南海海底沉积物声学特性的温度影响性研究

摘要

根据《联合国海洋法公约》和我国的主张,我国可管辖的南海海域面积达200×104km2。南海海底蕴藏着丰富的资源,尤其是海底石油和天然气。海底沉积物是水声的下边界,承载着海洋资源、海洋地质和海洋历史,其声学性质和声传播理论模型的研究在天然地震、油气资源的地质勘探和开发、防灾减灾环境治理等领域有很强的应用背景。目前,南海海底沉积物的物理力学性质与声学特性关系的理论与实验、声传播理论模型等方面的研究取得了一定的成果。但是,在南海海底沉积物的研究过程中,仍有许多问题需要深入探讨。因此,我们需要更多的理论和实验研究,为南海资源的开发提供强有力的理论和技术保障。
　　 测量海底浅层沉积物声学参数(声速、声衰减、声阻抗和声反射系数等)是海洋探测和海洋声场研究不可或缺的重要内容,也是海底勘测和海洋资源开发的关键。目前,针对海底沉积物声学特性测量的方法主要有三种:一种是海底沉积物声学特性的原位测量；一种是声学参数遥测法；另一种方法是采样后的实验室测量。由于沉积物样品具有可以重复测量,精度相对较高,成本低廉等优点,国内一般采用实验室测量方法。
　　 运用同轴差距衰减测量法,实验室模拟南海海底沉积物不同的温度状态,研究了海底沉积物声速与温度之间的关系,实验得出温度对南海海底沉积物声速的影响规律,指出了南海沉积物存在三种声速一温度类型并探讨了原因。
　　 本文介绍了三种不同的海底沉积物声波传播理论模型:Biot-Stoll模型、等效密度流体模型和FCFCM模型并在相同参数条件下对环境温度影响下的三种理论模型进行了数值分析,从理论上解释了海底沉积物压缩波声速随着温度的升高而上升的影响规律并利用实验数据验证了三种模型解释南海海底沉积物声速的合理性。
　　 本文采用MATLAB／GUI软件设计与实现了一个海底沉积物声学系统,其直观形象地表现了海底沉积物声学系统的功能,基本达到了设计要求。该系统的图形化用户界面有效地处理了海底沉积物声学参数(声速、幅值、声衰减)实验数据,为我们提供了一个方便有效的数据处理平台。同时,声学系统加强了MATLAB程序的模块化,提高了用户与程序之间交互的方便性,得到了令人满意的结果。