浅海情况四种海底散射模型对应的混响衰减曲线,结果表明海底散射模型对浅海混响的影响较为显著。     

浅海声信道信号时间相关特性研究

水声信道中信号的时间相关特性是水声微弱信号相关检测的理论基础和具体参数选择依据。文中以厦门港典型的浅海声信道中信号的时间自相关和互相关特性进行实验研究。结果指出,信号有强的时间相关性,无论自相关或互相关性均比海洋环境噪声强得多,因此在水声信道中采用时间相关检测可望达到优良的抗噪声效果。     

具有常值海底反射损耗的负声速梯度浅海中的平均声强

负声速梯度浅海中的平均声强,在文献(1)中已做了一些研究。在那里我们把第l号筒正波相应的“准平面波”在海底上的反射系数的模|v_l|视为掠射角α_l(H)的指数下降函数:     

用射线参数法遥测浅海沉积层声的特性

本文根据射线参数法测量了浅海(水深约40米)沉积层中的声速与层厚。实验中采用爆炸声源,两个水听器,其中一个固定于声源附近,用以计算爆炸开始时间,另一个用于在不同水平距离接收海底及沉积层下界面的反射信号。用磁带记录仪和示波器配以照相记录仪两种方式记录。所得沉积层中声速值与根据底质取样所得声速值基本一致。     

用射线参数法遥测浅海沉积层声的特性

本文根据射线参数法测量了浅海(水深约40米)沉积层中的声速与层厚。实验中采用爆炸声源。两个水听器．其中一个固定于声源附近。用以计算爆炸开始时间．另一个用于在不同水平距离接收海底及沉积层下界面的反射信号。用磁带记录仪和示波器配以照相记录仪两种方式记录．所得沉积层中声速值与根据底质取样所得声速值基本一致。     

海底扇对外大陆架划界的潜在影响

自《联合国海洋法公约》1994年生效以来,外大陆架划界工作引起了地质、法律等多学科研究者的共同关注。为论证海底扇这一特殊海底地形在外大陆架划界工作中可能产生的影响,通过对全球典型的10个海底扇共同特征的统计,运用CARIS LOTS 4.0划界软件,对《联合国海洋法公约》第76条中2大重要地质因素——大陆坡脚位置和沉积物厚度进行了分析和研究,对孟加拉海底扇、蒙特利尔海底扇及印度海底扇3个全球典型的海底扇进行了外大陆架区域的划界分析,探讨了海底扇的发育及其对地貌的改造作用,以及对划界结果可能造成的影响。结果显示,影响海底扇发育的3大主要因素——构造环境、沉积物供给和海平面变化,使大陆坡脚位置的确定成为大陆架划界工作中面临的首要且关键的问题,对外大陆架的划界结果有潜在影响。而海底扇复杂的地质背景和特征,无疑对划界时使用《联合国海洋法公约》中的规定条款提出了新的挑战。在考虑海底扇影响的前提之下,陆坡坡脚位置会因其地形的变化向前推进或后退,峡谷和水道的分布对选区剖面确定最大坡折点的位置也会带来较大影响。因此,在外大陆架划界工作中,不但需要考虑《联合国海洋法公约》中的法律条款,海底扇及影响其形态、分布等3大重要因素的规律性,也是未来划界工作中需要进一步深入研究的重要问题。     

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。     

浅海海底地形变迁对海上平台动力特性的影响

海上平台在服役期间,由于周围自然环境以及水动力条件的改变,使得其所在海域地形条件与设计时相比有较大的变化,这势必会对平台的动态响应产生影响。以老黄河口海域埕岛“中心1号”生活平台为例,通过现场实测和数值计算,分析了海底地形变迁对海上平台动力特性所产生的影响,为该海域未来平台的设计和施工提供参考。     

浅海声信道“时域衰落”特性研究

研究了浅海声信道“时域衰落”与海况，波高，中心频率和作用距离的关系，结果表明，在相同海况下，波浪愈高，振幅起伏愈明显，在同样作用距离，深度下，中心频率２０ｋＨｚ是信道较好的传播频率，其振幅起伏小，自相关时间较长，在该声道中，作用距离在２０００－２５００ｍ处振幅起伏最大。     

浅海波导中刚性球声散射特性研究

目标特性研究对军事及海洋开发具有重要意义。作者用Ingenito的简正波方法对浅海波导中刚性球的散射进行了理论研究。在理论推导中直接利用波导中简正波解,同时去掉文F．Izngenito等研究中的远场假设,使理论结果更具一般性。文中对浅海波导中刚性球的散射进行了数值计算,并进行了分析。结果表明,浅海波导中目标散射场特性与自由场中明显不同,海底、海面的存在使散射场在深度方向产生干涉,从而影响散射场的空间分布,海底声速及衰减系数对散射场空间分布有重要影响。