地震台站

地震台站#

  • 本节贡献者: 田冬冬（作者）、姚家园（审稿）

  • 最近更新日期: 2023-04-29

  • 预计花费时间: 60 分钟

全球地震台站有成千上万个，通常在某个具体研究中只需要符合特定要求的台站，因而需要对地震台站进行筛选。 这一节介绍如何筛选公开地震台站并获取台站信息。

使用 IRIS GMAP 筛选台站#

Note

IRIS GMAP 使用了 Google 地图服务，因而需要科学上网才能正常访问。

IRIS GMAP 是一个由 IRIS 提供的地震台站网页搜索工具，可以方便地查看全球地震台站分布以及台站的 详细信息。下面演示 IRIS GMAP 的基本使用方法。

访问 IRIS GMAP 网站 https://ds.iris.edu/gmap/， 会看到如下界面：界面左侧为功能栏，可以使用不同的准则筛选地震台站； 右侧为显示区，用于显示符合筛选条件的地震台站。

左侧功能栏中，支持以多种不同的方式对地震台站进行筛选：指定台网名、台站名、位置码、通道名；指定时间范围；指定台站位置范围（矩形区域或圆形区域）；指定地震数据中心。

IRIS GMAP 界面

Fig. 18 IRIS GMAP 界面#

例如，想筛选所有 IU 台网的宽频带地震台站，则可以在 Network 框中输入 IU， 在 Channel 框中输入 BH?（此处的问号为通配符），然后点击上方的 Update Map 按钮，界面右侧便会显示出所有满足筛选条件的台站。右侧上方为地图区域，圆圈标记了 台站的位置；下方为列表区域，会显示台网名、台站名、台站位置以及台站的开始和结束时间。

IRIS GMAP 显示 IU 台网的宽频带台站

Fig. 19 IRIS GMAP 显示 IU 台网的宽频带台站#

可以更进一步查看每个台站的详细信息。以位于美国新墨西哥州的地震台站 IU.ANMO 为例， 点击 IU.ANMO 台站对应的圆圈或下方列表区域的该台，会出现如下图所示的提示框：

IRIS GMAP 查看 IU.ANMO 台站的基本信息

Fig. 20 IRIS GMAP 查看 IU.ANMO 台站的基本信息#

可以看到，IU.ANMO 台站位于美国新墨西哥州 Albuquerque 市，台站开始运行的时间为 2002 年 11 月 19 日，结束运行的时间为 2599 年 12 月 31 日（这一“未来”结束时间 表示台站依然在长期运行中）。

点击提示框中的 “More Information”链接，则会跳转到 IRIS MDA 中 该台站所对应的页面（即 https://ds.iris.edu/mda/IU/ANMO/?starttime=2002-11-19&endtime=2599-12-31)。 该页面不仅列出了台站的基本信息，还列出了台站所使用的地震仪器及其基本参数。

IRIS MDA 中查看 IU.ANMO 台站的基本信息

Fig. 21 IRIS MDA 中查看 IU.ANMO 台站的基本信息#

使用 ObsPy 下载地震台站信息#

IRIS GMAP 作为一个在线工具可以很直观地查看台站分布和基本信息，但却不适合数据 自动化处理。ObsPy 提供了从不同的地震数据中心筛选和下载台站基本信息的功能。

下面演示如何使用 ObsPy 的 Client.get_stations() 函数筛选和下载地震台站信息。

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 IRIS 地震数据中心：

client = Client("IRIS")

Client.get_stations() 函数可以根据指定的参数获取地震台站信息。这里我们想要获得 IU 台网中所有台站名以 A 开头的 宽频带三分量（BH*）台站，并同时获取台站的仪器响应信息（level="response"）：

inv = client.get_stations(
    network="IU", 
    station="A*",
    channel="BH*",
    starttime="2002-01-01",
    endtime="2002-01-02",
    level="response"
)

该函数会向 IRIS 地震数据中心发起请求，并返回符合条件的地震台站信息。其返回值是 Inventory 类型，并被保存到变量 inv 中。 下面我们看看变量 inv 中的内容：

print(inv)

Inventory created at 2024-11-17T01:47:00.260800Z
	Created by: IRIS WEB SERVICE: fdsnws-station | version: 1.1.52
		    http://service.iris.edu/fdsnws/station/1/query?starttime=2002-01-...
	Sending institution: IRIS-DMC (IRIS-DMC)
	Contains:
		Networks (1):
			IU
		Stations (3):
			IU.ADK (Adak, Aleutian Islands, Alaska)
			IU.AFI (Afiamalu, Samoa)
			IU.ANMO (Albuquerque, New Mexico, USA)
		Channels (15):
			IU.ADK.00.BHZ, IU.ADK.00.BHN, IU.ADK.00.BHE, IU.AFI.00.BHZ, 
			IU.AFI.00.BHN, IU.AFI.00.BHE, IU.AFI.10.BHZ, IU.AFI.10.BHN, 
			IU.AFI.10.BHE, IU.ANMO.00.BHZ, IU.ANMO.00.BH1, IU.ANMO.00.BH2, 
			IU.ANMO.10.BHZ, IU.ANMO.10.BH1, IU.ANMO.10.BH2

可以看到，返回的变量 inv 中包含了满足条件的 1 个台网、3 个台站、15 个通道的信息。

Inventory 类提供的 Inventory.plot() 函数 可以用于快速绘制地震台站分布图：

inv.plot();
../../_images/bcff7c05c24694e5e961823c770fc2db1ecef4fb9f2dc697358f32403bbe49ba.png

Inventory.plot_response() 函数可以用于绘制仪器响应。下面的函数绘制了 inv 中所有 BHZ 分量的仪器响应，并设置了仪器响应图的 最小频率为 0.001 Hz：

inv.plot_response(min_freq=0.001, channel="BHZ");
../../_images/6ef8dc267db4378b72635e4603bd78d0551390adf59b5c79341ddcd91153066f.png

台站信息的读和写#

通过 Client.get_stations() 获得的台站信息可以保存为多种不同格式。下面的代码将台站信息以 StationXML 格式保存到文件 stations.xml 中：

inv.write("stations.xml", format="STATIONXML")

在需要时，随时可以使用 read_inventory() 函数读入磁盘文件中的台站信息。该函数值返回 Inventory 类型：

from obspy import read_inventory
inv = read_inventory("stations.xml")

深入理解和使用 Inventory 类#

上面提到，Client.get_stations() 和 read_inventory() 的返回值都是 Inventory 类型。 事实上，Inventory 类是 ObsPy 中最核心的类之一，用于储存地震台站信息。 下图展示了 Inventory 类的属性及其层级关系： Inventory 类可以看做是 Network 类的列表; Network 类可以看做是 Station 类的列表; Station 类可以看做是 Channel 类的列表。

ObsPy 的 Inventory 类

Fig. 22 ObsPy 的 Inventory 类。引自 ObsPy 网站。#

Inventory 类#

可以对 Inventory 进行列表相关的操作， 下面对 inv 进行循环并打印每个元素（即 Network 类）的值：

for net in inv:
    print(net)

Network IU (Global Seismograph Network - IRIS/USGS (GSN))
	Station Count: 3/128 (Selected/Total)
	1988-01-01T00:00:00.000000Z - --
	Access: open
	Contains:
		Stations (3):
			IU.ADK (Adak, Aleutian Islands, Alaska)
			IU.AFI (Afiamalu, Samoa)
			IU.ANMO (Albuquerque, New Mexico, USA)
		Channels (15):
			IU.ADK.00.BHZ, IU.ADK.00.BHN, IU.ADK.00.BHE, IU.AFI.00.BHZ, 
			IU.AFI.00.BHN, IU.AFI.00.BHE, IU.AFI.10.BHZ, IU.AFI.10.BHN, 
			IU.AFI.10.BHE, IU.ANMO.00.BHZ, IU.ANMO.00.BH1, IU.ANMO.00.BH2, 
			IU.ANMO.10.BHZ, IU.ANMO.10.BH1, IU.ANMO.10.BH2

Network 类#

Network 类提供了很多台网相关的属性和函数。 例如，下面的代码会输出第一个台网的代码、总台站数以及 inv 中实际包含的台站数目：

net = inv[0]
print(net.code, net.total_number_of_stations, net.selected_number_of_stations)

IU 128 3

可以对 Network 进行列表相关的操作， 这里我们取其第一个台站并查看其信息：

sta = net[0]
print(sta)

Station ADK (Adak, Aleutian Islands, Alaska)
	Station Code: ADK
	Channel Count: 3/103 (Selected/Total)
	1993-09-21T00:00:00.000000Z - 2009-02-14T00:00:00.000000Z
	Access: open 
	Latitude: 51.8823, Longitude: -176.6842, Elevation: 130.0 m
	Available Channels:
	  .00.BH[ZNE]    20.0 Hz  1999-02-11 to 2003-05-23

Station 类#

Station 类也提供了很多台站相关的属性和函数。 例如，下面的代码输出了当前台站的台站代码、经纬度、高程、台站的总通道数目和当前 inv 中包含的 通道数目：

print(sta.code, sta.latitude, sta.longitude, sta.elevation)
print(sta.total_number_of_channels, sta.selected_number_of_channels)

ADK 51.8823 -176.6842 130.0
103 3

可以对 Station 进行列表相关的操作， 这里我们取该台站的第一个通道并查看其信息：

chn = sta[0]
print(chn)

Channel 'BHE', Location '00' 
	Time range: 1999-02-11T00:00:00.000000Z - 2003-05-23T08:40:00.000000Z
	Latitude: 51.8823, Longitude: -176.6842, Elevation: 130.0 m, Local Depth: 0.0 m
	Azimuth: 90.00 degrees from north, clockwise
	Dip: 0.00 degrees down from horizontal
	Channel types: CONTINUOUS, GEOPHYSICAL
	Sampling Rate: 20.00 Hz
	Sensor (Description): None (Streckeisen STS-1H/VBB Seismometer)
	Response information available

Channel 类#

Channel 类也提供了很多通道相关的属性和函数。 例如，下面的代码输出了当前通道的方位角、倾角、位置码和采样率等信息：

print(chn.azimuth, chn.dip, chn.location_code, chn.sample_rate)

90.0 0.0 00 20.0