借助 IRIS Syngine 服务绘制理论波形图。对像我一样地球物理基础薄弱的朋友，想要看理论地震图，IRIS Syngine 可能是个不错的选择。

0. 大概思路

$$u(t)=s(t) \ast g(t) \ast i(t)$$

我们知道，一个地震波形图表示的运动记录 $u(t)$ 一般由 3 部分组成，震源项 $s(t)$ ，路径效应 $g(t)$，仪器响应 $i(t)$ 。理论波形图的合成输入项也由这几部分组成：

（1）震源：震源位置, 震源深度，震级，矩张量，格林函数，震源时间函数，有限断层模型

（2）路径：速度模型

（3）台站项：台站位置，台网台站名, 震中距

而结果输出时还需要对数据加一些条件，主要包括数据的时间序列, 采样间隔, 数据点数, 分量, 放大因子，输出类型, 数据格式, 标签等。

1. Syngine 简介

Syngine 是 Synthetics Engine 的简写，它通过用户上传的理论波形图绘制的条件，返回给用户相应的理论图。

理论波形图合成过程中最复杂的地方之一在于震源格林函数的构建，而 IRIS DMC 对不同一维速度模型储存了 TB 级别的格林函数数据库，其创建原理见 AxiSEM 。理论波形图由 Instaseis (Instant Global Seismograms Based on a Broadband Waveform Database) 计算, 详情见 https://instaseis.net/ .

Syngine 支持 Obspy(Using Syngine with ObsPy), FetchSyn, 以及网页版下载 https://service.iris.edu/irisws/syngine/1 .

2. Syngine 用法

2.1 FetchSyn

到 https://seiscode.iris.washington.edu/projects/ws-fetch-scripts/files 下载最新版本的 FetchSyn

# 保证 python requests 已就位
# 安装
$ mv FetchSyn-2016.007 FetchSyn
$ chmod +x FetchSyn
$ sudo mv FetchSyn /usr/local/bin/

# 查看用法
$ FetchSyn -h

# 下载 2011/03/11 Tohoko great EQ 记录在 IU-ANMO 台站的理论波形
$ FetchSyn -N IU -S ANMO -evid GCMT:M201103110546A

2.2 Web Service

通过 http get, 将不同条件以规范格式书写并以 & 字符连接，然后输入到浏览器地址栏或者通过 wget 命令都可以下载到理论波形。如果对格式不是太熟悉，可以通过 http://service.iris.edu/irisws/syngine/docs/1/builder/ 生成链接。

# 下载 2011/03/11 Tohoko great EQ 记录在 IU-ANMO 台站的理论波形
# wget http://service.iris.edu/irisws/syngine/1/query?network=IU&station=ANMO&eventid=GCMT:M201103110546A&nodata=404

一般 http get 功能就可以满足要求，但如果 url 超过 2000 字符，就要用到 http post: http://service.iris.edu/irisws/syngine/docs/1/help/#postexamples .

3. 实例

http://ds.iris.edu/ds/products/syngine/ 主页上有个示例，对 2010-05-24 Western Brazil 582km deep M6.5 event 在震中距 59.3° 处 IU_ANMO 台站记录到的波形以及理论波形进行了对比：

实际波形和理论波形有很好的相似性。该地震震级6.5，深度 582 km，可以看成一个点源，而对于破裂复杂的大震，其理论波形又如何？这儿以 2011-03-11 Tohoku Japan M9 event 和 IU_HNR 台站（震中距 50.24°）为例进行测试。

事件详细信息： https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executive

3.1 原始波形

# 下载
$ FetchData -N IU -S HNR -L 00 -C BHZ -s 2011,03,11,05,45,24  -e 2011,03,11,06,15,24 -o Tohoku_IU_HNR.mseed -m Tohoku_IU_HNR.metadata  -sd ./

# 解压
$ mseed2sac -E '2011,70,05:46:24.0/38.297/142.373/29/Tohoku' -m Tohoku_IU_HNR.metadata Tohoku_IU_HNR.mseed
Wrote 36000 samples to IU.HNR.00.BHZ.M.2011.070.054524.SAC

# 更改参考时刻为发震时刻
$ sac
SAC> r ./IU.HNR.*SAC
./IU.HNR.00.BHZ.M.2011.070.054524.SAC
SAC> ch o gmt 2011 070 05 46 24 000 
SAC> ch allt (0 - &1,o&) iztype IO
SAC> wh

# 去仪器响应
$ sac
SAC> r ./IU.HNR.00.BHZ.M.2011.070.054524.SAC 
SAC> rmean;rtr;taper
SAC> transfer from polezero subtype ./SACPZ.IU.HNR.00.BHZ to none freqlimits 0.001 0.002 4 8
SAC> w ./IU.HNR.rm_resp.sac

3.2 输入震源机制信息

根据 GCMT 记录的事件质心时刻和位置，以及矩张量信息下载理论波形，输入的参数要与原始波形中的参数一致，不然震相到时可能出现不齐的情况。

# 下载波形
$ wget -O syn_Tohoku_1.zip "http://service.iris.edu/irisws/syngine/1/query?network=IU&station=HNR&components=Z&eventid=GCMT:M201103110546A&sourcelatitude=38.297&sourcelongitude=142.373&sourcedepthinmeters=29000&dt=0.05&model=iasp91_2s"

# 解压
$ unzip syn_Tohoku_1.zip

# 查看波形
$ sac
SAC> r ./IU.HNR.*.sac
./IU.HNR.SE.BXZ.sac ...IU.HNR.rm_resp.sac
SAC> rmean;rtr;taper
SAC> bp co 0.1 1.0
SAC> qdp off
SAC> ppk

实际波形和理论波形差别还是很大。但如果只看 P 波到时到之后 15 秒之间的范围，波形还是有一定相似性。

3.3 输入有限断层模型

上一操作还是将地震视作点源，接下来，通过输入 USGS 有限断层模型，测试理论波形。

在 USGS 网站 Fault Finite model 为 PARAM 文件。每个事件的 PARAM 在 USGS 事件网站 Finite Fault 项 Downloads 中可以下载。使用 Fault Finite model 时，矩张量，震源等信息被限制使用。下载好 PARAM 之后，用文本编辑器打开，在文件前面输入其他条件，例如

dt=0.05
model=iasp91_2s
components=Z
IU HNR

再在该文件 Fault Finite model 的信息前写 STARTUSGSFFM, 之后写 ENDUSGSFFM 。将其重命名为 FFM.txt。

# 下载波形
$ wget --post-file=FFM.txt -O syn_Tohoku_2.zip http://service.iris.edu/irisws/syngine/1/query

# 解压
$ unzip syn_Tohoku_2.zip


# 查看波形
$ sac
SAC> r ./IU.HNR.*.sac
./IU.HNR.SE.MXZ.sac ...IU.HNR.rm_resp.sac
SAC> rmean;rtr;taper
SAC> bp co 0.1 1.0
SAC> qdp off
SAC> ppk

可以看出虽然波形相似性虽然不太高，但在振幅量级，振幅变化上有很好的拟合度。