考虑原位温压状态的海底砂质沉积物声速特性研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景和意义

海底作为海洋及其资源的载体和支撑,一直是海洋研究中的难点和重点。海底沉积物声速是海底测量的重要参数之一,在海洋工程、海洋科研和海洋军事等领域都有重要的应用

价值。获取海底沉积物声速的手段主要有原位测量和实验室测量两种。实验室测量的海底沉积物样品由于脱离了海底环境,其基本物理性质可能会发生不同程度的改变,从而引起声速测量值偏离真实声速,这也是原位测量技术受到关注的重要原因。我国原位声学测量技术在近年来有了很大的发展,但由于原位测量设备不能广泛应用,开展大规模原位声学调查的设备条件尚未完全具备,因此实验室测量仍然是当前获取海底沉积物声速的主要手段。

由于海水深度和地热的作用,海底沉积物承受着不同的压力和温度梯度。在接近于大陆架表面的温度可以达到25℃左右,压力只有几个大气压,而1000m水深的温度约为2℃,压力可达1MPa,从表面往下温度梯度平均为39℃/km,而压力梯度平均为10kPa/m。在不同的温度梯度和压力状态下,声波在海底沉积物中传播的性质相异,表现出声速、衰减、幅值、阻抗等改变。研究海底沉积物声学性质的温度和压力影响性,对于提高海底沉积物声学探测精度和准确度具有重要意义和应用价值。海底沉积物声学-温压特性研究是建立实验室间接测量技术和原位直接测量技术的连接纽带,解决采样测量脱离原位状态问题和系统研究同一种类型海底沉积物在不同海底的声速差异,是把实验室测量结果还原到海底原位状态的关键环节。

21 世纪是海洋资源开发利用的新世纪。加快探索和开发海洋资源,由浅海走向深海,是我国从海洋大国迈向海洋强国的必经之路。当前,我国海洋工程日益增多,海洋地质及其灾害问题越来越受到关注和重视。我国海域范围内,含气沉积物分布较广泛,开展海底沉积物声学-温压性质研究不仅有助于海域油气资源的地质勘探和开发,而且对于海洋工程的减灾防灾具有重要的意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1海底沉积物声学特性研究进展

该部分研究主要包括海底沉积物声波传播理论、声学性质与物理性质的相关关系、建立地声模型、声学参数的分布与沉积环境的关系、建立声学参数预测方程等内容。海底沉积物的声学参数主要是纵波和横波的声速、声衰减系数,其他参数还包括声阻抗系数、声速比等。影响沉积物声学参数的因素有很多,基本上分为以下几类:(1)物理参数,包括孔隙度、密度、粒径、颗粒组分含量、含水量、分选系数等;(2)沉积物结构类型和密实度,如单粒径和混合粒径结构、页状集束和混合页状集束结构、深海粘土结构等;(3)沉积环境,包括河流输入泥沙、沉积搬运、固结压实、地貌单元等;(4)测量参数和环境参数,包括频率、盐度、压力等。

上世纪 40 年代起,由于军事方面的重视,沉积物的声学特性研究也逐渐受到广泛的重视。早期 Biot(1956a, 1956b)等主要致力于沉积物中声波的传播理论研究,从 70 年代开始以 Hamilton 为代表的许多学者开始着手研究声学性质与物理参数之间的相关关系,90 年代开始研究学者主要致力于研究沉积环境与声学性质的关系以及建立典型海域的地声模型。

1.2.2饱和沉积物声速测量的温度影响性

由于海洋学过程引起的底部海水运动、来自地热源的热量传递等过程,砂质沉积物具有3-D温度分布。

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