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为研究深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系,于2016年11月在实验室对水深3164～5 592 m的菲律宾海深海海底沉积物柱状样品的声学特性进行测量,获取了沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数等声学特性参数。结合沉积物的孔隙度和密度等物理性质参数,分析了海底沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数与孔隙度、密度的相关关系,建立了该海域海底沉积物声学特性回归方程。研究结果表明:研究区深海数据与浅海回归方程符合度较差,与深海回归方程符合度较好;Hamilton校正方法有助于修正实验室测量引起的温度和压力误差,声速比与Hamilton方程符合度比声速好;声阻抗和声阻抗指数与物理性质参数的相关性优于声速和声速比。此外,研究认为由于海底沉积物的沉积环境较为复杂,其声学特性回归方程存在差异。由于上述差异的存在,在使用基于不同海域数据建立的回归方程进行海底沉积物声学特性预测时,应加以区别对待。该研究丰富了深海海底沉积物声学数据,对促进深海海底沉积物声学深入研究具有一定的借鉴意义。 相似文献
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海底浅表层（小于1 m）沉积物的物理性质,如粒度、孔隙度、密度等是海洋沉积学研究和海洋工程地质分析的重要内容,目前主要基于有限的海底取样或原位测试获取这些沉积物的物理性质。浅地层剖面是基于声学信号（频率几千赫兹）在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据,其中的一些声学参数,如海底反射系数、波阻抗等与沉积物物理性质密切相关。如何充分而有效地利用浅地层剖面资料,反演得到剖面覆盖区海底浅表层沉积物的物理性质参数,极具科学意义和应用价值,且基于声学属性反演沉积物物理性质是当前研究的热点。为此,本文基于渤海LD16-3CEPA至LD10-1PAPD路由段的浅地层剖面数据和海底表层沉积物的实测物理参数,利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系,并基于浅地层剖面数据计算得到的海底反射系数,反演了研究区海底浅表层沉积物的孔隙度、密度、平均粒径等物理性质参数。其中反演的孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径基本相符,偏差度基本都在20%的偏差范围内,表明该反演方法在该区的应用是可行的。 相似文献
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南沙海域深水区表层沉积物声速与孔隙度相关关系 总被引：5，自引：0，他引：5
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。 相似文献
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总结和分析了20世纪50年代以来的国内外有关海底沉积物声速研究的主要文献,详细阐述了海底沉积物声速研究的科学意义、工程意义和军事意义。将海底沉积物声速的主要研究方法进行了归纳和分类,分为理论研究、室内声学试验和海底原位声学试验3个大类,并论述和分析了各类方法的代表性观点及取得的主要研究成果。最后对目前海底沉积物声速的研究方法存在的主要问题进行了讨论,展望了基于高分辨率声学浅地层剖面资料与钻孔岩心对比研究方法的发展前景。 相似文献
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中国东南近海海底沉积物声学物理性质及其相关关系 总被引：17，自引：3，他引：17
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。 相似文献
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北部湾南部重力柱状样的MSCL地声学性质测量及分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用钻孔多参数连续记录仪(multi-sensorcorelogger,MSCL),对在南海北部湾南部海区所取得的6个孔重力柱状样进行了测量,获得了连续P波波速、湿密度和孔隙度数据。在室内实验室对柱状样分样之后的沉积物样品进行了孔隙度与湿密度的测定。利用不同的统计回归方法对所获得的6个柱状样的孔隙度与P波波速进行相关分析,并对比室内测量的P波波速、湿密度、孔隙度,建立了基于孔隙度数据对沉积物P波波速进行预测的方法,对MSCL测量方法的优缺点进行了讨论。结果表明,MSCL测量结果与实验室柱状样测定结果较为吻合。样品所在深度对声速的变化影响不大。孔隙度与声速的多项式回归,样条插值回归和GAM模型回归都获得了较高的相关系数,GAM模型可以提供一个较为接近测量值的声速预测方法。MSCL用来测量海底沉积物,可以获得大量的高密度、高精度的沉积物地声学及其他参数数据,但是,如果空气混入沉积物样品中则会导致MSCL测量结果失真。该研究为使用MSCL在区域海底地声学性质、恢复区域海洋沉积历史、海底地声学模型建立等研究提供了参考。 相似文献
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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%. 相似文献
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基于时间平均的海底沉积物声速预测 总被引：2，自引：2，他引：0
在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。 相似文献
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本文通过对南海海底沉积物样品的声学物理参数和沉积粒度特征统计分析,发现了高、低含砂量沉积物的声学物理特征存在明显差异,建立了海底沉积物的含砂量与压缩波速度、孔隙度、含水量和密度等经验公式,分析了含砂量变化与沉积物的体积压缩模量和密度变化的关系,从声速理论基础上阐明了含砂量变化引起沉积物压缩波速度变化的内在原因是含砂量变化引起了体积压缩模量和密度发生了变化,说明了含砂量增大引起沉积物压缩波速度增大的内在原因是含砂量增大引起了体积压缩模量变化量大于密度变化量,从而在数据统计和理论分析结合基础上,论证了含砂量是影响海底沉积物压缩波速度的重要因素之一。这一研究对声学方法反演海底沉积物粒度参数和沉积物类型、地声参数转换模型的建立,以及对水声反演海底和海底资源勘探等方面都具有重要理论意义和应用价值。 相似文献
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Acoustic environment and physico‐mechanical properties of the shelf seabed off the pearl river mouth
Abstract The vast shallow sea off the Pearl River mouth in the northern South China Sea is an important prospecting area for offshore oil development. In recent years, the authors have investigated acoustic and geotechnical characteristics of marine sediments in this area. An intercalated layer of low sound velocity and low compressive strength has been found within the seabed, in which the median diameter of sediment grains is fine and the sound velocity is 100–200 m/s lower than that of the overlying and underlying layers. The minimum unconfined compressive strength of this layer is 0.075 kg/cm2, which is lower than that of the over‐ and underlying layers by an order of magnitude. Such an intercalation often constitutes a threat to the stability of shallow foundation soil. In case of overloading, the layer may be weakened, and seafloor sliding between different sediment layers may occur. The regional distribution of these kinds of weak intercalations of low sound velocity may be traced by a subbottom profiler and by means of sediment acoustical investigations. Correlation between the gray level of a layer on subbottom profile records and physical properties of the layer (including sound velocity and reflectivity) suggests that the layer of sufficient bearing capacity must be searched by means of sediment acoustics at least to the depth of a high‐velocity substratum of stronger reflection. 相似文献
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为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。 相似文献
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基于Chirp数据和Biot-Stoll模型反演南海北部陆坡海底表层沉积物物理性质 总被引：1，自引：1，他引：0
浅地层剖面是基于声学信号(频率在几百至几千赫兹)在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据,海底反射系数与沉积物物理性质密切相关。Biot-Stoll声波传播理论模型可以预测海底沉积物的物理性质,构建反射系数等声学参数与物理参数之间的关系,但在不同的海域采用不同的参数所获得的效果不同。为此,本文基于南海北部陆坡海底表层沉积物的实测物理参数,利用Biot-Stoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系,结果表明模型计算值与样品实测值吻合度总体较好,偏差在0.1%～4.9%之间,并建立了频率3.5 kHz时海底反射系数与沉积物孔隙度、密度、平均粒径之间的关系方程,且方程拟合度较高,可决系数R2均大于0.99。在对典型Chirp剖面数据计算其海底反射系数的基础上,反演了海底表层沉积物的孔隙度、密度、颗粒平均粒径等物理性质,其中反演孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径相对误差均小于5%,结果与实测值基本相符,表明该反演方法在南海北部陆坡区的应用是可行的。 相似文献
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由海底沉积物的纵波速、横波速及湿密度,根据岩土力学原理,整理出一组计算海底沉积物弹性参数的公式;以该公式计算了南海南部海域浅层沉积物的弹性参数,计算结果与已有文献资料数据做了比较,分析了两者误差的原因. 相似文献
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Guanbao Li Jingqiang Wang Xiangmei Meng Baohua Liu Guangming Kan Guozhong Han Qingfeng Hua Yanliang Pei Lei Sun 《海洋学报(英文版)》2021,40(4):65-73
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. 相似文献