加迪斯湾地震海洋学数据集：揭示伊比利亚西南边缘水团结构的高分辨率成像

《Scientific Data》：Seismic oceanography data in the Gulf of Cadiz

本刊推荐研究人员利用多道地震反射(MCS)技术开展地震海洋学(seismic oceanography)研究，通过处理8条二维MCS剖面数据（总长869.39km），实现了对加迪斯湾和伊比利亚西南边缘水团结构的高分辨率成像。该数据集包含原始炮集记录和叠后偏移剖面，首次提供了该区域水柱内温度盐度变化引起的声学反射图像，为研究地中海溢出流(MW)、地中海水下潜流(MU)和地中海涡旋(Meddies)等次中尺度海洋过程提供了重要数据支撑，有效弥补了传统海洋观测数据空间分辨率不足的缺陷。

　　

海洋覆盖了地球表面的71%，却因其广阔性和复杂多变的特性，使得人类对深海奥秘的探索始终面临巨大挑战。传统海洋观测主要依靠研究船投放探测设备、浮标锚系观测以及自主水下航行器等手段，这些方法虽然能提供高精度的垂直剖面数据，但在水平方向上的采样密度严重不足。特别是在2000米以下的深海水域，对次中尺度（1-10公里）海洋现象的观测数据更是凤毛麟角，导致科学家难以全面理解海洋内部各种物理过程的相互作用机制。

在这一研究背景下，地震海洋学这一交叉学科应运而生。该技术巧妙利用了工业界广泛采集的多道地震反射数据，通过分析水柱中温度盐度变化引起的声波反射信号，能够以百米级的分辨率对海洋内部结构进行"CT扫描"。相比传统观测方法，地震海洋学最大的优势在于能够提供数百公里范围内近乎同步的海洋结构图像，为研究海洋内部涡旋、锋面、温盐阶梯等现象提供了全新的观测视角。

位于伊比利亚半岛南部的加迪斯湾，正是展示地震海洋学技术优势的天然实验室。这一海域以复杂的水团结构著称，温暖高盐的地中海海水通过直布罗陀海峡涌入大西洋，形成被称为地中海溢出流的水团。这些海水在北大西洋中央水团的作用下下沉至800-1200米深度，并沿着海底地形分为三个核心流动，产生各种中尺度和次中尺度海洋结构，其中最著名的当属能够将地中海海水裹挟至北大西洋深处的地中海涡旋。

为了解决传统海洋观测手段的局限性，来自葡萄牙里斯本大学高等理工学院的研究团队在《Scientific Data》上发表了题为"Seismic oceanography data in the Gulf of Cadiz"的数据描述论文，公布了加迪斯湾地区一套高质量的地震海洋学数据集。该数据集源自TGS公司在2001年开展的葡萄牙深海勘探项目，包含8条二维多道地震反射剖面，总长度达869.39公里。

研究方法上，团队采用了专门针对地震海洋学特点设计的处理流程。数据采集使用容量为3680立方英寸的气枪震源和6000米长拖缆，道间距25米，每炮记录240道。处理流程包括：SEG-D格式数据转换与几何定位、直达波压制（采用线性动校正+中值滤波+自适应减法组合技术）、共中心点道集分选、频率滤波（10-70 Hz带通滤波）、速度分析（基于相似系数的速度谱计算）、正常时差校正与叠加，最终使用1515 m/s的恒定速度进行时深转换。

数据记录与质量控制

研究提供的完整数据集包括时间域的原始炮集记录和深度域的叠后偏移剖面，全部以标准SEG-Y格式存储。每个数据文件的头块中包含震源坐标、共深度点坐标和道标识等关键信息。特别值得一提的是，团队还提供了详细的数据集描述文件，方便用户了解各条测线的具体参数。

技术验证与数据可靠性

为确保数据处理质量，研究团队实施了多重验证措施。首先，通过对比地震剖面中的海底反射与GEBCO2024全球海底地形数据，证实了深度转换的准确性。如图5所示，地震剖面提取的海底形态与实际地形高度吻合，验证了速度模型的可靠性。其次，通过分析反射同相轴的空间连续性来判断数据质量——所有剖面在水柱130米至2000米深度范围内都显示出良好的空间连续性，符合该区域温跃层的预期深度特征。2000米以下直至海底的反射空白区则指示了充分混合的水体 regime，这一现象与区域海洋学认知一致。

海洋学结构识别

通过对地震剖面的详细解译，研究团队成功识别出多种典型的海洋学结构。在PD00603剖面50-100公里处、400-1500米深度范围内，清晰可见透镜状反射特征，经确认为地中海涡旋。这些涡旋能够将地中海的暖咸水包裹在其核心，并输送至北大西洋深处。在PD00609和PD00612等剖面中，研究人员还观测到了温盐阶梯结构，这种由双扩散对流形成的阶梯状温度盐度分布，在地震剖面上表现为一系列平行且连续的强反射同相轴。

多数据源对比验证

为验证地震反射与海洋物理参数之间的对应关系，团队将地震剖面与哥白尼海洋环境监测服务提供的温度盐度再分析数据进行了对比。如图6所示，地震反射强度与温度盐度梯度变化高度相关，特别是在750米深度附近以及65-105公里处的透镜状特征区域，反射界面与不同水团的边界位置完全吻合。这一发现有力证实了地震海洋学数据在识别水团边界和海洋学结构方面的有效性。

跨剖面结构连续性分析

尽管研究人员期望在相互垂直的测线之间能够观察到反射结构的连续性，但实际分析发现，由于不同测线采集时间存在两周以上的间隔，这种跨剖面的连续性并不明显。如图7所示的复合剖面（包含PD00612、PD00524A和PD00609三条测线）中，PD00524A测线中的反射结构并未在垂直的PD00609和PD00612测线中显现，这反映了海洋过程的瞬变特性，也凸显了准同步观测对研究海洋动力过程的重要性。

本研究通过系统处理加迪斯湾地区多道地震反射数据，成功获得了该区域高分辨率的水柱结构图像，为研究地中海溢出流、地中海涡旋等次中尺度海洋过程提供了宝贵的数据资源。研究表明，地震海洋学技术能够有效弥补传统海洋观测手段在空间分辨率方面的不足，提供近乎同步的海洋结构"快照"。该数据集不仅有助于深化对加迪斯湾复杂海洋动力过程的理解，也为探索地震数据在海洋学研究中的新应用提供了范例。通过促进地球物理学与海洋学之间的学科交叉，这项研究为未来利用工业地震数据开展海洋环境研究开辟了新途径，对推动多学科数据融合与共享具有重要意义。