2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫——水聲學(xué)在海洋資源勘探中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)。）1.在海洋環(huán)境中，聲波傳播速度主要受下列哪個(gè)因素影響最大？(A)水深(B)水的鹽度(C)水的溫度(D)海洋生物密度2.對于頻率為10kHz的聲波，在表層溫躍層上方、溫度較高的海水中傳播，其聲速大致范圍是？(A)1450m/s(B)1500m/s(C)1550m/s(D)1600m/s3.在海洋地震勘探中，接收到的反射波信號強(qiáng)度，除了與聲源能量、傳播距離、介質(zhì)特性有關(guān)外，還顯著依賴于？(A)水的粘滯性(B)地震子波形狀(C)接收換能器的靈敏度(D)接收信號的噪聲水平4.空氣槍作為聲源，其主要優(yōu)點(diǎn)是？(A)頻率范圍極寬(B)在淺水區(qū)域效率高，能量集中(C)對海床的擾動小(D)結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化5.下列哪種水聲換能器類型最適合用于發(fā)射低頻、強(qiáng)能量的聲波進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測？(A)壓電陶瓷換能器(B)氣泡換能器（如空氣槍）(C)水聽器（壓電式）(D)振動式換能器6.在水聲信號處理中，匹配濾波器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是？(A)最大程度地抑制噪聲(B)最小化系統(tǒng)的傳輸損耗(C)在給定信噪比下，最大化輸出信噪比(D)使信號通過系統(tǒng)時(shí)延遲最小7.淺地層剖面（SHP）技術(shù)主要用于探測？(A)海底地形地貌和表層沉積物結(jié)構(gòu)(B)深海海底以下的基巖頂面和基巖結(jié)構(gòu)(C)水下熱液活動區(qū)域(D)深海生物的分布和活動8.側(cè)掃聲吶（SS）成像是通過記錄？(A)地下反射界面的反射波時(shí)間(B)聲波從發(fā)射到接收的往返時(shí)間(C)聲波在海水中散射的能量強(qiáng)度分布(D)海底電性參數(shù)9.海洋地震勘探中的偏移成像技術(shù)，其基本目的是？(A)提高地震數(shù)據(jù)的信噪比(B)將共中心點(diǎn)道集轉(zhuǎn)換成共深度點(diǎn)道集(C)將散射波能量聚焦到真正的反射界面上(D)計(jì)算地下介質(zhì)的聲阻抗10.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不用于常規(guī)的海洋石油資源勘探？(A)中深層地震勘探(B)淺地層剖面（SHP）(C)多波束測深(D)高分辨率側(cè)掃聲吶（用于精細(xì)儲層描述）二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上。）1.聲波在海洋介質(zhì)中傳播時(shí)，主要能量損失機(jī)制包括__________和__________。2.水聽器陣列通過__________技術(shù)可以形成特定方向性的波束，增強(qiáng)目標(biāo)探測能力。3.海洋地震勘探中，通常利用人工震源激發(fā)聲波，并通過__________接收反射信號。4.淺地層剖面（SHP）記錄的信號主要是__________在地層界面上的反射回波。5.側(cè)掃聲吶通過向海底發(fā)射聲波，并接收__________來形成海底地貌的圖像。6.聲源在海洋中布放方式（如垂直、水平、拖曳）會影響聲場分布和__________。7.進(jìn)行海洋地震資料解釋時(shí)，需要結(jié)合地質(zhì)知識和__________信息，推斷地下結(jié)構(gòu)。8.水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要克服主要的障礙是__________和__________。9.水聲成像分辨率受到__________、__________和__________等多種因素的限制。10.水聲學(xué)在海洋資源勘探中的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，除了油氣勘探，還包括__________和__________等。三、簡答題（每題5分，共15分。請簡要回答下列問題。）1.簡述聲波在海水介質(zhì)中傳播時(shí)，吸收損耗的主要影響因素。2.簡要說明海洋地震勘探數(shù)據(jù)采集過程中，如何通過調(diào)整震源和接收器的參數(shù)來獲取高質(zhì)量的反射信號。3.簡述側(cè)掃聲吶圖像與淺地層剖面圖像在反映海底信息方面的主要區(qū)別。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請列出必要的公式和計(jì)算步驟。）1.假設(shè)聲波從海面以入射角30°入射到水深2000m的海底，然后反射回海面。已知聲速隨深度呈線性變化，從海面的1500m/s線性增加到海底的1550m/s。請估算聲波從海面到海底再返回海面的總時(shí)延（忽略海面和海底的多次反射）。2.一個(gè)由4個(gè)水聽器組成的線性陣列，間距為d=1m，工作頻率為f=1000Hz。假設(shè)在陣列正前方遠(yuǎn)處有一個(gè)點(diǎn)源，求該陣列在距離陣列中心2m處，沿陣列軸線方向（0°方向）的波束方向性因子的近似值。（可使用簡化的相干模型）五、論述題（15分。請結(jié)合具體應(yīng)用場景，論述水聲技術(shù)在海洋礦產(chǎn)資源勘探中的重要作用及其面臨的主要挑戰(zhàn)。）試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(B)4.(B)5.(B)6.(C)7.(B)8.(C)9.(C)10.(D)二、填空題1.吸收損耗2.波束形成（或相控陣波束steerig）3.水聽器（或海底電纜水下檢波器陣列）4.聲波（或聲脈沖）5.散射回波（或聲能反射）6.勘探效果（或信號質(zhì)量）7.地質(zhì)模型（或巖性參數(shù)）8.多徑效應(yīng)（或噪聲干擾）9.聲源頻率換能器孔徑海水聲學(xué)特性（或吸收、散射）10.礦產(chǎn)資源勘探（或海底地形測繪海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查）三、簡答題1.解析思路：吸收損耗與聲波頻率、海水溫度、鹽度、深度（即聲速剖面）密切相關(guān)。頻率越高，吸收越強(qiáng)。海水溫度升高，吸收增加。鹽度增加，吸收略有增加。聲速隨深度變化（如溫鹽躍層）會導(dǎo)致聲波路徑復(fù)雜化，增加能量損失。2.解析思路：獲取高質(zhì)量反射信號需考慮：選擇合適的震源類型和能量以穿透目標(biāo)層；優(yōu)化震源參數(shù)（如子波頻率、脈寬）；合理布置震源和接收器（如道間距、偏移距）以獲得良好覆蓋和信噪比；使用高性能水聽器并合理部署接收陣列；選擇合適的記錄參數(shù)（如采樣率）。3.解析思路：側(cè)掃聲吶提供的是海底表面的二維圖像，反映的是地表的形態(tài)特征（如礁石、沉船、海溝等）；而淺地層剖面探測的是從海床到一定深度的地層結(jié)構(gòu)，反映的是地下的地質(zhì)層序和界面的信息（如基巖面、沉積層厚度、斷層等）。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算總時(shí)延需分段計(jì)算。首先計(jì)算聲波從海面到海底的時(shí)延，此時(shí)聲速為1500m/s。路徑長度為斜邊，根據(jù)入射角和深度可計(jì)算。然后計(jì)算從海底到海面的時(shí)延，此時(shí)聲速為1550m/s，路徑長度與前者相同?？倳r(shí)延為兩段時(shí)間之和。由于聲速隨深度變化，更精確的計(jì)算需積分，但題目要求估算，可用平均聲速或分段處理。*粗略估算：平均聲速約(1500+1550)/2=1525m/s。路徑長度L≈水深/cos(入射角)=2000/cos(30°)≈2309m?？倳r(shí)延T≈2*L/平均聲速=2*2309/1525≈3.03s。*更精確估算（忽略速度變化）：t1=2*水深/聲速=2*2000/1500≈2.67s?？倳r(shí)延≈2.67s。*（答案為估算值，實(shí)際計(jì)算需考慮聲速剖面）2.解析思路：使用線性陣列的遠(yuǎn)場波束方向性因子公式。對于相干點(diǎn)源，遠(yuǎn)場波束方向性因子Ud(θ)=[sin(Nπdsinθ)/sin(πdsinθ)]2，其中N為單元數(shù)，d為單元間距，θ為觀察方向與陣列軸線夾角。代入N=4,d=1m,θ=0°(sinθ=0)。*Ud(0°)=[sin(4π*1*sin(0°))/sin(π*1*sin(0°))]2=[sin(0)/sin(0)]2。這里直接代入sin(0)=0會導(dǎo)致除以零。按公式推導(dǎo)，當(dāng)θ=0°時(shí)，分子分母均為零，需用洛必達(dá)法則或泰勒展開，結(jié)果趨于一個(gè)與頻率相關(guān)的值。對于簡化模型，可近似認(rèn)為Ud(0°)≈N2=42=16。但更準(zhǔn)確的簡化模型是基于相位差，當(dāng)θ=0°時(shí)，各單元信號同相疊加，方向性因子最大，對于N單元均勻線性陣列，最大值通常為N2（對于特定頻率和d）。這里頻率f=1000Hz，波長λ=c/f，c≈1500m/s,λ≈1.5m,d/λ≈1/1.5=2/3，此時(shí)陣列表現(xiàn)良好。最大值約為N2=16?？紤]到是近似值，取16是合理的。*（答案為16，基于簡化模型和近似計(jì)算）五、論述題解析思路：此題要求結(jié)合應(yīng)用場景，論述水聲技術(shù)的作用和挑戰(zhàn)。作用方面需列舉水聲技術(shù)如何服務(wù)于礦產(chǎn)資源勘探，如利用地