声波是迄今为止唯一可以在海洋中远距离传播的能量形式。对于声波在海洋波导中的传播,海水作为传播的媒介,海洋沉积物作为下边界,海水和沉积物中少量气体的存在都会显著改变其声学特性,主要体现在含气泡介质声速频散以及衰减的频率特性。研究含气泡介质的声学特性对海洋声场预报,海底勘探以及地震监测具有重要意义。本文首先推导了含气泡液体中的声传播模型。通过将气泡在液体的振动类比于弹簧的机械运动,分析了气泡在液体中振动的等效质量和等效刚度,从而得到了气泡的共振频率,并基于热传导和表面张力进行了修正。通过分析散射声场得到了气泡的振动阻尼,根据阻尼、压缩系数与声速的关系,得到了含气泡液体中声传播的声速和衰减表示。此外,通过分析拉格朗日方程得到了气泡的体积振动模型,经推导得到了相同的结果。然后从声波在液体中的线性传播角度,将气泡振动方程与含气泡液体的声传播方程联立,同样得到了含气泡液体的声速和衰减表达式。本文为了修正含气泡液体的声速和衰减模型,分别从等效波数和气泡多体散射两个方向进行了分析,得到了同时考虑等效波数以及作用范围的多体散射修正结果,修正了含气泡液体的声速和衰减模型。然后在含气泡液体的两个模型基础上,推广到含气泡沉积物,得到了含气泡沉积物的声速和衰减模型。其中在基于气泡振动和散射的模型中,将沉积物近似考虑成流体,并加入沉积物特有的剪切模量的影响;在基于线性传播的模型中,将沉积物考虑成粘弹性介质,根据气泡在粘弹性介质中的振动分析气泡的共振频率和半径变化。在得到了含气泡沉积物的声速和衰减模型后,利用B-样条曲线拟合气泡尺寸分布,给出了反演气泡分布的方法。然后通过分析引入气泡振动修正后的Biot波动方程,将含气泡多孔介质中的三种透射波代入Biot波动方程,得到势函数的比值和波数的表达式。通过分析层状含气泡非饱和多孔介质的八个边界条件,首次获得了层状多孔介质的声反射和透射系数。为了验证模型的可行性,进行了水池实验来模拟含气泡海底沉积物,通过实验测得了衰减数据,发现有明显的共振峰,证明了气泡的存在。利用B-样条反演方法得到了所测环境的气泡半径分布。