MoPaD:地震矩绘制和分析工具

MoPaD,全称Moment tensor Plotting and Decomposition,是一个用于分析地震矩的小工具, 主要功能包括地震矩与断层面参数的转换、地震矩分解以及震源球的绘制。该工具可控参数非常丰富,因而 具有非常强的灵活性,可以满足大多数需求。

基本信息

作者:Lars Krieger and Sebastian Heimann

语言:Python,需要安装numpy和matplotlib模块

官方主页: http://www.larskrieger.de/mopad/

下载地址: https://github.com/geophysics/MoPaD

许可:LGPL

引用:Lars Krieger and Sebastian Heimann, MoPaD - moment tensor plotting and decomposition: A tool for graphical and numerical analysis of seismic moment tensors, Seismol. Res. Lett., 83(3):589-595, 2012

基本语法

mopad <method> <source-mechanism> [options]

source-mechanism可以取如下几种形式:

  • strike,dip,rake
  • strike,dip,rake,moment
  • M11,M22,M33,M12,M13,M23
  • M11,M22,M33,M12,M13,M23,moment
  • M11,M12,M13,M21,M22,M23,M31,M32,M33

每种形式的参数个数不同,因而容易区分。各参数以逗号分隔。角度的单位为度,地震矩分量以及标量矩的单位为N.m。 这里不直接支持矩震级Mw,有些可惜。地震矩的默认坐标系为1为北向(N),2为东向(E),3向下(D),符合 右手定则,记为NED

method可以取如下四种形式:

  • plot
  • describe
  • decompose
  • gmt

四种method,各自有自己独立的options,options太多,主要是调节一些细节参数,不细说。可以使用 mapad method --help 查看每个method对应的选项。

Method

Plot

用于绘制震源球。震源球默认使用立体等角度投影方式,垂向视角,下半球投影,压缩区为白色,拉伸区为红色, 默认只绘制地震矩的偏张量部分。

下面的例子使用矩张量的震源表示形式,-I选项表明绘制地震矩的各向同性部分,-f指定了输出图像文件名。若未 指定文件后缀,默认为svg格式,目前支持的格式包括svg、png、ps、eps、pdf。

mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -I -f FSD_xmpl.png

这是个更复杂的例子,体现了mopad强大的可控性,具体选项参考mopad plot -h

mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -s 10 -v -50,30,-0 -U
      -p o -f FSD_complex.svg -r 252,233,79 -w 117,80,123
      -d 1 3 red 0.5 -e 15 4 1 -b

mopad可以做地震矩分解,当然也就可以将矩张量不同部分绘制出来。目前可以绘制完整的矩张量、各向同性部分、 偏张量部分、double couple部分以及clvd部分,下面5个命令为例子,不再秀图。

mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -I -s 1 -f FSD_xmpl_full.png
mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -P iso -s 0.36  -f FSD_xmpl_iso.png
mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -s 0.93 -f FSD_xmpl_devi.png
mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -P dc -s 0.74 -f FSD_xmpl_dc.png
mopad plot 1,2,3,-4,-5,-10 -P clvd -s 0.57 -f FSD_xmpl_clvd.png

describe

对地震矩以及断层参数进行描述。

$ mopad describe 1,2,3,-4,-5,-10 -i USE

Scalar Moment: M0 = 14.9031 Nm (Mw = -5.3)
Moment Tensor: Mnn =  0.200,  Mee =  0.300, Mdd =  0.100,
               Mne =  1.000,  Mnd = -0.400, Med =  0.500    [ x 10 ]

Fault plane 1: strike =  95°, dip =  67°, slip-rake = -163°
Fault plane 2: strike = 358°, dip =  74°, slip-rake =  -24°

decompose

矩张量分解。

$ mopad decompose 1,2,3,-4,-5,-10 -o USE

分解结果如下:

Basis system of the input:

NED

 Basis system of the output:

USE

 Decomposition type:

ISO + DC + CLVD

 Full moment tensor in USE-coordinates:

  /  0.30 -0.50  1.00 \
  | -0.50  0.10  0.40  |   x  10.000000
  \  1.00  0.40  0.20 /


 Isotropic part in USE-coordinates:

  /  2.00  0.00  0.00 \
  |  0.00  2.00  0.00  |
  \  0.00  0.00  2.00 /


 Isotropic percentage:

13

 Deviatoric part in USE-coordinates:

  /  0.10 -0.50  1.00 \
  | -0.50 -0.10  0.40  |   x  10.000000
  \  1.00  0.40  0.00 /


 Deviatoric part in USE-coordinates:

  /  0.10 -0.50  1.00 \
  | -0.50 -0.10  0.40  |   x  10.000000
  \  1.00  0.40  0.00 /


 Deviatoric percentage:

87

 Double Couple part in USE-coordinates:

  /  1.36 -2.97  7.30 \
  | -2.97 -1.77  1.95  |
  \  7.30  1.95  0.41 /


 Double Couple percentage:

55

 Second Double Couple part in USE-coordinates:

 not available in this decomposition type


 Second Double Couple's percentage:

 not available in this decomposition type


 Third Double Couple part in USE-coordinates:

 not available in this decomposition type


 Third Double Couple's percentage:

 not available in this decomposition type


 CLVD part in USE-coordinates:

  / -0.36 -2.03  2.70 \
  | -2.03  0.77  2.05  |
  \  2.70  2.05 -0.41 /


 CLVD percentage:

32

 Seismic moment (in Nm) :

14.9031089939

 Moment magnitude Mw:

-5.25114874821

 Eigenvalues T N P :

12.5907, 4.31243, -10.9031

 Eigenvectors T N P (in basis system USE):

  / -0.74 \
  |  0.09  |
  \ -0.67 /

  /  0.26 \
  | -0.88  |
  \ -0.40 /

  / -0.62 \
  | -0.47  |
  \  0.63 /


 Tension-axis in USE -coordinates:

  / -0.62 \
  | -0.47  |
  \  0.63 /


 Null-axis in USE -coordinates:

  /  0.26 \
  | -0.88  |
  \ -0.40 /


 Pressure-axis in USE -coordinates:

  / -0.74 \
  |  0.09  |
  \ -0.67 /

gmt

GMT能绘制的震源球类型很有限,因而mopad可以作为一个补充。mopad gmt返回(x,y),其可以作为psxy 命令的输入。输出的x、y值中心位于(0,0),因而在利用GMT的psxy绘制的时候需要进行位置的转换。

mopad与psxy联合需要使用一些cpt文件,以控制一些颜色。

makecpt -Cpolar -Z > psxy_fill.cpt

psxy_fill.cpt控制震源球压缩区(颜色代码为1)和拉伸区(颜色代码为0)的颜色,这个例子中分别为红色(1)和白色(0)。

makecpt -I -Chot -Z >psxy_lines.cpt

psxy_lines.cpt控制震源球边界和界面线的颜色,本例中为黑色。

mopad gmt 1,2,3,-4,-5,-10 -t fill -p s | psxy -Jx4/4 -R-2/2/-2/2 -P -Cpsxy_fill.cpt -M -K -L  > BB1.ps
mopad gmt 1,2,3,-4,-5,-10 -t lines -p s | psxy -Jx4/4 -R-2/2/-2/2 -W5 -P -Cpsxy_lines.cpt -M -O >> BB1.ps

小结

工具本身很强大,与GMT的结合不太完美,另外虽然是命令行工具,但是不太适合批量处理。