地震台站

• 本节贡献者: 田冬冬、姚家园

• 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 EarthScope SAGE: GMAP 筛选台站¶

EarthScope SAGE GMAP （之前称为 IRIS GMAP）是一个由 EarthScope SAGE 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 EarthScope SAGE GMAP 的基本使用方法。

访问 EarthScope SAGE 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。

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。

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：

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 EarthScope SAGE 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。

使用 ObsPy 下载地震台站信息¶

EarthScope SAGE 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() <obspy.clients.fdsn.client.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 ~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 EarthScope SAGE（以前称为 IRIS）地震数据中心：

client = Client("IRIS")

Client.get_stations() <obspy.clients.fdsn.client.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 EarthScope 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 ~obspy.core.inventory.inventory.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)

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。

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

inv.plot();

Inventory.plot_response() <obspy.core.inventory.inventory.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");

台站信息的读和写¶

通过 Client.get_stations() <obspy.clients.fdsn.client.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() <obspy.core.inventory.inventory.read_inventory> 函数读入磁盘文件中的台站信息。该函数值返回 ~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类型：

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

深入理解和使用 ~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类¶

上面提到，Client.get_stations() <obspy.clients.fdsn.client.Client.get_stations()> 和 read_inventory() <obspy.core.inventory.inventory.read_inventory> 的返回值都是 ~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类型。 事实上，~obspy.core.inventory.inventory.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 ~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类的属性及其层级关系： ~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类可以看做是 ~obspy.core.inventory.network.Network 类的列表; ~obspy.core.inventory.network.Network 类可以看做是 ~obspy.core.inventory.station.Station 类的列表; ~obspy.core.inventory.station.Station 类可以看做是 ~obspy.core.inventory.channel.Channel 类的列表。

~obspy.core.inventory.inventory.Inventory 类¶

可以对 ~obspy.core.inventory.inventory.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)

~obspy.core.inventory.network.Network 类¶

~obspy.core.inventory.network.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)

可以对 ~obspy.core.inventory.network.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)

~obspy.core.inventory.station.Station 类¶

~obspy.core.inventory.station.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)

可以对 ~obspy.core.inventory.station.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)

~obspy.core.inventory.channel.Channel 类¶

~obspy.core.inventory.channel.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)