通过声学探测获知海底沉积物的物理性质,对沉积物的类型做出识别、反演,在海底声学遥测、海洋工程、海底资源探测、国防军事等领域至关重要。对海底沉积声学的研究,原位声学探测是最主要的研究手段之一,国内海底原位声学探测系统研究发展较快,目前测量水深、探测频率范围等各方面性能基本达到国外研究水平,但尚缺乏海底原位剪切波探测功能。基于此,论文提出研究具备压缩波和剪切波探测双功能的压载式海底沉积物声学原位测量系统,并针对其关键技术展开研究,主要研究内容如下:1.设计系统声学测量模块。分析海底原位声学测量阵列的原理,结合换能器收发间距设计准则,设计剪切波测量系统的声衰减阵列,两个剪切波接收换能器到发射换能器之间的距离分别为200mm、400mm;对剪切波换能器的结构进行设计,针对剪切波换能器经过系统机械结构传播干扰问题设计了隔振结构;从理论上对压缩波测量系统的声衰减阵列做了原理阐述。2.开展声学测量探杆的贯入阻力分析和强度校核。应用静压桩贯入分析方法,以压缩波测量探杆为例研究声学测量探杆的贯入机理,基于有限元分析软件ABAQUS分析压缩波测量探杆的贯入阻力,提出通过扩大杆头的设计对探杆的贯入阻力进行优化,把杆径为60mm的压缩波测量探杆端头分别扩大为65mm、70mm、75mm进行对比分析,仿真结果表明,扩大端头杆的最大贯入阻力都优于普通杆（端头未做扩大处理的压缩波测量探杆）,端头直径扩大为70mm的杆阻力性能最优,贯入过程中最大阻力较普通杆减小了30.83%;基于压杆稳定理论分析探杆的强度和刚度条件,对剪切波测量探杆的薄弱环节进行强度校核,验证了其可靠性。3.开展剪切波声发射采集系统性能测试。研究声学发射采集系统性能评价和测试的方法,从系统的底噪强度、信号采集通道的一致性、电压响应以及信号采集通道增益放大的准确性和一致性等方面进行了测试,测试结果表明,系统的底噪强度为波形信号的1.75%;信号采集通道一致性良好;电压响应具有良好的线性关系;两道信号采集通道实际响应增益值与设计值之间误差在2.5%以内,两道信号采集通道之间实际增益值相对误差小于0.1%。4.开展剪切波换能器测试、标定。接收换能器的一致性是差距测量法的前提,应用单因素实验法原理,对剪切波接收换能器的一致性进行测试、标定。测试结果表明,SR2（2号剪切波换能器）的零声时比SR1大1.98us,幅值比SR1大6%左右,据此对剪切波测量系统进行了校正。5.开展剪切波测量模块海滩实验。设计剪切波沙滩测试架,在青岛雕塑园海滩完成了剪切波测量模块的海滩实验,实验表明原位系统剪切波换能器能够在400～3000Hz进行良好的声学测试,最佳的测试频率范围在600～1500Hz之间;测得海滩砂质沉积物的剪切波波速主要在80～90m/s之间,与实验室GDS弯曲元实验系统测得的剪切波波速相一致,验证了剪切波测量模块测得的声速准确可靠。测得的声衰减系数在50～200d B之间,整体呈现随频率增大的趋势。