海底表层沉积物的声学参数是研究海洋声场环境的基础数据,其声学特性是分析海底声波传播损失、构建地声模型不可缺少的研究内容,为海底底质声学分类、海底声学环境评价、声学调查等提供基础资料和关键技术。论文的内容主要包括两部分,一是海底沉积物声学原位测量技术研究,研制出一种拖动式原位测量技术;二是从物理参数等微观角度和沉积环境等宏观角度,探讨了青岛近海和南海南部海域沉积物的声学特性。论文研制的测量技术、建立的青岛近海声学参数预测方程和南海南部声速结构模型等,为声学特性研究提供了有效的方法和手段,为今后更深入的研究提供了基础资料。论文依托海洋公益性行业项目“海底底质声学原位测量系统”,在前期863计划“海底底质声参数现场测量技术”的成果——站位式海底沉积物声学原位测量系统的基础上,研制出一种拖动式声学原位测量技术。主要介绍了测量系统的结构组成和技术指标、实验室水槽校正和海上测量试验等。利用该原位测量技术进行了青岛近海表层沉积物的声学特性研究,测量了45个站位沉积物的声学参数。基于声速、声衰减系数与颗粒粒径、颗粒组分含量等之间良好的相关性,建立了声速-粒径、声速-含砂量、声速-粘土含量、声速-砂泥比等经验公式,为沉积物的声速预测提供了有效的方法。论文还分析了该海域声速的分布特征与沉积环境的密切关系。较之南海北部海域已成为地质学、水声学等多学科的研究热点,南海南部海域海底沉积物的声学特性研究仍较为欠缺。该海域的沉积环境、水声环境非常典型,又具有重要的军事价值,因此该海域沉积物的声学特性理应得到重视。论文对该海域21站位沉积物柱状样进行声学测量和物理性质测试,系统分析了声学参数分布特征、沉积环境对声学特性的影响等内容。声学和物理参数分布呈有规律的区域变化:大陆架沉积物为颗粒较粗的砂质粉砂、低孔隙度、高密度、高声速和高声阻抗;海槽沉积物则呈现细颗粒、高含水量、高孔隙度、低密度、低声速和低声阻抗;陆坡沉积物介于两者之间,更接近于海槽沉积物。沉积物的声学分布特征在微观上受沉积物的孔隙性、矿物组成、微观结构、颗粒大小等因素的影响,宏观上与水动力条件和物源等沉积环境有密切的关系。选择位于海槽、陆坡和陆架的3个典型站位进行分析,声速的垂向分布特征存在明显的差异,呈现了3种分布模式:声速垂向增大模式存在于水深较深、水动力条件较弱、沉积物后期改造以固结和压实过程作用为主的深海区,如深海海槽的槽谷;声速垂向不变模式存在于水深较深、沉积速率快、沉积物埋藏后期改造作用较弱的海域,如宽广的陆坡;声速垂向复杂变化模式存在于水深较浅、水动力条件强、物源复杂、改造作用(如搬运、剥蚀等)较强的浅海区,如近海陆架。根据声速垂向分布特征、沉积物的分层结构等,建立了海槽、陆架和陆坡沉积物的声速结构模型。主要包括海槽-未分层模型和海槽-分层模型、陆坡-未分层模型和陆坡-分层模型、陆架-未分层模型和陆架-分层模型等类型。利用Biot-Stoll、Buckingham理论和Wood方程计算南海南部沉积物的声速,结果显示理论模型计算值与实测声速值具有相同的变化趋势。声速计算值与实测值的分布特征对比表明,实测值的分布特征更为复杂,局部变化更为明显。相较而言,侧重于孔隙性的Biot-Stoll理论适用于陆架粗颗粒沉积物,而兼具流体和弹性双重性质的Buckingham理论适用于陆坡和海槽细颗粒沉积物。