基于高分辨率淺剖與鉆孔信息對(duì)比的金州灣海底聲速的統(tǒng)計(jì)特征

王方旗，陶常飛，林旭波，董立峰

(1.自然資源部第一海洋研究所，山東 青島 266061)

1 引言

海底地聲學(xué)是一門研究海底沉積物聲學(xué)特性的學(xué)科，同時(shí)也是一門用聲學(xué)方法研究海底地質(zhì)特性的學(xué)科，是與聲學(xué)、海洋學(xué)、地質(zhì)學(xué)以及地球物理學(xué)等多種學(xué)科有密切關(guān)系的應(yīng)用性極強(qiáng)的交叉學(xué)科。海底地聲學(xué)是國(guó)際海洋科學(xué)研究的熱點(diǎn)方向之一[1-2]。海底沉積物聲速是海底地聲學(xué)研究中最基本的物理量之一，是一個(gè)重要參數(shù)，研究和弄清海底沉積層中聲速的變化規(guī)律具有極其重要的科學(xué)意義、工程意義和軍事意義[3]。

海底沉積物聲速研究的傳統(tǒng)方法主要有：聲速傳播的理論推導(dǎo)與數(shù)學(xué)建模法[4-9]、取樣測(cè)量法[2,10-19]、室內(nèi)模擬試驗(yàn)法[20-21]和海底原位聲學(xué)測(cè)量法[20,22-32]。但由于受到研究方法和條件的限制，分別存在一些難以克服的困難和問題：（1）聲傳播理論數(shù)學(xué)模型中有些未知參數(shù)的獲取并不容易，甚至根本無法獲取；（2）取樣后再進(jìn)行甲板測(cè)量或室內(nèi)測(cè)量的方法對(duì)樣品的擾動(dòng)和測(cè)量誤差不可避免，測(cè)量值與真實(shí)值有偏差，且所取樣品限于淺表層幾厘米至幾米深度范圍，成果應(yīng)用很有限；（3）海底原位聲學(xué)測(cè)量同樣存在研究深度淺的問題，只能獲取表層沉積物的聲學(xué)參數(shù)。

淺地層剖面儀是基于射線聲學(xué)的基本原理研發(fā)的海底測(cè)量?jī)x器，其通過聲學(xué)換能器向海底發(fā)射一定頻率的聲波，通過記錄從海底及以下各聲阻抗界面返回的反射波的時(shí)間達(dá)到探測(cè)海底地層結(jié)構(gòu)的目的。射線聲學(xué)法是一種可以用于間接獲得海底地層聲速的無擾動(dòng)測(cè)量方法，Bryan[33]論述了海底薄層中聲速的T2-X2求解方法，并且認(rèn)為用此方法計(jì)算的結(jié)果與該地層的深度與厚度之比無關(guān)。張叔英[34-35]將T2-X2法進(jìn)行了改進(jìn)，用于海底任意傾斜地層的聲速測(cè)量和計(jì)算，分析了影響測(cè)量精度的因素，并建議在硬地層中考慮聲射線的折射效應(yīng)以提高聲速的測(cè)量精度。本文根據(jù)射線聲學(xué)的原理，從聲波在海水和海底地層中的幾何路徑出發(fā)，以金州灣海域?yàn)槔_展基于高分辨率淺地層剖面與鉆孔巖心信息對(duì)比的地層聲速反演研究。首先以大量高分辨率淺地層剖面數(shù)據(jù)和高密度鉆孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行海底地層聲速反演，獲得研究區(qū)內(nèi)各鉆孔處的真實(shí)聲速值；然后采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析和研究了不同層序的聲速分布特征和聲速隨地層深度的變化規(guī)律，為金州灣及附近海域或沉積環(huán)境相類似海域的海底地聲學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)、方法指導(dǎo)和技術(shù)支持。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)組成

研究區(qū)位于渤海金州灣海域內(nèi)，金州灣為沙礫質(zhì)基巖海岸上的一個(gè)原生灣，大致呈東南-西北走向，灣口朝西北敞向渤海，海岸線總長(zhǎng)65.7 km，海灣面積為342 km2，灣東部灘涂面積為17 km2，灣口礁島面積為4.2 km2。為配合相關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)，在金州灣內(nèi)進(jìn)行了詳細(xì)的淺地層剖面測(cè)量和工程地質(zhì)勘察（圖1）。

淺地層剖面測(cè)量采用英國(guó)的AAE CSP-D 2200 地層剖面系統(tǒng)，震源采用Squid 2000 電火花，激發(fā)間隔為750 ms，激發(fā)能量為500 J，水聽器采用荷蘭的GEOSENSE/24 單道接收電纜，接收段長(zhǎng)度為5 m，數(shù)據(jù)記錄深度為200 ms，濾波為0.1～5.0 kHz，總計(jì)完成測(cè)線約400 km，資料清晰，穿透深，剖面上可清晰準(zhǔn)確地識(shí)別出全新世海相層底界面和基巖界面。工程地質(zhì)勘察共布設(shè)了鉆孔328 個(gè)（其中穿過淺剖測(cè)線的有185 個(gè)），能夠準(zhǔn)確確定全新世海相層底界面和海底沉積層底界面（基巖面）的深度。

圖1 淺地層剖面測(cè)線和鉆孔位置Fig.1 Location of sub-bottom profile lines and boreholes

金州灣海域?qū)儆谒聹\灘，水深在5～8 m，海底地形變化不大，灣區(qū)海底第四紀(jì)地層連續(xù)性好，物質(zhì)組成較均勻，主要為細(xì)粒的黏土和粉質(zhì)黏土，只在局部夾有粉砂或細(xì)砂薄層，這些高分辨率的淺地層剖面資料和高密度分布的鉆孔為本區(qū)域海底地層聲速的研究提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。

2.2 聲速反演

2.2.1 聲波走時(shí)校正

由于采用的淺地層剖面系統(tǒng)聲波激發(fā)和水聽器接收是分開的，會(huì)造成回波信號(hào)的走時(shí)和振幅發(fā)生畸變，因此需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行走時(shí)校正，以保證后續(xù)沉積層聲速計(jì)算的準(zhǔn)確性。本文采用基于射線聲學(xué)理論的幾何分析法對(duì)聲波走時(shí)進(jìn)行校正，并經(jīng)深時(shí)轉(zhuǎn)換后得到聲波的單程走時(shí)。

淺地層剖面資料采集和處理時(shí)，總是需預(yù)先設(shè)置一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的平均聲速V0，既可以實(shí)時(shí)地對(duì)海底地層進(jìn)行大略了解，也可以方便系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化采集和處理。采用專業(yè)處理軟件從剖面上可以直接解譯得到近似水深：H0(0)，以及各反射層深H0(1)，H0(2)，H0(3)，······，H0(n)。從圖2 的幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出：海水深度的畸變校正公式為

海底地層的畸變校正公式：

式中，i=1，2，···，n。校正后得到的是以海底為起算面的各地層界面的深度。

根據(jù)鉆孔資料確定地層界面的深度，結(jié)合聲學(xué)剖面上得到的鉆孔處對(duì)應(yīng)地層界面的走時(shí)可實(shí)現(xiàn)沉積層聲速的反演計(jì)算，如圖3 為聲速反算流程圖。其中，ti為深時(shí)轉(zhuǎn)換后得到的聲波到達(dá)界面i的單程走時(shí)；di為鉆孔資料在第i層的分層深度；為反演得到的界面i以上沉積層的平均聲速。

圖2 淺地層剖面探測(cè)原理幾何關(guān)系Fig.2 Geometric relation of sub-bottom profile

圖3 聲速反演計(jì)算流程Fig.3 Flow chart of sound velocity inversion

2.2.2 全新世沉積層聲速反演

全新世沉積層，是自全新世海侵開始以來逐漸沉積的地層，仍在接受沉積，一般稱為“現(xiàn)代沉積層”。在研究區(qū)內(nèi)將其標(biāo)記為A 層，其厚度從西北方向到東南方向由厚逐漸變薄（圖4，圖5）。結(jié)合鉆孔資料，全新世沉積層為淤泥或淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，局部區(qū)域表層為淤泥質(zhì)粉砂，顏色為灰褐色或深灰色，流塑-軟塑，土質(zhì)較均勻，含少量有機(jī)質(zhì)，偶見貝殼碎片及粉砂團(tuán)塊。

圖4 全新世聲速反演剖面示例（測(cè)線A2，見圖1）Fig.4 Sound velocity inversion for Holocene sequence (see Line A2 in Fig.1)

圖5 基巖以上沉積層聲速反演剖面示例（測(cè)線A5，見圖1）Fig.5 Sound velocity inversion for above-bedrock sequence (see Line A5 in Fig.1)

全新世沉積層底界面，即T1界面，是一個(gè)強(qiáng)反射上超面，強(qiáng)振幅、高能量、高連續(xù)性，由西北向東南方向被逐層上超。全區(qū)內(nèi)該反射界面基本平滑，由海岸向?yàn)硡^(qū)中心方向傾斜，無大的起伏，易追蹤。全新世沉積層聲速反演就是以此界面為準(zhǔn)：在淺地層剖面穿過相應(yīng)的鉆孔處，經(jīng)過畸變校正后得到聲波垂直入射至T1界面的單程走時(shí)，然后對(duì)比鉆孔數(shù)據(jù)中該層的厚度，經(jīng)反演計(jì)算得到該層的平均聲速值。為保證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)反演采用的鉆孔進(jìn)行了篩選，將實(shí)際位置偏離淺地層剖面測(cè)線大于10 m 的鉆孔舍棄，只保留了185 個(gè)鉆孔信息，經(jīng)過反演后得到了213組聲速數(shù)據(jù)，限于篇幅，本文只列舉了示例剖面圖中的4 組數(shù)據(jù)，見表1 所示，在淺地層剖面測(cè)線A2 穿過鉆孔B23 處，全新世沉積層的聲速反演值為1 583.65 m/s；在淺地層剖面測(cè)線A5 穿過鉆孔H43、H27 和H15 處，全新世沉積層的聲速反演值分別為1 513.51 m/s、1 471.32 m/s 和1 595.01 m/s。

如圖6 所示為全新世沉積層的反演結(jié)果箱型圖，可以看出，研究區(qū)內(nèi)全新世底界面埋深在8.10～16.70 m之間，95% 置信區(qū)間為9.00～15.30 m，平均埋深為12.08 m。根據(jù)反演結(jié)果，全新世沉積層的平均聲速在1 399.35～1 686.87 m/s 之間，95%置信區(qū)間為1 449.60～1 655.72 m/s，平均值為1 560.34 m/s。

2.2.3 基巖面以上沉積層聲速反演

晚更新世以來，全球氣候冷暖變化頻繁，海平面隨之升降。中國(guó)東部沿海發(fā)生了3 次大規(guī)模海侵，3 次海侵之間還經(jīng)歷了兩次大規(guī)模的海退成陸過程[36-37]。而金州灣地區(qū)也相應(yīng)的周期性的經(jīng)歷了陸相、濱海相和淺海相等多期沉積演化過程后，最終演化成為現(xiàn)代以潮汐為主要?jiǎng)恿Φ臏\海沉積環(huán)境[38]。研究區(qū)內(nèi)基巖面以上沉積層即為第四紀(jì)松散沉積層，在本區(qū)包含A、B、C 3 個(gè)層，由于全新世以前的沉積層序較為復(fù)雜，在缺乏年代資料的情況下，僅依靠鉆孔資料和淺地層剖面地震相無法準(zhǔn)確劃分，因此將其作為整體進(jìn)行計(jì)算（圖5）。

基巖頂界面：即T3界面，是一個(gè)極強(qiáng)反射的界面，易于連續(xù)追蹤，界面起伏很大，反映了基巖的埋藏狀況和起伏形態(tài)。基巖面以上沉積層聲速反演即以基巖頂界面為準(zhǔn)：在淺地層剖面穿過相應(yīng)的鉆孔處，經(jīng)過畸變校正后得到聲波垂直入射至T3界面的單程走時(shí)，然后對(duì)比鉆孔數(shù)據(jù)中基巖界面的深度，經(jīng)反演計(jì)算得到基巖面以上沉積層的平均聲速值。為保證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)反演采用的鉆孔進(jìn)行了篩選，將實(shí)際位置偏離淺地層剖面測(cè)線大于10 m 的鉆孔舍棄，只保留了70 個(gè)鉆探深度至中風(fēng)化巖層的鉆孔信息，反演后得到了84 組聲速數(shù)據(jù)，限于篇幅，本文只列舉了示例剖面圖中的3 組數(shù)據(jù)，如表2 所示，在淺地層剖面測(cè)線A5 穿過鉆孔H43、H27 和H15 處，基巖面以上沉積層的聲速反演值分別為1 665.36 m/s、1 799.62 m/s 和1 674.06 m/s。

表1 全新世沉積層聲速反演示例Table 1 Sound velocity inversion for Holocene sequence

圖6 全新世聲速反演結(jié)果Fig.6 Result of sound velocity inversion of Holocene sequence

如圖7 所示為基巖界面以上沉積層的反演結(jié)果箱型圖，從圖中可以看出，研究區(qū)內(nèi)基巖界面的埋深一般在42.60～102.50 m 之間，其95%置信區(qū)間為44.30～81.60 m，平均埋深為61.31 m。根據(jù)反演結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)基巖界面以上沉積層的平均聲速在1 621.07～2 072.80 m/s 之間，其95%置信區(qū)間為1 657.96～1 970.80 m/s，平均值為1 765.63 m/s。

3 分析與討論

3.1 地層聲速與深度之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

Hamilton[39]根據(jù)鉆孔和聲吶浮標(biāo)數(shù)據(jù)采用多項(xiàng)式回歸分析建立了3 種主要類型沉積物的聲速與埋深之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，結(jié)果顯示3 種沉積物的聲速與埋深都呈一定的正相關(guān)關(guān)系。但實(shí)際上，由于海底未固結(jié)松散沉積物中可能會(huì)存在高含水量的淤泥、軟泥或淺層氣等，聲速會(huì)大大減小，形成聲速結(jié)構(gòu)異常現(xiàn)象，盧博[40]提出在中國(guó)沿海大陸架可能存在3 種海水-沉積物聲速結(jié)構(gòu)模式，著重強(qiáng)調(diào)在一些特殊海域的海底表層或淺層中可能存在低聲速沉積層而導(dǎo)致不正常的聲速梯度，即聲速與深度之間并非簡(jiǎn)單的正相關(guān)關(guān)系。

針對(duì)本次研究區(qū)內(nèi)采用反演方法得到的297 組地層深度和平均聲速的數(shù)據(jù)，本文采用回歸分析方法研究了海底地層聲速與深度之間的關(guān)系。回歸分析采用了線性擬合和二項(xiàng)式擬合兩種方法，結(jié)果表明兩種方法擬合的相關(guān)系數(shù)相同，即二項(xiàng)式擬合不能提高數(shù)據(jù)擬合的相關(guān)系數(shù)，因此本文只給出了線性擬合結(jié)果。如圖8 所示，擬合分析結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)海底地層聲速與埋藏深度之間呈現(xiàn)明顯的正線性相關(guān)關(guān)系，擬合方程為

式中，V為海底地層的平均聲速；d為以海底為起算面的地層深度；線性擬合的相關(guān)系數(shù)R為0.82。根據(jù)擬合數(shù)據(jù)的范圍，式（3）作為聲速預(yù)報(bào)公式的適用范圍為9.00～81.60 m。

表2 基巖面以上沉積層聲速反演示例Table 2 Sound velocity inversion for above-bedrock sequence

圖7 基巖以上沉積層聲速反演結(jié)果Fig.7 Result of sound velocity inversion of above-bedrock sequence

圖8 地層聲速與深度的擬合關(guān)系Fig.8 Fitting relation between sound velocity and depth of sediments

由式（3）可見由于隨著埋藏深度的增加，沉積物壓應(yīng)力增大，同時(shí)在長(zhǎng)期固結(jié)壓實(shí)的作用下，導(dǎo)致了其顆粒間結(jié)構(gòu)更加致密，因此聲速也變大。

從圖8 可以看出，反演數(shù)據(jù)點(diǎn)根據(jù)反演層位的不同劃分為兩個(gè)明顯的區(qū)域，且由于數(shù)據(jù)點(diǎn)在深度上的分布不夠均勻，T1界面處得到的聲速點(diǎn)顯得較為離散，是由于研究區(qū)內(nèi)全新世沉積層厚度變化不大且沉積物物理性質(zhì)橫向變化較大引起的。或許增加T2界面以上沉積層（層A+B）的反演數(shù)據(jù)效果會(huì)更好，但由于剖面上T2界面的確定和劃分難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，以及其相對(duì)于鉆孔數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)層深也難以準(zhǔn)確界定，為保證反演的精度和可靠性，本次未采用T2界面的數(shù)據(jù)。

3.2 聲速與沉積物物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系

聲波在海底沉積物中的傳播速度與沉積物的物理性質(zhì)之間有密切的關(guān)系，代表沉積物物理力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)主要有：含水率、密度、孔隙比、孔隙度、壓縮系數(shù)和壓縮模量等。隨著沉積層厚度的增加，沉積物所受的壓應(yīng)力增大，其物理力學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨之發(fā)生變化。以鉆孔B23 為例說明沉積物物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)隨深度的變化情況以及地層聲速與各物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，這里的聲速為根據(jù)式（3）和沉積物樣品的取樣深度推算而來。鉆孔B23 共取樣品52 個(gè)，全新世沉積物為淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，全新世以下沉積物為粉質(zhì)黏土和黏土。

海底沉積物主要是由固體顆粒骨架和顆粒間孔隙中充填的流體組成的，有時(shí)也會(huì)摻雜甲烷等氣體。當(dāng)聲波在沉積物中傳播時(shí)，形象地說，固相介質(zhì)提供的是固體顆粒的聲速和聲波在固相中的傳播路徑，而液相介質(zhì)提供的則是孔隙中流體的聲速和聲波在液相中的傳播路徑，固體顆粒與液相流體一起構(gòu)成了聲波傳播的介質(zhì)，因此沉積物聲速的大小與沉積物的固液兩相特征密切相關(guān)。孔隙比是表示沉積物中孔隙多少的物理量，是沉積物中孔隙體積與固體顆粒體積之比，表征了飽和沉積物內(nèi)固體顆粒與液體的兩相體積的大小關(guān)系，有時(shí)也用孔隙度表示。含水量表示沉積物中含水的數(shù)量，是沉積物中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量的比值，含水量的大小間接反映了沉積物中孔隙的多少。圖9a 和圖10a 表明沉積物的含水率和孔隙比與取樣深度之間都分別呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；圖9b 和圖10b 表明地層聲速與含水率和孔隙比之間也分別具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。也就是說，隨著地層深度的增加，沉積物顆粒間的孔隙越小，結(jié)構(gòu)越致密，聲速也越大。

圖9 含水率隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與含水率的關(guān)系（b）Fig.9 Water content versus depth (a) and sound velocity versus water content (b)

密度表示沉積物質(zhì)量與體積的比值，一定程度上反映了沉積物的骨架成分和致密程度。一般來說，沉積物的密度越大，說明顆粒間接觸越緊密，孔隙度越小。圖11a 和圖12a 表明沉積物的濕密度和干密度與取樣深度之間分別呈現(xiàn)較明顯的正相關(guān)關(guān)系；圖11b和圖12b 表明地層聲速與濕密度和干密度之間也分別具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。也就是說，隨著地層深度的增加，沉積物的密度越大，聲速也越大。

圖10 孔隙比隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與孔隙比的關(guān)系（b）Fig.10 Void ratio versus depth (a) and sound velocity versus void ratio (b)

圖11 濕密度隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與濕密度的關(guān)系（b）Fig.11 Wet density versus depth (a) and sound velocity versus wet density (b)

圖12 干密度隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與干密度的關(guān)系（b）Fig.12 Dry density versus depth (a) and sound velocity versus dry density (b)

沉積物的壓縮性是初始孔隙比（或孔隙、含水量、密度）和其微組分體積剛度的函數(shù)。此外，還可能與其膠結(jié)狀態(tài)和顆粒強(qiáng)度有關(guān)。壓縮性反映了沉積物顆粒組分的性質(zhì)、沉積環(huán)境、沉積后生物地球化學(xué)過程和應(yīng)力歷史等[41]。壓縮系數(shù)和壓縮模量都是用于描述沉積物壓縮性大小的常用物理量。壓縮系數(shù)是指?jìng)?cè)限壓縮試驗(yàn)所得的孔隙比-有效應(yīng)力曲線上100～200 kPa 壓力段的割線的斜率。壓縮模量是在側(cè)限情況下受到的豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值。圖13a 和圖14a 表明沉積物的壓縮系數(shù)和壓縮模量與取樣深度之間分別呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系；圖13b 和圖14b 表明地層聲速與壓縮系數(shù)和壓縮模量之間也分別呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系。也就是說，隨著地層深度的增加，沉積物的可壓縮性越小，產(chǎn)生相同的豎向變形量所需要的壓應(yīng)力越大，聲速也越大。

3.3 聲速反演誤差分析

本文聲速反演的誤差主要來源于兩個(gè)方面：淺地層剖面的界面劃分和鉆孔數(shù)據(jù)的分層深度，其誤差范圍如表3 所示，對(duì)聲速反演誤差的影響分析如下：

圖13 壓縮系數(shù)隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與壓縮系數(shù)的關(guān)系（b）Fig.13 Compressibility versus depth (a) and sound velocity versus compressibility (b)

圖14 壓縮模量隨深度的變化關(guān)系（a）及聲速與壓縮模量的關(guān)系（b）Fig.14 Compressive modulus versus depth (a) and sound velocity versus compressive modulus (b)

表3 聲速反演的誤差分析Table 3 Error analysis of sound velocity inversion

（1）淺地層剖面的界面劃分誤差來源于解釋人員對(duì)界面的準(zhǔn)確確定和數(shù)字化誤差，由于文中反演界面選用的是全新世沉積層底界面T1和基巖界面T3，容易識(shí)別和追蹤，可避免界面確定誤差的產(chǎn)生；而在界面的數(shù)字化時(shí)通過專業(yè)軟件的局部放大功能可將其誤差控制在±0.1 ms。當(dāng)界面深度最淺，即8.10 m 時(shí)，換算到反演聲速的誤差為±1.39 m/s，當(dāng)界面深度最深，即102.50 m 時(shí)，換算到反演聲速的誤差為±1.10 m/s。

（2）鉆孔數(shù)據(jù)的分層深度誤差主要來源于鉆探取樣時(shí)的深度間隔，本次鉆孔的取樣間隔根據(jù)鉆孔深度有所不同：20 m 以淺時(shí)為1 m，在20 m 以深時(shí)為1.5 m。因此可認(rèn)為在全新世沉積層反演時(shí)鉆孔分層深度的最大誤差為±1 m，在基巖以上沉積層反演時(shí)鉆孔分層深度的最大誤差為±1.5 m。鉆孔深度誤差對(duì)聲速反演誤差的影響與反演界面的深度有關(guān)，當(dāng)界面深度最淺，即8.10 m 時(shí)，換算到反演聲速的誤差為±92.59 m/s，當(dāng)界面深度最深，即102.50 m 時(shí)，換算到反演聲速的誤差為±10.98 m/s。因此，考慮淺地層剖面界面劃分和鉆孔分層深度的綜合影響，聲速反演的綜合最大誤差為±106.61 m/s。可以看出，影響聲速反演精度的最主要因素為鉆孔的分層深度誤差，且對(duì)全新世沉積層的反演精度影響較大。因此若僅僅有單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)，本文的反演方法不太適用，反演精度不高，意義不大。若有大量的鉆孔數(shù)據(jù)則可以形成多組反演數(shù)據(jù)，這時(shí)采用統(tǒng)計(jì)分析方法才具有較大的實(shí)際意義。

4 結(jié)語

本文以渤海金州灣海域?yàn)槔诟叻直鏈\地層剖面數(shù)據(jù)和大量對(duì)應(yīng)的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行了全新世沉積層和基巖界面以上沉積層的聲速反演研究：全新世沉積層平均聲速的95%置信區(qū)間為1 449.60～1 655.72 m/s，平均值為1 560.34 m/s；基巖界面以上沉積層平均聲速的95%置信區(qū)間為1 657.96～1 970.80 m/s，平均值為1 765.63 m/s；誤差分析表明，聲速反演精度受鉆孔分層深度誤差的影響較大，需有多組反演數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析才具有較大的實(shí)際意義；擬合分析結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)海底地層聲速與埋藏深度之間呈現(xiàn)明顯的正線性相關(guān)關(guān)系，梯度為4.18 s-1，可為附近及沉積環(huán)境類似海域的地聲學(xué)模型的建立及淺地層剖面探測(cè)資料的解釋提供聲速參考。

本文基于高分辨率淺地層剖面信息的地層聲速反演方法與傳統(tǒng)的聲速研究方法相比具有一定的優(yōu)勢(shì)：（1）淺地層剖面是非常成熟的探測(cè)海底淺層到深層的技術(shù)，數(shù)據(jù)采集和處理都具有穩(wěn)定性和可靠性，可保證數(shù)據(jù)的可信度；（2）以原位聲學(xué)反射數(shù)據(jù)為主，鉆孔數(shù)據(jù)為輔，不存在樣品擾動(dòng)和測(cè)量誤差等因素，聲速反演只受淺地層剖面儀的分辨力和鉆孔分層精度的影響；（3）若采用Boomer 震源，既能保證高分辨率，又能實(shí)現(xiàn)較深的穿透，克服了當(dāng)前多數(shù)研究方法只局限于海底表層的缺點(diǎn)，而這對(duì)于研究成果的實(shí)際應(yīng)用非常重要。