[发明专利]一种岩石圈密度的快速提取方法

说明书

本发明提供一种岩石圈密度的快速提取方法，包括对每个站点的区块，采用正六边形划分进行填充，进行所有站点的各层密度值快速提取时，根据待计算点数将计算任务分配给每个计算核心；当需要计算某个站点的区块质量时，根据区块中心的位置推算各正六边形的中心位置，计算每深度层中六棱台的体积，通过当前区块的待计算点数将计算任务分配给每个计算核心，对每一深度层提取该层所有六棱台中心位置处的密度值，所有深度层的质量累加得到该区块深度范围的区块质量。本发明采用正六棱台作为区块质量计算的质量元，精度有显著提高；针对待计算密度点之间的无关性，采用细粒度并行方式进行密度信息提取，效率高、成本低。

技术领域

本发明涉及地球物理数据应用、并行计算技术领域，尤其涉及一种并行岩石圈密度的快速提取方法。

背景技术

全球地壳模型CRUST是目前地球物理学界广泛应用的地球模型。目前公布了1°×1°分辨率的CRUST1.0模型。其主要使用高精度的数据内插方法由2°×2°的CRUST2.0模型内插得到。因此，目前使用最广泛的版本是CRUST2.0模型(Bassin et.al，2000)。CRUST2.0(http://igppweb.ucsd.edu/～gabi/crust2.html)模型是在CRUST5.1模型的基础上加入了更多的观测资料并使用改进的数据处理方法得到(Mooney et.al，1998)。

CRUST 2.0模型的空间分辨率为2°×2°；且融合了最近发布的全球1°×1°分辨率的沉积物厚度、冰盖厚度数据。该模型编绘的数据覆盖了大部分的欧亚大陆、北美地区、澳大利亚、非洲和南美的以及部分海洋区域。模型的海底地形和陆地地形数据来源于ETOPO5.模型。CRUST2.0模型在每个格网点上是1维(1D)的7层模型，依次为冰盖、海深、软沉积物、硬沉积物、上层地壳、中层地壳、下层地壳。模型的每一层都给出了P波速度(V_P)、S波速度(V_S)和密度(rho)参数，并给出了莫霍面以下的上地幔密度信息，能够很好得反映岩石圈的密度特征。CRUST2.0模型与以往发布的模型不同之处在于：沉积物结构的厚度、密度、地震波数据更加丰富，覆盖更加完善；沉积物速度结构的估计基于了大量的地壳结构数据；且采用最新的野外和实验数据对横波、纵波以及密度结构进行了约束；在数据处理过程中，采用数学随机统计方法对没有进行野外测量的区域进行了估计。

CRUST2.0模型可应用于地球物理等相关学科，需要岩石圈密度、或某一区域岩石圈块体质量等信息。在具体数据处理时涉及多计算点、多深度层的密度信息提取和区块质量的高精度积分计算。全球岩石圈密度数据的提取速度和区块质量的计算速度是相关地球物理应用的瓶颈之一。随着计算机硬件技术的发展，无论是超级计算机(Super Computer)，还是较小的计算机集群(Cluster)，或是基于多CPU和多核的计算工作站，用户都可以容易的获取基于多核，多处理器计算平台支持；另外，基于多CPU和多核的MPI(Message PassingInterface)标准和软件平台也日益成熟并广泛使用于数值运算领域。这为采用提高全球岩石圈密度模型数据的提取和区块质量的计算速度提供了很好的硬件和系统软件平台的支持。但是，实现全球岩石圈密度模型数据快速提取的方案尚未出现，目前的密度提取，包括区块质量计算仍然基于逐一站点的顺序提取和计算，十分耗时；制约了CRUST模型在地球物理学等相关领域的高精度深层次应用。

文献1：Bassin,C.,Laske,G.and Masters,G.,The Current Limits ofResolution for Surface Wave Tomography in North America,EOS Trans AGU,81,F897,2000.

文献2：Mooney et.al.A description of CRUST 5.1can be found in:Mooney,Laske and Masters,Crust 5.1:a global crustal model at 5x5degrees,JGR,103,727-747,1998.

发明内容