近日，我校测绘与地理科学学院于道成副教授在利用新一代卫星测高技术构建海洋重力场、揭示海底地质构造特征方面取得重要进展。研究成果以“Revealing buried tectonic structures in the Gulf of Mexico using SWOT-derived marine gravity”为题，发表于国际遥感领域权威期刊《Remote Sensing of Environment》（最新影响因子为12.3）。
本研究首次在盆地尺度表明，SWOT宽刈幅测高能够以足够的空间分辨率和精度反演海洋重力场，实现对厚层沉积物覆盖下海底构造的有效识别。本研究利用1.5年的SWOT卫星观测数据，反演了墨西哥湾海域海洋重力异常及重力垂直梯度。研究结果表明，SWOT海洋重力场的空间分辨率约为9.6 km，与传统多任务卫星测高重力场相比，SWOT重力场精度提升8%；在近岸海域，精度提升可达13%。
重力垂直梯度（vertical gravity gradient, VGG）能增强重力异常中的短波长信号，有利于识别地质构造。因此，本研究利用SWOT反演的VGG系统研究了墨西哥湾海底构造特征。结果表明，与传统测高VGG相比，SWOT VGG能够提供更加丰富的构造细节和空间信息。SWOT VGG清晰刻画了位于两个断裂带（fracture zone）之间的双脊几何构造（图中编号1a），该几何特征可能反映海底扩张过程中发生的扩张脊跳跃（ridge jump）。同时，SWOT VGG还显示出断裂带南端走向的明显变化（图中编号1b），这一构造细节在传统测高VGG中未得到清晰表达。在墨西哥湾东北部，深穿透二维地震反射资料所解释的洋壳边界与SWOT VGG信号并不完全一致（图中编号2a）。研究认为，这种差异可能与该区域较强的火成岩特征有关。此外，SWOT VGG对墨西哥湾盐盆地具有较强的响应，清晰刻画了盐盆地的空间形态及其内部结构特征（图中编号3a和3b）。
图：SWOT重力垂直梯度揭示的墨西哥湾海底构造特征及其与地震、航磁和地质资料的综合对比
更为重要的是，SWOT揭示了未曾被传统测高卫星发现的海底构造特征。在墨西哥湾西南部，SWOT VGG清晰识别出墨西哥山脊重力脱离褶皱带（gravitationally detached foldbelt，图中编号4），且与地震数据具有良好的一致性。该构造长期被厚层沉积物覆盖，传统卫星测高VGG难以清晰表达，而SWOT VGG提供了新的独立观测信息。在著名的希克苏鲁伯（Chicxulub）陨石坑附近，尽管该构造已被约6500万年来形成的厚层碳酸盐沉积物覆盖，SWOT VGG仍能清晰显示出与撞击事件相关的线性特征（图中编号5），这些特征可能是撞击过程形成的断裂构造。值得注意的是，上述构造特征在传统测高VGG及海底地形数据中均未得到同等清晰的表达，体现了SWOT宽刈幅测高在识别沉积物覆盖区域短波长构造特征方面的独特优势。
研究将SWOT VGG结果与已有地震、航空磁测及地质研究成果进行综合分析。结果表明，SWOT VGG所揭示的主要构造特征与独立地球物理观测具有良好的一致性，为认识墨西哥湾盆地的形成、海底扩张及被动大陆边缘演化提供了新的独立约束。值得关注的是，SWOT VGG清晰揭示了尤卡坦弧内盆地基底构造特征，支持墨西哥湾盆地初始阶段经历西北—东南向伸展断裂、随后发生西南—东北向海底扩张的演化模式（图中编号6a和6b），为长期存在争议的墨西哥湾盆地初始张开方向及演化历史提供了新的地球物理约束。
该研究表明，SWOT卫星测高不仅能够服务于传统海洋动力学研究，还能通过高精度、高分辨率海洋重力异常及重力垂直梯度揭示传统测高难以识别的海底深部构造。这一成果拓展了宽刈幅卫星测高在固体地球科学领域的应用边界，为探测全球沉积物覆盖海洋盆地中的深埋构造、研究海洋盆地形成演化提供了一种新的空间遥感技术手段。
作者简介：于道成，副教授、博士生导师，主要从事卫星测高及其在大地测量学中的应用研究。以共同第一作者和共同通讯作者在《Science》发表论文1篇，以第一作者在《Remote Sensing of Environment》发表论文3篇，在《Journal of Geodesy》发表论文3篇。主持国家自然科学基金项目1项、辽宁省中央引导地方科技发展资金项目1项、辽宁省教育厅青年项目1项，入选辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425726003986
