[发明专利]一种基于卫星重力梯度数据的南极大陆莫霍面深度反演方法

说明书

一种基于卫星重力梯度数据的南极大陆莫霍面深度反演方法，包括如下步骤：①获取覆盖南极大陆区域的卫星重力梯度数据，且获取频率域中卫星重力梯度数据的Parker‑Oldenburg界面反演公式；②获取覆盖南极大陆区域的冰盖厚度数据和冰下地形起伏数据；③计算并去除冰盖和冰下地形起伏产生的重力梯度影响；④从卫星重力梯度数据中去除有冰面地形起伏和冰下地形起伏产生的重力梯度异常；⑤利用径向对数平均功率谱求取平均深度，给出区域内深度范围；⑥根据重力梯度数据界面反演公式，利用初始假设的莫霍面参考深度和地壳密度ρ_c进行莫霍面反演，获取莫霍面深度值。本发明可准确获取南极莫霍面的起伏构造特征，准确计算地壳厚度。

技术领域

本发明属于地球地质研究领域，特别涉及一种基于卫星重力梯度数据的南极大陆莫霍面深度反演方法。

背景技术

一系列远古造山运动和地盾拼合的地质演化过程形成了南极大陆如今的地质构造特征。在地质上，南极洲可分为三大构造单元，即东南极前寒武纪地盾、横贯南极山脉造古生代罗斯造山带和新安集中新生代活动带。由于缺乏较为广泛的地球物理调查数据，南极大陆地壳的拉张机制、基底变化及构造的产生一直备受争议。当前的对于南极大陆地壳深度的研究集中在某几个局部区域，不能体现南极整体运动机制及变化趋势。

南极的精细地壳厚度为认识南极大陆运动过程提供了重要参考。地震剖面虽能准确的描绘莫霍面起伏，但价格昂贵，覆盖面积较小。传统重力测量技术空间局限性，限制了观测重力场在大尺度空间范围内的精度，尤其是在极地气候恶劣的地区。随着重力高卫星观测技术的不断发展和数据处理手段的改进，卫星重力异常的精度已接近毫伽级，并且全球覆盖度高，能够覆盖南极大部分区域。卫星跟踪卫星探测技术(SST)和卫星重力梯度测量技术(SGG)被认为是21世纪最有应用前景的高效重力卫星技术，以这两种技术为代表的CHAMP、GRACE和GOCE卫星的相继发射升空，使得重力场的空间分辨率、时效性和精度方面得到了很大的提高。其中CHAMP在精度和空间解析度上不会对已有重力模型有太多改进，主要是提高球谐系数的精度，GRACE获得的重力场模型比CHAMP高一个数量级，空间分辨率(半波长)为100～200km，利用GRACE卫星重力数据研究大尺度范围内地壳结构已经有了一定的研究和应用，而GOCE的卫星重力梯度数据中包含了重力场频谱中的高频信息，使得卫星重力观测数据达到了前所未有的高度。ESA(欧空局)发布的GOCE卫星重力梯度数据，为更好的了解地球内部和地球物理勘探研究，提供了重要的数据支撑。重力梯度数据含有丰富的高频成分，有着更高的空间分辨率，利用该数据可以更好的反映南极大陆莫霍面起伏，从而增强对南极大陆地壳厚度的认识，为本项研究提供了新的数据基础。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于卫星重力梯度数据的南极大陆莫霍面深度反演方法，该方法充分利用卫星重力梯度数据相对传统重力数据丰富的高频信息，研究相应的莫霍面反演方法，通且过改进Parker-Oldenburg界面反演方法使其适合重力梯度数据界面反演，从而获取南极莫霍面的起伏构造特征，准确计算地壳厚度。

如上构思，本发明的技术方案是：一种基于卫星重力梯度数据的南极大陆莫霍面深度反演方法，其特征在于：包括如下步骤：

①获取覆盖南极大陆区域的卫星重力梯度数据，包括x、y、z三个方向的梯度数据Txz，Tyz，Tzz，数据格式为txt，包含经度、纬度、重力梯度值三列数据；且获取频率域中卫星重力梯度数据的Parker-Oldenburg界面反演公式；

②获取覆盖南极大陆区域的冰盖厚度数据和冰下地形起伏数据；

③计算并去除冰盖地形起伏产生的重力梯度影响；

④计算并去除冰下地形起伏产生的重力梯度影响；

⑤从卫星重力梯度数据中去除有冰面地形起伏和冰下地形起伏产生的重力梯度异常，得到仅由莫霍面起伏产生的异常梯度信息；