海底沉积物的声学特性测量方法主要包括实验室测量与原位测量两种。实验室测量即是在室内测量沉积物样品,方法简单高效,但是样品脱离了海底原始的温度与压力环境,且在搬运过程中可能造成结构的变化,测量精度较低
[4]。原位测量是将测量仪器放置在海底沉积物中进行测量,该方法保持了海底原始的温度与压力环境,且最大程度降低了对沉积物的扰动,可以获得高精度的沉积物声学特性
[1,5-6]。根据声源与接收换能器相对位置的不同,原位声学测量方式可分为垂向测量、横向测量、孔中测量以及斜向测量四大类
[4](
图1)。横向测量的发射与接收换能器在同一水平线上,由于受尺寸限制,现有的横向声学原位测量系统只能测所在层位一定水平范围内的沉积物声学特性,很难识别宏观的沉积层空间不均匀性,代表性设备有美国的ISSAMS 系统
[7]、ISSAP系统
[8]、ACS系统
[9]、AA沉积物声衰减测量阵列
[10],英国的SPADE探针
[11]、SAPPA系统
[12],我国自然资源部第一海洋研究所研发的HISAMS系统
[13]和BISAMS系统
[14]。垂向测量的发射与接收换能器在同一垂线上,其识别垂向不均匀性效果较好,但无法识别横向不均匀性,代表性设备有美国的AL声学长矛测量系统
[15],我国自然资源部第二海洋研究所研制的多频海底声学原位测试系统MFI GeoA系统
[6]和第二代MFI GeoA系统
[16]。孔中测量通常依靠钻机进行装置下放,可实现大深度测量,对水平方向的沉积空间不均匀性具有较好的识别效果,但是难以避免滑行波对测量结果的影响,由于探测波频率通常较高,水平探测距离受到限制,典型代表有传统声波测井。斜向测量的发射与接收换能器呈一定角度倾斜,可获取垂向和横向信息,其识别垂向不均匀性的效果不如垂向测量好,代表性设备有美国的SAMS系统
[17],该系统可以获取横向、纵向的沉积层信息,由于探测距离较短,且声速计算方法过于简单,对大深度沉积层空间不均匀性识别效果较差。总体而言,现有的原位声学测量系统主要针对浅表层沉积物声学特性测量,探测深度较浅,且受激发声源频带和接收偏移距等客观因素制约,横向探测范围有限。斜向测量能够同时获取沉积层垂向、横向信息,是获取不均匀沉积层声学特性的有效方法,通过扩大探测距离并优化声速计算方法,将有效推动大深度沉积层原位测量技术的发展。