南海峡谷慕斯地层的近底声学探测

为测量南海深海表层沉积物反射特性,在探索一号TS12航次中,使用高频浅地层剖面仪搭载深海勇士号载人潜水器,潜水器下潜深度1578 m,高频浅地层剖面仪(110 kHz)近底作业高度约2 m,在南海北部琼东南盆地大陆坡峡谷进行了近底浅表沉积物反射测量。浅地层剖面图像表明峡谷海底表层2 m内沉积物存在5分层结构的慕斯地层。慕斯地层水-沉积物界面反射强度平均值-11.86 dB,标准差2.51 dB,原位取样结果测量得沉积物颗粒平均粒径7.2μm,反射系数与沉积物粒径结果均表明慕斯地层表面为泥质沉积物。慕斯地层处于大陆坡峡谷折弯处,其中的沉积物大量来自浊流输运,特殊的地理环境使不同时期经浊流输运而来的沉积物通过沉降形成了具有典型分层结构的慕斯地层。首次获得了慕斯地层的高分辨声学剖面图像,为研究海底表层沉积物的细致分层和声学特性提供了依据,同时由于慕斯地层汇聚了大量输运而来的沉积物,对海底沉积历史特性具有重要的研究价值。      

用声波方程对海底地层回波数据进行逐层折射校正成像

用地层剖面仪加一条拖曳水听器阵组成的海底地层测量系统采集海底地层广角回波数据，对广角回波数据进行共深度点叠加得到的叠加剖面可用于地质解释。当海底地层声速有横向变化时，由于波的折射效应的影响，叠加剖面不能真实反映海底下地层构造的情况，应用于地质解释很可能会导致错误的结果。在已知海底地层声速的情况下，用声波方程Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分方法对叠加数据进行正反向两次波场延拓，可消除上伏地层声速横向变化引起下伏地层回波波场的畸变，获得更精确反映海底下地层构造的声波图像。     

新型测地声呐——GPY高分辨地层剖面仪

本文介绍了一种能工作于特浅水域的高分辨地层剖面仪。首先分析了国际现有产品存在的技术问题,然后阐述GPY中所采用的声学和信号处理上的新技术,最后介绍它的主要技术特点及应用效果。     

基于Hilbert-Huang变换的瞬时频率法用于水下沉积物分类

针对使用频率范围为2—7kHz的chirp浅层剖面仪系统,本文基于弛豫时间模型,采用瞬时频率的方法实现水下沉积物的分类。所采用的弛豫时间模型综合了声波在海底沉积物中的各种散射能量损失因素,并归结为一个参数。采用脉冲功率谱的中心频率偏移量来估算衰减,提出用Hilbert—Huang变换(HHT)计算瞬时频率,并对试验数据进行了分析。     

海底任意倾斜层的声速测量(T~2-X~2法的分析)

海底地层声速的测量系统由地层剖面仪加一条拖曳水听器阵组成。在地层界面为任意倾斜的情况下,按照T~2-X~2法的原理对共深度点的回波数据进行计算是测量地层声速的基本方法。根据地层声速和阵移速度之间关系的一般表达式,结合对各界面的正射线的几何分析,导出了计算海底下各层声速的方程式,并且讨论了用简便的迭代法求解这些方程式的有关问题。用T~2-X~2法测量声速的误差主要来源于:回波时距曲线偏离理想的双曲线,水听器阵拖曳速度不稳定和回波到达时间的随机漂移。通过分析,得到了相应的误差估计公式。由此,也为正确决定测量系统的设计参数提供了依据。     

海底图象设备

本介绍了本海底图象设备的原理、组成和功能,并给出了侧扫声呐和剖面声呐的一些声图。     

利用多角度海底反向散射信号进行地声参数估计

针对现有海底地声参数估计方法的不足,提出了利用相控参量阵浅地层剖面仪接收的多角度海底反向散射信号进行地声参数估计的方法,首先利用正下方和斜入射方向上沉积层上、下表面的差频反向散射信号进行沉积层厚度和声速估计,然后利用正下方沉积层上、下表面两个不同频率的差频信号的反向散射信号估计沉积层衰减系数,最后利用正下方沉积层上表面原频反向散射信号估计沉积层阻抗,计算沉积层密度从而解决和声速的耦合性,通过水池试验验证了该方法的有效性。     

“海底图像设备”正样机通过海上验收试验

“海底图像设备”是声学所水声技术部所承担的“九五”重点项目,经过课题组人员王年的努力,于今年三月在我国南海顺利通过了有关单位组织的正样机的验收实验,各项性能指标均达到或超过了研制任务书的要求。“海底图像设备”是用来探测水下地形地貌、水下沉物和浅地层剖面的专用声响设备。该设备分为水下部分和水上部分。水下部分为拖在工作船后水中的拖曳体（拖鱼）。水上部分安装在工作船上它由主计算机、声呐接收机、数字信号处理器（DSP）、热敏记录器、全球定位系统（GPS）等组成。水上部分和水下部分通过错装拖曳电缆、液压绞车…     

应用声学面临挑战

我国应用声学自三中全会以来取得可观的进展,为国民经济作出了积极的贡献. 举部分已经走出实验室进入应用的例:为海洋开发,研制出浅层剖面仪、深海地貌仪、多波束渔探仪;为语言保密通讯,研制出了几种声码器;为噪声控制,创造了微穿孔板吸声结构,大规模调查了城市噪声.在超声诊断方面,对显象诊断,积累了十分丰富的经验,研制出几种型号     

温盐深剖面仪与Argo数据的冬季印度洋 声速剖面分析*

通过某一次在东南印度洋调查工作中获得的17站位温盐深剖面仪(CTD)数据,因其表层0~10 m数据缺失,选择利用卫星遥感的海表面温度产品与中国Argo实时资料中心提供的全球海洋Argo网格数据集(BOA_Argo)中逐年月平均数据做比较,发现BOA_Argo数据集反推得到的表层温度是比较准确的。再将CTD数据与对应时间和测区内的BOA_Argo数据集的两种数据进行对比,对缺失的CTD数据进行合理的外延。因此,该文首先对缺失的4个站位的温度和盐度进行外延,然后根据Dell Grosso声速经验公式计算声速剖面,再外延到与BOA_Argo网格资料数据等深。研究结果表明CTD数据与BOA_Argo数据集中逐年月平均数据的声速剖面吻合得更好,其总体均方根误差为0.7544 m/s。     

横波速度径向层析成像方法及应用研究

近来三维声波成像技术的一个重要进展是利用偶极子弯曲波反演地层径向横波速度剖面。确定地层径向横波速度变化对评价井壁稳定性、估算地应力和优化油藏生产等有着重要的意义。偶极横波测井激发的弯曲波低频探测较深,高频探测较浅,本文根据偶极弯曲波的频散特征,采用约束反演的方法求取地层径向横波速度变化。在实际测井中,经常会遇到偶极子弯曲波的频散曲线在高频时缺失或者不准确的情况,这会使约束反演方法产生误差。针对这一现象,本文提出利用理论频散数据进行高频约束,并通过数值模拟验证了改进后约束反演方法的正确性。本文给出了一个致密气层的横波速度径向剖面综合应用实例,发现地层径向横波速度变化程度与岩石脆性有很好的对应关系,最终的压裂效果由压前、压后正交偶极横波各向异性的变化得到了印证,压裂后油气产量提高。     

参量声源的应用

本文为作者在1979年9月英国巴恩大学举行的“非线性声学在水声中的应用”讨论会上的一篇报告,介绍了当前最重要的几种应用以及在设备研制和海上实验方面取得的显著成就,现摘译如下: 1.高分辨率测深 海底及底层剖面测量是参量声源最成功的应用之一,它充分利用了参量声源在吸收较小的低频下工作,波束却狭窄而无旁瓣这一优点,应用场合包括深水作业中观测海底管道系统,探查海底底层剖面分布,寻找沉埋物等等。     

环流器等离子体撕裂模稳定电流剖面

用分区拼接和局部平台化方法,得到m≠1撕裂模稳定的等离子体电流剖面,拟合了HL-1装置低q实验的电流剖面。     

中国科学院声学研究所自办技术市场

中国科学院声学研究所,为推广本所科技成果,交流国际先进技术,在北京市中关村筹办了技术市场,已于1985年5月27日正式开业. 声学所是应用性较强的科研单位,近年来,在水声、超声、空气声及微电脑、遥感器件等方面,为国防和国民经济建设研创出许多成果,开发了许多实用性强、经济效益卓著的新仪器和设备.如铌酸锂浮力提拉单晶炉、多波束捕鱼声呐、柴油渗水超声乳化技术及其应用、电容式次声探测和处理系统、QPY-1型地层剖面仪、KX-Ⅱ型数字声码器等,均被列为科学院应用性     

剖面声呐中多次反射的时变过滤

本文提出并发展了一种新的适用于地层剖面声呐的信号处理技术——时变滤波.它简单易行,并且是实时的.分析表明:它能大大削弱甚至完全消除这种声呐技术中最令人讨厌的多次反射干扰,而同时保持输出信噪比接近理论上的最大值.海上实验得到了令人满意的结果.     

深海上层声速剖面水平非均匀分布对声场会聚区特性预报的影响

针对深海上层声速剖面水平方向弱变化对声场会聚区特征的影响,通过对0°出射声线传播轨迹的分析,提出了只考虑声源及会聚区位置附近声速剖面水平变化实现深海声场会聚区特征准确预报的方法,该方法有助于降低深海声传播调查时声速剖面水平非均匀分布的测量工作量。通过模拟小振幅内波引起深海上层声速剖面水平非均匀变化,对该方法进行了仿真验证。南海声传播试验数据分析表明,当不考虑上层声速剖面的水平非均匀分布时,模型预报的声场会聚区位置及会聚区能量分布与实测结果有一定差异,该差异具有距离累积效应,到第二会聚区时位置累计误差可达3 km,当考虑会聚区宽度内声速剖面水平变化时,模型预报的声场会聚区位置与实测结果非常吻合,第二会聚区位置预报误差小于1 km。     

强非线性时间演化声速剖面的序贯反演

受海面波浪起伏、降雨和内波等海洋动力学过程的影响,浅水声速剖面的时间演化具有高度非线性,针对该问题提出使用改进的粒子滤波方法进行声速剖面序贯反演.该方法通过建立声速剖面的经验正交模型(EOF)以及描述声速剖面时间演化特征的状态空间模型,将声速剖面反演问题建模为状态跟踪问题,利用不敏粒子滤波(UPF:Uncented Particle Filter)算法进行声速剖面序贯反演。仿真试验通过实测声速剖面数据和先验地声参数信息产生接收声场数据,再利用模拟声场数据估计声速剖面的时间变化.结果表明,相比于集合卡尔曼滤波(EnKF:Ensemble Kalman Filter),在计算效率等同的情形下,该方法可以在状态参数的时间跳变点保持良好的跟踪性能,一定程度上克服了现有反演算法在跳变点发散的问题,可以有效提高声速剖面反演精度,尤其在声速剖面时变性较强时具有显著优势.      

声相关流体速度测量理论和信号处理方法

研究了测量流体速度的声相关测速理论和信号处理方法。获得了在声呐阵夫琅和费区域内适用的声呐阵时空相关函数,它是指数函数,这是相关测流速的理论模型。重点研究了时空声相关函数最大值附近的特性,它包含流速的主要信息。提出了局域最小二乘估计作为速度估计准则,采用序列二次规划作为最优化的方法,由此建立了声相关流速测量的信号处理方法。进行多次海上系统试验,验证了理论模型；给出了声相关海流剖面仪测得的流速、流向和流速剖面,与声多普勒海流剖面仪进行了对比,结果符合；最后给出了声相关海流剖面仪的测速均方差,稍大于理论值。     

基于多峰高斯拟合的分布式拉曼测温系统设计与应用

针对温感区域长度小于空间分辨率导致温度测量不准确的问题,提出一种多点温度校正方案,并介绍了一种可应用于中小尺度剖面温度分布测量的装置和方法。采用基于多峰高斯拟合的方案,实现了多个测量不准确温度点的同时校正,提高了系统的温度准确度,设计了分布式拉曼测温系统样机,通过将光纤部分缠绕在PPR管上实现了中小尺度剖面温度分布测量。实验装置使2 m和1.5 m温感区域的测量准确度提高到1℃;测得冬季黄河万家寨水库冰盖厚度约为42.33 cm,与人工测量结果相差约为1.67 cm;测得36 m深河水剖面的温度约在0.32℃～0.90℃范围内波动。实验结果表明,采用该分布式拉曼测温系统能够在野外大范围监测河道流水剖面的温度分布。     

南海北部负跃层环境下海底参数声学反演

利用2015年南海北部声学实验的实验数据,对海底声学参数进行反演。在综合分析声速起伏及海底模型对海底反演影响的基础上,通过选择等效的海水声速剖面和海底模型,改进了多参量联合地声反演方法,使得其不仅能解决反演中的多值性问题,还能适用于负跃层起伏环境下的声学反演。即当用匹配场反演海底声速和用传播损失反演海底衰减时,如果温跃层内有内波等随机起伏,可使用传播路径上平均声速剖面和单层等效海底进行声场计算。反演得到的海底声速和密度结果与海底采样测量符合较好,拟合给出了海底衰减系数随频率的非线性经验关系式。反演结果可为南海北部声传播规律研究与应用提供海底参数。