地震震源机制数据管理、聚类和分类

SoftwareX 9（2019）299原始软件出版物地震震源机制数据管理、聚类和分类何塞·A 阿尔瓦雷斯-戈麦斯马德里康普顿斯大学地质学院地球动力学、地层学和古生物学系，C/ José Antonio Novais，12。28040马德里，西班牙ar t i cl e i nf o文章历史记录：收到2018年收到修订版2019年3月26日接受2019年3月26日保留字：地震震源机制聚类a b st ra ct地震活动性常被用来推断一个地区的构造。地震构造学作为一种构造成分的研究，特别是从震源机制分析的FMC计算可以从震源机制数据中获得的不同地震参数，对每个震源机制的破裂类型进行分类，如果用户需要，对数据进行聚类分析，以不同的格式输出参数，并从输入数据生成分类图©2019作者由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v1.3用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX_2018_227法律代码许可证GPL v3使用git的代码版本控制系统使用Python的软件代码语言、工具和服务编译要求，操作环境依赖性Python模块matplotlib，NumPy，sys，argparse，os，SciPy如果可用开发人员文档/手册链接https://github.com/Jose-Alvarez/FMC问题支持电子邮件jaag@ucm.es1. 动机和意义基于P波初动极性的第一个地震震源机制确定有一个密集的地震网络[1自1960年以来，计算机已经允许用不同的、更稳健的方法数值确定断层面解[例如6随着现代地震学的发展，板块构造理论改变了地质学家对地球的与此同时，与板块构造有关的地震研究也得到了发展，地震构造和岩石圈变形的基本概念得到了确立[如9自70年代以来，地震震源机制开始系统地计算，全球震源目录电子邮件地址：jaalvare@ucm.es。https://doi.org/10.1016/j.softx.2019.03.008机制等由于现有数据不断增加，我们需要新的工具来系统地为了表示震源机制总体，Frohlich和Apperson [13]提出了一个图表，将震源机制数据可视化为破裂类型的函数这种表示法在地震构造学中很流行，广泛用于表示研究区域的震源机制[例如，14然而，由于它向下角显著扭曲[20]，Kagan [21]使用Kaverina等面积投影[22]来避免它们。这两个图之间的差异类似于日晷和兰伯特方位等面积投影之间的差异（更多细节请参见FMC手册）。FMC计划的目的是提供一个简单但强大的-一个有效的工具来管理震源机制数据，根据地震双偶（DC）破裂类型对事件进行分类，并根据DC特征执行聚类分析和绘制分类图。这些功能的组合允许对地震破裂进行更深入的分析2352-7110/©2019作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx300J.A. Álvarez-Gómez/SoftwareX 9（2019）299|=表1震源机制反演与分析软件。软件参考单震源机制反演及绘图程序FOCMECSnoke，1984年[23]EARTHWORMJohnson等. 1995年[24]珊瑚工具Creager 1997 [25]Rake Louvari Kiratzi，1997年[26]Geotouch Lees，2000年[27]FPSPACK Gasperini & [28]第二十八话Dishansh 2005 Srivastava等人2006 [29]MIRONE Luis，2007 [30]3DFM Labay Haeussler，2007 [31]地震震源机制Scherbaum等2009 [32]SeisComP Hanka等人2010 [33][34]第三十四话地震学中的计算机程序Herrmann，2013 [35] focalmech Conder，2017[36]Grond（Pyrocko）Heimann等人2018 [37]bb CERI，2019 [38]焦点机制Helffrich，2019 [39]psmeca，普斯库佩（GMT）帕托，2019 [40]PyTDMT（ObsPy）Bernardi， 2019年[41]震源机制总体分析和绘图程序。Geotouch Lees，2000年[27][42]第四十二话TFMtools Khalil Al-Arifi，2018 [43]在一个地区，提供了更深入的了解负责地震活动的构造过程。还为重点机制的分析和管理开发了其他工具其中一些专门用于地震学数据处理，以获得震源机制和/或其在单一基础上的绘图在表1中，列出了这些程序中的一些，尽管为了表示和执行对震源机制总体的统计分析，已经提出了不同的方法和算法在表1中，显示了一些已发布的其他作者提出了不同的算法和方法，尽管没有可分发的特定软件可用[例如21，22，44其中一些是基于直流张量的Frohlich和Apperson三元图[13]，而另一些是基于Hudson源分类[49]。还探索了震源机制总体的聚类分析，但同样没有开发出特定的软件[例如，50迄今为止，FMC已被用于几个研究项目和出版物中，分析地区[55该软件通常用于根据区域或地震系列中的破裂类型对事件进行分类，通常伴有显示DC分类的图表，然后进行额外的分析或建模该软件最近增加的功能，如扩展绘图选项和聚类分析，尚待探索，这意味着在地震构造分析方面迈出了质的一步。2. 软件描述该程序的设计具有经典UNIX类工具的模块性和多功能性。它可以从命令行调用，并且可以很容易地集成到shell脚本（*NIX系统）或批处理文件（DOS/Windows系统）中。FMC最初是在Python 2.7.3中使用几个常见的Python库进行编程的 ： sys ， argparse ， os ， NumPy （ 1.14 或 更 高 版 本 ） 和matplotlib。 从版本1.3开始，FMC也可以在Python 3上运行。震源机制数据处理的核心函数采用了Gasperini Vannucci [28]的一些FORTRAN子程序。2.1. 软件功能程序输入和输出可以通过ASCII文件或使用标准输入（或重定向"“）、标准输出（屏幕或重定向”“>”）和管道（"）来执行默认情况下，FMC将以Harvard CMT（psmeca格式）ASCII文件的形式读取输入并写入输出。输入格式可以通过程序选项修饰符“-i”进行更改应使用通用绘图工具包[69]的三种焦点机制格式之一将数据输入程序这些格式是哈佛CMT约定，两个节面旧哈佛CMT格式为psmeca，和单节面Aki和Richards [70]约定。前者是一个完整的格式，可以直接从全球CMT网站（http://www.globalcmt.org/）下载，而后者是合并地震破裂数据的最简单方法。或者， FMC 将生成 Kaverina 型 DC 分类图 （带有 程序选项 “-p”）。FMC使用matplotlib库，可以生成不同格式的图形（emf，eps，jpeg，jpg，pdf，png，ps，raw，rgba，svg，svgz，tif，tiff）。格式由打印文件扩展名自动该图基于Kaverina [22]投影技术，Kagan [21]也使用了该技术，但它包含了类似于断层地质概念分类的DC分类。根据P、T和B质心矩张量轴的值，按照一个简单的算法，将地震分为七种类型，并恰当地用Kave-rina图表示出来（图1）。这种分类与Johnston等人使用的分类[71目前，FMC仅生成DC分类图。对于源类型分类图，读者可以参考最近的作品[48，74，75]。在处理地震矩张量时，通常的做法需要张量的分解，这是遵循Gasperini和Vanucci [28]实现的程序的等偏张量补偿线性矢量偶极比fclvd（用于测量源与“纯"双偶的差异为了获得双力偶的节面，主轴（P，B，T）的取向从偏矩张量计算（对于DC和CLVD分量，P轴和T轴相同节点平面方向和滑移矢量是从P轴和T轴几何获得的也可以执行逆计算，从节平面获得P轴、T轴和B轴取向（实际上，仅需要一个节平面，因为两者相互正交并且运动学上受到在这种情况下，得到的矩张量是具有fclvd0.FMC实现了从SciPy到分组数据的层次凝聚聚类算法。这些算法的优点是它们的通用性，因为用户可以在许多度量和分组方法之间进行选择，它们自动选择最小数量的聚类而无需先验估计的能力，以及它们在聚类中使用具有不同尺度和强不同群体的不同参数2.2. 可用的命令行开关该程序使用不同的选项或标志来控制以下方面：（i）输入格式，（ii）输出格式，（iii）绘图选项和（iv）聚类选项。此外，还有一个常见J.A. Álvarez-Gómez/SoftwareX 9（2019）299301|2.2.1. 输入FMC输入可以作为ASCII文件或标准输入从管道以下代码是等价的：FMC.pyinput-file.datcat input-file.dat|FMC.pyFMC.pyJapan_parameters. dat使用CUSTOM输出获得两个节面指令：电 话 ： +86-21 - 6666888 传 真 ： +86-21 -66668888-1.8004 -5.1775 22 X Y ID|FMC.py-o CUSTOM-oflon，lat，slip A，plungA，slip B，plungB测试结果：# 经 度 纬 度 Slip_trend_ASlip_plunge_ASlip_trend_B Slip_plunge_B 2.54 37.09 206.70913.9911 100.925-47.5101从输入文件中绘制数据，并使用参数对符号进行着色（图1）。（ 二）指令：FMC.py-p'Japan 2011 data.png' japan_CMT_2011.dat -pc fclvd使用Kaverina diagram中的位置进行自动聚类（默认）（图）。第 三章FMC.py-p聚类使用震中位置（图。 四、FMC.py japan_CMT_2011.dat-cn 4-ci lon，lat4. 影响和结论FMC的主要研究问题是改进区域和地震系列的地震构造分析。FMC是一个功能强大的工具，允许用户更深入地了解地震活动的过程，无论是自然的还是人为的。使用FMC，用户可以用一种简单的方法获得与地震震源机制有关的参数，特别是双力偶参数，还可以制作图表，使直流地震震源机制的可视化变得容易。由于层次聚类分析的复杂性，它在地震构造学中并不常用。它在FMC中的实现为地震学和地震构造学社区提供了一个用户友好的工具。一般而言，FMC有助于震源机制参数的管理和地震活动性分析新研究近似的实施。到目前为止（见第1节中的出版作品列表），使用前一版本的FMC已经提高了地震构造数据表示的质量和清晰度，以及可以用震源机制进行的各种分析，并提供了一个基本工具，以提高我们对构造和地震过程细节的理解。最近在FMC中实现的聚类算法将使地震构造分析获得一个全新的视角。FMC正在被地震构造社区使用，地震学家、地震学家、地震地质学家和构造地质学家。它已被用于学术研究，以及·······304J.A. Álvarez-Gómez/SoftwareX 9（2019）299图1.一、FM C 使 用 的震源机制分 类 图 。图二. 绘制命令“FMC.py-p地震和海啸风险咨询。它提高了分析的质量，减少了数据处理和管理所花费的时间。FMC正在成长为一个多功能的工具，可以很容易地在数据分析和表示的自动化脚本上实现，并与其他缺乏类似工具的软件套件（如GMT [69]）结合使用。确认我要感谢Jorge L 。Giner Robles 、Alberto Jiménez Díaz、Julissa Sanjur、Junqing Liu、Lester Anderson和Andrei Bala，他们测试了不同版本的软件，并提出了改进代码的建议。两个匿名的评论者，尤其是R。Myhill提出了改进程序和手稿的建议。这项工作得到了由美国国家科学院资助的项目EscherkeStep（CGL2017 -83931-C3-1-P）的J.A. Álvarez-Gómez/SoftwareX 9（2019）299305图3.第三章。 绘制命令“FMC.py-p 'Japan 2011 clusters.png' japan_CMT_2011.dat -cn 0”的结果。见图4。 使用命令获得的群集的GMTpsmeca“FMC.py-p-CN 4 -西隆，纬度”。西班牙政府科学、创新和大学部。引用[1]1922年11月11日智利地震中第一次运动的性质。Amer J Sci Ser 1928;5 V（93）：232[2]1934年7月6日的地震：振幅和第一运动。Bull Seismol Soc Am1938;28（1）：1-13.[3]科宁液化石油气论深源地震的机制。GerlandsBeitrage z. 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