[发明专利]一种改进的气枪阵列声波传输建模方法

说明书

本发明公开了一种改进的气枪阵列声波传输建模方法，考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，将改进的声传输模型与精确的范德瓦尔斯气枪子波模型在频率域中结合并进行傅里叶逆变换，对所有气枪进行声压叠加以实现气枪阵列声压传输建模，利用零‑峰值声压级和声暴露级定量评价气枪阵列有限持续时间和时变振幅声压信号。本发明不仅考虑了气枪阵列模型方向性的影响，还考虑了海洋环境影响因素对声传输的影响以及不同气枪容量和不同位置气枪脉冲的相移差对气枪阵列声传输方向性的影响，构建了准确的气枪阵列声传输模型，对研究不同接收深度、传输距离以及不同方位角接收的气枪阵列声压、量化评价以及对海洋生物的潜在影响具有重要意义。

技术领域

本发明属于气枪阵列声波传输模型研究领域，具体涉及一种考虑海洋环境因素和气枪阵列方向性的气枪阵列声波传输建模方法。

背景技术

海洋陆架油气、鱼类资源丰富，气枪阵列具有能量强、重复性高等优势，是海洋资源地震勘探中最广泛使用的震源。气枪震源通常是由几个至几十个气枪组成的水平或立体阵列，旨在形成主要向下传输的宽频带气枪子波用于海底构造的高分辨率成像，相当一部分能量以偏离垂直角度传输到周围环境中，这部分能量会对海洋鱼类、哺乳动物等产生不利影响。

单个气枪是无方向性的点震源，而由多个气枪组成的气枪阵列具有较强的方向性，声场在垂直和水平方向上发生变化，气枪阵列声传输建模具有挑战性。气枪阵列声学模型的构建不考虑阵列的水平声传输，阵列方向性是由多个气枪激发产生气泡相互作用、不同的气枪容量以及不同位置气枪脉冲的相移差异引起的，当考虑阵列水平声传输时，除了考虑海洋环境影响因素(海水、海底介质属性、海水声速剖面)对声传输的影响，还需要考虑不同气枪容量以及不同位置气枪脉冲的相移差对声传输方向性的影响，这在已有模型中被忽略，会造成不同方向声传输模拟误差。

因此构建准确的气枪阵列声传输模型对研究不同接收深度、传输距离以及不同方位角接收的气枪阵列声压、量化评价以及对海洋生物的潜在影响具有重要意义。

发明内容

本发明为解决现有模型中未考虑不同气枪容量以及不同位置气枪脉冲的相移差对声传输方向性影响的缺陷，提出一种改进的气枪阵列声波传输建模方法，结合范德瓦尔斯气枪阵列子波模型和改进的声传输模型，综合考虑了气枪阵列声学模型中方向性的因素、海洋环境因素、气枪阵列对声传输方向性的影响，对不同接收深度、传输距离以及不同方位角接收的气枪阵列声压进行模拟并定量评价。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种改进的气枪阵列声波传输建模方法，包括如下步骤：

步骤A、构建精确的范德瓦尔斯气枪阵列子波模型：

步骤A1、设计气枪阵列，气枪阵列参数包括每个气枪的位置坐标、容量、工作压力以及气枪阵列的沉放深度；

步骤A2、设置采样间隔，基于范德瓦尔斯气枪子波模型模拟单枪1m处的近场子波信号；

步骤A3、基于傅里叶变换移位定理在频率域模拟气枪在不同方位角传输方向的频谱：

步骤B、构建声传输模型：

步骤B1、合理近似地声参数，地声参数包括海水层和海底不同地层的厚度、纵波速度、横波速度、密度、纵波衰减系数、横波衰减系数；

步骤B2、构建模拟海域的短程地声模型和长程地声模型；

步骤B3、考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对声传输方向性的影响，改进与传输距离无关的声传输模型和与传输距离有关的声传输模型；

步骤C、结合气枪模型和声传输模型：

步骤C1、考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，将改进的声传输模型与气枪模型在频率域中结合并进行傅里叶逆变换，计算得到气枪阵列声波在不同传输距离、方位以及不同接收深度的声压波形；