海底地形对T相激发与传播的影响研究

As a very low frequency energy form, which is excited by the hypocenter in elastic seafloor and is long-distinctly propagated by virtue of the favorable underwater acoustic waveguide, T-phase can be effectively used for the remote monitor for the sea quake. In the excitation and the propagation of T-phase, the complicated submarine topography is a favorable factor and a restricted condition. Nevertheless, the submarine topography acoustic effect could not be taken a full consideration and this result to a distinction on theoretical and actual measurement results. Therefore, after the thorough consideration of the submarine topography effect, we attempt to build a T-phase model by the method of operator splitting and the self-start theory of hypocenter under seafloor. Meanwhile, combined with the general ray theory and the very low-frequency underwater acoustic experimental data, the submarine topography effect on the excitation and the propagation of T-phase is researched and the diffraction effect is explored by the T-phase model from the aspect of ocean waveguide. The conclusion obtained will provide a theoretical support and an important evidence for the marine disaster based on the T-phase.

T相作为由海底震源激发且依据良好的海洋水声信道进行远距离传输的甚低频能量形式，可有效用于海底地震等活动远距离监测。对于T相的激发与传播中，复杂的海底地形环境既是有利的促进因素，也是限制条件，其在T相的研究中，特别是传播方面，往往考虑有限，从而导致理论计算和实测结果存在明显差异。因此，本课题在充分考虑复杂海底地形情况下，依据分裂-步进方法和海底震源的自初始场理论，建立T相传播预报模型。同时，结合广义射线等理论与水下甚低频声传播实验数据，从海洋波导的角度，分析海底地形等因素对T相激发与传播的影响，探索甚低频声能量的衍射等效应，并从而为海洋T相研究提供理论支撑，以及为基于T相的海洋灾害预警提供依据。

T相作为由海底震源激发且依据良好海洋水声信道进行远距离传输的甚低频能量形式，可有效用于海底地震等海洋灾害的远距离监测。作为基于T相信号形式的海底监测技术研究的基础，T相激发与传播特性研究严重不足，尚缺少有效的T相传播预报模型。基于此，课题开展了海底地形环境对T相激发与传播的影响研究。课题通过基于抛物方程方法建立水平非均匀环境下的T相传播预报模型，将水中声源扩展至海底震源情况，克服了多层弹性洋壳介质模拟与弹性源初始场的表征。同时，项目通过所建立的T相传播预报模型和三维声场传播理论，并结合大洋超远程低频声传播试验和南海岛礁海域低频声传播试验，探索了海底地形对T相远程传播的影响。理论研究与海上试验分析表明，震中附近的非均匀海底地形是T相能量激发的主要来源。震中处较大的海底山地形可导致具有明显深海传播特性的T相信号出现，即形成声影区与声会聚区情况。多层的洋壳与接近海底声速的横波波速值，有利于海底爆炸或海底地震的能量向水体泄露。作为T相信号主要频率成分，其甚低频声场受海底地形影响严重。深海海底山等复杂地形对以近海面反转-近海底反转为传播路径的T相中影响程度要大于常规水中声源情况，导致基于国际水声台站阵列目标方位估计出现较为明显的误差。除了较大限制能力外，T相中的低频/甚低频声场成份在海底山与岛礁地形下具备明显的水平衍射现象产生，使得无理论直达路径接收设备仍有信号到达。所建立的传播模型、模拟方法与试验结果分析，有效填补了长期水声-地震波耦合传播理论的研究不足，解决了水声传播模拟中海底弹性震源问题的困扰，为基于T相的海底地震等监测提供依据，其可广泛地应用于全球海底地震等自然灾害活动监测中，也为我国基于海洋水声设备或岸基地震设备建立水下事件监测台站提供基础和技术支撑。

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