检索结果-内蒙古大学图书馆

地球物理学报 2012年第1期55卷 180-188页

作者：朱祖扬王东周建平王秀明中国科学院声学研究所北京100190 国家海洋局第二海洋研究所杭州310012

利用含气非饱和biot-stoll模型研究了声波在海底表层沉积物介质中的传播,讨论了骨架耗散、含气饱和度对快纵波、慢纵波和横波速度和衰减的影响,并与biot模型的结果进行了对比.研究结果表明:孔隙流体黏滞耗散与骨架耗散共同影响声波传播... 详细信息

利用含气非饱和biot-stoll模型研究了声波在海底表层沉积物介质中的传播,讨论了骨架耗散、含气饱和度对快纵波、慢纵波和横波速度和衰减的影响,并与biot模型的结果进行了对比.研究结果表明:孔隙流体黏滞耗散与骨架耗散共同影响声波传播速度和衰减,低频情况下骨架耗散引起的衰减占主要地位,高频情况下骨架耗散引起的衰减较小;少量气体(<1%)的引入显著改变了快纵波速度,气体含量的变化对快纵波衰减影响很大,低频情况下气体对慢纵波速度的影响不大,而对横波速度的影响较大,气体含量的变化对慢纵波和横波衰减影响较小.利用超声波测量系统测量了一例杭州湾海底沉积物样品的纵波速度和衰减,当含气量趋近0%时,biot-stoll模型预测的纵波速度和实验测量结果较为一致.

关键词：海底沉积物 biot-stoll模型自由气体骨架耗散

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基于Buckingham模型和biot-stoll模型的南沙海域沉积物声速分布特征

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地球学报 2016年第3期37卷 359-367页

作者：王景强郭常升刘保华陈文景侯正瑜韩国忠国家海洋局第一海洋研究所海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室山东青岛266061 中国科学院海洋研究所中国科学院海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 国家深海基地管理中心山东青岛266061 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266061 中国科学院大学北京100049

为了选择合理的南海南部海底沉积物的声速反演模型,分别利用Wood方程、Buckingham模型、biot-stoll模型等声波传播理论模型计算了沉积物的纵波声速,结合沉积物实测声速和物理参数等,对比了模型计算声速与实测声速的变化特征。声速实测... 详细信息

为了选择合理的南海南部海底沉积物的声速反演模型,分别利用Wood方程、Buckingham模型、biot-stoll模型等声波传播理论模型计算了沉积物的纵波声速,结合沉积物实测声速和物理参数等,对比了模型计算声速与实测声速的变化特征。声速实测值与模型计算值的对比表明,Buckingham模型计算值与实测值的平均偏差最小。研究区实测声速比和模型计算声速比的分布表明,声速的变化特征与沉积环境具有相关性,声速模型计算值与实测值具有相似的变化特征;模型计算声速与实测声速的垂向变化规律不相同,模型计算声速随深度基本不变,而实测声速在陆架、陆坡和海槽等沉积环境中呈现出多种垂向分布特征。研究结果认为,侧重于沉积物孔隙性的biot-stoll理论仅适用于陆架区粗颗粒沉积物,兼具流体和弹性固体双重性质的Buckingham理论具有更广的适用范围。该研究对获取南海南部海域沉积物声速分布特征有重要意义,可为多波束测深或浅地层精细解释等提供基础资料。

关键词：海底沉积物 Buckingham模型 biot-stoll模型声速分布特征声速比

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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

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海洋学报 2020年第3期42卷 72-82页

作者：周庆杰李西双刘乐军刘洋廷高珊周航王景强李天光自然资源部第一海洋研究所海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

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... 详细信息

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biotstoll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。

关键词： Chirp浅剖数据 biot-stoll模型海底反射系数沉积物物理性质南海北部陆坡

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基于biot-stoll模型声速反演中的参数选择——以南海南部沉积物为例

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热带海洋学报 2012年第1期31卷 50-54页

作者：陈静阎贫王彦林金丹林秋金中国科学院边缘海地质重点实验室南海海洋研究所广东广州510301 中国科学院研究生院北京100049

研究海底表层沉积物性质对海洋矿产资源探测、海洋工程建设等有重要的意义。biot-stoll模型可以模拟预测海底沉积物的物理性质,但采用不同的参数模拟的效果不同。stoll参数是各种海洋环境下模型达到最佳预测的单一数值的形式;Schock参... 详细信息

研究海底表层沉积物性质对海洋矿产资源探测、海洋工程建设等有重要的意义。biot-stoll模型可以模拟预测海底沉积物的物理性质,但采用不同的参数模拟的效果不同。stoll参数是各种海洋环境下模型达到最佳预测的单一数值的形式;Schock参数则是对渗透率、孔隙大小、沉积物孔隙曲折度等修改后的函数表达式形式,更接近沉积物实际情况。采用stoll参数和Schock参数分别计算了南海南部海区海底沉积物纵波速度,并对南海南部沉积物样品进行了计算和实测对比,结果表明,采用stoll参数计算误差较大,平均为3.962%;采用Schock参数计算误差较小,平均为0.847%。因此,在南海南部海区采用Schock参数预测海底表层沉积物物理性质更准确。

关键词： biot-stoll模型 stoll参数 Schock参数南海海底沉积物声速

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基于浅地层剖面数据和改进地声模型的底质反演方法

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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 170-178页

作者：孙振银王虎李冠霖天津大学海洋科学与技术学院天津300072 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300112

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... 详细信息

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。

关键词：浅地层剖面底质反演 biot-stoll模型海底反射系数平均粒径

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基于浅地层剖面的海底浅表层沉积物物理性质参数反演技术研究——以渤海海底管线路由区为例

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海洋学报 2022年第9期44卷 156-164页

作者：黄必桂李家钢周庆杰李西双刘乐军高珊周航张承艺中海油研究总院有限责任公司北京100028 自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室山东青岛266061

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... 详细信息

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。

关键词：浅地层剖面 biot-stoll模型海底反射系数沉积物物理性质渤海

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基于Chirp数据反演琼州海峡海底沉积物物性

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热带地理 2017年第6期37卷 874-879页

作者：陈静吕修亚陈亮郑红波林秋金国家海洋局南海调查技术中心广州510300 中国科学院边缘海重点实验室//南海海洋研究所广州510301 中海石油(中国)有限公司深圳分公司广州510240

Chirp浅剖数据不仅能刻画海底地层的地质构造信息,还能用于海底沉积物物性特征的反演。利用在琼州海峡南方主网与海南电网第二回联网工程海底电缆路由调查项目中所获取的浅剖数据,采用地球物理方法即基于biot-stoll模型来反演海底表层... 详细信息

Chirp浅剖数据不仅能刻画海底地层的地质构造信息,还能用于海底沉积物物性特征的反演。利用在琼州海峡南方主网与海南电网第二回联网工程海底电缆路由调查项目中所获取的浅剖数据,采用地球物理方法即基于biot-stoll模型来反演海底表层沉积物声速、密度和孔隙度等物理性质。通过该反演方法得到研究区海底沉积物声速、密度、孔隙度及海底反射系数剖面,其中反演孔隙度、密度与实测孔隙度、密度相对误差均<10%,结果与实测值基本相符,表明biot-stoll模型和Chirp浅剖数据反演海底沉积物物性的方法在琼州海峡海域切实可行,为在该海域采用间接方法来获取海底沉积物物理性质特征提供了新的选择,同时也为海洋工程浅剖数据利用提供了新的思路。

关键词： Chirp浅剖数据 biot-stoll模型反演海底沉积物物性琼州海峡

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掩埋水雷目标探测技术研究

掩埋水雷目标探测技术研究

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作者：李通旭西北工业大学

学位级别：博士

我国近海区和港口以泥沙底为主，沉底水雷布防一段时间后，容易出现被泥沙等沉积物掩埋的现象。掩埋降低了声引信工作频带内的能量，使得沉底水雷对目标的检测性能下降，打击区域性控制下降甚至失效。论文在这样的背景下，通过研究泥沙... 详细信息

我国近海区和港口以泥沙底为主，沉底水雷布防一段时间后，容易出现被泥沙等沉积物掩埋的现象。掩埋降低了声引信工作频带内的能量，使得沉底水雷对目标的检测性能下降，打击区域性控制下降甚至失效。论文在这样的背景下，通过研究泥沙等海底沉积物的声学性质，重点建立了掩埋水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型，评估了掩埋条件下水雷的声引信性能，提出了抗掩埋沉底水雷声引信关键技术，解决因掩埋而引起的沉底水雷检测性能下降和区域性控制问题，降低掩埋对声引信性能的影响，提高掩埋条件下水雷对目标的探测性能。论文主要的研究成果和创新点如下：一、提出了一种改进的biot-stoll声衰减模型参数估计方法，以克服利用Kozeny-Carman方程估计泥沙海底模型参数存在较大估计偏差的问题，在简化模型参数计算的同时，优化了渗透率和孔隙尺度的估计经验公式，减小了渗透率和孔隙尺度的估计偏差，改进后的模型参数估计方法能更准确地预测泥沙掩埋水雷的声传播衰减特性。二、针对单层结构海底，建立了掩埋水雷在不同海底和不同掩埋深度中的声衰减模型，定义并推导了该模型的海底界面声透射损失和声传播损失，同时在该模型下利用改进后的声衰减模型参数分别预测了掩埋水雷在粗沙、沙质泥和粘土质泥三种典型海底中的声衰减；针对多分层结构海底，建立了掩埋水雷在多分层海底的声衰减模型。最后，通过湖上试验对单层结构海底的掩埋水雷声衰减模型进行了验证，试验结果验证了该模型的正确性及良好的声衰减预测性能。三、在水雷兵器领域提出了典型底质和不同深度掩埋条件下的声引信性能变化的评估方法，利用建立的掩埋水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型，分析了掩埋对目标检测性能的影响。研究表明，掩埋降低了声引信工作频带内的能量及水雷对目标的检测性能，掩埋条件下能量衰减随频率的升高呈线性增大关系。四、基于建立的掩埋水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型，提出了计算掩埋水雷声引信工作频带内能量损失的方法。预测了粗沙、沙质泥和粘土质泥在10Hz5kHz信号频段内的掩埋能量损失。研究表明，在相同的掩埋深度条件下，粗沙海底对声信号的影响最大，粘土质泥海底对声信号的影响最小，随着海底底质平均颗粒直径的减小和孔隙度的增加，掩埋对声信号的影响有逐渐减小的趋势。五、提出了抗掩埋沉底水雷被动声引信系统方案，通过应用矢量水听器，降低引信工作频带，减小了掩埋对声信号的影响。方案中为解决因掩埋而引出的沉底水雷区域性控制难题，提出了基于矢量水听器的目标方位估计和基于姿态角传感器的目标方位修正两个关键技术。通过姿态角传感器获得沉底水雷的姿态变化信息，用后置信号处理的方式，对在沉底水雷平台坐标系下估计出的目标方位进行修正，实现了沉底水雷平台坐标系下目标方位与大地坐标系下目标方位之间的转换。

关键词：泥沙掩埋水雷声衰减模型 biot-stoll模型引信性能沉底水雷区域性控制矢量水听器目标方位估计姿态角传感器目标方位修正

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浅地层剖面数据处理与海底底质分类研究

浅地层剖面数据处理与海底底质分类研究

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作者：李铭珂天津大学

学位级别：硕士

海底底质的开发利用为海洋军事、资源勘探、水下考古、海洋工程建设等诸多领域提供了重要参考,目前海底底质分类已成为测绘学者们的研究热点。根据数据采集方式的不同,海底底质分类方法可分为传统底质取样法和现代声学遥感探测法。相较... 详细信息

海底底质的开发利用为海洋军事、资源勘探、水下考古、海洋工程建设等诸多领域提供了重要参考,目前海底底质分类已成为测绘学者们的研究热点。根据数据采集方式的不同,海底底质分类方法可分为传统底质取样法和现代声学遥感探测法。相较于传统的底质取样法,现代声学遥感探测法不仅大大提高了测量效率,又显著降低了作业成本,适用于大规模的海底底质探测,但对于底质分类的精度有待进一步提高。本文以现代声学遥感探测中的浅地层剖面探测为研究核心,重点开展浅地层剖面数据处理与海底底质分类方法研究,主要创新点和工作如下:(1)为实现浅地层剖面图像的消噪处理且具有较高的保真度,本文提出了一种基于噪声点的自适应中值滤波消噪处理方法,重点从噪声点判断和自适应模板大小选取这两个方面出发对中值滤波进行改进。结果显示,改进后的浅地层剖面图像不但具有良好的去噪效果,而且图像中的关键信息得到了保留。(2)针对传统预测反褶积算法在浅地层剖面图像中存在多次波压制不彻底的问题,本文对传统预测反褶积算法做了适当改进,提出了一种基于区域的预测反褶积方法,对于浅地层剖面进行分区处理,各个区域采取不同的压制方式。结果显示,改进后的预测反褶积算法压制效果更好,更能适应复杂地形情况下的浅地层剖面多次波压制。(3)为弥补biot-stoll模型和声衰减模型分别对于砾和泥的分类精度较低的问题,本文提出一种结合反演模型的底质分类方法,提取浅地层剖面图像中的反射系数R和品质因子Q并分别借助biot-stoll模型和声衰减模型反演底质粒径,得到的两组粒径数据输入到BP神经网络中训练分类。实验结果表明,通过BP神经网络训练后得到的分类结果相比单一模型有显著提高,证明了两种反演模型具有较强的互补性,以及这种结合方法开展海底底质分类研究的可行性。(4)为提高浅地层剖面的无模型底质自动分类精度,本文对传统BP神经网络算法做了改进,引入蚁群算法对BP神经网络分类器进行优化(即ACO-BP算法),利用蚁群算法全局寻优的特点优选初始权值和阙值代入分类器中,以解决训练过程中经常陷入局部最优解的问题。实验结果表明,ACO-BP算法的底质分类总体正确率比传统BP神经网络高4%,验证了ACO-BP算法的正确有效性。

关键词：浅地层剖面海底底质分类中值滤波预测反褶积 biot-stoll模型声衰减模型 BP神经网络蚁群算法

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含气沙质沉积物声学特性实验研究

含气沙质沉积物声学特性实验研究

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作者：郭枭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海洋沉积物的声学特性对水中声波的传播有着重要的影响,而沉积物中的气体会显著改变沉积物的声学参数。近几十年来,国内外专家学者提出了几种含气沉积物的声学模型,这些模型的适用性也有待进一步的测试与验证。由于直接在海上进行测量... 详细信息

海洋沉积物的声学特性对水中声波的传播有着重要的影响,而沉积物中的气体会显著改变沉积物的声学参数。近几十年来,国内外专家学者提出了几种含气沉积物的声学模型,这些模型的适用性也有待进一步的测试与验证。由于直接在海上进行测量成本极高,因此有必要在实验室的可控环境下,制备含气沙质沉积物进行实验研究。本文针对三种含气沉积物声学模型—Anderson&Hampton模型、修正的biot-stoll模型以及修正的等效密度流体模型(EDFM),仿真分析了不同气泡半径、气体体积分数、气体类型和沉积物模型特征参数对沉积物声速频散与衰减的影响规律。结果表明,在气泡的共振频率附近,声速与衰减会出现峰值,且声速峰值的频率总是低于衰减峰值的频率。气泡半径与共振频率成负相关;气体体积分数与声速和衰减的峰值成正相关;沉积物颗粒的粒径越大,声速越大,衰减越小;气体类型仅对Anderson&Hampton模型有着明显影响。为了测试模型的适用性,在实验室的水箱内设计了实验平台,筛选了四种粒径的沙子,通过煮沸的方法制备了水饱和沙质沉积物,然后使用针管向其中注射气体,获得了含有不同气体(空气、二氧化碳、氦气)的沉积物,用以进行实验测量。介绍了沙质沉积物声速与衰减系数的窄带测量法与宽带测量法,对时延估计的拷贝相关法与宽带测量的脉冲压缩技术进行了仿真分析。为解决窄带CW信号的频谱峰偏移问题,对发射信号进行了补偿,并通过仿真与实验,验证了其有效性。使用窄带与宽带测量法分别测量了90k Hz到200k Hz频率范围内,含有三种不同气体(空气、二氧化碳、氦气)的四种不同粒径沙质沉积物的声学特性,两种方法的测量结果基本一致。实验结果表明,气泡半径、气体体积分数、类型和沉积物粒径对沉积物的声速与衰减有着显著影响。经过分析发现,气体的溶解度与密度会对实验测量造成较大影响,溶解度大的气体更易受到环境温度的影响,使沉积物内气体体积分数与半径分布发生变化,密度小的气体在沉积物中受到的浮力更大,更容易逸出。

关键词：声速衰减系数含气沉积物 biot-stoll模型 EDFM

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