GB/T 42643-2023 海底沉积物声学特性原位调查规范

　　ICS 07 . 060 CCS A 45

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42643—2023

　　海底沉积物声学特性原位调查规范

　　Specification for in-situ survey of acoustic properties in marine sediments

　　2023-05-23 发布 2023-09-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42643—2023

　　目 次

　　前言 I

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 通则 2

　　5 调查设备技术指标 3

　　6 海上调查 4

　　7 资料整理和数据处理 4

　　8 调查成果与资料归档 6

　　附录 A (资料性) 测量记录表 8

　　附录 B (资料性) 声速 、声衰减系数垂直剖面示意图 9

　　参考文献 10

　　GB/T 42643—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中华人民共和国 自然资源部提出 。

　　本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口 。

　　本文件起草单位: 自然资源部第二海洋研究所 、自然资源部第一海洋研究所 、自然资源部海洋咨询中心 、中国海洋工程咨询协会 。

　　本文件主要起草人: 陶春辉 、张国I 、李官保 、周建平 、阚光明 、邓显明 、王景强 、孟祥梅 、毛可佳 、张宝路 、李鸣 。

　　I

　　GB/T 42643—2023

　　海底沉积物声学特性原位调查规范

　　1 范围

　　本文件规定了海底沉积物声学特性原位调查的通则 、调查设备技术指标 、海上调查 、资料整理和数据处理 、调查成果和资料归档的要求 。

　　注 : 以下如非特殊说明 , 所述声学特性仅指纵波(媒质中质点沿传播方向运动的波)的声学特性 。

　　本文件适用于海底沉积物声学特性原位调查 , 江河 、湖泊的沉积物声学特性调查参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T

　　12763 . 1

　　海洋调查规范

　　第 1 部分:总则

　　GB/T

　　12763 . 2

　　海洋调查规范

　　第 2 部分:海洋水文观测

　　GB/T

　　12763 . 5

　　海洋调查规范

　　第 5 部分:海洋声 、光要素调查

　　GB/T

　　12763 . 7

　　海洋调查规范

　　第 7 部分:海洋调查资料交换

　　GB/T

　　12763 . 8

　　海洋调查规范

　　第 8 部分:海洋地质地球物理调查

　　GB/T 12763 . 11 海洋调查规范 第 11 部分:海洋工程地质调查

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　海底沉积物 marine sediments

　　海底的砂 、粉砂 、粘土等松散状态碎屑物质的统称 。

　　3.2

　　沉积物声学特性 acoustic properties in sediments

　　声波在沉积物中的传播速度与衰减系数 。

　　3.3

　　沉积物声学特性原位测量 in-situ measurement of acoustic properties in sediments

　　利用安装了声学换能器的测量探杆贯入海底沉积物中 , 对声波在沉积物中传播的速度和声衰减系数进行现场测量的过程 。

　　3.4

　　沉积物声速 sound velocity in sediments

　　v sed , f

　　某频率的声波在沉积物中的传播速度 。

　　注 : 单位为米每秒(m/s) , f 为声波的频率 。

　　[来源: GB/T 12763 . 5—2007 , 3 . 12 , 有修改]

　　1

　　GB/T 42643—2023

　　3.5

　　沉积物声衰减系数 sound attenuation coefficient in sediments

　　αsed , f

　　某频率的声波在沉积物中传播时 , 声能在单位距离衰减的分贝数 。

　　注 : 单位为分贝每米(dB/m) , f 为声波的频率 。

　　[来源: GB/T 12763 . 5—2007 , 3 . 13 , 有修改]

　　4 通则

　　4 . 1 调查目的

　　海底沉积物声学特性原位调查的主要目的如下:

　　a) 以海洋声学研究为目的 , 开展海底沉积物声学特性区域性调查 , 为声传播计算提供边界条件 ;

　　b) 以地声研究为目的 , 开展海底沉积物声学特性调查 , 为构建海底沉积物声学特性分布规律及其与物理力学参数之间的关系提供数据 ;

　　c) 以海底沉积物工程地质评价为目的 , 开展海底沉积物声学特性调查 , 为沉积物的土力学评价提供支撑 。

　　4 . 2 技术设计

　　4 . 2 . 1 设计要求

　　根据调查任务的要求实施调查 , 获取目标区域的海底沉积物的声学特性参数 。调查任务的负责人应组织任务技术设计的编写 。技术设计编写原则 、调查计划编制的责任 、报批等应符合 GB/T 12763 . 1的相关规定 。

　　4 . 2 . 2 设计内容

　　技术设计的主要内容如下:

　　a) 任务来源 ;

　　b) 历史调查研究状况及测区的沉积物地质特征 、声学特征 ;

　　c) 调查项目的目的与任务要求 ;

　　d) 调查海区的气象海况条件要求 ;

　　e) 测区 、测线和测站的布设与预计工作量 ;

　　f) 调查方式 、方法和质量控制要求 ;

　　g) 调查仪器设备及器材要求 ;

　　h) 调查船的要求 、航次及时间安排 ;

　　i) 调查人员的组织和专业配备 ;

　　j) 数据处理与分析要求 ;

　　k) 提交的资料 、成果和对成果的要求 ;

　　l) 资料验收与经费概算 ;

　　m) 保障措施 。

　　4 . 3 调查技术

　　4 . 3 . 1 调查的基本内容

　　海底沉积物声学特性调查的基本内容包括主要参数 、必测辅助参数和其他辅助参数的测量 。

　　2

　　GB/T 42643—2023

　　a) 主要参数包括:

　　1) 沉积物声速 ;

　　2) 沉积物声衰减系数 。

　　b) 必测辅助参数包括:

　　1) 水深 ;

　　2) 近海底海水声速 ;

　　3) 近海底海水温度 。

　　c) 其他辅助参数包括:

　　1) 海底浅地层结构 ;

　　2) 沉积物湿密度 ;

　　3) 沉积物粒度 ;

　　4) 沉积物孔隙度 。

　　其他辅助参数宜利用相同站位资料获得 。

　　4 . 3 . 2 时空基准

　　坐标系统应采用 CGCS2000 坐标系统 , 时间系统可采用北京时间或 GMT时间 。

　　4 . 3 . 3 设备的检定与校准

　　海底沉积物声学特性原位测量设备采用实验室校准和海上校准相结合的方式 , 其他辅助测量设备的检定与校准应符合操作规程及说明书的规定 。测量设备应在检定与校准证书有效期内使用 。

　　4 . 3 . 4 调查准确度

　　4 . 3 . 4 . 1 导航定位准确度为 ±10 m 。

　　4 . 3 . 4 . 2 海底沉积物声学特性原位调查准确度包括声速测量准确度和声衰减系数测量准确度 。声速测量准确度为 ±10 m/s ;声衰减系数测量准确度为 ±10% 。

　　5 调查设备技术指标

　　5 . 1 声学原位测量仪器技术指标

　　沉积物声学原位测量仪器技术指标如下:

　　a) 发射换能器频率选择范围: 1 KHz~200 KHz ;

　　b) 接收换能器频率选择范围: 1 KHz~200 KHz ;

　　c) 原位探测仪器的横摇纵摇姿态:测量范围 ±50。, 准确度 ±1。;

　　d) 贯入深度准确度: ±0 . 1 m 。

　　5 . 2 辅助测量仪器技术指标

　　海底沉积物声学特性原位调查辅助测量仪器技术指标如下:

　　a) 沉积物取样器应符合 GB/T 12763 . 8 规定 ;

　　b) 海水声速仪应符合 GB/T 12763 . 5 规定 ;

　　c) 海水测温仪应符合 GB/T 12763 . 2 规定 ;

　　d) 实验室沉积物声速测量仪应符合 GB/T 12763 . 5 规定 ;

　　e) 浅地层剖面仪应符合 GB/T 12763 . 8 规定 ;

　　f) 水深测量仪器应符合 GB/T 12763 . 11 规定 。

　　3

　　GB/T 42643—2023

　　6 海上调查

　　6 . 1 调查方式

　　海底沉积物声学特性原位测量一般采用停船定点测量 , 其他辅助参数根据相应的规定进行测量 。

　　海底沉积物声学特性原位调查宜结合海水温盐深测量 、沉积物取样和浅地层剖面探测等方式综合开展 。不同测量内容应保证站位或测线相统一 , 便于资料相互对比和综合解释 。

　　6 . 2 站位布设

　　原位调查站位布设规定如下:

　　a) 根据目标海域地貌单元 、沉积物类型和测量水深等因素合理布站 , 在重点关注区可加密站位测量 ;

　　b) 应注意测区的沉积物类型 , 站位宜覆盖所有沉积物类型 ;

　　c) 测区内有历史柱状样或钻孔位 , 原位测量站位宜与之相重叠 , 辅助测量站位应与沉积物原位声学特性测量站位相对应 ;

　　d) 海水声速 、海水温度和水深测量应与声学原位测量站位同步测量;如任务需要 , 辅助参数测量则根据调查测量任务设计进行测量 , 宜与声学原位测量站位重叠 ;

　　e) 沉积物浅表层结构测线宜通过声学原位测量站位 , 偏距不大于 10 m 。

　　6 . 3 海上调查规定

　　海上调查规定如下:

　　a) 沉积物声学特性原位测量作业应两次定位 , 调查船到站与原位测量设备到达海底时各测定 一次船位 ;

　　b) 作业中 , 应使船位保持在测点上方 , 船移位半径不超过测点水深的 10% ;

　　c) 设备入水后 , 至离海底 5 m左右时测量海水底层的声速与温度 ;

　　d) 设备的声学换能器贯入沉积物后 , 多放出连接缆 3 m~5 m ;

　　e) 宜无扰动贯入沉积物中 , 姿态稳定后 , 立即开始测量 ;

　　f) 测量应根据设备的工作频率调节声波信号增益 , 采集完整波形 ;

　　g) 值班记录应登记值班人姓名 、海区 、海况 、站位等情况 、周围环境状况及特殊情况处理过程等 , 填入测量记录表(见附录 A) 。

　　6 . 4 其他要求

　　海上调查的其他要求如下:

　　a) 调查船实验条件 、仪器设备及其使用 、原始观测资料记录和验收 、海洋调查报告编写等均应符合 GB/T 12763 . 1 的相关规定 ;

　　b) 沉积物取样与样品分析 、浅地层剖面探测(除站位布设外)的技术要求应符合 GB/T 12763 . 8的相关规定 。

　　7 资料整理和数据处理

　　7 . 1 现场资料整理

　　现场资料包括站位布设图 、导航定位记录 、原始数据以及值班班报等 , 应在作业现场对所取得的各

　　4

　　GB/T 42643—2023

　　项资料进行整理 , 调查资料整理的基本要求应符合 GB/T 12763 . 7 中的相关规定 。

　　资料整理的内容如下:

　　a) 有效作业测站检查 ;

　　b) 作业班报整理 、签字 ;

　　c) 数据备份 。

　　7 . 2 现场资料检查

　　作业组应对全天的班报记录和测量数据进行检查和浏览 , 检查班报记录和测量记录是否完整 、数据质量是否可靠 。海上测量工作结束后 , 作业组应对所获得的测量资料进行全面检查 , 检查合格后方可进行内业数据处理 。现场对测量所获得的数据进行质量评估内容如下:

　　a) 声波接收波形质量评价 ;

　　b) 数据记录完整性评价 。

　　7 . 3 数据处理

　　7 . 3 . 1 声速测量数据处理方法

　　沉积物原位测量声速按公式(1)处理 。

　　v sed, f ……………………( 1 )

　　式中:

　　vsed, f — 沉积物声速 , 单位为米每秒(m/s) ;

　　v W — 海水声速 , 单位为米每秒(m/s) ;

　　ΔTW — 代表海水中声波到达不同采集通道的传播时差 , 单位为秒(s) ;

　　ΔTs — 代表沉积物中声波到达不同采集通道的传播时差 , 单位为秒(s) 。

　　7 . 3 . 2 声衰减系数数据处理方法

　　沉积物原位测量声衰减系数数据处理时 , 应根据调查设备的声源特性消除声波传播的几何衰减 。数据处理可采取振幅法或功率谱法两种方法处理 , 当测量频率为窄带时 , 宜采用振幅法;当测量频率为宽带时 , 宜采用功率谱法 。

　　a) 振幅法 , 计算方法见公式(2) 。

　　αsed, f lg G ……………………( 2 )

　　式中:

　　αsed, f — 沉积物声衰减系数 , 单位为分贝每米(dB/m) ;

　　Ai、Aj — 分别是沉积物中声波到达不同采集通道的信号幅度 , 单位为伏(v) ;

　　Δd — 不同采集通道的声波在沉积物中传播路径的距离差 , 单位为米(m) ;

　　α G — 声波传播的几何扩展衰减 , 单位为分贝每米(dB/m) 。

　　b) 功率谱法 , 计算方法见公式(3) 。

　　αsed, f lg G ……………………( 3 )

　　式中:

　　αsed, f — 沉积物声衰减系数 , 单位为分贝每米(dB/m) ;

　　Pi、Pj — 分别是沉积物中声波到达不同采集通道的信号包络的功率 , 单位为瓦(W) ;

　　Δd — 不同采集通道的声波在沉积物传播路径的距离差 , 单位为米(m) ;

　　5

　　GB/T 42643—2023

　　α G — 声波传播的几何扩展衰减 , 单位为分贝每米(dB/m) 。

　　注 : pi 、pj 为测量频带内的平均功率 。

　　7 . 4 准确度评估

　　用同一站位的重复测量结果进行准确度评估 。准确度评估时 , 对重复测量结果进行数据处理 , 剔除系统误差 。 内符合准确度表征测量结果与参考真值的一致性;外符合准确度表征测量结果的稳定性 。

　　a) 水中声速测量的外符合准确度计算公式为:

　　verrOr , w = 槡 ( 4 )

　　式中:

　　d i — 两台设备在某站位水中重复测量声速的差值 , 单位为米每秒(m/s) ;

　　n — 比对站位数 。

　　b) 沉积物中声速测量的内符合准确度计算公式为:

　　verrOr , sed = 槡 ( 5 )

　　式中:

　　d i — 同一台设备在某站位上重复测量声速的差值 , 单位为米每秒(m/s) ;

　　n — 比对站位数 。

　　c) 沉积物中声衰减系数测量的内符合准确度计算公式为:

　　α errOr = 槡 ( 6 )

　　式中:

　　d i — 同一台设备在某站位上重复测量声衰减系数的差值 , 单位为分贝每米(dB/m) ;

　　n — 比对站位数 。

　　8 调查成果与资料归档

　　8 . 1 数据及资料成果

　　8 . 1 . 1 原始记录

　　包括沉积物声学特性原位测量原始数据 、导航定位记录 、作业班报等 。

　　8 . 1 . 2 图件

　　对调查获得的原始记录经室内分析处理 , 形成成果图件 , 包括:

　　a) 沉积物原位测量声速随深度变化的垂直分布图 , 参见附录 B 中的图 B. 1 ;

　　b) 沉积物原位测量声衰减系数随深度变化的垂直分布图 , 参见图 B. 2 ;

　　c) 测区典型沉积层位的声速等值线图或散点图 , 其中海底表层为必须绘制层位 ;

　　d) 测区典型沉积层位的声衰减系数等值线图或散点图 , 其中海底表层为必须绘制层位 。

　　8 . 1 . 3 调查报告

　　调查报告的内容包括:

　　6

　　GB/T 42643—2023

　　a) 前言:介绍调查任务的来源 、目的和任务,调查海区范围,调查内容和工作量, 外 、内业工作时间等 ;

　　b) 海上调查及资料整理:陈述海上调查的工作方法 、测线布设 、仪器设备系统的性能及各项指标 、观测系统选择及工作情况 、导航定位系统及其准确度 、原始资料质量 、资料整理方法 、成果资料准确度等 ;

　　c) 资料分析和解释:包括资料分析方法及其依据 、各要素的分布特征 、规律和综合分析等;测区沉积物密度 、孔隙度和粒度等物理力学参量的测量数据与声特性的相关性分析报告 ;

　　d) 结论与建议。

　　8 . 2 资料归档

　　归档资料一般包括 :

　　a) 调查任务书,或合同书 、委托书等 ;

　　b) 调查论证报告 、技术设计 、方案报告及其评审意见 ;

　　c) 调查实施计划 、站位表等 ;

　　d) 调查 、实验 、测试分析等原始记录 ;

　　e) 计算 、分析整理的成果数据资料及说明 ;

　　f) 调查报告 ;

　　g) 调查成员与经费决算表。

　　归档文件应内容齐全 、完整,签字手续完备。

　　7

　　GB/T 42643—2023

　　附 录 A (资料性)测量记录表

　　表 A. 1 为海底沉积物声学特性原位测量记录表 。

　　表 A. 1 海底沉积物声学特性原位测量记录表

　　调查船: 调查设备: 风速: 天气:

　　工区 :

　　日期(北京/GMT) :

　　海况 :

　　气温 : ℃

　　站号 :

　　时间(北京/GMT) :

　　水深 : m

　　近底水温 : ℃

　　调查船到站坐标

　　经度 、纬度

　　换能器排布 :

　　调查设备到海底坐标

　　经度 、纬度

　　在线/自容 :

　　声学记录文件

　　频率Hz

　　采样率Hz

　　发射周期

　　发射电压v

　　各通道增益控制/dB

　　备注

　　1

　　2

　　3

　　4

　　5

　　6

　　7

　　…