海底原位分层声学测量模拟装置的设计与实验

【目的】为研究原位测量装置的测量特性和不同环境下海底沉积物声学特性的变化机制,设计一种海底原位分层声学测量模拟装置。【方法】装置主要由分层运动控制单元、声学测量单元和计算机控制单元三部分组成,通过电动缸对声学测量探杆进行定位运动与连续运动控制,实现对声学测量探杆运动精度分析。通过在水中进行测量标定,获得装置声学测量探杆的校正距离差和扩散衰减系数。通过模拟原位分层声学测量实验,实现不同类型海底沉积物的声学特性测量。【结果与结论】声学测量探杆的校正距离差为77.14 mm,此装置发射声波的平均扩散衰减系数为(34.30±0.46)dB/m。声学测量探杆运动控制精度高,能准确运动到不同层中进行声学特性分层测量,定位测量和连续测量两种测量方式都能获得稳定的实验数据。

应力-应变过程中海底沉积物微结构变化对其声速的影响

阐述了对海底沉积物样品在应力 -应变过程中进行同步声学测量的实验工具及方法 ,分析了采自南海 4 5个站位的海底沉积物样品的实验数据资料 ,结果表明 ,沉积物颗粒越粗、孔隙越小、无侧限抗压强度越大 ,声速越高 .沉积物样品在受力应变过程中 ,声速具有明显的随应力而变化的特征 .进一步探讨了不同应变阶段沉积物的声学特征以及应力所导致沉积物微结构变化对其声速的影响过程 ,这一研究将在石油地质测井和海底工程基底稳定性评价等方面具有重要应用意义 .

南海南部海域岛礁区海底珊瑚砂声速影响因素的初步研究

通过对南海南部海域岛礁区科学考察数据资料的分析研究,得出了岛礁区海底珊瑚砂的纵波声速随孔隙度、含水量增大而减小,以及声速随中值粒径、湿密度增大而增大的统计结果,并在Biot和Wyllie的松散饱和水沉积物声速理论公式与模型基础上,解释了物理力学因素对海底珊瑚砂声速的影响机制,阐明了固相因素和液相因素的强弱变化引起声速增大或减小的理论原因,分析了各种声速经验公式在海底珊瑚砂声速估算上的精度差异,得出了有必要建立包括海底珊瑚砂在内的单一类型声速经验公式的初步结论。

含砂量变化影响海底沉积物压缩波速度的分析研究

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。

珊瑚礁岩心声速垂向跃变及其指相意义

本文在南沙群岛永暑礁南永 1井珊瑚礁岩心声速测量的基础上 ,研究了珊瑚礁岩心声速的垂向跃变特征和相应地层沉积相变及地层侵蚀间断面的关系 ,分析了珊瑚礁岩心相变造成其声速跃变的原因 ,阐明了海平面升降形成珊瑚礁地层侵蚀间断面和产生相变的具体过程 ,指明了珊瑚礁岩心声速垂向跃变与相应地层古气候和海平面变化的关系 .该项研究在岛礁工程建设和礁灰岩区石油勘探声学测井以及西太平洋边缘海古海洋学研究等方面具有重要的实用价值和理论意义 .

台湾海峡及两侧弧陆碰撞断裂系形成机制及其与地震活动关系

本文利用三轴应力椭球理论，探讨了台湾海峡及其两侧弧陆碰撞断裂系的形成机制，结果表明：在台湾岛东部地应力椭球，δ1与δ2水平，而δ3垂直；在台湾海峡及两侧δ1与δ3水平，而δ2垂直。文中还探讨了断裂系作为应力传播的边界条件，对台湾岛东部弧陆碰撞应力向西传播的影响，分析了海峡及两侧地应力集中区，通过与历史地震资料的对比分析，表明天然地震分布特征与地应力集中分布特征是一致的。

台湾海峡新生代断裂构造及其形成演化

论述了台湾海峡新生代断裂构造基本特征，划分出海峡及两侧两大断裂系，探讨了断裂系的形成演化过程，阐明了断裂构造的形成演化与海峡裂谷演化的对应关系，并进一步探讨了海峡裂谷的演化模式。文中对ＮＷ向断裂折射平移和扇状收敛的首次发现，为弧陆碰撞引起海峡裂谷封闭的观点提供了重要佐证。

Influence of Microstructure Change of Seafloor Sediments on the Sound Velocity in them in the Course of Stress-strain

Test tools and methods for synchronizing acoustic measurements in the course of stress-strain for seafloor sediment are elaborated and the test data of 45 sediment samples from the seafloor in the South China Sea are analysed. The result shows that the coarser the sediment grains are, the smaller the porosity is and the larger the unconfined compression strength is, the higher the sound velocity is. In the course of stress-strain, the sediment sound velocity varies obviously with the stress. Acoustic characteristics of sediment in different strain phases and the influence of sediment microstructure change on its sound velocity are discussed. This study will be of important significance for surveying wells of petroleum geology and evaluating the base stabilization of seafloor engineering.

普通硅酸盐水泥在热带海水环境中的使用问题

普通硅酸盐水泥亦称普通水泥,是目前使用量最大的水泥。它被广泛地应用于港工工程建设中。海水作为一种腐蚀性介质,对港工水泥混凝土存在各种腐蚀和破坏,影响港工工程设施的强度和使用寿命,因此,研究海水环境,特别是研究华南沿海热带海水环境中普通硅酸盐水泥混凝土的抗腐蚀性问题,对选择和使用水泥。

中国东南近海海底沉积物声学物理性质及其相关关系

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。

海南岛东南外海海底沉积物特征及其声学物理性质研究

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HC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1．474～1．700m／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150～600m／s；沉积物在100kHz的声衰减为35～260dB／m；沉积物的密度为1．4～2．0g／cm^2；沉积物的孔隙度为42％～88％．

大亚湾表层沉积物性质及其对海水养殖的影响

根据文献和 2 0 0 1年 4月 1 9个站位的分析结果 ,研究了大亚湾表层沉积物颗粒、孔隙、有机质、通透性等性质对海水养殖的影响因素和机制 ,提出一些措施供养殖管理部门参考 .

南海北部大陆架海底沉积物物理性质研究

用物理(声学的、工程地质的、扫描电子显微镜)等技术方法,综合分析了沉积物结构特征和工程力学性质,研究了颗粒接触、堆垒、孔隙等现象与物理性质之间的关系,得出了沉积物声学物理参数和应力-应变性质之间的关系。结果表明,南海北部大陆架海底沉积物有6种结构类型,其中混合接触结构类型的沉积物具有较高的抗压强度和声速,浅层海底存在着高、低声速分层的中尺度结构。

中国黄海、东海和南海北部海底浅层沉积物声学物理性质之比较

黄海、东海和南海北部海底沉积物声学物理性质存在着差异,这与海区海底地质和沉积环境有关。取样所及的海底沉积物样品分析表明:黄海实验海区海底有6种沉积类型,东海实验海区海底有3种沉积类型,南海北部大陆架海区海底有6种沉积类型。三个海区的沉积物密度为1.48～2.03g·cm-3;沉积物含水量为10%～90%;沉积物孔隙度为65%～80%;沉积物纵波声速为1460～1916m·s-1;沉积物横波声速为115～611m·s-1。

在不同沉积物类型中的声速测量实验研究

文章报道了在 7个沉积物类型中的声速测量实验结果 ,分析了若干项参数对不同沉积物类型声速变化的影响和机制 。

南海南部海域海底沉积物弹性性质及其分布

报道和分析了12°N以南的南海南部海域海底沉积物弹性参数纵波速Vp、横波速Vs、弹性模量E、体积弹性模量K、压缩系数β、剪切模量μ、泊松比ν和拉梅常数λ,并对大陆架和大陆坡、深海盆的结果进行比较分析。结果表明,海底浅层沉积物声速(纵波速)以低声速为主,高声速沉积物主要在大陆架和个别岛礁区域,低声速沉积物连成一片,高声速沉积物不是连成一片。大陆架海底沉积物弹性模量、体积弹性模量、泊松比和拉梅常数等4项参数比大陆坡海底沉积物要高,大陆坡海底沉积物压缩系数比大陆架海底沉积物要高,剪切模量在大陆架和大陆坡海底上相差不大。讨论了它们之间的关系、平面分布特征及其普遍意义。

用声学三参数判别海底沉积物性质

通过用声速-波形-振幅三参数识别技术获得海底沉积物的声速和频谱分析结果,根据声速、波形、振幅认识海底沉积物物理状态和结构特征,结合沉积层的其他地质信息,综合来判别海底沉积物性质。实验结果表明:利用声速高低、波形包络、振幅形状大小与沉积物结构、微结构、层理、颗粒成分、矿物组成、物理力学参数之间的关系,可以判别实验海区浅表层海底沉积物基本性质和划分海底沉积物钻孔岩心中古海水进退事件痕迹的埋藏深度。为声遥感遥测海底沉积物的实践作出尝试和贡献。

受控应力─应变过程中沉积物声速变化的实验研究

各类海底沉积物在受控应力─应变过程中，声速随应变过程发展而变化；分析表明，最终有３种结果：（１）声速最大值是在应力最大时出现。（２）声速最大值是在未加载时出现。（３）声速最大值是在应变过程结束时出现。这些结果与沉积物的物理力学性质和结构特征等有关。

海底浅层介质切变波的初步研究

初步分析了中国沿海海底浅层介质切变波的传播特性,讨论了多种海底浅层介质切变波与压缩波、物理力学性质之间的关系,并与Hamilton和Chen等人的结果进行了比较。认为海底浅层介质存在切变模量,切变波可以被测量出来,切变波速为50—600m·s-1,测量频率在50—200kHz之间,用波速比可以评价海底浅层介质的应力 应变性质。研究工作有助于描述和评价中国沿海海底浅层介质声学物理性状,并为最终建立中国沿海海底地声模型提供依据。

海底沉积物声速与物理性质的理论关系

为建立海底沉积物声速与物理性质的关系,引入密度变化比和弹性模量变化比为参数描述海底沉积物声速。密度变化比是描述声速的一个复合参数,由孔隙率、固相密度和海水密度三个物理参数表示;弹性模量变化比是描述声速的另一个复合参数,由孔隙率、固相体积模量和海水体积模量三个物理参数表示;声速公式可展开为这两个复合参数的泰勒多项式。两个复合参数的变化构成声速曲面,声速曲面包含了声速特性与沉积物性质的完整信息;而单参数声速公式是声速曲面上的一条曲线。数值计算与测试结果对比表明:把孔隙率-声速经验公式变换为参考声速乘以一个调制函数的标准形式,各个海区的孔隙率-声速经验公式的调制函数是相当接近的。论文导出的声速公式与Wood声速公式的区别在于弹性模量的模型不同。