地震目录#

本节贡献者: 田冬冬（作者）、姚家园（审稿）
最近更新日期: 2022-07-31
预计花费时间: 90 分钟

地震目录中包括了海量地震的信息，而通常用户只需要使用其中的一小部分，因而需要对地震目录进行筛选。对地震目录进行筛选的准则一般有如下几条：

根据地震发震时刻筛选
根据震中位置（即震中经纬度）筛选
根据震源深度筛选
根据地震震级筛选

这一节介绍如何筛选、下载与使用地震目录。

在线搜索和查看地震目录#

USGS 提供了可用于在线搜索和查看地震目录的网页工具。用户既可以手动筛选和下载地震目录，也可以方便直观地查看地震分布情况。下面演示如何使用 USGS 网站在线搜索和查看地震目录。

访问 USGS 地震目录网站: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/，会看到如下搜索界面：

搜索界面分为左中右三栏：
- 左侧栏设置震级搜索范围，可以选择 2.5 级以上或 4.5 级以上地震，也可以自定义地震震级最小值和最大值
- 中间栏设置发震时刻搜索范围，可以选择最近 7 天或最近 30 天，也可以自定义发震时刻范围的开始时间和结束时间（UTC 时间）
- 右侧栏设置震中区域范围，可以选择全球地震、美国及周边地震，也可以在地图上选中一个矩形区域
在“高级选项”中可进一步对地震目录做筛选：
- Geographic Region 可以设置地震震中的范围，有两种设置方式：
  1. 指定经纬度范围限定一个矩形区域，North 必须大于 South，East 必须大于 West
  2. 指定中心点的经纬度和半径值（单位为 km）来限定一个圆形区域
- Depth (km) 用于限定地震的深度范围，深度单位为 km。
- Review Status 用于限定地震信息的审核状态。一般来说，经人工审核的地震信息更加准确，但由于人工审核需要一定的时间，因而最近几小时或几天的地震信息可能没有被人工审核过。而自动确定的地震信息实时性更好，但地震位置和震级等信息可能不太准确。
- 除此之外，还可以进一步限制事件类型、事件影响力、地震目录来源、地震信息贡献者以及地震产品类型等。读者可以自行探索。
在“输出选项”中可以设置要以什么格式输出地震目录：

USGS 网站支持输出多种格式的地震目录：
- Map & List：在地图中显示地震目录，适合直观地查看地震分布情况
- CSV：CSV 格式，可以用 Excel 打开，也可以用 Python 的 pandas 模块处理
- KML：Google Earth KML 格式，可以在 Google Earth 中直接打开
- QuakeML: 地震学领域定义的标准地震目录格式，ObsPy 可以直接读取
- GeoJSON: 一种地理空间数据交换格式，多种软件和 Python 模块均可读取
所有选项选择完毕后，点击”Search“按钮，即可以根据指定的格式输出地震目录。

读者可以尝试筛选出 2022 年上半年（1-6 月）全球震级大于 5.0 级、深度大于 70 km 的地震，并选择以“Map & List”的方式输出。点击“Search”按钮后，会在浏览器中打开在线地图并展示地震分布。左侧为地震列表，右侧为地震分布。读者可自行探索该界面中的各个按钮，以了解其更多功能。

使用 ObsPy 下载地震目录#

USGS 提供的在线工具可以很直观地下载地震目录并查看地震分布，但是却不够自动化。 ObsPy 提供了从不同的地震数据中心筛选和下载地震目录的功能，并可以对得到的地震目录进行进一步分析和处理。

下面演示如何使用 ObsPy 的 Client.get_events() 函数筛选和下载地震目录。

首先，需要导入 ObsPy 中地震数据中心数据下载客户端 Client:

from obspy.clients.fdsn import Client

接下来，我们需要初始化一个 Client 对象。 ObsPy 的 Client 支持多个地震数据中心。这里我们选择使用 USGS 地震数据中心：

client = Client("USGS")

Client.get_events() 函数可以根据指定的参数对地震目录做筛选并下载。下面我们将获取 2020 年上半年全球震级大于 5.0 级的地震：

cat = client.get_events(
    starttime="2020-01-01",
    endtime="2020-07-01",
    minmagnitude=5.0
)

Client.get_events() 函数会根据指定的参数向 USGS 地震数据中心发起请求，并返回筛选后的地震目录。其返回值是 Catalog 类型，并被保存在变量 cat 中。

下面我们看看变量 cat 中的内容：

print(cat)

735 Event(s) in Catalog:
2020-06-30T22:10:09.644000Z | -19.543, +169.223 | 5.1  mb | manual
2020-06-30T09:24:23.549000Z | +38.154, -117.958 | 5.0  ml | manual
...
2020-01-01T03:53:29.023000Z | +52.637, +159.161 | 5.0  mb | manual
2020-01-01T00:28:20.289000Z |  -5.324, +152.551 | 5.1  mb | manual
To see all events call 'print(CatalogObject.__str__(print_all=True))'

从输出中可以看到，该地震目录中包括了 735 个地震，并打印了若干个地震的基本信息。

下面我们进一步限制震源深度最小值为 70 km。加上这一限制后，满足条件的地震只有 140 个。

cat = client.get_events(
    starttime="2020-01-01",
    endtime="2020-07-01",
    minmagnitude=5.0,
    mindepth=70,
)
print(cat)

140 Event(s) in Catalog:
2020-06-30T22:10:09.644000Z | -19.543, +169.223 | 5.1  mb | manual
2020-06-24T15:38:34.463000Z |  -1.602,  -77.527 | 5.1  mww | manual
...
2020-01-04T07:18:18.092000Z | -36.855, +176.951 | 5.1  mww | manual
2020-01-03T15:28:54.137000Z | +11.739,  -86.286 | 5.5  mww | manual
To see all events call 'print(CatalogObject.__str__(print_all=True))'

Catalog 类提供了用于绘制地震分布的 Catalog.plot() 函数，可以直观地查看地震的分布情况。默认情况下，用圆圈表示地震，圆圈的大小代表地震震级大小，圆圈的颜色代表地震的深度。

cat.plot();

假如我们只关心日本周边的地震，我们在数据申请时可以进一步限制地震震中的经纬度范围。下面的代码限定了地震的纬度范围为 30°-45°，经度范围为 130°-145°：

cat = client.get_events(
    starttime="2020-01-01",
    endtime="2020-07-01",
    minmagnitude=5.0,
    mindepth=70,
    minlatitude=30,
    maxlatitude=45,
    minlongitude=130,
    maxlongitude=145,
)
print(cat)

7 Event(s) in Catalog:
2020-05-31T21:02:11.329000Z | +36.203, +140.365 | 5.2  mww | manual
2020-05-30T18:13:48.078000Z | +42.480, +143.809 | 5.6  mww | manual
2020-05-24T09:36:14.771000Z | +31.399, +140.097 | 5.2  mww | manual
2020-05-13T05:56:28.624000Z | +42.742, +139.004 | 5.0  mww | manual
2020-05-05T16:57:08.845000Z | +35.559, +140.055 | 5.1  mww | manual
2020-03-17T15:10:32.414000Z | +42.319, +138.352 | 5.0  mb | manual
2020-02-12T10:37:18.660000Z | +37.322, +141.381 | 5.2  mww | manual

经过这样的筛选之后，满足条件的地震目录只剩下了 9 个。

在绘制下面的地震分布图时，我们使用了 projection="local" 参数以绘制区域地图，并使用 resolution="i" 参数设置地图中使用的海岸线精度。

cat.plot(projection="local", resolution="i");

地震目录的读与写#

通过 Client.get_events() 函数得到的地震目录保存在变量 cat 中。当 Python 脚本退出时，所有变量都会被销毁，变量中储存的地震目录信息也会消失，因而需要及时将地震目录保存起来。

Catalog.write() 函数用于将地震目录保存到磁盘文件中。下面的代码将地震目录以 QuakeML 格式保存到文件 japan-earthquakes.xml 中：

cat.write("japan-earthquakes.xml", format="QUAKEML")

/home/runner/micromamba/envs/seismo-learn/lib/python3.11/site-packages/obspy/io/quakeml/core.py:1112: UserWarning: 'quakeml:earthquake.usgs.gov/fdsnws/event/1/query?starttime=2020-01-01T00%3A00%3A00.000000&endtime=2020-07-01T00%3A00%3A00.000000&minlatitude=30.0&maxlatitude=45.0&minlongitude=130.0&maxlongitude=145.0&mindepth=70.0&minmagnitude=5.0' is not a valid QuakeML URI. It will be in the final file but note that the file will not be a valid QuakeML file.
  warnings.warn(msg % obj.id)

在需要时，随时可以使用 read_events() 函数读入磁盘文件中的地震目录。该函数值返回 Catalog 类型：

from obspy import read_events

cat = read_events("japan-earthquakes.xml")
print(cat)

7 Event(s) in Catalog:
2020-05-31T21:02:11.329000Z | +36.203, +140.365 | 5.2  mww | manual
2020-05-30T18:13:48.078000Z | +42.480, +143.809 | 5.6  mww | manual
2020-05-24T09:36:14.771000Z | +31.399, +140.097 | 5.2  mww | manual
2020-05-13T05:56:28.624000Z | +42.742, +139.004 | 5.0  mww | manual
2020-05-05T16:57:08.845000Z | +35.559, +140.055 | 5.1  mww | manual
2020-03-17T15:10:32.414000Z | +42.319, +138.352 | 5.0  mb | manual
2020-02-12T10:37:18.660000Z | +37.322, +141.381 | 5.2  mww | manual

深入理解和使用 `Catalog` 类#

上面提到，Client.get_events() 和 read_events() 的返回值都是 Catalog 类型。

事实上，Catalog 类是 ObsPy 中最核心的类之一，用于储存地震目录信息。下图展示了 Catalog 类的属性及其层级关系：

ObsPy 的 Catalog 类 — Fig. 17 ObsPy 的`Catalog` 类。引自 ObsPy 网站。#

Catalog 类可以当作一个列表。像常规列表一样，我们可以对 Catalog 类里的地震事件进行循环：

for event in cat[0:2]:
    print(event)

Event:	2020-05-31T21:02:11.329000Z | +36.203, +140.365 | 5.2  mww | manual

	            resource_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/fdsnws/event/1/query?eventid=us6000a3az&format=quakeml")
	             event_type: 'earthquake'
	          creation_info: CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000))
	    preferred_origin_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml")
	 preferred_magnitude_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml#magnitude")
	                   ---------
	     event_descriptions: 1 Elements
	                origins: 1 Elements
	             magnitudes: 1 Elements
Event:	2020-05-30T18:13:48.078000Z | +42.480, +143.809 | 5.6  mww | manual

	            resource_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/fdsnws/event/1/query?eventid=us6000a2rt&format=quakeml")
	             event_type: 'earthquake'
	          creation_info: CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 54, 40000))
	    preferred_origin_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a2rt/us/1597522794040/product.xml")
	 preferred_magnitude_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a2rt/us/1597522794040/product.xml#magnitude")
	                   ---------
	     event_descriptions: 1 Elements
	                origins: 1 Elements
	             magnitudes: 1 Elements

Catalog 列表里的每个元素都是 Event 类型。下面以第一个事件为例，看看 Event 类里的内容：

event = cat[0]
print(event)

Event:	2020-05-31T21:02:11.329000Z | +36.203, +140.365 | 5.2  mww | manual

	            resource_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/fdsnws/event/1/query?eventid=us6000a3az&format=quakeml")
	             event_type: 'earthquake'
	          creation_info: CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000))
	    preferred_origin_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml")
	 preferred_magnitude_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml#magnitude")
	                   ---------
	     event_descriptions: 1 Elements
	                origins: 1 Elements
	             magnitudes: 1 Elements

从中可以看出，Event 类有很多属性。在这一节里，我们重点关注 origins 和 magnitudes。

Event 的 origins 属性也是一个列表，其元素是 Origin 类型。

print(event.origins)

[Origin(resource_id=ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml"), time=UTCDateTime(2020, 5, 31, 21, 2, 11, 329000), longitude=140.3648, latitude=36.2034, depth=98610.0 [uncertainty=3700.0], quality=OriginQuality(used_phase_count=135, standard_error=0.7, azimuthal_gap=52.0, minimum_distance=0.143), origin_uncertainty=OriginUncertainty(horizontal_uncertainty=5800.0, preferred_description='horizontal uncertainty'), evaluation_mode='manual', creation_info=CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000)))]

event.origins 之所以是一个列表，是因为，对于任意一个地震，可能有多个机构或多种不同方法给出多个不同的震源信息。在这个例子中，event.origins 中只包含了一个元素（即一个震源信息）。

origin = event.origins[0]
print(origin)

Origin
	        resource_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml")
	               time: UTCDateTime(2020, 5, 31, 21, 2, 11, 329000)
	          longitude: 140.3648
	           latitude: 36.2034
	              depth: 98610.0 [uncertainty=3700.0]
	            quality: OriginQuality(used_phase_count=135, standard_error=0.7, azimuthal_gap=52.0, minimum_distance=0.143)
	 origin_uncertainty: OriginUncertainty(horizontal_uncertainty=5800.0, preferred_description='horizontal uncertainty')
	    evaluation_mode: 'manual'
	      creation_info: CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000))

从上面的输出中可以看到，Origin 类的属性中包含了我们关心的震源信息。比如，可以通过下面的代码，输出地震震源的发震时刻、纬度、经度和深度信息：

print(origin.time, origin.latitude, origin.longitude, origin.depth)

2020-05-31T21:02:11.329000Z 36.2034 140.3648 98610.0

同样的，Event 的 magnitudes 属性也是一个列表，其元素是 Magnitude 类型。

print(event.magnitudes)

[Magnitude(resource_id=ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml#magnitude"), mag=5.2 [uncertainty=0.062], magnitude_type='mww', origin_id=ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml"), station_count=25, evaluation_mode='manual', creation_info=CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000)))]

mag = event.magnitudes[0]
print(mag)

Magnitude
	     resource_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml#magnitude")
	             mag: 5.2 [uncertainty=0.062]
	  magnitude_type: 'mww'
	       origin_id: ResourceIdentifier(id="quakeml:earthquake.usgs.gov/product/origin/us6000a3az/us/1597522798040/product.xml")
	   station_count: 25
	 evaluation_mode: 'manual'
	   creation_info: CreationInfo(agency_id='us', creation_time=UTCDateTime(2020, 8, 15, 20, 19, 58, 40000))

下面的代码将输出地震震级和震级类型信息：

print(mag.mag, mag.magnitude_type)

5.2 mww

地震“学”科研入门教程

地震目录

Contents

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在线搜索和查看地震目录#

使用 ObsPy 下载地震目录#

地震目录的读与写#

深入理解和使用 `Catalog` 类#

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