高频海底声学PDF电子书下载

1 前言 1

1.1 应用 1

1.2 海底散射研究 2

1.3 本书组织结构 4

2 基本概念和定义 6

2.1 地球物理属性 6

2.1.1 物理性质 7

2.1.2 地声性质 8

2.1.3 梯度和随机性特性 9

2.2 沉积物声波传播理论 11

2.2.1 流体理论 12

2.2.2 弹性理论 13

2.2.3 多孔弹性理论 14

2.3 反射和散射 14

2.3.1 反射 15

2.3.2 散射 17

3 海底沉积物的性质 23

3.1 近岸沉积物的成因和分类 23

3.2 沉积物结构 26

3.2.1 黏土微结构 27

3.2.2 硅质碎屑砂的组构 34

3.2.3 碳酸盐沉积物结构 37

3.3 沉积物中的气泡 41

3.4 水动力条件和生物过程的影响 47

3.4.1 水动力过程 48

3.4.2 生物过程 53

3.5 研究存在的问题 59

4 物理性质 61

4.1 沉积物粒径分布 61

4.2 砂粒的形态 73

4.3 不同相态参数的关系：孔隙度、孔隙比、含水量和体密度 75

4.4 沉积物的传导性 82

4.4.1 渗透率 82

4.4.2 电阻率 86

4.4.3 热导率 87

4.4.4 固结和压实试验测得的传导性 89

4.5 颗粒性质 90

4.5.1 沉积物颗粒的密度 90

4.5.2 沉积物颗粒的体积模量 93

4.6 影响流体运动的因素 97

4.7 孔隙水性质 98

4.7.1 孔隙水密度 98

4.7.2 孔隙水黏度 98

4.7.3 声速和声衰减 99

4.8 研究存在的问题 99

5 地声属性 101

5.1 压缩波速度和衰减 102

5.1.1 测量技术 102

5.1.2 测量数据及其回归关系 107

5.1.3 沉积物样品实验室测量 107

5.1.4 岩芯样品实验室测试数据的回归分析 111

5.1.5 声学特性梯度 113

5.1.6 原位测量数据的回归分析 116

5.1.7 不同回归公式对比 119

5.1.8 声阻抗指数回归关系 121

5.2 剪切波速度和衰减 126

5.2.1 剪切波实验室测量技术 126

5.2.2 剪切波原位测量技术 128

5.2.3 剪切波数据和回归方程 129

5.3 Biot理论和“慢纵波” 136

5.4 声速和声衰减与频率的关系 137

5.5 沉积物体密度回归分析 139

5.6 岩石的性质 140

5.7 研究存在的问题 140

6 海底粗糙度 142

6.1 海底粗糙度的统计特征 144

6.2 海底粗糙度的测量 149

6.3 海底粗糙度谱实例 154

6.4 海底粗糙度的时间变化 158

6.5 粗糙度谱幂律假设的有效性 162

6.6 海底粗糙度与沉积物物理性质之间的关系 164

6.7 粗糙度谱参数之间的关系 166

6.8 小结 167

6.9 研究存在的问题 168

7 沉积物的非均匀性 169

7.1 非均匀性的测量 173

7.2 连续非均匀性的统计特征 189

7.3 与波动参数相关联的各种关系 193

7.4 由有限分辨率导致的测量偏差 194

7.5 非均匀性统计实例 199

7.5.1 变异系数 199

7.5.2 对波动谱早期的研究工作 200

7.5.3 近岸海底边界层（CBBL）站位细粒沉积物的测量 201

7.5.4 近岸海底边界层（CBBL）站位粗粒沉积物的测量 201

7.5.5 Pouliquen-Lyons的细粒沉积物测量 202

7.5.6 SAX 99站位砂质沉积物的测量 204

7.6 研究存在的问题 206

8 流体理论 208

8.1 波动方程 210

8.2 平面波 211

8.3 能量损失和能通量 212

8.4 边界条件 215

8.5 反射和透射 216

8.6 平坦海底下的非平面波 220

8.7 Wood方程 224

8.8 研究存在的问题 225

9 弹性理论 226

9.1 波动方程 227

9.2 平面波解 228

9.3 能量损失 230

9.4 边界条件 230

9.5 反射和透射 231

9.6 非平面波 233

9.7 Gassmann方程 235

9.8 Buckingham理论 235

9.9 研究存在的问题 240

10 多孔弹性理论 241

10.1 Biot理论 241

10.1.1 Biot理论本构关系 242

10.1.2 Biot理论的波动方程 243

10.1.3 平面波 246

10.1.4 边界条件 250

10.1.5 反射和透射 251

10.2 等效密度流体近似模型 253

10.3 Biot理论的实验测试 257

10.4 Biot理论的其他替代形式 260

10.5 研究存在的问题 260

11 海底声反射 262

11.1 反射测量中存在的问题 262

11.2 反射测量数据与理论模型的对比 264

11.2.1 反射的野外测量 265

11.2.2 反射的实验室测量 268

11.3 研究存在的问题 271

12 海底声散射实验 273

12.1 单基地声散射实验 274

12.1.1 掠射角依赖性 275

12.1.2 频率依赖性 278

12.2 双基地声散射实验 280

12.3 研究存在的问题 281

13 海底粗糙散射模型 282

13.1 粗糙散射模型的一般性质 283

13.2 小粗糙度微扰近似 287

13.2.1 流体模型 289

13.2.2 弹性模型 291

13.2.3 多孔弹性模型 293

13.2.4 小粗糙度近似模型的实验测试 296

13.3 Kirchhoff近似 302

13.3.1 高频Kirchhoff近似 303

13.3.2 Kirchhoff近似的实验测试 306

13.4 小斜率近似 307

13.5 复合粗糙度近似 308

13.6 离散散射体散射 314

13.7 近似的数学精度 315

13.8 研究存在的问题 320

14 沉积物体积散射模型 321

14.1 沉积物体积散射流体模型 321

14.1.1 体积散射基本模型 322

14.1.2 粗糙散射与体积散射的相互作用 325

14.1.3 流体模型微扰近似 326

14.1.4 连续流体非均匀性的统计描述 327

14.1.5 流体模型微扰近似的实验测试 330

14.1.6 流体模型微扰近似的数学精度 331

14.1.7 离散非均匀性散射 332

14.2 沉积物体积散射弹性模型 341

14.2.1 弹性模型微扰近似 341

14.2.2 弹性非均匀性的统计描述 343

14.2.3 数值计算实例 343

14.3 研究存在的问题 344

15 海底声透射 346

15.1 声透射的粗糙度微扰近似模型 349

15.1.1 正弦沙波声散射 350

15.1.2 形式平均微扰近似模型 351

15.1.3 透射模型的实验测试 354

15.2 数学精度 357

15.3 研究存在的问题 357

16 反向散射统计特性研究 359

16.1 反向散射声场的一般统计特性 361

16.2 高斯统计 362

16.3 非高斯统计 366

16.3.1 对数正态概率密度函数 367

16.3.2 Weibull概率密度函数 368

16.3.3 K概率密度函数 368

16.3.4 瑞利混合概率密度函数 369

16.3.5 Crowther模型 370

16.3.6 McDaniel模型 372

16.4 研究存在的问题 376

附录A 符号说明 377

附录B 海水性质的计算 389

B.1 海水密度 390

B.2 海水声速 391

B.3 海水的声吸收与声衰减 393

B.4 海水黏度 396

B.5 海水的电导率 397

B.6 实用盐度 399

附录C 沉积物参数的变异系数 401

附录D 粗糙度及体积非均匀性的统计特性 404

D.1 界面粗糙度 404

D.1.1 特殊粗糙度谱形式 405

D.1.2 粗糙度谱的转换 406

D.1.3 粗糙度谱的单位 407

D.2 体积非均匀性 407

D.2.1 非均匀性谱的维数转换 408

D.2.2 参数波动间的关系 409

D.2.3 有限分辨率导致的偏差 410

附录E 信号的复数表示 412

附录F 声学换能器 414

附录G 声学测量 418

G.1 反射测量 418

G.2 散射测量 419

G.2.1 中小掠射角 421

G.2.2 近垂直反向散射 424

G.2.3 统计误差 429

附录H 测量单位与分贝 430

附录I 声速-声衰减关系的因果约束 431

附录J 散射截面和平面波 437

J.1 通用表述 437

J.2 远场问题 440

附录K 界面粗糙散射微扰近似 445

K.1 流体-流体边界 447

K.2 流体-弹性边界 450

K.3 流体-多孔弹性边界 453

附录L Kirchhoff近似和小斜率近似 455

L.1 Ki rchhoff近似 455

L.2 小斜率近似 456

L.3 非相干反射系数 456

L.4 Kirchhoff近似的高频极限 458

附录M 体积散射微扰近似 460

M.1 流体沉积物 460

M.1.1 非均匀流体沉积物 462

M.1.2 粗糙界面散射的体积处理 464

M.2 弹性沉积物 465

参考文献 468