顾及海底地形坡度的南海海底地形分区GGM反演

利用重力地质法(Gravity-Geologic Method, GGM)反演海底地形时,海水与海底洋壳的密度差异常数是影响反演精度的一项关键参数.由于海底地形复杂程度的影响,不同区域密度差异常数存在差异.针对于此,本文以南海局部海域(113°E—119°E, 12°N—19°N)为实验区,依据区域内坡度及地形分布,将研究区域划分为6个子区域,分别求取每个子区域的最佳密度差异常数,以改善海底地形反演的精度.基于HY-2A测高数据获得的重力异常数据,反演了研究区域格网间隔1′×1′的SGGM海底地形模型.结果表明,将SGGM模型与检核点实测水深进行比较,其差值的标准差为101.46 m,相对精度为2.82%,优于GEBCO＿2021模型、V19.1模型对比实测水深差值的标准差(131.50 m、129.81 m)与相对精度(3.64%、3.59%).结合各子区域不同的坡度及船测点分布,统计各子区域相对精度为2%～4%,并分析得出反演较差结果集中分布在地形突变区域,而坡度平缓区域的标准差可达到42.20 m.此外,同未进行区域划分而采用一个密度差异常数反演的结果相比,反演精度提高了9.68...     

基于重力梯度的模拟退火法反演中国南海海底地形

模拟退火法是一种全局寻优算法,在地球物理反演中得到广泛应用.本文应用快速模拟退火法对中国南海海域的重力垂直梯度进行反演来获得中国南海高分辨率海底地形,首先推导出密度界面与重力垂直梯度的对应关系,然后利用理论模型试验证明快速模拟退火法能成功地根据重力垂直梯度来计算密度界面的变化,最后将其应用于由Geosat,ERS-1/2,T/P,Jason-1,EnviSat-1卫星测高数据计算得到的中国南海海域重力垂直梯度异常,反演得到的中国南海海底地形与LDEO船测海深相接近,两者之间差的最大值为0.24 km.     

单层/双层地壳物理参数对重力数据反演海底地形影响分析

针对利用海面重力数据构建海底地形模型质量受诸多地壳地球物理参数影响现状,以重力异常反演海底地形的频率域算法模型为基础,讨论了不同地球物理参数对单层/双层地壳仿真结构和不同均衡补偿模式下导纳函数各频段影响程度,推导给出了不同地球物理参数及其组合对海底地形反演结果影响的定量数学表达.仿真试验结果表明,单层地壳的密度变化导致单层导纳函数和双层导纳函数明显分离;双层地壳仿真结构中海山载荷密度对导纳函数影响显著且几乎为全频段影响;因此,建议应用解析法开展数值试验分析时,重点考虑海山载荷密度(双层地壳)或者地壳密度(单层地壳)变化.就当前海底地形反演精度而言,运用相关解析算法建立海底地形数值模型时,应重点关注有效弹性厚度、平均海深、海山和海水密度差异参数取值准确性,特别是顾及地壳均衡补偿恢复海底地形,岩石圈有效弹性厚度(通过有效弹性厚度可获取挠曲刚度)取值准确程度将较大程度影响最终海底地形模型效能高低.     

一种局部海域扰动重力数据反演海底地形的非线性序列相关方法

在不考虑地壳均衡条件下,从重力场基本理论出发推导了重力异常/扰动与海深信息之间的近似解析关系,其中扰动重力反演海底地形的模型较之重力异常更加简洁.通过对反演模型级数展开式的深入分析表明,在重力数据分辨率数值小于海深分辨率时并不明显收敛,因此在用重力数据反演高分辨率海底地形时应顾及展开级数的高阶项并采取相应处理方法.在大量统计分析基础上,构建了局部海域扰动重力数据反演高分辨率海底地形的非线性序列相关方法,该方法利用少量船测重力/水深测线数据获取非线性相关参数,而后利用卫星测高重力数据按非线性相关函数模型反演海底地形.试验分析表明,2次非线性相关函数反演效果表现较优,对于海底地形平缓海域,1°×1°区域内单条船载测线数据获得的相关参数即可达到2%相对精度.对于海底地形复杂海域,论文方法适用范围应该尽量缩小,30′×30′区域范围基于单条船载测线数据反演的相对精度可优于7%.从论文试验结果分析,海底地形与重力数据之间存在2次非线性相关函数特征,且这种特征在高分辨率情况下仍然适用,利用非线性函数模型并结合稀疏船载测量数据、密集卫星测高重力数据可为局部海域高分辨率海底地形反演提供一种可行的解算方...     

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据, 利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron, MLP)建立南海海域(108°E—121°E, 6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先, 将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据, 将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据, 训练MLP神经网络模型, 训练结束时决定系数R²为99%, 平均绝对误差MAE为39.33 m.然后, 将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中, 可得格网正中心点处的预测海深值.最后, 根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比, 其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时, 为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度, 本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得: MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度, 更能反应海底地形的变化趋势.

     

测高数据反演海底地形研究进展与展望

针对卫星测高技术发展研究现状,重点突出海洋重力场建模和海底地形反演技术,分析两者相关关系,介绍了国际上公开发布的两款海洋重力模型,阐述了国内相关技术发展现状;对测高数据反演海底地形的重力地质方法、S&S法、导纳函数法、垂直重力梯度异常的解析算法研究进展情况进行了梳理,给出了算法基本原理和数理基础.     

用脊回法反演重力异常的多层密度及其界面

将研究区域划分成具有固定宽度的矩形网格，以网格密度和厚度作为模型参数，在此基础上形成重力异常的反演目标函数，计算出对模型参数的偏导数矩阵，然后采用脊回归法对重力异常进行反演而同时得到密度及其界面。以此方法对理论模型进行了反演试验。     

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法. 为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值. 在此基础上,绘制了中国及邻区1deg;times;1deg;网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析, 其相关性系数为-0.993. 其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91. 相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800 m. 为了探讨地球曲率对该算法可能的影响, 还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因. 比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.      

起伏地形条件下流动重力数据处理方法研究

当前在我国大陆基于固定测点的流动重力重复测量是获取区域性重力场变化信号的主要观测手段.通过定期的重复测量,可以了解重力异常变化的空间特征,这些变化信息与区域构造变形和多种动力学过程密切相关.     

基于球冠域的月球重力地形校正方法

利用卫星重力测量资料研究地球、月球与火星等星体的内部构造时,需要进行重力地形校正,计算全球布格重力异常,而在球坐标中实现地形校正计算是一种有效的途径.本文提出球坐标系中的球冠域地形校正计算方法,给出了该方法涉及的球坐标系之间坐标转换方法和球冠域内地形模型重构方法,并进行理论验证．作者利用嫦娥一号激光测高数据对月球重力进行地形校正,获得了月球全球布格重力异常,并与球坐标系中Tesseroid 单元体地形校正方法对比,分析了球冠域地形校正方法的计算精度、空间分辨率及其优缺点．     

南海北部盆地基底岩性地震-重磁响应特征与识别

针对性选取东南沿海露头剖面18条,采集245件南海盆地基底可能出现的岩性样品,测定其密度和磁化率,建立各种岩性的密度-磁化率交会图版,以此约束过井地震剖面和重磁异常的地质解释,总结出南海北部盆地基底火山岩、侵入岩、变质岩和沉积岩4大类11亚类岩性的地震-重磁响应特征.应用重磁震-岩性解释模型逐一对南海盆地北部主干剖面进行地质-地球物理综合解释,从而实现了盆地基底岩性的平面填图.这种从盆缘剖面到盆地内部、从岩石物性测量到地质-地球物理综合解释的方法,在资料获取难度大、地质条件复杂的南海盆地基底地质研究中,业已证明是行之有效的,相信在其他盆地研究中也会有借鉴意义.     

西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术(MWAT),计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度(Te).首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当TeTe≥5 km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2 km,标准差为6.9 km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃~450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃~300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.     

南海北部琼东南盆地地层结构与地壳伸展特征

琼东南盆地发育于前新生代基底之上,作为南海被动大陆边缘一部分,记录了南海北部裂陷盆地结构及其演化.利用最新钻井、反射地震、重力等资料,分析新生代盖层和前新生代基底地壳结构,建立盆地地层结构模型,然后计算全盆地地壳伸展变化特征.结果表明:新生代地层序列的盆地充填由西向东逐渐减薄,古近纪、新近纪以及第四纪期间(45 Ma~现今)最后沉积中心呈现逐渐向西或西南迁移趋势.下地壳局部表现为地震速度偏高(厚度2~4 km,vP>7.0 km·s-1,水平延伸范围约为40~70 km).重震联合模拟显示这里存在密度偏高特征,推测存在可能与张裂晚期和扩张早期岩浆物质底侵或混合到伸展程度较低的大陆地壳有关.计算获得的前新生代基底地壳厚度由在弱展区域陆架区约25 km,在减薄最大区域中央坳陷为3 km.伸展系数(β)最高值大于6.0出现在中央坳陷,低值小于2.0在坳陷南北两侧,说明地壳在盆地中央拉伸比较剧烈.     

Morpho-tectonic study on late-stage spreading of the Eastern Subbasin of South China Sea

Three NE-trending linear structural zones with different strikes are present in the Eastern Subbasin of the South China Sea. They are distributed in the 350-km-wide central region of both sides of the Scarborough seamount chain, representing a morphological indication of the basement faulting. These three zones correspond respectively to three spreading episodes: the magnetic anomalies 6c -6a (24-21 Ma), 6a - 5e (21 - 19 Ma) and 5e - 5d (5c) (19 - 16 Ma). Instability, subsection and asymmetry characterize the seafloor spreading of the subbasin. The spreading directions change in a continuous way in each of the zones, but abrupt changes by 3°-5° occur when crossing the boundary between the zones, reflecting that the spreading direction has evolutionary characteristics of both gradual and sudden changes. NW-trending transform faults of the spreading become progressively densely distributed from the east to the west, cutting the NE-trending zones into several segments, between which the strikes of the NE-trending zones have marked changes. Such features indicate that the spreading axis is associated with subsection along the strike. Around 21 Ma (magnetic anomaly 6a), there was an important event of spreading acceleration, with the full rate rapidly increasing from 30.54 km/Ma to 42.88 km/Ma. This rate increment event corresponds to the sudden changes in the spreading characteristics of basement faulting, sedimentation, volcano activities, etc. The asymmetry of spreading over the eastern part of the Eastern Subbasin is generally larger than that over the western part, and the spreading rate is markedly larger on the southern side than on the northern side. As a result, the oceanic basin is wide in the east and narrow in the west, forming a significantly asymmetric pattern.     

南海前新生代残留盆地分布综合地球物理研究

为了对南海海域的前新生代残留盆地分布有个整体而全面的认识,本文开展了南海残留盆地宏观分布的综合地球物理研究.通过岩石物性分析,综合重、磁、震等地球物理方法,利用正演与反演方法,分区计算并求取了南海的重力基底和磁性基底埋深,得到了中生界及前中生界残余厚度,给出了整个南海前新生代残留盆地的宏观格架与残余厚度分布特征并讨论了前新生代油气前景.研究结果表明南海东北部的东沙隆起和潮汕坳陷、台西南盆地和北港隆起、南部的礼乐滩地区等应具有较好的前新生代油气资源潜力.     

中国东部海区编图及基本地学特征

随着我国海洋区域地质调查事业的发展,编制新的海区地质地球物理图件显得非常必要.中国东部海区1∶100万地质地球物理系列图包括空间重力异常图、布格重力异常图、磁力异常图、表层沉积物分布图和区域构造图.本研究通过利用数字化编图技术对新旧资料进行同化和标准化处理,获得了大范围、基于新资料的图件成果.此外,在编图成果的基础上,本文总结了我国东部海区的地球物理场分区特征,表层沉积物分布特征,并划分了区域构造单元.编图成果将进一步促进对我国东部海区地质构造特征的认识.     

Analysis of Gravity Changes before and after the Akto MS6.7 Earthquake in 2016

This paper analyzes the characteristics of time sequence changes of gravity points near the epicenter, different changes of measuring lines and gravity changes of measuring areas in point-line-area manner respectively with the 5-period mobile gravity data through densified observation by the South Xinjiang Observation Network after the 2015-2016 Akto earthquake in Xinjiang. The gravity observation results before the earthquake indicate that the Wuqia-Bulungkol area near the epicenter presented the trend of gravity value increasing since 2015, but the gravity value decreased half a year before the earthquake, and witnessed a high gradient zone of gravity changes during some periods before the earthquake. The gravity observation results after the earthquake show that there is a trend of opposite changes in gravity difference on the northern and southern sides of Bulunkou, and good correspondence exists between the characteristics of gravity field changes near the epicenter before and after the earthquake and the geologic structure distribution in the area.     

南海及邻区莫霍面深度分布特征及其与各构造单元的关系

为了研究南海及邻区莫霍面分布特征及其与边缘海盆、海沟、岛弧、新生代沉积盆地的关系等构造单元的关系,本文通过对研究区的空间重力异常数据进行全布格改正,得到研究区内的布格重力异常,并以近年来的声纳浮标探测与海底地震仪探测剖面所得到的莫霍面深度资料为控制点采用三维带控制点界面反演方法得到了研究区的莫霍面深度图和地壳厚度图.本...     

南海西南海盆壳幔结构重力反演与热模拟分析

壳幔结构及扩张期后的岩浆活动是研究南海西南海盆形成演化的关键.本文针对NH973-1剖面开展壳幔密度结构重力反演,并依据重力反演的壳幔模型,定量模拟海底扩张期后的壳幔热结构与热演化过程.重力反演表明:西南海盆中央残余扩张脊之下存在一个较深的凹陷带,其下Moho面比两侧略深,呈现扩张期后的热沉降特点.热模拟发现:海盆扩张终止后,壳幔并非均衡一致降温,而是以"地壳增温-地幔降温"方式进入热沉降阶段.海底扩张终结后,地壳继续增温约7 Ma之后才与地幔一同缓慢降温,同步进入后期热沉降.沿NH973-1剖面南、中、北段的地壳增温特点不同,在海盆扩张中心北侧约70 km之下7~9 km深度处,在9.6~4.6 Ma期间温度增幅一直保持在200℃以上,将该处地壳温度抬升至1100℃以上,具备了产生扩张期后岩浆熔融的温度条件.P-T图解分析也支持此期间如果地壳具备局部构造断裂形成的含水条件和减压条件,就可能因部分熔融产生岩浆活动.