用 taup_time 计算震相走时及射线信息

taup_time 是 TauP 提供的一个工具,其主要用于计算震相理论走时,除此之外, 还提供了一些与射线有关的信息。

基本用法

计算震源深度为 300km,震中距为 60 度时,P、S、PcP 等震相的走时信息:

taup_time -mod prem -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP -deg 60 -h 300

其中:

  • -mod 指定速度模型为 TauP 内置的 prem 模型;
  • -ph 后跟一系列震相名;
  • -h 震源深度;
  • -deg 后接震中距,单位为度;

在震中距比较小的情况下,用千米表示震中距更方便,可以使用 -km 选项。比如 计算一个浅源地震在 100 km 处常见 P 波震相的走时信息:

taup_time -mod prem -ph ttp+ -h 2 -km 100

当然,也可以通过给定地震位置以及台站位置:

taup_time -mod prem -ph P,PcP -h 100 -sta 20 130 -evt 40 150

输出信息

以第一个例子的输出为例:

$ taup  taup_time -mod prem -ph P,S,PcP,ScS,PKiKP -deg 60 -h 100

Model: prem
Distance   Depth   Phase   Travel    Ray Param  Takeoff  Incident  Purist    Purist
  (deg)     (km)   Name    Time (s)  p (s/deg)   (deg)    (deg)   Distance   Name
-----------------------------------------------------------------------------------
   60.00   100.0   P        595.39     6.819     30.16    20.83    60.00   = P
   60.00   100.0   PcP      640.10     3.999     17.14    12.04    60.00   = PcP
   60.00   100.0   PKiKP   1017.57     1.242      5.25     3.71    60.00   = PKiKP
   60.00   100.0   S       1081.25    12.786     31.42    21.59    60.00   = S
   60.00   100.0   ScS     1176.81     7.448     17.68    12.38    60.00   = ScS

输出共 9 列,从左到右分别为:

  1. 震中距(度);
  2. 震源深度(km);
  3. 震相名;
  4. 震相走时(秒);
  5. 射线参数(秒 / 度);

    \[p = r \frac{\sin \theta}{v_s} = 6371 km \frac{\sin 20.83}{5.8 km/s} = 390.5423 s/radian\] \[= 390.5423 * 2\pi/360 s/deg = 6.817 s/deg\]

  6. 出射角(deg):即射线与垂直向下方向的夹角。若夹角在 0 到 90 度内,则取正值;若夹角在 90 度到 180 度内,则先减去 90,再取负值。因而,一般情况下,P 波出射者为正值,而 p 出射角为负值;
  7. 入射角(deg):射线在台站(位于地表)处入射时与垂直向上方向的夹角。应该是恒正的。
  8. Purist Distance 和 Purist Name 不知为何物;

信息提取

上面介绍的输出中包含了很多信息,想要在脚本中提取出想要的信息有些麻烦。所以 taup_time 提供了一些选项,使得在脚本中计算走时什么的更加方便。

time

该选项使得输出中只包含走时信息:

$ taup  taup_time -mod prem -ph P,S,PcP -deg 60 -h 100 --time
595.3896 640.09875 1081.2472

需要注意的是,输出中走时不是按照 -ph 选项中震相的顺序进行排序的,而是按照走时递增的顺序排序。比如这里,S 震相放在震相列表的第二位,而走时 1081.2472 却放在第三位。

rayp

该选项使得输出中只包含射线参数信息:

$ taup  taup_time -mod prem -ph P,S,PcP -deg 60 -h 100 --rayp
6.8185554 3.9990747 12.785722

这里,射线参数的输出是按照震相进行排序的。

time 和 rayp

这两个选项是不能一起用的,也就是说不能同时输出震相走时和射线参数信息。当两个选项同时使用时,会以后出现的选项为准。

当同时需要走时和射线参数时,只能多次执行命令了。

rel

该选项用于计算震相的相对走时,似乎有 bug,无法正常工作。