一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法技术

本发明专利技术涉及海底地形反演技术领域，公开一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法，利用短波重力异常与海深间近似线性关系，以外部检核差值统计结果为参考，通过不断调整整个区域海水与地壳的密度差，致使海深与短波重力异常达到平衡，进而获得整个不规则形状海域最佳密度差常数；然后基于短波重力异常与海深间函数关系，反演得到海陆交界区不规则形状海域海底地形。本发明专利技术对于发挥重力数据在海陆交界区海底地形资料获取，以及全球海底地形模型精准构建方面优势大有裨益。型精准构建方面优势大有裨益。型精准构建方面优势大有裨益。

【技术实现步骤摘要】
一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法


[0001]本专利技术涉及海底地形反演
，尤其涉及一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法。

技术介绍

[0002]目前，重力反演海底地形业已成为全球海底地形模型构建的主要手段，国内外发布的全球海底地形数据资料，其中绝大部分海域海底地形数据均依赖重力数据恢复得到，如STO_IEU2020、BAT_WHU2020、Sandwell系列模型、GEOCO系列模型等。应用重力反演海底地形方法研究主要集中在全海洋覆盖空间的规则矩形海域海底地形恢复，鲜有涉及海陆交界不规则海域海底地形恢复研究。原因可能是，1)导纳函数方法和SA(Simulated Annealing)方法一般在频率域处理重力数据和地形数据，涉及傅里叶正反变换操作，从而通常应用于规则矩形海域海底地形反演，对待海陆交界区不规则海域海底地形恢复效果不佳；2)海底地形反演方法实施过程中一般涉及数据格网化过程，而海陆交界区海洋区域数据格网化结果势必受陆地区域数据干扰，导致采用常规海底地形反演方法恢复陆海交界区海洋部分地形数据鲁棒性较弱。然而，一方面海陆交界区海底地形作为全球海底地形重要组成部分，是自主建立全球海底地形模型不可回避的重要内容；另一方面随着邻海区域多源重力数据不断累积丰富和数据处理技术不断进步，海陆交界区海洋部分相关可用数据质量将得到极大提升，可预见临海区域海洋地形相关数据的开发与利用势在必行。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对重力反演海陆交界不规则形状海域海底地形算法实施困难和鲁棒性较弱等缺点，基于海底地形数据与重力数据间近似线性关系，提出一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法，对于发挥重力数据在海陆交界区海底地形资料获取，以及全球海底地形模型精准构建方面优势大有裨益。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法，包括：
[0006]步骤1：将声学水深测量数据按比例分为两类，一类为水深离散控制点d
k
，用于参与海底地形模型构建；另一类为水深离散检核点d
j
，用于评估海底地形模型质量以获取最佳密度参数；
[0007]步骤2：设置密度差异常数初值
△
ρ0，基于d
k
、
△
ρ0及参考水深求解离散控制点处短波重力异常
[0008]步骤3：基于海面重力异常数据及计算离散控制点处长波重力异常
[0009]步骤4：将格网化获得目标区域格网化长波重力异常
[0010]步骤5：基于获得海陆交界区海洋部分网格长波重力异常
[0011]步骤6：基于海陆交界区海面重力异常数据及获取海陆交界区海洋部分网格
短波重力异常
[0012]步骤7：利用反演得到海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果d
gwo
，即海陆交界区海底地形模型；
[0013]步骤8：基于d
j
、采用均方根评估得到的海陆交界区海底地形模型精度；
[0014]步骤9：在设置的密度差异常数初值基础上调整密度差异，重复步骤2至步骤9，直至得到的海陆交界区海洋部分网格化海底地形模型精度最高为止；
[0015]步骤10：将海底地形模型检核均方根最小对应的密度差参量作为最佳密度差常数，基于步骤7相同方式得到对应的海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果；
[0016]步骤11：使用最邻近内插方法将步骤10得到的海底地形结果中数值大于零的数替换，得到最终海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果。
[0017]进一步地，所述步骤2包括：
[0018]利用式(1)获得离散控制点处短波重力异常：
[0019][0020]式中，为控制点短波重力异常；G为万有引力常数；Δρ为研究点地壳密度和海水密度之差；d
k
是控制点处水深；d是参考水深。
[0021]进一步地，所述步骤3包括：
[0022]步骤3.1：将海面重力异常
△
g内插到离散控制点处获得控制点处重力异常
△
g
k
，其插值公式为
[0023][0024]式中
[0025][0026]式中，(x0,y0)表示离散控制点位置；x1、x2、y1和y2表示重力异常模型值点位置；
[0027]步骤3.2：利用和
△
g
k
，按照下式计算离散控制点处长波重力异常
[0028][0029]其中，为控制点长波重力异常。
[0030]进一步地，所述步骤6包括：
[0031]步骤6.1：使用步骤3.1中描述的内插方法将海陆交界区海面重力异常数据内插得到海陆交界区海洋部分网格重力异常
△
g
gwo
；
[0032]步骤6.2：将
△
g
gwo
与作差得到海陆交界区海洋部分网格短波重力异常
[0033]进一步地，所述步骤7包括：
[0034]按照下式反演得到海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果d
gwo
[0035][0036]其中，G为万有引力常数；d是参考水深。
[0037]进一步地，所述步骤8中，按照下式评估得到的海陆交界区海底地形模型精度：
[0038][0039]式中，d
′
i
表示第i个检核点处海底地形模型插值；表示第i个检核点海深值。
[0040]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0041]本专利技术提供了解决海陆交界区不规则形状海域海底地形建模策略。利用短波重力异常与海深间近似线性关系，以外部检核差值统计结果为参考，通过不断调整整个区域海水与地壳的密度差，致使海深与短波重力异常达到平衡，进而获得整个不规则形状海域最佳密度差常数；然后基于短波重力异常与海深间函数关系，反演得到海陆交界区不规则形状海域海底地形。
[0042]本专利技术具有较强的鲁棒性，且最终反演得到的海陆交界区不规则形状海域海底地形相较于SCS_DTU18和SCS_ETOPO1精度分别提高了78％和71％左右。
附图说明
[0043]图1为本专利技术实施例一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法的基本流程图；
[0044]图2为本专利技术实施例船测水深点分布图；
[0045]图3为本专利技术实施例离散控制点处短波重力异常和长波重力异常分布图；
[0046]图4为本专利技术实施例海陆交界区海洋部分网格长波重力异常分布图；
[0047]图5为本专利技术实施例海陆交界区海洋部分重力异常和短波重力异常分布图；
[0048]图6为本专利技术实施例得到的最终海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果SCS_iGGM；
[0049]图7为DTU18海底地形模型和ETOPO1海底地形模型示例图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法，其特征在于，包括：步骤1：将声学水深测量数据按比例分为两类，一类为水深离散控制点d
k
，用于参与海底地形模型构建；另一类为水深离散检核点d
j
，用于评估海底地形模型质量以获取最佳密度参数；步骤2：设置密度差异常数初值
△
ρ0，基于d
k
、
△
ρ0及参考水深求解离散控制点处短波重力异常步骤3：基于海面重力异常数据及计算离散控制点处长波重力异常步骤4：将格网化获得目标区域格网化长波重力异常步骤5：基于获得海陆交界区海洋部分网格长波重力异常步骤6：基于海陆交界区海面重力异常数据及获取海陆交界区海洋部分网格短波重力异常步骤7：利用反演得到海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果d
gwo
，即海陆交界区海底地形模型；步骤8：基于d
j
、采用均方根评估得到的海陆交界区海底地形模型精度；步骤9：在设置的密度差异常数初值基础上调整密度差异，重复步骤2至步骤9，直至得到的海陆交界区海洋部分网格化海底地形模型精度最高为止；步骤10：将海底地形模型检核均方根最小对应的密度差参量作为最佳密度差常数，基于步骤7相同方式得到对应的海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果；步骤11：使用最邻近内插方法将步骤10得到的海底地形结果中数值大于零的数替换，得到最终海陆交界区海洋部分网格化海底地形结果。2.根据权利要求1所述的一种恢复海陆交界区海底地形的改进重力地质方法，其特征在于，所述步骤2包括：利用式(1)获得离散控制点处短波重力异常：式中，为控制点短波重力异常；G为万有引力常数；Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：范雕，李姗姗，赵东明，杜斌，胡兴猛，范昊鹏，冯进凯，单建晨，王傲明，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：