一种海洋磁异常条带定量识别方法及装置

1.本发明涉及海洋磁学领域，更具体涉及一种海洋磁异常条带定量识别方法及装置。


背景技术：

2.海洋磁异常条带是海底扩张过程中洋中脊附近的岩浆在冷却过程中温度下降到内部铁磁性物质的居里点时，由热剩磁记录下的当时的地磁场强度所形成，其携带洋壳年龄、古地磁场强度变化等信息。
3.海洋磁异常条带常被用于确定海盆的扩张年龄，其方法是将正演的海洋磁异常条带与实际观测的海洋磁异常条带放在一起通过人眼进行对比，观察两者的相似程度，若实际观测的海洋磁异常条带与正演的海洋磁异常条带之间相似度高，则认为实际观测的海洋磁异常条带与正演的海洋磁异常条带的年龄一致，这种依靠人眼进行观察对比识别磁异常条带的方法一直沿用至今。
4.然而，实际观测的海洋磁异常条带经常受到海山、转换断层、后期岩浆活动等影响，形状变得不规则，而通过人眼进行观察对比，无法给出实际观测磁异常条带与正演磁异常条带之间相似度的定量评价，识别过程难以避免主观性。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于现有技术海洋磁异常条带识别主要采用人眼进行观察对比，无法给出实际观测磁异常条带与正演磁异常条带之间相似度的定量评价，识别过程难以避免主观性。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种海洋磁异常条带定量识别方法，所述方法包括：
7.步骤一：将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常插值为数量相等的数据点；
8.步骤二：将每个正极性异常和负极性异常沿数据点划分为相同个数的块体并计算每个块体的面积；
9.步骤三：将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，根据每个块体的面积计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置。
10.本发明计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置，实现海洋磁异常条带的定量自动识别，解决现有海洋磁异常条带仅靠人眼进行识别，存在主观性，无法对识别结果提供定量判断依据的问题。
11.进一步地，所述步骤一包括：
12.实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带均包括正极性异常和负极
性异常，将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常采用三次样条插值为为相同个数的数据点，不同年代的正极性异常和负极性异常插值后的数据点数相等。
13.进一步地，所述步骤二包括：
14.将每个正极性异常和负极性异常划分为相同个数的块体，对块体内部区域进行积分得到每个块体的面积
[0015][0016]
其中，f(x)为磁异常幅值，k为块体内部剖分区域个数，x0为每个块体的起始点坐标，xk为每个块体的终止点坐标，xj为块体内部插值剖分点坐标。
[0017]
进一步地，所述步骤三包括：
[0018]
将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，每次滑动步长为正极性异常或负极性异常剖分后的块体个数n，每次滑动后正演磁异常条带的正极性异常与实际观测磁异条带的正极性异常或负极性异常正好对应。
[0019]
进一步地，所述步骤三还包括：
[0020]
通过公式计算正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间每个正极性异常和负极性异常之间的余弦相似度；
[0021]
其中，ps＝{s
p1
,s
p2
,...,s
pn
}为正演的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各个块体的面积集合，qs＝{s
q1
,s
q2
,...,s
qn
}为实际观测的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各块体的面积集合，分别为ps和qs的平均值，n为每个正极性异常或负极性异常划分的块体个数，相似度最大值位置为识别的磁异常条带位置。
[0022]
本发明还提供一种海洋磁异常条带定量识别装置，所述装置包括：
[0023]
数据点插值模块，用于将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常插值为数量相等的数据点；
[0024]
块体划分模块，用于将每个正极性异常和负极性异常的数据点划分为相同个数的块体并计算每个块体的面积；
[0025]
磁异常条带位置识别模块，用于将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，根据每个块体的面积计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置。
[0026]
进一步地，所述数据点插值模块还用于：
[0027]
实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带均包括正极性异常和负极性异常，将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常采用三次样条插值为相同个数的数据点，不同年代的正极性异常和负极性异常插值后的数据点数相等。
[0028]
进一步地，所述块体划分模块还用于：
[0029]
将每个正极性异常和负极性异常划分为相同个数的块体，对块体内部区域进行积分得到每个块体的面积
[0030][0031]
其中，f(x)为磁异常幅值，k为块体内部剖分区域个数，x0为每个块体的起始点坐标，xk为每个块体的终止点坐标，xj为块体内部插值剖分点坐标。
[0032]
进一步地，所述磁异常条带位置识别模块还用于：
[0033]
将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，每次滑动步长为正极性异常或负极性异常剖分后的块体个数n，每次滑动后正演磁异常条带的正极性异常与实际观测磁异条带的正极性异常或负极性异常正好对应。
[0034]
进一步地，所述磁异常条带位置识别模块还用于：
[0035]
通过公式计算正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间每个正极性异常和负极性异常之间的余弦相似度；
[0036]
其中，ps＝{s
p1
,s
p2
,...,s
pn
}为正演的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各个块体的面积集合，qs＝{s
q1
,s
q2
,...,s
qn
}为实际观测的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各块体的面积集合，分别为ps和qs的平均值，n为每个正极性异常或负极性异常划分的块体个数，相似度最大值位置为识别的磁异常条带位置。
[0037]
本发明的优点在于：本发明计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置，实现海洋磁异常条带的定量自动识别，解决现有海洋磁异常条带仅靠人眼进行识别，存在主观性，无法对识别结果提供定量判断依据的问题。
附图说明
[0038]
图1为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中实际观测磁异常条带和正演磁异常条带剖分示意图；
[0039]
图2为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中正演磁异常条带滑动识别过程示意图；
[0040]
图3为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中西南太平洋正演海洋磁异常条带示意图；
[0041]
图4为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中西南太平洋实际观测海洋磁异常条带示意图；
[0042]
图5为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c32识别结果；
[0043]
图6为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c31-30识别结果；
[0044]
图7为本发明实施例1所公开的一种海洋磁异常条带定量识别方法中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c29-27识别结果。
具体实施方式
[0045]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
实施例1
[0047]
一种海洋磁异常条带定量识别方法，所述方法包括：
[0048]
s1：将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常插值为数量相等的数据点；具体过程为：
[0049]
如图1所示为本发明实施例中实际观测磁异常条带和正演磁异常条带剖分示意图。实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带均包括正极性异常和负极性异常，将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常采用三次样条插值为相同个数数据点，不同年代的正极性异常和负极性异常插值后的数据点数相等。
[0050]
s2：将每个正极性异常和负极性异常的数据点划分为相同个数的块体并计算每个块体的面积；具体过程为：
[0051]
将每个正极性异常和负极性异常划分为相同个数的块体，对块体内部区域进行积分得到每个块体的面积
[0052][0053]
其中，f(x)为磁异常幅值，k为块体内部剖分区域个数，x0为每个块体的起始点坐标，xk为每个块体的终止点坐标，xj为块体内部插值剖分点坐标。
[0054]
s3：将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，根据每个块体的面积计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置；具体过程为：
[0055]
如图2所示，为本发明实施例中正演磁异常条带滑动识别过程示意图。将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，每次滑动步长为正极性异常或负极性异常剖分后的块体个数n，每次滑动后正演磁异常条带的正极性异常与实际观测磁异条带的正极性异常或负极性异常正好对应。
[0056]
通过公式计算正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间每个正极性异常和负极性异常之间的余弦相似度；
[0057]
其中，ps＝{s
p1
,s
p2
,...,s
pn
}为正演的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各个块体的面积集合，qs＝{s
q1
,s
q2
,...,s
qn
}为实际观测的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各块体的面积集合，分别为ps和qs的平均值，n为每个正极性异常或负极性异常划分的块体个数，正演的海洋磁异常条带与实际观测的海洋磁异常条带之间的相似度为每个正极性异常和负极性异常相似度的平均值。相似度最大值位置为识别的磁异常条带位置。
[0058]
如图3所示，为本发明实施例中西南太平洋正演海洋磁异常条带。
[0059]
正演海洋磁异常条带可根据地磁极性年表建立磁化强度模型利用多边形体的磁异常进行计算得到。西南太平洋正演海洋磁异常条带极性时为c32-c27。将正演海洋磁异常条带划分为三个极性时片段，分别为极性时c32，极性时c31-30和极性时c29-27，虚线为不同极性时片段的界限。
[0060]
参见图4本发明实施例中西南太平洋实际观测海洋磁异常条带。西南太平洋实际观测海洋磁异常条带为极性时c32-c27。虚线为不同极性时片段的界限。
[0061]
参见图5本发明实施例中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c32识别结果。当正演的海洋磁异常条带c32极性时滑动经过实际观测的海洋磁异常条带时，计算得到正演磁异常条带与实际观测磁异常条带在不同极性时的相似度。当正演磁异常条带c32极性时经过实际观测磁异常条带c32极性时上方时，正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间的相似度最高，相似度值为0.8，正确识别出c32极性时。
[0062]
参见图6本发明实施例中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c31-30识别结果。当正演的海洋磁异常条带c31-30极性时滑动经过实际观测的海洋磁异常条带时，计算得到正演磁异常条带与实际观测磁异常条带在不同极性时的相似度。当正演磁异常条带c31-30极性时经过实际观测磁异常条带c31-30极性时上方时，正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间的相似度最高，相似度值为0.57，正确识别出c31-30极性时。
[0063]
参见图7本发明实施例中西南太平洋实际观测磁异常条带极性时c29-27识别结果。正演的海洋磁异常条带c29-27极性时滑动经过实际观测的海洋磁异常条带时，计算得到正演磁异常条带与实际观测磁异常条带在不同极性时的相似度。当正演磁异常条带c29-27极性时经过实际观测磁异常条带c29-27极性时上方时，正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间的相似度最高，相似度值为0.86，正确识别出c29-27极性时。
[0064]
通过以上技术方案，本发明提供了一种海洋磁异常条带定量自动识别方法，将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常采用三次样条插值剖分为数量相等的数据点。将每个正极性异常和负极性异常划分为相同个数的块体，对块体内部区域进行积分得到每个块体的面积。将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带滑动，计算实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带之间的余弦相似度。根据余弦相似度的大小给出正演磁异常条带与实际磁异常条带之间的相似度值。相似度最大值位置为识别的磁异常条带位置。解决采用人眼观察对比进行海洋磁异常条带识别难以避免主观性，无法给出定量相似度判断依据的问题。
[0065]
实施例2
[0066]
基于实施例1，本发明实施例2还提供一种海洋磁异常条带定量识别装置，所述装置包括：
[0067]
数据点插值模块，用于将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常插值为数量相等的数据点；
[0068]
块体划分模块，用于将每个正极性异常和负极性异常的数据点划分为相同个数的块体并计算每个块体的面积；
[0069]
磁异常条带位置识别模块，用于将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，根据每个块体的面积计算正演磁异常条带与观测磁异常条带之间的余
弦相似度，余弦相似度最大值对应的位置为识别的磁异常条带位置。
[0070]
具体的，所述数据点插值模块还用于：
[0071]
实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带均包括正极性异常和负极性异常，将实际观测的海洋磁异常条带和正演的海洋磁异常条带的每个正极性异常和负极性异常采用三次样条插值为相同个数的数据点，不同年代的正极性异常和负极性异常插值后的数据点数相等。
[0072]
具体的，所述块体划分模块还用于：
[0073]
将每个正极性异常和负极性异常划分为相同个数的块体，对块体内部区域进行积分得到每个块体的面积
[0074][0075]
其中，f(x)为磁异常幅值，k为块体内部剖分区域个数，x0为每个块体的起始点坐标，xk为每个块体的终止点坐标，xj为块体内部插值剖分点坐标。
[0076]
具体的，所述磁异常条带位置识别模块还用于：
[0077]
将正演的海洋磁异常条带沿着实际观测的海洋磁异常条带进行滑动，每次滑动步长为正极性异常或负极性异常剖分后的块体个数n，每次滑动后正演磁异常条带的正极性异常与实际观测磁异条带的正极性异常或负极性异常正好对应。
[0078]
具体的，所述磁异常条带位置识别模块还用于：
[0079]
通过公式计算正演磁异常条带与实际观测磁异常条带之间每个正极性异常和负极性异常之间的余弦相似度；
[0080]
其中，ps＝{s
p1
,s
p2
,...,s
pn
}为正演的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各个块体的面积集合，qs＝{s
q1
,s
q2
,...,s
qn
}为实际观测的海洋磁异常条带正极性异常或负极性异常剖分后各块体的面积集合，分别为ps和qs的平均值，n为每个正极性异常或负极性异常划分的块体个数，相似度最大值位置为识别的磁异常条带位置。
[0081]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。