应力环境对海底沉积物地声属性影响研究

Geo-acoustic property of seabed sediments is the important part of seafloor acoustics. It is a key scientific problem for the understanding of seafloor acoustical structure and acquisition of seafloor acoustical parameters that how the stress environment affect the geo-acoustic property. In this project, Drilling samples, collected from the northern slope of the South China Sea recently, are prepared to conduct the physical modelling experiment of low triaxial pressure apparatus with bender elements, and self-designed system of high confining pressure acoustic measurement system and high triaxial pressure acoustic measurement system, together with microstructure and geotechnical tests. The variation of geo-acoustic property of compression wave velocity, shear wave velocity, and dispersion factor in different stress environment of water depth and buried depth is studied, along with the influencing factors. Mathematical statistical analysis is adapted to analyze the coupling relationship between stress environment, geo-acoustic property, and physical and mechanical property, and construct the geo-acoustic model applied to stress environment, and discuss the response process and mechanism of geo-acoustic property of seabed sediments to stress environment. It is of great significance in enriching the research achievement of seafloor acoustics and promoting the application of seafloor acoustics.

海底沉积物地声属性是海底声学研究的重要内容。应力环境如何影响海底沉积物地声属性是认识海底声场结构，获取海底声学参数需要解决的关键科学问题。本项目利用近期在南海北部陆坡采集的沉积物钻孔岩心样品，采用低压三轴弯曲元和自主设计研发的高围压与高压三轴声学测试系统，结合微结构与土工测试，开展物理模型实验，研究不同水深与埋深应力环境下海底沉积物压缩波速、剪切波速、频散因子等地声属性的变化规律及其影响因素；运用数理统计分析方法，分析海底沉积物应力环境-地声属性-物理力学性质间的耦合关系，构建应力环境下海底沉积物地声模型，探讨海底沉积物地声属性对不同水深与埋深应力环境的响应过程与机理。该项目成果对于丰富海底声学理论研究，促进海底声学应用具有重要价值。

海底沉积物赋存于不同水深与埋深环境中，其地声属性受海底沉积应力环境与沉积物物理力学性质共同影响。当前，获取下覆海底埋深沉积物地声属性参数的一个重要手段就是采集沉积物样品后进行实验室常温常压声学测试，数据处理过程中，很少进行应力环境差异校正，导致实验室声学测量数据与原位应力环境沉积物地声属性存在偏差。水深与埋深对海底沉积物地声属性的应力效应不清楚，限制了原位应力环境下海底沉积物地声属性参数的精确获取与海底声场结构的准确认知。本项目基于实验室物理模型试验采用南海北部陆坡沉积物样品与黄渤海沉积物样品研究了不同压应力环境下沉积物地声属性特征及其影响机制，揭示了水深与埋深应力环境下不同类型海底沉积物压缩波速、剪切波速及其频散因子等地声属性的变化规律，并分析了孔隙水压力与有效应力等力学性质及压密度、孔隙度等物理力学性质的变化对地声属性的影响机制，采用数理统计的分析方法建立了不同应力环境下沉积物地声属性的预测模型，探讨了沉积物地声属性原位测量、现场测量与实验室测量中偏差产生机制及校正方法。研究成果在国际SCI期刊及国内核心期刊已公开发表学术论文5篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文1篇。目前在国际SCI源刊审稿中论文2篇，撰写中论文1篇，并合作编写英文专著1部，申请国家发明专利1项。项目负责人就本项目研究工作开展博士后研究工作，并完成博士后出站报告1份，先后4次在国内外具有重要影响的学术会议上进行口头报告、展板等形式的学术交流。研究成果对于丰富海底声学理论研究，促进海底声学应用具有重要价值，项目成果推广应用获得国内外同行高度评价。