Zeitschrift für Geologie und Geophysik
Offener Zugang

Abstrakt

Evaluierung und Bewertung von Methoden der Bohrlochpaläothermometrie zur Ableitung von Erkenntnissen über Klimaänderungen in der Vergangenheit

Jia Liu*, Tingjun Zhang

Das Problem der Ableitung der Temperaturhistorie der Bodenoberfläche (GSTH) aus Bohrlochtemperatur-Tiefendaten ist wie praktisch jedes andere geophysikalische inverse Problem durch Instabilität aufgrund von Rauschen gekennzeichnet. Aufgrund der verschiedenen Möglichkeiten, das Problem zu parametrisieren und zu optimieren, ist die Lösung methodenabhängig. In dieser Arbeit versuchen wir, die mit vier Methoden erzielten Ergebnisse zu analysieren, darunter die derzeit weit verbreitete Funktionale Rauminversion (FSI) und Singulärwertzerlegung (SVD) sowie die neu entwickelte Methode der Fundamentallösungen (MFS) und die Tikhonov-Methode. Alle vier Methoden basieren auf der Theorie der eindimensionalen Wärmeleitung. Zur Beurteilung der Wirksamkeit der verschiedenen Methoden wurden synthetische Bodentemperaturprofildaten mit Rauschen erstellt und zum Vergleich der verschiedenen Methoden verwendet. Wir analysieren fünf mathematische Modelle, die die GSTH beschreiben: (1) Einstufiges Signal, (2) Einrampensignal, (3) Glattes Einrampensignal, (4) Sinusförmiges Signal und (5) Gemischtes Sinussignal. Wir verwenden in den vier Methoden denselben Vorwärtslöser und dieselbe räumliche und zeitliche Diskretisierung, um mögliche Unterschiede aus diesen Quellen auszuschließen. Die vier inversen Methoden liefern ähnliche Ergebnisse der betreffenden Variationstrends der GSTH. Die geschätzten GSTH unterscheiden sich jedoch in den Details des Zeitpunkts und des Ausmaßes der Änderungen. Die Wirksamkeit der vier Methoden hängt vom Signal ab: Sinussignale können mit der MFS-Methode robust invertiert werden, andere Signaltypen werden mit der Tikhonov-Methode bei Hinzufügung eines geringen Rauschpegels exakt rekonstruiert, und FSI ist gut darin, das Rauschen zu unterdrücken.