APPLIED GEOPHYSICS
 
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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (3): 377-389    DOI: 10.1007/s11770-020-0821-y
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改进的重力地质法水深反演—矩形棱柱模型与Tikhonov 正则化的应用*
邢健1,陈新玺1,马龙23
1、国家海洋局东海海洋环境调查勘察中心,上海 200137;
2、中国科学院海洋地质与环境重点实验室,青岛266071;
3、自然资源部第一海洋研究所,青岛 266061
Bathymetry inversion using the modified gravitygeologic method: application of the rectangular prism model and Tikhonov regularization*
Xing Jian 1, Chen Xin-Xi 1, and Ma Long23
1. East Sea Marine Environmental Investigating & Surveying Center, State Oceanic Administration China, Shanghai 200137,China.
2. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China.
3. The First Institute of Oceanography, MNR, Qingdao 266061, China.
 全文: PDF (1457 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 海洋水深数据通常采用单波束或多波束测深方法获取,方法效率较低、覆盖范围较窄, 并受船舶与海况等条件限制。本文提出了一种基于卫星测高重力异常的海洋水深反演方法,是对传统的基于重力的地形反演方法——重力地质法的改进。在参考其反演思路的基础上,改进后方法采用了矩形棱柱模型模拟短波重力异常,并应用Tikhonov 正则化方法以结合包括先验水深及海底面起伏特征在内的地球物理约束, 其中的先验水深数据可为船载实测数据或钻井资料等。模型测试及西菲律宾海盆应用实例证实了该方法的有效性,结果表明该方法可整体改善水深数据精度,可作为海洋水深初步研究手段。另外,研究结果表明,改进的重力地质法中,密度差参数失去原有物理意义,对反演过程不会造成大的影响。由于研究区范围有限,反演结果在边缘处的可信度可能比中心区域更低。此外,改进的重力地质法较传统重力地质法,时间与内存耗费更大。
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关键词水深   重力   反演   Tikhonov   正则化     
Abstract: Bathymetry data are usually obtained via single-beam or multibeam sounding; however, these methods exhibit low efficiency and coverage and are dependent on various parameters, including the condition of the vessel and sea state. To overcome these limitations, we propose a method for marine bathymetry inversion based on the satellite altimetry gravity anomaly data as a modification of the gravity-geologic method (GGM), which is a conventional terrain inversion method based on gravity data. In accordance with its principle, the modified method adopts a rectangular prism model for modeling the short-wavelength gravity anomaly and the Tikhonov regularization method to integrate the geophysical constraints, including the a priori water depth data and characteristics of the sea bottom relief. The a priori water depth data can be obtained based on the measurement data obtained from a ship, borehole information, etc., and the existing bathymetry/terrain model can be considered as the initial model. Marquardt’s method is used during the inversion process, and the regularization parameter can be adaptively determined. The model test and application to the West Philippine Basin indicate the feasibility and effectiveness of the proposed method. The results indicate the capability of the proposed method to improve the overall accuracy of the water depth data. Then, the proposed method can be used to conduct a preliminary study of the ocean depths. Additionally, the results show that in the improved GGM, the density difference parameter has lost its original physical meaning, and it will not have a great impact on the inversion process. Based on the boundedness of the study area, the inversion result may exhibit a lower confidence level near the margin than that near the center. Furthermore, the modifi ed GGM is time- and memory-intensive when compared with the conventional GGM.
Key wordsbathymetry   gravity   inversion   Tikhonov   regularization   
收稿日期: 2019-11-18;
基金资助:

本研究项目由国家自然科学基金(编号:91858212,U1505232)、“全球变化与海气相互作用”专项课题(编号:GASI-GEOGE-1)、国家海洋局东海分局青年海洋科技基金资助项目(编号:201704)和中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金课题资助(编号:MGE2020KG02)联合资助.

通讯作者: 邢健(E-mail: xingjian@ecs.mnr.gov.cn)     E-mail: xingjian@ecs.mnr.gov.cn
作者简介: 邢健,博士,工程师。2016 年毕业于中国科学院地质与地球物理研究所固体地球物理学专业,获博士学位。现为国家海洋局东海海洋环境调查勘察中心技术员,研究方向为海洋地球物理与工程勘察。邮箱:xingjian@ecs.mnr.gov.cn。 陈新玺,硕士,高级工程师。2006 年毕业于河海大学摄影测量与遥感专业,获硕士学位。研究方向为海洋工程勘察。邮箱:cxx@ecs.mnr.gov.cn。 马龙,硕士,研究实习员,2015 年毕业于自然资源部第一海洋研究所海洋地质专业,获硕士学位。现为自然资源部第一海洋研究所研究实习员,研究方向为海洋地球物理与海底构造方面。E-mail: malong@fio.org.cn。
引用本文:   
. 改进的重力地质法水深反演—矩形棱柱模型与Tikhonov 正则化的应用*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(3): 377-389.
. Bathymetry inversion using the modified gravitygeologic method: application of the rectangular prism model and Tikhonov regularization*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(3): 377-389.
 
没有本文参考文献
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