[发明专利]一种柱状样沉积物声速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底沉积物声速测量方法，特别是涉及一种在可控的温度条件下获取海底沉积物柱状样品声速测量及校正方法。

背景技术

海底沉积物声学参数是一个重要沉积物物理特性参数，有利于研究海底沉积的声传播、声衰减和声反射等，有利于海洋声学设备的开发和使用。目前常规的测量方法是取样测量，即将海底沉积样品取回到实验室，用声学设备对样品进行测量。温度是影响海底沉积物声学特性非常关键的外因。尤其是在近海区域，海底的温度存在很大梯度变化和季节性变化。温度变化，会使海底沉积物的压缩性、孔隙度、含水率、剪切强度等物理特性参数产生变化，进而导致声学特性的变化，这些物理特性参数是海底沉积物的地质声学模型、海底沉积物土工特性与声学特性参数正反演等研究的关键参量。同时温度变化也会引起沉积物粘滞系数、热传导等参量变化，这些参量是影响声波传播的重要因素。目前水声和声学测井方面的研究都表明温度对介质的声学特性有很大的影响。上世纪九十年代初，温压对声学特性的影响也逐步被提出，Jarot等人研究指出，沉积岩的声学特性与温度的变化有明显有相关性。Rajan等人研究指出海底海水的温度应考虑到沉积物声传播当中；美国在1999年开始的SAX99海底声学计划中就将温度变化对沉积物声学的影响作为计划的一部分内容；Jackson等人研究表明，浅水海域海底沉积物的温度会随着季节的变化而变化，温度的变化对海底界面的反射、散射和声波在沉积物中传播存在影响。Rafael等人的研究表明，在砂质海底温度对声波的速度、吸收及其反射都有影响，随温度的增加声速增大而声吸收减小。Hamilton等提出了声速比法进行温度校正，该方法需要到海上现测量海底温度值，室内还是在23℃常温下测量。国内近几年也开始了基于取样测量原理上的温度参数对声学特性影响的研究，如曾洁莹等人对温度变化下超声衰减特性进行了初步的研究；刘强、吴锦虹等讨论了沉积物颗粒、环境温度和扰动对南海沉积物声衰减的影响；邹大鹏在2007年的博士论文研究中利用冰箱作为温控装置讨论了温度对沉积物声速的影响；2010年，陶春辉等发明了一种恒温恒压测量平台。但总体来说，目前还没有建立在温度条件对沉积物声速的测量及校正方法。

发明内容

为了解决取样测量对温度影响因素考虑存在不足。本发明的目的是提出一种将海底沉积物样品置在一个可以设置温度，并能在一定时间能恒定温度的样品测量仓内进行声速测量的方法，进而在实验室里模拟海底的温度，对海底沉积物样品进行温度条件下的声速测量与校正，研究温度对沉积物声速的影响。

为达到上述的目的，一种柱状样沉积物声速测量方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）准备：包括柱状样沉积物与纯水校正样品的准备，将柱状样沉积物切割成长度最长为15cm的被测小柱状样，最小长度不小于2倍的所用超声波换能器在柱状样沉积物测量中波长；

（2）温度条件设定：温度设定范围为0～28℃，采取2℃等间隔增温或降温，在每一种设定温度条件下保持恒定2小时以上再开始测量，测量完成后再进行下一个间隔温度的测量；

（3）测量：对柱状样沉积物与纯水校正样品在每个恒定的温度条件下的进行测量，记录超声波穿透柱状样沉积物的时间t₀，记录超声波穿透纯水校正样品的时间t_纯水；

（4）时偏校正参数计算：时偏校正参数为测量系统、柱状样沉积物容器、超声波换能器和耦合剂对超声波传播时间产生影响的时间偏移量t_校正，具体表示如下式：

t_校正=t_总-t_纯水=t_总-d_纯水/v_纯水

其中，t_总为超声波在被测纯水校正样品的测量时间，t_纯水是超声波纯水校正样品中的传播时间，d_纯水为纯水校正样品的实际长度，v_纯水为超声波在纯水中速度；其计算公式如下：

v_纯水=1492.9+3×(T-10)-0.006×(T-10)²-0.04×(T-18)²-42-0.01(T-18）

其中，T为温度℃；