CN103837140B - 一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法，1）测绘划界区域高精度数据；2）构建划界区域海底多维数字模型；3）构建轴部划界核心区域；4）在轴部区域内识别最深点并形成盆地最深线；5）通过V字型和W字型剖面等特征综合判识剖面中轴点并形成盆地中轴线。本发明有效解决了复杂地质与地形地貌条件下的主动大陆边缘外部界限难以量化界定的问题，提出了以轴部最深点作为大陆架外部界限点、以中轴点作为研判参考的技术方法。本发明在特殊区域的海洋划界、海洋测绘、海洋信息系统、计算机图形学与海底地貌研究中具有重要的实际应用价值。

Description

一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法

技术领域

本发明涉及海洋划界、海洋测绘、海底地形地貌制图、海洋地理信息系统、计算机图形学和海底科学等技术领域。

背景技术

1982年签署生效的《海洋法公约》第七十六条规定：“沿海国的大陆架包括其领海以外依其陆地领土的全部自然延伸，扩展到大陆边外缘的海底区域的海床和底土，如果从测算领海宽度的基线量起到大陆边的外缘的距离不到二百海里，则扩展到二百海里的距离”；沿海国如果主张从测算领海宽度的基线量起超过200海里，则应按照《公约》第七十六条和附件二第四条的相关要求划定200海里以外大陆架外部界限，并向大陆架界限委员会提交划界案。这是目前世界各国向联合国界限委员会(CLCS)申请200海里以外大陆架划界案的法律依据。

200海里以外大陆架划界，究其本质是确定大陆边缘的外部边界。按照地质学理论，大陆边缘可划分为三种类型：(1)大西洋型，也称为被动型；(2)太平洋型，也称之为主动型；(3)转换型。但《海洋法公约》第七十六条关于200海里以外大陆架界限的确定主要来源于大西洋型大陆边缘，该类大陆边缘海底地貌类型清晰，完整的大陆边缘由陆架、陆坡、陆隆至海盆组成，此时的200海里以外大陆架外部界限易于确定，也有商用的软件与方法来确定相关界限。太平洋型大陆边缘受板块汇聚、俯冲挤压的影响，大陆边缘变得异常复杂，自陆向海分布陆架、弧后盆地、岛弧、弧前盆地、海沟至深海盆等多种地貌单元，此时，200海里以外大陆架的外部界限受地形地貌复杂化的影响，难以简单确定，也无现成的商用技术与方法来确定外部界限。

弧后盆地是地质学术语，是指岛弧靠近大陆一侧的深海盆地，水深约2500～5000m。弧后盆地的初始形态呈现为长条状的深槽型，在本发明中简称为槽型盆地。受不同板块的俯冲碰撞的影响，在初始扩张的弧后盆地区域，海底地形异常复杂，在岛弧上有岛屿出露，常成为有人岛屿，此时如何确定大陆架外部界限异常困难，无现成的理论或可行的技术方法。

已有一些公开文献论述相关技术方法，如：“一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法（申请号：201210504124.4）”、“一种200海里以外大陆架外推界限自动生成方法（申请号：201210536725.3）”，但在这些文献中从未提及如何针对槽型盆地来测绘特殊的地貌界限，也就是本发明中所说的盆地最深线和中轴线。

发明内容

本发明针对主动大陆边缘地质属性多变、海底地形地貌复杂所导致的槽型弧后盆地中大陆架外部界限难以量化确定的问题，提出以轴部最深线作为大陆架外部界限、以中轴线作为研判参考，并给出了详细的识别技术流程。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法，包括下列步骤：

步骤1：准备数据

1.1)整理数据：如果已有水深数据集其中，i和N_dp为自然数，dp_i为水深点，N_dp为水深点总数，转入步骤2；

1.2）测绘数据：如果无步骤1.1）中的水深数据，使用多波束测深仪器，采用全覆盖探测模式进行测绘并获得水深数据集然后转入步骤2；

全覆盖探测是多波束勘测的一种方式，指的是平行等深线方向布设调查测线，使用多波束仪器以获取条带式海底水深数据的一种工作模式；

步骤2：海底建模

基于数据集采用距离反比加权方法，构建海底地形数字模型M_d和N_d为模型的最大行号及最大列号，j、M_d和N_d均为自然数，dep_i,j为模型水深点；

步骤3：底部区域确定

3.1）设计剖面：垂直槽型弧后盆地走向，设计N_p条横穿盆地的地形剖面其中，Prof_i为地形剖面；N_p为自然数，是剖面总个数，由外部确定;

3.2）计算综合剖面：获取Prof_i剖面的数据集每个剖面点dpp_j均包含水深值d_j、坡度值slp_j与二阶导数值sec_j，J_d为剖面点数，是自然数；

d_j直接从DEP中提取，具体指通过剖面Prof_i与模型DEP相交的交点直接提取对应点的坐标和水深值；

slp_j与sec_j按照公式（1）和（2）计算：

公式（1）： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{slp}}_j=\mathrm{\Δd}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δd}=|d_{j+1}-d_j|\end{array}\right.,$ Δd为剖面相邻两点dpp_j+1和dpp_j的水深差值，dis为这两点的距离值；

公式（2）： $\left\{\begin{array}{c}{\sec }_j=\mathrm{\Δg}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δg}=|{\mathrm{slp}}_{j+1}-{\mathrm{slp}}_j|\end{array}\right.,$ Δg为为剖面相邻两点的坡度差值；

综合剖面Prof_i用于步骤3.3中计算大陆坡脚点、步骤4中识别剖面最深点和步骤5中识别剖面中轴点；

3.3)计算大陆坡脚点（FOS）：根据大陆坡脚点位于陆坡至海盆坡度变化最大之点的定义，计算剖面Prof_i上的大陆坡脚点L_Fos_i和R_Fos_i，并将之添加到该剖面的数据集J_d值自动加2；

根据《联合国海洋法公约》的相关技术资料，大陆坡脚点指的是陆坡至海盆转折处的坡度最大变化之点，也就是二阶导数的极值点，这也是判断大陆坡脚点的重要依据；

3.4)形成FOS集合：按照剖面中i的顺序，依次循环步骤3.2和步骤3.3，获取PROF中所有地形剖面的大陆坡脚点，并形成数据集合和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p};$

3.5）形成底部区域：依次连接 $L\_\mathrm{FOS}={\{L\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 中的所有点，形成大陆坡脚线L_line和R_line，并形成封闭的盆地底部区域Region＝L_line∪R_line；在本发明中盆地底部区域也被视为轴部区域；

步骤:4：盆地最深线确定

4.1）自动搜寻Prof_i在区间[L_Fos_i,R_Fos_i]内的轴部最深点Md_i，存入最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按照中i的顺序，循环步骤4.1，形成完整的最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地最深线；

步骤5：盆地中轴线的确定

5.1）寻找剖面中轴点：

当地形剖面Prof_i为下述特征时：

a）为V字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最深点作为剖面中轴点Cp_i；

b)为W字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最浅点作为剖面中轴点Cp_i；

c)为其他特征时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的中间点作为剖面中轴点Cp_i；

受构造活动影响，在盆地中火山喷发形成海底山，导致地形剖面形成W字型特征，此时海山的最浅点作为中轴点；在槽型弧后盆地中发育系列沿中轴走向的构造型洼地，此时洼地的最深点作为中轴点；也可通过海洋重力、海洋磁力、海洋地震、OBS和海底岩石分析来综合判识中轴点；

5.2)按照中i的顺序，循环步骤5.1，形成完整的剖面中轴点集合 $\mathrm{CP}={\left\{{\mathrm{CP}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

5.3)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地中轴线。

本发明的有益效果

本发明公开了一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法，针对主动大陆边缘地质属性多变、海底地形地貌复杂所导致的槽型弧后盆地中大陆架外部界限难以量化确定的问题，提出以最深线或中轴线作为大陆架外部界限，并给出了详细的识别技术流程，最终有效解决了复杂地质与地形地貌条件下的主动大陆边缘外部界限难以界定的问题，本发明在特殊区域的海洋划界、海洋测绘、海洋信息系统、计算机图形学与海底地貌研究中具有非常重要的实际应用价值。

附图说明

图1本发明实施例中的工作流程图；

图2本发明实施例中槽型盆地区域的底部识别区；

图3本发明的实施例中识别最深点的典型剖面及识别中轴点的典型V型剖面；

图4本发明的实施例中识别盆地最深点与最深线；

图5本发明的实施例中识别盆地中轴点的典型W型剖面；

图6本发明的实施例中识别的盆地中轴点与中轴线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1:

一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法，包括下列步骤：

本发明实例完成的技术流程图见图1；

步骤1：准备数据

1.1)整理数据：如果已有水深数据集其中，i和N_dp为自然数，dp_i为水深点，N_dp为水深点总数，转入步骤2；

1.2）测绘数据：如果无步骤1.1）中的水深数据，使用多波束测深仪器，采用全覆盖探测模式进行测绘并获得水深数据集然后转入步骤2；

步骤2：海底建模

基于数据集采用距离反比加权方法，构建海底地形数字模型M_d和N_d为模型的最大行号及最大列号，j、M_d和N_d均为自然数，dep_i,j为模型水深点；

步骤3：底部区域确定

3.1）设计剖面：垂直槽型弧后盆地走向，设计N_p条横穿盆地的地形剖面其中，Prof_i为地形剖面；N_p为自然数，是剖面总个数，由外部确定;

3.2）计算综合剖面：获取Prof_i剖面的数据集每个剖面点dpp_j均包含水深值d_j、坡度值slp_j与二阶导数值sec_j，J_d为剖面点数，是自然数；

d_j直接从DEP中提取，slp_j与sec_j按照公式（1）和（2）计算：

公式（1）： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{slp}}_j=\mathrm{\Δd}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δd}=|d_{j+1}-d_j|\end{array}\right.,$ Δd为剖面相邻两点dpp_j+1和dpp_j的水深差值，dis为这两点的距离值；

公式（2）： $\left\{\begin{array}{c}{\sec }_j=\mathrm{\Δg}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δg}=|{\mathrm{slp}}_{j+1}-{\mathrm{slp}}_j|\end{array}\right.,$ Δg为为剖面相邻两点的坡度差值；

3.3)计算大陆坡脚点（FOS）：根据大陆坡脚点位于陆坡至海盆坡度变化最大之点的定义，计算剖面Prof_i上的大陆坡脚点L_Fos_i和R_Fos_i，并将之添加到该剖面的数据集J_d值自动加2；

3.4)形成FOS集合：按照剖面中i的顺序，依次循环步骤3.2和步骤3.3，获取PROF中所有地形剖面的大陆坡脚点，并形成数据集合和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p};$

3.5）形成底部区域：依次连接 $L\_\mathrm{FOS}={\{L\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p};$ 中的所有点，形成大陆坡脚线L_line和R_line，并形成封闭的盆地底部区域Region＝L_line∪R_line；

步骤:4：盆地最深线确定

4.1）自动搜寻Prof_i在区间[L_Fos_i,R_Fos_i]内的轴部最深点Md_i，存入最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按照中i的顺序，循环步骤4.1，形成完整的最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地最深线；

步骤5：盆地中轴线的确定

5.1）寻找剖面中轴点：

当地形剖面Prof_i为下述特征时：

a）为V字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最深点作为剖面中轴点Cp_i；

b)为W字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最浅点作为剖面中轴点Cp_i；

c)为其他特征时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的中间点作为剖面中轴点Cp_i；

5.2)按照中i的顺序，循环步骤5.1，形成完整的剖面中轴点集合 $\mathrm{CP}={\left\{{\mathrm{CP}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

5.3)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地中轴线。

实施例2:

以一实际的弧后盆地为例来进一步说明本专利的实施过程：

步骤1：准备数据

1.1)整理数据：如果已有水深数据集其中，i和N_dp为自然数，dp_i为水深点，N_dp为水深点总数，转入步骤2；

1.2）测绘数据：如果无步骤1.1）中的水深数据，使用多波束测深仪器，采用全覆盖探测模式进行测绘并获得水深数据集然后转入步骤2；

步骤2：海底建模

基于数据集采用距离反比加权方法，构建海底地形数字模型M_d和N_d为模型的最大行号及最大列号，j、M_d和N_d均为自然数，dep_i,j为模型水深点；

步骤3：底部区域确定

3.1）设计剖面：垂直槽型弧后盆地走向，设计N_p条横穿盆地的地形剖面其中，Prof_i为地形剖面；N_p为自然数，是剖面总个数，由外部确定;

3.2）计算综合剖面：获取Prof_i剖面的数据集每个剖面点dpp_j均包含水深值d_j、坡度值slp_j与二阶导数值sec_j，J_d为剖面点数，是自然数；

d_j直接从DEP中提取，slp_j与sec_j按照公式（1）和（2）计算：

公式（1）： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{slp}}_j=\mathrm{\Δd}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δd}=|d_{j+1}-d_j|\end{array}\right.,$ Δd为剖面相邻两点dpp_j+1和dpp_j的水深差值，dis为这两点的距离值；

公式（2）： $\left\{\begin{array}{c}{\sec }_j=\mathrm{\Δg}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δg}=|{\mathrm{slp}}_{j+1}-{\mathrm{slp}}_j|\end{array}\right.,$ Δg为为剖面相邻两点的坡度差值；

3.3)计算大陆坡脚点（FOS）：根据大陆坡脚点位于陆坡至海盆坡度变化最大之点的定义，计算剖面Prof_i上的大陆坡脚点L_Fos_i和R_Fos_i，并将之添加到该剖面的数据集J_d值自动加2；

3.4)形成FOS集合：按照剖面中i的顺序，依次循环步骤3.2和步骤3.3，获取PROF中所有地形剖面的大陆坡脚点，并形成数据集合和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p};$

3.5）形成底部区域：依次连接 $L\_\mathrm{FOS}={\{L\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_{\mathrm{Fos}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 中的所有点，形成大陆坡脚线L_line和R_line，并形成封闭的盆地底部区域Region＝L_line∪R_line；

确定的盆地底部区域请见图2；

步骤:4：盆地最深线确定

4.1）自动搜寻Prof_i在区间[L_Fos_i,R_Fos_i]内的轴部最深点Md_i，存入最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按照中i的顺序，循环步骤4.1，形成完整的最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{{\mathrm{Md}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地最深线；

确定最深点的典型剖面请见图3；

确定的最深点及最深线请见图4；

步骤5：盆地中轴线的确定

5.1）寻找剖面中轴点：

当地形剖面Prof_i为下述特征时：

a）为V字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最深点作为剖面中轴点Cp_i；

b)为W字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最浅点作为剖面中轴点Cp_i；

c)为其他特征时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的中间点作为剖面中轴点Cp_i；

5.2)按照中i的顺序，循环步骤5.1，形成完整的剖面中轴点集合 $\mathrm{CP}={\left\{{\mathrm{CP}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

5.3)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地中轴线。

确定中轴点的典型剖面请见图5；

确定的中轴点及中轴线请见图6。

Claims (1)

1.一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：准备数据

1.1)整理数据：如果已有水深数据集其中，i和N_dp为自然数，dp_i为水深点，N_dp为水深点总数，转入步骤2；

1.2)测绘数据：如果无步骤1.1)中的水深数据，使用多波束测深仪器，采用全覆盖探测模式进行测绘并获得水深数据集然后转入步骤2；

步骤2：海底建模

基于数据集采用距离反比加权方法，构建海底地形数字模型M_d和N_d为模型的最大行号及最大列号，j、M_d和N_d均为自然数，dep_i,j为模型水深点；

步骤3：底部区域确定

3.1)设计剖面：垂直盆地走向，设计N_p条横穿盆地的地形剖面其中，Prof_i为地形剖面；N_p为自然数，是剖面总个数，由外部确定；

3.2)计算综合剖面：获取Prof_i剖面的数据集每个剖面点dpp_j均包含水深值d_j、坡度值slp_j与二阶导数值sec_j，J_d为剖面点数，是自然数；

d_j直接从DEP中提取，slp_j与sec_j按照公式(1)和(2)计算：

公式(1)： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{slp}}_j=\mathrm{\Δd}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δd}=|d_{j+1}-d_j|\end{array}\right.,$ Δd为剖面相邻两点dpp_j+1和dpp_j的水深差值，|dis|为这两点的距离值；

公式(2)： $\left\{\begin{array}{c}{\sec }_j=\mathrm{\Δg}\÷\left|\mathrm{dis}\right|\\ \mathrm{\Δg}=|{\mathrm{slp}}_{j+1}-{\mathrm{slp}}_j|\end{array}\right.,$ Δg为为剖面相邻两点的坡度差值；

3.3)计算大陆坡脚点(FOS)：根据大陆坡脚点位于陆坡至海盆坡度变化最大之点的定义，计算地形剖面Prof_i上的大陆坡脚点L_Fos_i和R_Fos_i，并将之添加到该剖面的数据集J_d值自动加2；

3.4)形成FOS集合：按照剖面中i的顺序，依次循环步骤3.2和步骤3.3，获取PROF中所有地形剖面的大陆坡脚点，并形成数据集合和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_F{\mathrm{os}}_i\}}_{i=1,N_p};$

3.5)形成底部区域：依次连接 $L\_\mathrm{FOS}={\{L\_F{\mathrm{os}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 和 $R\_\mathrm{FOS}={\{R\_F{\mathrm{os}}_i\}}_{i=1,N_p}$ 中的所有点，形成大陆坡脚线L_line和R_line，并形成封闭的盆地底部区域Region＝L_line∪R_line；

步骤:4：盆地最深线确定

4.1)自动搜寻Prof_i在区间[L_Fos_i,R_Fos_i]内的最深点Md_i，存入最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{M{d}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按照中i的顺序，循环步骤4.1，形成完整的最深点集合 $\mathrm{MD}={\left\{M{d}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

4.2)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地最深线；

步骤5：盆地中轴线的确定

5.1)寻找剖面中轴点：

当地形剖面Prof_i为下述特征时：

a)为V字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最深点作为剖面中轴点Cp_i；

b)为W字型剖面时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的最浅点作为剖面中轴点Cp_i；

c)为其他特征时，以区间[L_Fos_i,R_Fos_i]的中间点作为剖面中轴点Cp_i；

5.2)按照中i的顺序，循环步骤5.1，形成完整的剖面中轴点集合 $\mathrm{CP}={\left\{{\mathrm{Cp}}_i\right\}}_{i=1,N_p};$

5.3)按空间顺序依次连接中的数据点形成盆地中轴线。