4 温度变化时频漂现象研究

海底浅层沉积物温度变化范围从-2℃～30℃
不等，虽然温度不高、变化范围不大，但会引起海
底沉积物结构发生改变，在不同温度时表现出不同
的声学性质，因此研究温度对沉积物声学特性的影
响具有重要的意义。

沉积物温度变化时声学测量实验的结构见图
3。绝大多数海底沉积物样品的声衰减量都随温度
升高而增大，且出现了温度导致的频漂现象，即随
着温度的变化主频发生漂移。图4 为南海海域采集
的原状样测量温度变化过程中主频变化趋势，低温
时主频是35.156kHz ，随着温度的升高，主频开始


第1 期邹大鹏等：海底沉积物声学测量中频谱分析方法应用研究

衰减，8℃以前衰减缓慢，其后迅速衰减，12℃时

37.109kHz 频率突出并且变为新的主频，此主频也
随着温度衰减。海底沉积物是海水和固体颗粒的混
合物，温度升高引起海水黏度有所减小，吸收损失
降低，但是热运动引起的散射增强，尤其在某个温
度(图示测量样品是8℃)，散射引起的衰减超过黏度
降低减少的吸收损失，此外，沉积物与换能器接触
面耦合损失增大，从而出现了衰减下降增快。而对
于频漂现象，需要从微观结构运动机理入手，研究
热运动引起沉积物结构振动的模态变化。
图3 沉积物温度变化下声学测量实验结构图
Fig.3 Experimental layout for acoustic measurement of sediments
withtemperature variation
图4 温度变化下海底沉积物频谱图
Fig.4 Spectrum of seabed sediment at different temperatures

5 沉积物声学测量异常数据的判断

沉积物声学测量过程中，由于环境因素、耦合
状态等变化时会产生测量数据的较大变化，这种变
化因素作用于被测沉积物内部，无法直观地检测
到，频谱分析方法为此提供了一种科学判断依据。

声衰减系数(测试原理见图3)是沉积物具有的
特有参数，其随温度变化而变化[9] ，图5 为温度连
续变化过程中沉积物声衰减系数的变化修正前后
的对比图，其中虚线星点是测量得到的数据结果，
显得杂乱无章，无法确定实验结果的准确性和规律
性。对测量的声波数据进行频谱分析，结果如图6，

图5 温度变化下声衰减系数实测图
Fig.5 Attenuation coefficients at different temperatures
图6 声衰减系数测量频谱分析图
Fig.6 Spectrum analysis of attenuation coefficient measurements at
different temperatures

其中35.156kHz 和37.109kHz 为平面换能器的两个
主频率，41.016kHz 和42.969kHz 为锥面换能器的
两个主频率。从图6 中可以看出5℃~10℃一段发生
了很大的变化，存在异常数据。经检查发现5℃、6℃
存在扰动变化，9℃、10℃时仪器的衰减系数发生过
调整，7℃、8℃数据属于计算错误。修正6℃时数据，
改正7℃、8℃、9℃、10℃的数据(见图5 实线)，可
以得出沉积物在5℃发生了扰动，衰减系数分为两
段，前一段衰减系数呈下降趋势，后一段的衰减系
数先下降后上升；两者的梯度不同，下降梯度变化
较为剧烈，上升梯度缓和。这种扰动情况在海底沉
积物采样、运输、测试等过程中都会存在，既是影
响沉积物测量精度的一个重要因素，也是不可避免
的一个随机因素，频谱分析可以提供一种检测手段。

6 沉积物类型的区分

利用声学手段判别沉积物是海洋声学两大问
题中的反演问题[10] ，诸多研究者(如Hamilton[6] 、

多功能声波检测仪

DB-4D型

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