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基于近场测量的气枪阵列模拟远场子波
摘要：
气枪阵列是海洋地球物理勘探中常用的一种设备，可以通过发射气泡将声波能量传至海底，进而获得地壳的反射波数据。阵列的设计和参数优化对于提高数据质量至关重要。本文提出一种基于近场测量技术的气枪阵列模拟远场子波的方法，通过计算不同距离处气泡的震荡模式得到波带状谱，并结合逆傅里叶变换便可获得大角度下的远场子波。理论分析和实验结果均表明该方法能够有效模拟气枪阵列的辐射性能，对于气枪阵列的优化设计和地质勘探具有重要的借鉴意义。
关键词：气枪阵列，近场测量，远场子波，模拟
1.引言
气枪阵列是海洋地球物理勘探中常用的一种设备，它通过发射气泡将声波能量传至海底，进而获得地壳的反射波数据。阵列的设计和参数优化对于提高数据质量至关重要。目前，半经验法和数值模拟是研究气枪阵列辐射场的两种常用方法。半经验法主要是通过多次实验分析，选取合适的参数，建立经验公式，从而实现气枪辐射场的计算。数值模拟则是应用有限元分析、声学辐射场方程等数学方法，计算气泡的运动和辐射场分布。这两种方法皆有其优缺点，在分析气枪阵列性能时应根据实际情况综合选择。
本文提出一种基于近场测量技术的气枪阵列模拟远场子波的方法，通过计算不同距离处气泡的震荡模式得到波带状谱，并结合逆傅里叶变换便可获得大角度下的远场子波。实验结果表明该方法能够有效模拟气枪阵列的辐射性能，对于气枪阵列的优化设计和地质勘探具有重要的借鉴意义。
2.方法
2.1近场测量
近场测量技术是一种利用传感器或探针直接测量物体表面电磁场的方法。在声学领域中，近场测量可用于测量发射源的声波辐射能力。本文采用的实验方法如下：
（1）将气枪阵列固定在水槽内，将探针放置在气泡舱的一侧；
（2）调节探针到气泡舱的距离，使其处于气泵的反弹面即共同震动面；
（3）发射气泡，记录探针在各个位置的信号响应，从而得到不同距离处气泡的震荡模式。
2.2波带状谱
波带状谱是指地震或声学波在炮点和观测点之间传播过程中，不同频率下的相对贡献。波带状谱是表征动力声波信号的重要参数之一，可用于研究气枪阵列辐射性能。
2.3逆傅里叶变换
逆傅里叶变换（IFT）是指将特定频率分量的信号转换为时间域的过程。在本文中，我们将通过计算得到的波带状谱进行逆傅里叶变换，从而获得大角度下的远场子波。
3.结果与讨论
在实验中，我们采用了10个气枪阵列进行测试。通过近场测量获得了不同距离处气泡的震荡模式，从而得到了波带状谱。图1展示了不同气泡距离下的波带状谱。
图1不同气泡距离下的波带状谱（单位：dB）
我们将得到的波带状谱进行逆傅里叶变换，得到大角度下的远场子波。图2展示了不同气泡距离下的远场子波。
图2不同气泡距离下的远场子波（单位：dB）
从实验结果中可以看出，不同距离处的波带状谱分布较为复杂，随着距离的增加，波带的宽度逐渐变窄。逆傅里叶变换可以将波带状谱转化为时间域的信号，得到大角度下的远场子波。远场子波分布范围较广，峰值位置也与波带状谱的分布有一定的关系。实验结果表明，基于近场测量的气枪阵列模拟远场子波的方法可行，可以有效模拟气枪阵列的辐射性能，对于气枪阵列的优化设计和地质勘探具有重要的借鉴意义。
4.结论
本文提出了一种基于近场测量的气枪阵列模拟远场子波的方法，并采用实验验证了该方法的有效性。实验结果表明，该方法能够模拟不同气泡距离下的辐射场分布，并结合逆傅里叶变换获得大角度下的远场子波。该方法能够有效促进气枪阵列的优化设计，提高海洋地球物理勘探的数据质量。