澳大利亚地震衍生测深数据汇编：解锁海洋奥秘的新钥匙

在海洋研究中，高分辨率测深数据集对海洋环境探索至关重要。为解决澳大利亚海域高分辨率测深数据覆盖不足问题，研究人员整合 253 个 3D 地震调查数据，生成区域测深汇编。结果表明其精度良好，这对海洋研究、工程建设意义重大。

　　在广袤无垠的海洋世界里，高分辨率的海底地形数据就像一把把神奇的钥匙，能够开启人类认识海洋环境的大门。它不仅可以帮助我们绘制精确的海底地图，深入了解海洋生物的栖息地，还在评估海上基础设施的地质条件方面发挥着关键作用。近年来，随着海洋可再生能源的迅猛发展，租赁区域不断扩大，对海底地形数据的需求更是与日俱增。然而，截至 2017 年，全球海洋仍有大量区域的深度数据缺失，比如 GEBCO 网格中 82% 的 30 弧秒单元格没有深度测量值，仅有 6% 的海洋区域使用高分辨率技术进行过测量。澳大利亚虽然在高分辨率测深数据覆盖方面处于领先地位，但按照当前的能力，要实现全境覆盖仍需数十年时间，而且商业项目对测量船只的需求不断增加，这也进一步加大了数据获取的难度。在这样的背景下，为了更高效地获取高分辨率海底地形数据，来自澳大利亚西澳大利亚大学能源与气候地球科学中心以及法国 UniLaSalle - 皮卡第儒勒?凡尔纳大学地球科学系等研究机构的研究人员，开展了一项关于澳大利亚地震衍生测深数据汇编的研究。他们通过整合 253 个 3D 地震调查数据，成功生成了覆盖四个区域、面积达 267,000 平方公里的测深数据集，这一成果发表在《Scientific Data》上，为海洋研究和相关领域的发展带来了新的曙光。

研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先，从 253 个 3D 地震调查数据和 226 个导航记录中提取深度点，其中导航数据使用 Python 脚本进行筛选。接着，利用 Doris 软件和 World Ocean Atlas 2018 数据库生成的合成声速剖面，将地震反射数据从时间域转换到深度域，并对导航深度数据进行重新校准。然后，通过 IDW 算法对数据进行网格化处理，构建栅格网格。最后，利用澳大利亚水文局（AHO）的深度测量数据等对测深数据进行校准。

下面来看看具体的研究结果：

1. 深度点提取：从导航数据中提取回声测深仪坐标和深度测量值，若坐标未指定则用船只位置代替；利用 PaleoScan?软件从地震反射数据中提取海底反射的第一波（First Pick 或 First Return），其点间距在 12.5 - 25m 之间。
2. 时间 - 深度转换：在缺乏现场特定声速剖面的情况下，使用合成声速剖面进行转换。经对比，合成声速剖面与真实声速剖面在 2 秒双向时间范围内，平均绝对差异仅为 0.06%，在水深小于 100m 时，合成剖面平均误差为 0.022%，远低于使用 1500m/s 恒定速度的误差（1.31%）。
3. 基准转换：将所有数据集转换到 WGS84 水平基准和 EGM2008 垂直基准。通过 AusCoastVDT 软件和美国国家地理空间情报局（National Geospatial - Intelligence Agency）的转换网格进行转换，对于部分超出 AusCoastVDT 网格范围的深水区数据，使用恒定值进行校正。
4. 网格化处理：采用 IDW 算法进行网格化，根据背景噪声和数据密度设置搜索半径在 5 - 10 个单元格之间，距离指数为 2（在 SE 边缘为 1）。根据数据点平均占用面积设置单元格大小，对于部分导航衍生测深网格，通过调整单元格大小来减少测量足迹的影响。
5. 测深校准：通过比较深度测量值与栅格网格值，去除差异超过 5%（地形变化陡峭区域为 10%）的异常值。利用导航数据对反射衍生测深数据进行交叉校准，通过提取导航深度测量位置的反射衍生测深值计算绝对误差，生成误差模型并应用于反射衍生测深数据。对于无法转换到统一垂直基准的调查数据，使用 AHO 深度测量值、重叠的多波束回声测深仪（MBES）调查数据或相邻已校准的 3D 调查数据进行垂直校准。
6. 区域汇编生成：将所有测深网格按照人工制品得分、单元格大小和数据类型等标准进行排序，优先选择质量好、分辨率高的网格，合并生成四个区域的无缝地震衍生测深网格，并将其重采样到 0.0003×0.0003 度（赤道处约 30×30m）。

在研究结论和讨论部分，研究人员指出，地震衍生测深汇编的平均误差为 9.18m，96.6% 和 99.5% 的点分别满足 5m + 5% d（140 级）和 20m + 10% d（240 级）的水文精度要求。但该数据的精度受到多种因素影响，如导航数据的各向异性、反射衍生网格在浅水区的形态失真等。此外，地震反射的第一波在某些情况下可能反映的是第一层岩石化层的顶部，而非海底，这为获取浅水区表层沉积物厚度图提供了可能。这项研究成果意义重大，它为澳大利亚海域的海洋学和海底地貌研究提供了全新的数据支持，有助于发现潜在的海底考古遗址、了解过去海平面变化、研究地质灾害和沉积物输运等。同时，在海洋可再生能源开发方面，能够为选址和工程设计提供关键的地质信息，对推动海洋资源的合理开发和利用具有重要的指导价值 。