海底沉积物物理参数的声学反演模式

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1、第3O卷第5期海洋学报Vo1．30．No．5ACTA0CEANOLOGICASINICASeptember2008海底沉积物物理参数的声学反演模式邹大鹏，吴百海，卢博，曾洁莹，张文凡(1．广东工业大学机电学院，广东广州510090；2．中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室，广东广州510301)摘要：声学反演方程是声学探测沉积物物理参数的基础方程。基于声学理论和统计理论的声速反演沉积物物理参数的两种模式，运用南海海底沉积物声学物理数据验证、比较了两种反演模式，以反演孔隙度、含水量为例，得出基于双参数经

2、验方程反演模式的适用性较强，但精度有待于提高；基于声速理论的反演模式反演南海海底沉积物物理参数有待于进一步完善。关键词：海底沉积物；孔隙度；声波；声学；反演中图分类号：P736．21—1；0422．4文献标识码：A文章编号：02534193(2008)05—0017-061引言(Pe+Q￡)一姜(10114'6旦St()，(1)实现海底沉积物物理性质的反演既是声学探测海洋世界的目的，也是海洋沉积声学研究的难点。(QR￡)===嘉(￡)_6蔷()，李整林等]、李秀林等基于简正波分析，运用波群(2)延时及幅度变化

3、法、水平纵向相关系数法反演海底式中，Q，P，R为弹性参数；b是综合渗透系数；P¨，沉积物的声速、声衰减；陈龙珠等j、刘旭I4在Biot~引lD，：为质量参数；e，e分别为孑L隙介质和海水的、Stolleta1．L6]理论基础上深入研究了饱和砂、土类多孔隙介质的声波传播机理，给出了孔隙应变。度、湿密度的声学反演方程；唐永禄、卢博从式(1)和(2)推导出的海底沉积物的压缩波波等、邹大鹏等口卜研究了海底沉积物物理参数动方程为对声波传播的影响，建立了物理力学参数预报声速一Po，(3)的经验方程，运用经验公式进行反演沉

4、积物的主要式中，M一[(P+Q)P+(R+Q)￡](e+￡)～，为压缩物理力学参数。这些研究提供了基于声学理论和统波等效弹性模量；一￡+，为沉积物总应变；po。一计理论反演沉积物物理参数的两种模式。[(10+l0z)8+(10。+z)￡](g+e)一，为压缩波等效本文基于这两种模式，研究声速反演沉积物物理密度；约定为对时间的二阶导数。参数的方法，应用南海海底沉积物声学物理测量数据验证、比较了两种模式，探讨了两者的精度，为研究用Me，都为变量，与应变有关，从波动角度看，声学探测海底沉积物物理参数的方法提供参考。

5、与沉积物的物理力学性质和声波传播的频率有关。由式(3)得到的沉积物的压缩波声速为2基于声学理论的反演模式一~／／．(4)Biot吲的声波传播理论中压缩波传播方程为Biot_-的切变波传播方程为收稿日期：200803—26；修订日期：2008—0812。基金项目：国家自然科学基金资助项目(40676040)；中国科学院声场声信息国家重点实验室资助项目(200801)。作者简介：邹大鹏(1977一)，男，黑龙江省德都县人，博士，从事海洋工程、机电液工程的研究。E—mail：anthonyzou@126．com18

6、海洋学报3O卷导(叫+Pl。a2)+6(一n)一，＼，(5)围内这个切变波速为224～611m／s，远大于文献[3]中的数据，使式(14)的根号内出现负值，无法嘉(∞+枷)一6未(一力)一0，(6)得出实数值。在可以反演的数据中误差非常大，认为这是因为式(14)中多孔介质相对密度和弹性式中，N为弹性参数；CO和n分别是多孔隙介质和模量比系数是已知量，它们的值分别为2．65～海水的位移旋度。2．75和2．25～4．33，由于两个参数具有选择性，把式(5)和(6)相加得故反演结果有一定的范围，而且在验证数据中多[

7、(1D11+lD2)叫+(1D22+Pz)n]一NV叫·(7)孔介质相对密度为2．03～3．31，数值范围的差异大增大了误差，降低了反演精度。作如下变换：一刘旭基于Biot理论推导出了孔隙度公式，(nl+n2)／21}．(8)比式(14)多了一个参数结构因子h，这在一定程度n一(口l一“2)／2J上解决了式(14)无实数解的一些问题，对于结构将式(8)代入式(7)得切变波的波动方程为有多样性的海底沉积物的物理参数反演起到了较NV一p，(9)好的解释作用，但是如何确定结构因子作为一个式中，Pe=lDII[(10

8、l1+2p12+ID22)口+(。一』D22)n2]×基本参数比较困难。因此，基于声学理论推导反(n+n)，为切变波等效密度；：“+n。，称为海演式有以下特点：底沉积物等效旋度，a，n是分解参数。(1)不确定性，由于理论公式涉及参数多，而且由式(9)得到的切变波声速为许多参数需要测量或者是根据经验进行选择，这cs一√N／p⋯(0)样很难应用推导出的反演式，甚至有无实数解的式(4)和(10)中等效密度