[发明专利]适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法及系统

说明书

本发明公开了一种适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法及系统，属于壳幔密度界面结构研究领域。该方法包括如下步骤：数据读入步骤、单元体剖分步骤、子单元体剖分步骤、单元体重力异常值获取步骤以及密度界面重力异常网格数据获取步骤。本发明可反映区域密度界面引起的重力异常，为区域乃至全球尺度的壳幔界面结构高精度反演提供有力的技术支撑。

技术领域

本发明属于壳幔密度界面结构研究领域，具体涉及一种适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法及系统。

背景技术

当地下相邻两地层或岩层存在密度差异时，它们之间的界面称之为密度分界面。当地下密度分界面存在横向起伏时，会在地表观测面引起重力异常，反过来，已知地表观测面的重力异常，可以反演推断地下的密度界面深度起伏情况，进而为区域深部结构与构造解释提供深部依据。密度界面正演是密度界面反演的理论基础，高精度的正演方法将为反演提供有力保障。

当前国内外存在很多密度界面正演方法，适用于地表观测面，从计算方法上来说有空间域正演方法和频率域正演方法两大类，但都隶属于笛卡尔坐标系，即所用的模型和测点坐标均为平面坐标。然而，当研究区为区域大面积乃至全球尺度的时候，实际地表观测面为曲面，常规笛卡尔坐标系的密度界面正演方法已不再适用，需要采用球坐标系的密度界面正演方法。UiedaBarbosa(2017)研究了球坐标系密度界面反演方法，但只适用于高空观测面而不适用于地表观测面。因此，发展适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法，这具有非常重要的理论意义和应用价值。

利用适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法，可以获取区域乃至全球尺度的壳幔密度界面所引起的地表观测面重力异常，为区域深部结构与构造研究等提供有力技术支撑。

发明内容

本发明提供一种适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法及系统。利用地理坐标系(经纬度)密度界面深度网格模型及界面剩余密度，通过对其进行球坐标系的高斯-勒让德积分算法的高精度正演计算，可得到由密度界面模型引起的地表观测面重力异常网格数据，从而达到对研究区的区域构造研究、壳幔界面结构分析等目的。本发明技术方案采用Tesseroid单元体剖分方案，能够极大提高了正演精度，同时，只针对靠近每个观测点的计算区域进行剖分，无需同时对整个计算空间进行Tesseroid网格精细剖分，从而可以在提高计算精度的基础上，大大降低高精度正演所需计算量，使正演方法更具有实用性。

根据本发明的第一方面，提供一种适用于地表观测面的球坐标系密度界面正演方法，所述方法基于地理坐标系密度界面深度网格模型及界面剩余密度，通过对其进行球坐标系的高斯-勒让德积分算法的高精度正演计算，从而得到地表观测面重力异常网格数据，所述方法包括：

步骤1：数据读入步骤，读入研究区已知的地理经纬度坐标系密度界面深度网格模型及界面剩余密度；

步骤2：单元体剖分步骤，将地表观测面到密度界面之间的物质层剖分成多个Tesseroid单元体组合并按密度界面深度网格模型的网格规则排列；

步骤3：子单元体剖分步骤，将靠近观测点的计算区域中每个Tesseroid单元体再次剖分为多个Tesseroid子单元体组合；

步骤4：单元体重力异常值获取步骤，获取每个Tesseroid单元体内部所有Tesseroid子单元体在地表观测面各观测点的重力异常值并求和，进而得到每个Tesseroid单元体在各观测点的重力异常值；

步骤5：密度界面重力异常网格数据获取步骤，将所有Tesseroid单元体在任一观测点的重力异常值求和，最终得到由密度界面模型引起的地表观测面重力异常网格数据。

进一步地，所述步骤2中，各Tesseroid单元体密度相等，经纬度方向大小与密度界面深度网格模型的网格一致，顶面为地表观测面、底面为密度界面。