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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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浅地层剖面仪发射的声脉冲能够穿透海底面进入沉积层内部,其回波中携带了丰富的底质信息。地声模型是底质声学与物理性质关系的数学描述,广泛用于海底声学与地声反演研究。本文通过对浅地层剖面数据的处理、解译得到海底反射系数,与考虑底质松密影响的改进Biot-Stoll模型相结合,提出底质反演新方法并开展实例验证。研究结果表明：通过对浅地层剖面原始记录的读取、解译,提取反射波振幅,并结合设备声源级,可有效求取海底反射系数。通过引入相对密度改进孔隙度计算公式,进而在基于Biot-Stoll模型构建海底反射系数和底质平均粒径关系过程中进一步考虑了底质松密的影响。基于山东威海某海域及文献的算例均显示,本文提出的改进地声模型可缩小底质反演与实测结果之间的相对误差、提升基于浅地层剖面数据的海底底质地声反演精度。 相似文献
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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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海底沉积物声学响应中的颗粒与孔隙因素 总被引：1，自引：0，他引：1
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. 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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海底沉积物声学物理力学性质聚类分析研究 总被引：1，自引：1，他引：0
Stoll、Hamilton等分别从理论和实测方面出发研究海底沉积物声学与物理力学性质关系,这两类研究都是将声学性质作为独立性质从沉积物的物理性质中提取出来,以两者作为因果关系进行研究,割裂了其内在统一性.本文不试图建立声学与物理力学性质的经验方程,而是综合考虑海底沉积物声学、物理力学性质,对南海大陆坡和人陆架沉积物进行聚类研究,分析南海海底沉积物共有的性质.研究表明聚类分析方法为海底沉积物性质研究提供了一种有效的分类手段,通过聚类,得出如下结论:(1)声速与孔隙度、密度等物理力学性质存在着明显的单调相关性,可以通过某些物理力学参数来预报沉积物的声速,同时可以通过测量沉积物声速反演沉积物的某些物理力学参数;(2)海底沉积物的声速和地文单元、沉积物的颗粒成份组成有关;(3)火陆坡黏土质粉砂、粉砂、砂质粉砂和大陆架粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂的压缩波速依次增大,切变波速依次减小;(4)海底沉积物声学与物理力学性质聚类分析研究,可以作为海底沉积物的声学探测的参考依据. 相似文献
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全新世长江水下三角洲浅层物探资料的地质意义 总被引：5，自引：2，他引：5
近年来,随着海区第四纪地质研究的深入,为开展全新世长江水下三角洲沉积模式的研究,我局在西起长江沿岸、东至124°E,北起 32°N、南至30°10′N的四万平方公里测区内进行了3000公里的测深和浅地层剖面测量工作.浅地层剖面调查采用EG＆G公司的地层剖面系统.大量浅地层剖面结合浅钻进行的地质解释,提供了该三角洲研究中重要地质问题的依据和佐证.加强了海区浅部地层划分、厚度变化、区域分布规律,和浅部地层不稳定性的研究.一、地震反射层序的划分及其特征(一)层组的划分:沉积过程中由于岩层的密度、速度差异,沉积物内出现了声学层面和不整合面的两种物性波阻抗界面.浅地层剖面利用声波在海水和海底沉积物中的传播和界面上的反射,根据声波到达海底和各个界面的传播时间及其在地层中的速度来研究海底沉积层.根据这个原理可以按以下原则划分浅地层剖面: 相似文献
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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:换能器接触管壁的间接测量方法中,声波多路径传播可显著影响沉积物声速测量的准确性,而换能器接触试样的直接测量方法可避免这一影响;30 kHz至100 kHz的不同频率对压缩波速测量结果没有明显影响。砂质沉积物的压缩波速与密度、孔隙度、含水率有较好的相关性,相关系数分别为0.87、0.86、0.84,并且随密度的增大而增大,随孔隙度、含水量的增大而减小。砂质沉积物的压缩波速与中值粒径的相关系数小于0.6,对物质组成不敏感。另外,与声速相比,砂质沉积物的声阻抗与密度、孔隙度、含水量的相关性更高。砂质沉积物压缩波速对饱和度非常敏感,例如,饱和度从0.971增至0.994时,压缩波速从393.3 m·s-1急剧增大到748.5 m·s-1,需特别注意。 相似文献
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由沉溺珊瑚礁、各类胶结砂以及胶结的珊瑚石或贝壳碎屑等组成的硬质薄层通常呈零散状分布,地质取样难以准确确定它们是如何分布的,这给海底管线施工带来极大的困难和风险。本文以南海北部为例,基于多种物探资料并结合正演模拟,分析、总结了海底以及海底之下硬质薄层的声学特征,在研究区综合识别出23个硬质薄层分布区。研究认为,硬质薄层与松散沉积物物理性质的差异可用于声学探测数据识别和定位。在浅地层剖面上,硬质薄层表现为强反射薄层,并对其下方地层的地震反射信号有一定的屏蔽作用,这一现象有助于确定硬质薄层是否存在以及其埋深和位置。在侧扫声呐影像和后向散射强度图上,硬质薄层通常表现为具有不规则形状的明暗变化阴影,阴影的边界指示了硬质薄层的分布范围。当硬质薄层出露于海底时,侧扫影像、反向散射强度结合浅地层剖面可以有效地识别并确定硬质薄层的范围;而当硬质薄层位于海床浅部（埋深数米到十几米）时,浅地层剖面可能是识别硬质薄层的唯一且最有效的方法。 相似文献
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A method for estimating the physical and acoustic properties of the sea bed using chirp sonar data 总被引：2，自引：0，他引：2
This paper proposes a method, based on the Biot model, for estimating the physical and acoustic properties of surficial ocean sediments from normal incidence reflection data acquired by a chirp sonar. The inversion method estimates sediment porosity from reflection coefficient measurements and, using the estimated porosity and the measured change in fast wave attenuation with frequency, estimates the permeability of the top sediment layer. The spectral ratio of echoes from the interface at the base of the upper sediment layer and from the sediment-water interface provides a measure of the change in attenuation with frequency. Given the porosity and permeability estimates, the Kozeny-Carman equation provides the mean grain size and the inversion method yields the acoustic properties of top sediment layer. The inversion technique is tested using chirp sonar data collected at the 1999 Sediment Acoustics Experiment (SAX-99) site. Remote estimates of porosity, grain size, and permeability agree with direct measurements of those properties. 相似文献
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This paper examines the impact that a thin layer of varying density would have on high-frequency reflection, forward loss, and backscattering of acoustic plane waves from the seafloor. A functional form for density stratification was found by examination of several high-resolution density profiles obtained from X-ray computed tomography (CT) scans of seafloor cores. A solution based on these general profiles was used to estimate the reflection coefficient. The influence of the density profile on reflection loss and backscatter was then calculated using the estimated reflection coefficient. Parameter values used in simulations were obtained from the literature or from the CT scans of cores. It was found that inclusion of a density profile adds a strong frequency dependence to estimates of the reflection coefficient and forward loss. The largest effect on total scattering strength is near normal incidence where returns are dominated by interface scattering. The effect of the density profile on the strength of acoustic returns suggests that care should be taken when using high-frequency systems for measuring sediment properties, especially near normal incidence 相似文献
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A linear FM sonar system was developed to support the objective of remote acoustic classification of seafloor sediments. It is a calibrated, wideband, digital, frequency modulated sonar that provides quantitative, high-resolution, low-noise sub-bottom data. Since the linear sonar system can precisely transmit a specified waveform, the calibrated digitally recorded reflection data can be processed to estimate the acoustic impulse response of the seabed and sediment attenuation. An acoustic pulse with special frequency domain weighting characteristics is designed to provide low temporal sidelobe levels and a nearly constant resolution with depth even after passing through a sediment with high losses such as sand. After correlation processing, the wideband acoustic pulse yields an effective beam pattern with high spatial resolution and insignificant sidelobe levels. Data sets generated with the FM profiler indicate that the required temporal and spatial characteristics of the sonar are realized in practice 相似文献