地震目录

• 本节贡献者: 田冬冬、姚家园

• 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。

1. 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

2. 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。

3. 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

4. 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() <obspy.clients.fdsn.client.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 ~obspy.clients.fdsn.client.Client:

from obspy.clients.fdsn import Client

接下来，我们需要初始化一个 ~obspy.clients.fdsn.client.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() <obspy.clients.fdsn.client.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() <obspy.clients.fdsn.client.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 ~obspy.core.event.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)

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)

~obspy.core.event.Catalog 类提供了用于绘制地震分布的 Catalog.plot() <obspy.core.event.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)

经过这样的筛选之后，满足条件的地震目录只剩下了 7 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() <obspy.clients.fdsn.client.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() <obspy.core.event.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")

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

from obspy import read_events

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

深入理解和使用 ~obspy.core.event.Catalog 类¶

上面提到，Client.get_events() <obspy.clients.fdsn.client.Client.get_events()> 和 read_events() <obspy.core.event.read_events> 的返回值都是 ~obspy.core.event.Catalog 类型。

事实上，~obspy.core.event.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 ~obspy.core.event.Catalog 类的属性及其层级关系：

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

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

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

event = cat[0]
print(event)

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

~obspy.core.event.Event 的 origins 属性也是一个列表，其元素是 ~obspy.core.event.origin.Origin 类型。

print(event.origins)

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)

从上面的输出中可以看到，~obspy.core.event.origin.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)

同样的，~obspy.core.event.Event 的 magnitudes 属性也是一个列表， 其元素是 ~obspy.core.event.magnitude.Magnitude 类型。

print(event.magnitudes)

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

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)

将 ~obspy.core.event.Catalog 以更易读的格式输出¶

在了解了 ~obspy.core.event.Catalog 类的技术细节后，我们就可以很容易地从地震目录 ~obspy.core.event.Catalog 中获取地震的相关信息，并以更易读的文本格式输出。例如，

for event in cat:
    origin = event.origins[0]
    mag = event.magnitudes[0]
    print(origin.time, origin.latitude, origin.longitude, origin.depth / 1000.0, mag.mag, mag.magnitude_type)