[发明专利]一种探测河底表层泥沙物性的方法

说明书

本发明属于声学和地球物理领域，具体涉及一种探测河底表层泥沙物性的方法。该方法通过提取浅地层剖面声波数据，分析浅地层剖面数据，计算衰减系数α，根据孔隙率‑反射系数曲线查找孔隙率，计算渗透率κ，计算泥沙波速c；计算渗透率‑衰减系数曲线，根据步衰减系数α，查询渗透率；经过多次迭代计算，当孔隙率β_n和前次迭代值β_n‑1差异较小时停止迭代；计算泥沙密度ρ，计算反射系数R(f)；输出渗透率κ，泥沙波速c，反射系数R(f)，衰减系数α，泥沙密度ρ。该方法可获取多种泥沙物性参数，丰富淤积泥沙信息，仅利用浅底层剖面仪即可获取水底泥沙物性参数，节约人力物力，提高工作效率，该方法可获取较为精确的泥沙参数信息，为河流动力学等研究提供数据支撑。

技术领域

本发明属于声学和地球物理领域，具体涉及一种探测河底表层泥沙物性的方法。

背景技术

目前，河底淤积表层泥沙物性参数(密度、渗透率、孔隙率等)的获取主要由机械取样获得，机械取样的扰动性导致样品测试结果产生偏差。此外，机械取样花费大量人力物力，效率较低。声学方法也常用来探测河底泥沙特性，目前主要是根据声呐图像判断泥沙淤积结构，对泥沙物性参数的提取仍缺乏有效方法。

本发明是一种利用浅地层剖面仪探测河底表层泥沙参数的新方法。基于孔隙介质声学理论，通过分析浅地层剖面仪接收信号，提取浅地层剖面仪的声波反射系数和衰减特征，获取河底泥沙密度、波速、孔隙率和渗透率等参数。本发明不需要机械取样测试结果作为依据，仅利用浅地层剖面仪接收信号即可获得相关泥沙参数。与机械取样相比，具有快速高效的特点。

发明内容

综上所述，为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种探测河底表层泥沙物性的方法，所涉及的公式及参数如下：

k为波数，为角频率，f为频率，c为孔隙介质波速，ρ_f和ρ_s分别为孔隙流体密度和泥沙颗粒密度，且为已知常数。ρ是泥沙体密度。η表示孔隙水粘度，κ是渗透率，K_γ是泥沙颗粒的体积模量，μ是泥沙框架的剪切模量，K_b和K_f分别表示泥沙骨架模量和孔隙流体的体积模量，F为孔隙流体随频率增加而产生的偏差。水的波速c_ω＝1500kg/m³，K_r＝3.2×10¹⁰Pa，K_f＝2.395×10⁹Pa，η＝0.001Kg/m*s。

ρ＝βρ_f+(1-β)ρ_s (2)

τ_x＝K₀τ_z (13)

τ_y＝K₀τ_z (14)

τ_z＝(1-β)(ρ_s-ρ_f)gz (15)

δ的取值范围为0.1～0.3，K₀＝0.5，g为重力加速度，z为水-泥沙交界面以下的深度，δ_b＝0.1，δ_s＝0.1。

F由(16)-(19)式决定：