2025年大学《海洋技术》专业题库- 海洋声学技术在海洋勘探中的运用

2025年大学《海洋技术》专业题库——海洋声学技术在海洋勘探中的运用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.在海洋声学探测中，决定声波传播速度的主要因素是（）。A.声源频率B.海水盐度C.大气压力D.海水温度2.下列哪种声学仪器主要用于探测海底浅层地质结构和基桩状况？（）A.主声呐B.旁声呐C.浅地层剖面仪（SDP）D.多波束测深系统3.多普勒测深仪利用声波的多普勒效应来测量（）。A.海底地形高程B.海水声速C.船舶航速D.海洋噪声强度4.海洋环境噪声的主要来源不包括（）。A.海浪B.海流C.风吹D.地震活动（指构造性地震）5.在海洋地震勘探中，将零偏移距道集进行叠加处理的主要目的是（）。A.提高分辨率B.增强信号、压制噪声C.改变频率成分D.延长记录时间6.侧扫声呐通过发射声波并接收回波来形成（）。A.地震剖面图B.海底地形地貌图C.地热资源分布图D.海洋生物分布图7.声波在从声速较高的介质传播到声速较低的介质时，其传播方向会（）。A.向法线方向偏折B.远离法线方向偏折C.保持不变D.无法确定8.下列哪种技术通常用于被动声学监测，以探测和定位海洋哺乳动物？（）A.主动声呐探测B.地震反射法C.水听器阵列监测D.多波束测深9.声纳的分辨率主要取决于（）。A.声波频率B.声源功率C.信号处理算法D.以上都是10.海底反射系数的大小主要取决于（）。A.入射角和两种介质声阻抗的差值B.入射角和海水温度C.声源频率和海水盐度D.接收器灵敏度二、填空题（每空1分，共15分）1.声波在海洋介质中传播时，能量会随着传播距离的增加而__________，这种现象称为声波衰减。2.利用声波在水下传播速度相对恒定（或变化规律已知）的原理，通过测量声波往返__________的时间来计算探测目标距离的方法，称为时差法。3.海洋噪声通常可以分为三类：船舶噪声、海洋环境噪声和__________噪声。4.主声呐主要用于绘制海底__________图，显示海底地形起伏。5.海洋地震勘探中，产生初始地震子波的主要能量来源是__________。6.浅地层剖面仪（SDP）通常采用__________（填“主动”或“被动”）声学系统进行探测。7.声波的多普勒效应是指当声源和接收器之间存在相对运动时，接收器接收到的声波频率会发生__________的现象。8.海洋声学成像技术包括声呐测绘、高分辨率地震勘探和__________成像等。9.声波在传播过程中遇到不同介质分界面时会发生__________和反射。10.为了提高海洋声学探测的分辨率，通常需要采用__________频率的声波。三、判断题（每题1分，共10分）1.海洋声学技术是现代海洋探测的主要手段之一，在资源勘探、环境监测、科学研究等领域发挥着重要作用。（）2.声波在海水中的传播速度仅与温度有关。（）3.主动声呐系统需要向水中发射声波，并接收反射回来的回波。（）4.旁声呐可以提供大范围的海底地形信息，但分辨率较低。（）5.海底声学参数（如声速、声阻抗）的分布对海洋声波的传播路径和探测结果有显著影响。（）6.地震反射法是目前寻找海底油气资源最有效的方法。（）7.声纳的分辨率越高，能够分辨的目标就越小。（）8.海洋环境噪声会对海洋声学探测造成干扰，尤其是在进行被动声学监测时。（）9.声波在均匀介质中传播时，其波阵面形状保持不变。（）10.多普勒测深仪不受海水声速变化的影响，因此测量结果非常精确。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述海洋声学探测中，声波衰减的主要影响因素。2.简述主动声呐系统的主要组成部分及其功能。3.简述海洋地震勘探中，共中心点（CSP）道集叠加的原理。4.简述侧扫声呐和浅地层剖面仪在探测目的和成像原理上的主要区别。五、计算题（共10分）假设在温度为10℃、盐度为35‰的海水中，声速为1480m/s。一艘研究船上的声纳向海底发射一声脉冲，经过3.8秒接收到反射回来的回波。请计算：1.声波从船底到海底再返回船底的总传播距离是多少米？2.假设海水声速在该区域是恒定的，则该处海底距离船底有多深？六、论述题（10分）论述海洋声学技术在海洋资源勘探（特别是油气勘探）中的应用过程，包括主要采用的声学方法、数据采集的关键环节、数据处理的基本步骤以及结果解释中需要注意的问题。试卷答案一、选择题1.B解析：海水温度、盐度和压力是影响海水声速的主要因素，其中温度影响最显著。温度升高，声速加快。2.C解析：浅地层剖面仪（SDP）专门用于探测海底浅层（通常几米到几十米）的地质结构、基桩、管道等。3.A解析：多普勒测深仪利用声波发射和接收之间的多普勒频移，根据频移大小计算声波在垂直方向上的传播时间，从而测得水深。4.D解析：海洋环境噪声主要来源于海浪、海流、风、船舶以及海洋生物等，而构造性地震虽然能产生声波，但通常不是日常海洋环境噪声的主要构成部分。5.B解析：叠加处理是地震资料处理中的核心步骤，旨在通过叠加来自相同地质界面的反射波，增强有效信号能量，同时压制随机噪声，提高信噪比。6.B解析：侧扫声呐通过向海底发射扇形声束，接收反射回波，根据回波强度和声束扫描角度绘制出详细的海底地形地貌图。7.B解析：根据斯涅尔定律，当声波从声速较高的介质传播到声速较低的介质时，折射角大于入射角，即远离法线方向偏折。8.C解析：水听器阵列通过接收环境中的水下声音信号，进行信号处理和谱分析，可以用来监测和定位海洋哺乳动物等声源。9.A解析：声纳的分辨率（特别是距离分辨率和方位分辨率）主要取决于声波频率，频率越高，分辨率越好。但高频率也意味着衰减大、探测距离短。10.A解析：海底反射系数是界面两侧介质声阻抗（声速与密度的乘积）之差的函数，差值越大，反射越强。二、填空题1.减小解析：声波在介质中传播时，会因介质吸收、散射等因素导致能量损失，使声强随距离增加而衰减。2.时间解析：时差法是利用声波传播速度和测得的时间来计算距离的基本原理，距离等于（声速*时间）/2（因为往返）。3.生物解析：海洋噪声通常分为船舶噪声（人为）、海洋环境噪声（自然，如海浪、海流、风）和生物噪声（生物活动产生）。4.地形解析：主声呐（或称声呐测绘系统）的主要功能是获取海底地形信息，生成海底地形图。5.震源解析：在主动海洋地震勘探中，震源（如空气枪、炸药）是产生初始地震子波（即反射波）的能量来源。6.主动解析：浅地层剖面仪通过向海底发射声脉冲并接收回波来探测浅层地质结构，属于主动声学系统。7.改变解析：多普勒效应的核心是接收到的声波频率相对于发射频率发生了变化（增加或减少）。8.生物声学解析：海洋声学成像技术涵盖了对海底地形的声呐测绘、对海底以下地质结构的探查（高分辨率地震）以及对海洋生物的声学探测（生物声学成像）。9.折射解析：当声波从一种介质传播到另一种介质时，在分界面处会发生一部分声能被反射回原介质，另一部分声能发生方向改变进入第二种介质的现象，即折射。10.更高解析：提高声纳分辨率的关键技术之一是使用更高频率的声波，因为频率越高，波长越短，越能分辨细小的目标或特征。三、判断题1.√解析：海洋声学技术是利用声波在海洋中传播的特性进行探测、测量和通信的技术，是海洋科学研究和资源开发的重要工具。2.×解析：海水声速主要受温度、盐度和压力的影响。温度是主要影响因素，但盐度和压力（深度）同样重要。3.√解析：主动声呐系统的工作原理就是发射声波脉冲到水下，然后接收目标或环境反射回来的回波信号。4.√解析：侧扫声呐覆盖范围广，能提供大范围的海底图像，但受声束角度、海底复杂反射等因素影响，精细分辨率通常不如浅地层剖面仪或高分辨率地震。5.√解析：海底的声学特性（声速剖面、声阻抗）决定了声波如何传播、反射和折射，直接影响声学探测仪器（如声呐、地震仪）的记录和成像结果。6.√解析：地震反射法是目前寻找海底油气资源最主要、最有效的勘探方法，通过分析地下的反射波信息来推断油气藏的存在。7.√解析：分辨率是指区分两个靠得很近的目标的能力。声纳分辨率越高，意味着它能区分的两个目标在空间上需要靠得越近，即能分辨的目标越小或细节越精细。8.√解析：海洋环境噪声（尤其是船舶噪声和海洋环境噪声）会叠加在有效信号上，降低信噪比，干扰声纳成像和地震数据采集与解释，尤其是在需要高信噪比的被动监测或精细勘探中。9.√解析：在均匀介质中，声波以相同速度传播，波阵面（代表波峰或波谷的平面）会保持其形状（如球形或平面）并匀速扩展。10.×解析：多普勒测深仪虽然利用多普勒效应，但其测量深度仍依赖于声速。海水声速受温度、盐度、压力（深度）的影响而变化，如果声速测量不准确或变化未修正，会影响测深精度。四、简答题1.海洋声学探测中，声波衰减的主要影响因素包括：*介质吸收：声波在介质中传播时，一部分能量转化为热能或其他形式的能量，导致声强衰减，这与频率有关（通常频率越高，吸收越大）。*散射：声波遇到介质中不均匀体（如气泡、悬浮颗粒、生物等）时，会向各个方向散射，导致主声束能量损失。*多径效应：声波在海底、海面之间多次反射和折射，形成多条传播路径，部分能量被分散到非期望方向，造成信号衰减和失真。*空化效应：在特定条件下（如靠近气泡），声波压力可能导致液体空化，消耗声能。2.主动声呐系统的主要组成部分及其功能：*声源（发射换能器）：将电能转换为声能，向水中发射声波脉冲。功能是产生探测信号。*换能器阵（接收换能器）：接收从目标或环境反射回来的声波信号，将其转换为电信号。功能是接收回波信号。*信号处理单元：对接收到的微弱电信号进行放大、滤波、相关处理等，提取有用信息。功能是处理和增强信号。*控制和显示单元：控制声呐系统的工作，并将处理后的数据以图像、数据等形式显示出来。功能是操作、显示和记录。3.海洋地震勘探中，共中心点（CSP）道集叠加的原理：检波器通常按共中心点（CSP）的形式布设，即多个检波器围绕一个假设的地下反射界面中心（共中心点）排列。对于来自同一反射界面的反射波，无论它从哪个检波器接收，到达共中心点的时间都是相同的（忽略静校正）。将这些来自同一共中心点的道（即具有相同偏移距的道）记录在一起，形成共中心点道集。然后，对每个共中心点道集内的道进行叠加。由于来自同一界面的反射波在时间上是一致的，叠加可以增强有效反射信号的能量，压制随机噪声和无关信号，从而提高信号品质，并有助于识别和追踪地下反射界面。4.侧扫声呐和浅地层剖面仪在探测目的和成像原理上的主要区别：*探测目的：侧扫声呐主要用于绘制大范围、高分辨率的海底地形地貌图，显示海床的详细形态、底质类型、覆盖物等信息；浅地层剖面仪主要用于探测海底浅层（几米到几十米）的地质结构，如基桩、管道、埋藏物、沉积层厚度、断层、天然气水合物等。*成像原理：侧扫声呐通过发射扇形声束，接收来自海底反射的回波强度，根据回波强度和声束位置绘制出像照片一样的海底声学图像，反映海床表面的细节；浅地层剖面仪通过向海底发射线性声束（通常较宽），接收来自海底浅层界面的回波（主要是底界面反射波），根据回波到达时间、强度等信息，绘制出反映浅层地质结构垂直剖面的声学图像。五、计算题1.总传播距离=(1480m/s*3.8s)/2=2812m解析：声波往返总时间是3.8秒，因此单程时间是3.8s/2=1.9s。总传播距离=声速*单程时间。2.海底深度=2812m/2=1406m解析：海底深度等于声波从船底到海底的单程传播距离。六、论述题（此题需要展开论述，以下为要点提示，非完整答案）论述应包含以下方面：*概述：海洋声学技术是油气勘探的重要手段，主要通过主动声学方法（如空气枪震源配合水听器或声纳）探测海底以下的地质结构。*主要方法：重点介绍海洋地震勘探，特别是高分辨率地震方法在油气勘探中的应用。可能涉及浅地层剖面仪用于基桩和浅层构造调查。*数据采集：阐述采集过程中的关键环节，如震源选择（能量、频率）、检波器布设（道距、偏移距）、记录系统（道数、采样率）、以及需要考虑的环境因素（噪声、声速剖面）。*数