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海底介质是一种特殊的孔隙介质，其骨架胶结性差、孔隙度高，被水饱和的介质近似呈乳状液体，声波在这种介质中传播时会发生很大耗散。海底介质声学特性与其物理性质密切相关，因此，可以利用声波速度和幅度研究海底介质的物理性质。本文从孔隙射流机制、骨架弛豫机制以及骨架耗散机制讨论了海底介质的声波传播特征，并开展了水-孔隙海底分层介质的声场数值模拟，以及小尺度海底声学系统变温变压实验。本文的主要研究内容和成果如下：
第一，本文基于BISQ模型和粘弹性BISQ模型，讨论了粘滞系数、渗透率、喷射流长度和粘弹性参数对海底介质声波速度和衰减的影响，并通过实例计算验证了粘弹性BISQ模型预测的声波速度和衰减的准确性。同时，本文进行了杭州湾沉积物介质粘弹性BISQ模型物理参数的反演。
第二，本文基于Biot-Stoll模型和非饱和Biot-Stoll模型，讨论了骨架耗散系数和含气饱和度对海底介质声波速度和衰减的影响，并把杭州湾沉积物介质声波速度和衰减理论结果与实验测量结果进行了对比。结果表明，孔隙流体粘滞耗散和骨架耗散共同影响声波传播速度和衰减，非饱和Biot-Stoll模型预测的声波速度与实验测量结果一致。
第三，本文把有限差分法和伪谱法进行了混合使用，用于解决纵向不均匀，而横向相对均匀的弹性介质的弹性波模拟问题。在保证相同的计算精度情况下，混合法在运行速度和内存开销方面比有限差分法具有显著优势。利用混合方法数值模拟了水-孔隙海底层状介质的声场传播。
最后，本文利用实验室模拟海底温度和压力环境的实验装置——小尺度海底声学测量装置，开展了杭州湾沉积物介质纵波速度实验测量，考察了温度和压力对声波响应的影响。实验测量结果表明，在温度为5～23℃，压力为1～15MPa范围内，声波速度随着温度的升高或者压力的升高呈增大趋势。