海底沉积物柱状样声学特性轴向分层测量系统与方法，包括取样管、声波测量单元和测距单元，取样管两端分别配有推样机构和盖样机构；推样机构包括推样板、发射换能器和推样杆；盖样机构包括固定于取样管一端的盖样板、安装在盖样板上的接收换能器；测距单元用来测量推样板与盖样板之间的距离；声波测量单元分别连接发射换能器和接收换能器。所述方法包括根据样品流动性选择竖直或水平放置，推动推样杆使样品向另一端移动，将盖样机构覆盖于另一端，发射声波信号并接收声波信号，取下一定长度样品，测量剩余长度样品，不断测量样品的声速和声衰减系数。本发明具有良好的耦合性；将样品扰动对声波传播的影响减到最小，能够得到轴向的分层变化特征。