海洋地球物理平面剖面图的绘制

谭勇华，高金耀，张 涛

（国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海底科学重点实验室，浙江 杭州 310012）

海洋地球物理平面剖面图的绘制

谭勇华，高金耀，张 涛

（国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海底科学重点实验室，浙江 杭州 310012）

以海洋地磁平面剖面图(以下简称平剖图)的绘制为例，介绍了绘制海洋地球物理平剖图的基本原理和实现方法。该方法思想新颖，具有使用效率高、适用范围广、上手快、实现简单等优点。通过对“908”（我国近海海洋综合调查与评价专项）海洋地磁异常数据的试处理，取得了令人满意的效果。

海洋地球物理；平面剖面图；Matlab；Surfer

海洋地球物理数据中的平剖图，能够很好地反映数据的区域变化趋势及局部细节，对异常识别帮助很大，是海洋地球物理数据处理、结果解释的一种重要的常规表现形式。20世纪90年代以前，由于计算机普及程度低，在进行海洋地球物理数据处理时，先用计算机绘制出剖面场值曲线及航迹线，然后手工填充上色。由于海洋地球物理探测跨区大、测线多且密集，手工着色费时费力、效率低，所绘图件着色不一致、不美观，不能适应快速高效、数字化、自动化的数据成图要求。近年来，一些面向陆地测量的商业软件相继面世。同时，国内也有研究人员开发了一些专业的小程序来解决陆地上测量的平剖图绘制软件[1-3]，由于编程人员主要考虑陆地上的测量要求，即测线比较规则，测线方向和测点间距预先定下来。所以要绘制平剖图，实施起来相对比较容易。而海洋调查具有的不确定因素较多，航向不可能总能保持在一个方向上，实际测线可能是一条折线，所以从原理上来说，海洋数据的处理比陆地上数据的处理要烦琐。除有部分间接使用其它商业软件作为辅助绘图以外[4-5]，到目前为止，国内尚未有完全适合海洋地球物理数据直接使用的平剖图绘制软件的报道。作者在综合研究了前人在陆地上测量时的数据成图方法后，提出了利用surfer8.0和Matlab软件绘制海洋地球物理平剖图的成图技术。实际应用表明，作为一种辅助成图手段，该方法既充分利用Matlab强大的矩阵计算（解方程组）的能力，又完全利用了surfer8.0软件强大的绘图功能，高效地绘制出美观、一致的平剖图，提高了海洋地球物理数据处理的效率和质量。

1 实现流程

此方法之所以能够简单实现半自动化内业绘图，主要得力于Matlab强大的矩阵计算（解方程组）能力和Surfer软件强大的绘图功能。第一步，将数据整理成规则数据格式，地球物理仪器采集的数据一般都输出以空格为间隔的规则数据,基本上不需要加工即可绘制原始数据剖面图；第二步，将异常值转化为坐标，具体算法及原理在2.1和2.2节细述；第三步，输出成Bln文件，第四步,利用Surfer生成平剖图。此方法实现起来也非常简便，其流程如图1。

图1 绘制平剖图的流程

2 剖面数据处理

2.1 绘制剖面图的基本原理

剖面图是表示某一测线或方向的剖面上特征值变化情况的图件。平剖图是由全测区的所有剖面或测线按实际位置并列在一张平面图纸上构成[3]。在陆地测量时，由于预先知道测线的方向和点号，而且测线为一直线，要做平剖图相对比较容易（如图2）。在进行海洋测量时，由于船的航向不可能总是一个固定的方向值。所以实际测线不是一条严格的直线（如图3）。以海洋地磁测量为例，在理想条件下，认为实际航线为一直线，假设调查船沿测线A-E进行测量（图4），分别在 A（X1，Y1）、B（X2，Y2）、C（X3，Y3）、D（X4，Y4）、E（X5，Y5）五个点进行了数据采集，五个点对应的的测量值分别为K1，K2，K3，K4，K5，在剖面上，A 点的磁场为 K1，假设比例系数为1，则代表J到A点的距离为K1，得到方程：

且直线JA⊥AB，得到方程：

其中 A（X1，Y1），B（X2，Y2）为已知坐标，结合式（1）和式（2）可解出x和y的值，即J点的坐标可以解出，同样步骤可以解出 I，H，G，F 的坐标。 按顺序输出 A，B，C，D，E 和 F，G，H，I，J构成一条没有着色的剖面。

图2 陆地地球物理测量的剖面示意图

图3 海洋地球物理走航测量的剖面示意图

图4 调查剖面示意图

2.2 剖面数据处理

海洋走航调查受海流和其它因素影响，实际测线方向不可能总保持一个标准的方向，每两点的斜率会有较大变化，我们先通过将所有要成图的测线数据网格化，然后从网格数据中根据设计测线的起点和终点输出成规则测线。

对方程（1）和方程（2）组成的二元二次方程联立求解，常规的方法包括迭代法、牛顿法等，但这两种方法要在Fortran或C语言里实现，如果没有现成的函数，程序编写比较烦琐。我们可以利用Matlab强大的矩阵计算能力。无需烦琐的程序语言编写，只要我们输入方程组，即可把方程解出来。

2.3 转换为Surfer成图文件格式

Surfer支持一种称为白化文件的bln文件，它是用ASCII明码写成的通知Surfer空白某一区域的文件。bln文件具有以下格式：

length是背景地图某条折线中的节点数。flag是白化区特征值，可取1或0，默认为 flag=1；当flag=1时，节点圈出的区域被白化，如果 flag=0，则是圈合折线以外的区域被白化。对bln文件作出的白化区域还可以充填颜色。

“Pname 1”是某一区域或某一节点的 ID。xi，yi是第 I节点的 x、y坐标值，xn，yn可以与 x1，y1相等或不等。 当 xn=x1且yn=y1时，这条折线形成闭合折线框；如果 xn≠x1或yn≠y1时，这条折线不闭合，形成一条折线。由此我们较容易利用Surfer这一功能设计绘制剖面平面图。仔细观察可以看到，平时使用的平面剖面图由很多个小的闭合区域组成。就单个剖面而言，它由若干个正异常闭合区和若干个负异常闭合区组成。通过Matlab程序进行坐标计算，进一步将点按顺序生成小的闭合区域（xn=x1且yn=y1）。值得注意的是，地球物理平剖图在着色时，一般方法是正异常使用红色填充、负异常使用蓝色填充，所以在制作剖面图的bln文件时，需要生成正、负异常2个bln文件，在Surfer里绘制基面图，最后将正异常圈闭的区域文件与负异常圈闭的区域文件进行地图叠加，生成一个正负一体的平剖图。

只要输入方程组，即可把方程解出来。程序的代码如下:

图5 “908”某区块海洋重力布格异常平面剖面图

图6 “908”某区块海洋地磁异常平面剖面图

3 计算实例

使用上述代码，我们可以批量绘制出与地球物理数据的平剖图，经过统一的比例尺标定，从而使批量做出的图形具有很好的可比性,对研究不同时间,不同空间的海洋地球物理资料提供了比较直观的参考。我们利用该方法对“908”某区块的海洋地磁调查数据绘制了平剖图（图5，图6），平剖图简单易行，图面美观清晰，不需要逐条绘制，很好地满足了当前一线和二线地质地球物理工作者快速准确地绘制平剖图的迫切要求。

4 结论

本文参考了陆地地球物理测量时所使用的绘图方法[1，3]中的部分思想，比较通俗地叙述了一种简便的方法来绘制海洋地球物理的平剖图，实践证明该方法具有以下优点：

（1）本方法利用Matlab强大的矩阵计算能力，无需用复杂的计算机语言来解方程组；

（2）该方法对数据格式的要求不高，可以根据具体格式在Matlab里随意修改；

（3）利用Surfer强大的绘图功能，使画图模块可在现成的软件下实现，对没有相关计算机语言基础的用户可以简单实现；

（4）实际工程案例说明其简便、经济的优点，对于大范围大工作量的测线尤其适合。具有效率高、适用范围广、上手快、实现简单等优点。

[1]李文杰，等.运用SURFERTM软件绘制航空物探平面剖面图[J].物探化探计算技术，2007，29（4）：363-366.

[2]辛柏森，等.海洋地磁学[M].青岛：青岛海洋大学出版社，1994.

[3] 孙中任 赵东亮，等.利用 Surfer实现剖面平面图[J].物探与化探，2006，30（2）：172-174.

[4]白世彪 王军见，等.Surfer软件在水下地形三维可视化与分析中的应用[J].海洋测绘,2004,24（5）：51-53.

[5]王冠琳 胡筱敏，等.使用Surfer Automation实现海洋要素等值线图的批量绘制[J].海洋技术,2007，26（2）：70-75.

Profile-plan Portraying about Ocean Physical Geography

TAN Yong-hua1,2,GAO Jin-yao1,2,ZHANG Tao1,2
(1.Second Institute of Oceanography,SOA,Hangzhou Zhejiang 310012,China;2.Key Laboratory of Submarine Geosciences,SOA,Hangzhou Zhejiang 310012,China)

A method of portraying a profile-plan about marine physical geophysics data is presented.Its basic principle is introduced in detail.This method obviously improves the portraying effect compared to the previous method.It uses a kind of new idea.It has many advantages such as high efficiency,wide application,simple operation and so on.Excellent results have been gained by processing the data of“908”marine magnetic anomalies using this method.

marine geophysics;profile-plan;Matlab;Surfer

P285.7

B

1003-2029（2011）03-0052-04

2011-01-08

国家自然科学基金资助项目(41006035,40776036)；我国近海海洋综合调查与评价专项(908-ZC-I-06)

谭勇华（1977-），男，湖南涟源人，硕士，助理研究员，海洋地质专业。E-mail:tan_yh@126.com