南黄海中部海底沉积物声学特性及地声模型研究

本项研究充分利用我国在南黄海中部最新获得的海底沉积物声学特性和物理力学性质资料数据开展综合研究，分析研究区海底沉积物声速、声衰减系数、剪切波速等声学特性平面分布规律和垂向变化趋势，揭示南黄海中部海区海底沉积物声学特性空间分布规律；研究声速、声衰减系数、剪切波速等声学特性与沉积物物理力学性质之间关系，特别是利用分形分维方法对沉积物孔隙微结构进行定量化分析和表述，将沉积物微结构参数纳入到地声模型建立之中，建立南黄海中部海区包括沉积物孔隙微结构因素的多参数地声模型。上述研究对于促进我国海底沉积物声学特性及地声模型研究的发展具有重要科学意义，而且在国防和经济建设方面具有重要应用价值。

本课题基于我国在南黄海中部最新获得的海底沉积物声学特性和物理力学性质资料数据，对研究区海底沉积物声学特性及地声模型进行了研究，研究结果如下：（1）研究区声学特性在平面上呈现出分区域分布特征，可分为东北部低值区、西南部高值区和位于两者之间的梯度带区三个分区。（2）分析了原位声速与沉积物密度、含水量、孔隙比、孔隙度的关系，在国内首次建立了研究区原位声速预测模型。（3）分析了实验室测量声速和声阻抗与沉积物物理力学性质的关系，建立了用于研究区声速和声阻抗预测的地声模型，结果表明，声速和声阻抗与沉积物密度、含水率、孔隙比、孔隙度、液限、塑限、塑性指数、压缩系数、黏粒含量、中值粒径等参数具有较好的相关性，而与砂粒含量、抗剪强度等参数的相关性相对较差。（4）通过回归分析，建立了剪切波速度与密度、含水量、孔隙比、孔隙度、液限、塑限、压缩系数、抗剪强度等沉积物物理力学参数之间关系模型，结果表明，海底沉积物剪切波速度与上述物理力学参数之间均具有较好的相关性。（5）分析了声衰减因子与物理性质的关系，总结出声衰减因子随密度、孔隙度、中值粒径、含水量等参数呈现“钟形”变化的趋势，通过回归分析，建立了声衰减因子与密度、孔隙度、中值粒径、含水量的关系模型，并将研究结果与外国相关研究进行了对比，分析了声衰减因子与物理性质相关性存在离散性的原因。（6）利用分形几何学理论对典型沉积物样品的微结构图像进行分形分析，探讨了声学特性与粒度分维值、颗粒定向分维值、孔隙分布分维值、颗粒分布分维值、孔径分维值、形貌分维值等参数的关系，建立了声速与上述微结构参数的关系模型。经过课题组成员三年的努力工作，目前已经正式发表相关学术论文6篇，其中SCI检索论文1篇，另外还有3篇论文正在审稿中。上述研究对于促进我国海底沉积物声学特性及地声模型研究的发展具有重要科学意义，而且在国防和经济建设方面具有重要应用价值。