广西近海灾害地质因素及声学反射特征

利用高分辨率地球物理资料及相关历史资料,对北部湾北部的广西近海灾害地质因素进行了地质地球物理解译,识别出海底沙波、海底沙脊、塌陷洼地、冲刷沟槽、浅层气、残积砂体、地层间断、埋藏丘、埋藏古河道等多种灾害地质因素.根据它们出现的频率、规模及声学特征可知:浅层气和埋藏古河道是广西近海最为发育的灾害地质因素,其对海洋工程的施工与建设有较大的危害性.     

TTI介质拟声波方程数值模拟

TTI介质qP波数值模拟方法因为考虑了倾角因素,可以比VTI介质qP波数值模拟方法更加准确地描述各向异性介质中地震波场的传播规律。文中用拟声波方程对TTI介质中的地震波场进行了高阶有限差分数值模拟,在改进衰减函数分布方式后,通过坐标变换,利用改进的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)边界控制方程对波场边界进行吸收处理,取得了良好的效果;然后分析了拟声波方程数值模拟中的稳定性问题,并对波场中的伪横波进行压制。通过对不同模型的数值模拟,验证了文中使用的TTI介质拟声波波动方程的稳定性以及所采用的PML边界控制方程的可靠性和适用性。     

Kelvin-Voigt黏弹性介质井孔声场有限差分数值模拟与波形特征

岩石介质具有黏滞性,黏弹性介质模型相对于弹性介质模型更为接近岩石介质的真实情况。根据Kelvin-Voigt黏弹性单元体模型本构关系,推导了柱坐标系下各向同性黏弹性介质时间域交错网格有限差分方程,进行了黏弹性介质井孔声场的数值模拟。模拟结果表明：品质因子和声源中心频率对黏弹性介质中的井内外声场均有影响：井外声场和井内声场的衰减均随品质因子的增大而减小,井外声波和井内反射波振幅随之增大;井外声场的衰减随声源中心频率的增大而减小,井外声波振幅随之增大,井内声场的衰减随声源中心频率的增大而增大,井内反射波振幅随之减小。     

岩石蠕变声发射特性研究现状与展望

蠕变是岩石一种重要的力学特性,与工程的长期安全稳定和安全密切相关。声发射技术作为一种无损检测手段,被广泛应用于岩石变形破坏研究领域。本文阐述了近年来基于声发射技术开展岩石蠕变特性方面的研究进展,主要包括不同岩性、加载方式、应力水平下岩石蠕变声发射特性,岩石蠕变破坏声发射前兆特征。在此基础上,提出了几点今后需要进一步深入研究的问题。     

利用分布式光纤声传感设备开展青藏高原易贡湖浅层结构探测

地震数据是利用地震学方法探测地下结构的基础条件,然而传统地震仪器难以获得极端环境地区(水下、高原等)的长时间、高密度连续数据。较之国际仪器厂商,国内的DAS研制相对较晚。自2016年起,国产DAS逐步应用于石油测井和城市区域地下结构探测,而运用在极端环境下的探测工作尚未见报道。中国科学院半导体研究所与青藏高原研究所经过多年合作研究,于2021年4月将自主研发的DAS系统首次应用于青藏高原的野外数据采集。本次试验同时记录了地面和水下的连续背景噪声和重锤数据。该研究利用背景噪声成像技术,获得了西藏易贡湖地区地表70 m以内的横波速度结构。本次研究为极端环境下的低成本、高密度数据采集和地下结构探测提供了理论和试验依据。     

基于声学调制解调器的声速剖面遥测技术

声速是海洋声呐测量中最重要的声学参数之一。拖缆式声速剖面仪可提供实时测量功能,但其缆长不能满足深海测量要求;自容式声速剖面仪可满足深海测量要求,但工作效率低。如何提高野外深海声速剖面测量工作效率是深海调查一项非常有意义的工作。文中详细介绍了基于声学调制解调器的声速剖面遥测系统的主要结构和功能,揭示了水声通信技术在深海非铠装缆测量中的应用优势。     

北海狮水下声信号类型分析

以水族馆内圈养的北海狮为研究对象,利用长达29 h的连续被动声学观测数据,对北海狮水下声信号类型进行了研究。共检测出22 689个水下声信号,对时长、最小频率、最大频率和峰值频率这4个声学参数采用聚类分析方法将信号分为10种类型:单脉冲(SP)、哨声(WS)、咕咕声(GG)、咚咚声(DS)、狗吠声(BK)、吼叫声(WY)、嗡嗡声(BZ)、撞击声(BG)、单频声(SF)以及咩咩声(BT)。该分类方式涵盖了北海狮92.6%的水下发声。北海狮水下声信号时长的均值为5~1 244 ms,峰值频率一般小于10 kHz。10种类型信号的占比各有不同,BK,BT和BG信号的比例较高;SP,WS和BZ信号的比例次之;DS,WY,SF和GG信号的比例较低。对北海狮水下声信号类型的分析能帮助了解北海狮的声行为特征,对野外北海狮的声学观测具有重要的指导价值。     

北极冰下水声通信中改进的最小均方/四次方直接自适应均衡器

本文提出了一种适用于北极冰下水声通信的最小均方/四次方直接自适应均衡器（LMS/F-DAE）。它能处理基带复信号,与LMS相比,具有更好的均衡效果。考虑到均衡器的稀疏特性,在其代价函数中加入自适应范数（AN）作为约束。它能根据均衡器系数的大小自适应变化：对于小系数,此约束项存在以加快收敛速度;对于大系数,此约束项不存在以减小均衡误差。利用第九次中国北极科学考察得到的实验数据验证AN-LMS/F-DAE的性能。结果表明,与传统的LMS/F-DAE相比,AN-LMS/F-DAE能提升均衡器的稀疏性且均衡性能更优。     

北极冰下声传播特性实验研究

通过2017年8月6日在北极海域开展的一次声传播实验,开展了冰下声传播特性实验研究。结合Burke-Twersky （BT）散射模型与射线模型,分析了冰下声传播的多途到达结构,研究了接收声强变化规律,解释了接收声强在30 min内衰减20 dB的现象,分析了接收信号的时间相关性,探讨了接收信号相关性较低的原因。实验结果表明,表面接收信号主要由小角度多次反转反射声线、一次海底反射声线和二次海底反射声线依次构成,表面声道到达信号显著强于海底反射信号。试验冰站在试验期间的运动导致了声传播信号强度和相关性的迅速衰减,并通过仿真得到了验证。     

基于正交匹配追踪的声层析方法

声速剖面的变化会对声传播产生较大的影响,经验正交函数模型经常用来实现对声速剖面数据的简化描述。然而在内波、湍流等海水不均匀性存在时,这种正则化操作会造成声速重构精度的大幅降低。本文利用字典学习生成声速剖面的非正交原子,在稀疏编码时采用正交匹配追踪（OMP,Orthogonal Matching Pursuit）算法,更新字典则使用KSVD （Kernel Singular Value Decomposition）的字典更新算法。由于字典学习不需要强制使用正交条件,对于训练数据更加灵活,从而可以使用少数的原子组合达到更高的重构精度。利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面研究了海水声速剖面的经验正交函数表示和字典学习,研究表明：相比于正交函数表示,学习字典可以利用少数原子（甚至一个原子）更好的解释声速剖面扰动。字典学习可以提高声速剖面的稀疏性,从而提高声速剖面的反演精度。