GMT繪制應(yīng)變場的應(yīng)用

梁洪寶，劉志廣，宋惠軍，占 偉

（中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180）

0 引言

隨著中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)和中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)重大科技項目的實施，中國大陸布設(shè)了很多GPS觀測站，利用GPS的解算結(jié)果經(jīng)過后處理可以從GPS速度場和應(yīng)變場（東向應(yīng)變、北向應(yīng)變、面應(yīng)變、剪切應(yīng)變、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、最大剪切應(yīng)變和旋轉(zhuǎn)剪應(yīng)變等）來反映區(qū)域的動態(tài)變化［1－2］，這就有必要將這些速度場和應(yīng)變場數(shù)據(jù)繪制成圖形，通過速度場和應(yīng)變場的空間變化，揭示該區(qū)域內(nèi)板塊現(xiàn)今構(gòu)造運動基本特征和內(nèi)部形變模式及其動力學(xué)機制，以更好地服務(wù)于地震分析和地震預(yù)報。

GMT 已在地理、大氣、海洋、地震等研究領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用［3－4］。目前，GMT 的最新版本為2011年7月15日發(fā)布的4.5.7版本。GMT 繪圖命令、參數(shù)選項、步驟眾多，且使用腳本形式輸入命令，對于初學(xué)者而言，順利地繪制一幅完美的圖像還是具有一定難度。

GPS速度場的繪制已有文獻介紹過［5］。本文重點介紹Windows系統(tǒng)下GMT4.5.7的安裝與配置和中文顯示方法，并結(jié)合實例介紹了2－D 和3－D應(yīng)變場的繪制方法和繪制流程。

1 GMT 的安裝與配置

首先進入GMT 主頁“http：／／www.soest.hawaii.edu／gmt／”，下載軟件“gmt－4.5.7＿install32.exe”，雙擊該軟件，軟件會自動安裝，筆者建議安裝在D 盤；待安裝完畢，需要對環(huán)境變量進行設(shè)置，設(shè)置步驟是：“我的電腦”——“屬性”——“高級”——“環(huán)境變量”，新建2個用戶變量，變量名1和變量值1分別是GMT＿SHAREDIR 和D：＼GMT4＼share，變量名2 和變量值2 分別是path 和D：＼GMT4＼bin。打開終端命令窗口，輸入GMT 的一個繪圖命令pscoast，如果出現(xiàn)很多關(guān)于該命令的英文使用說明，表示軟件安裝并配置成功。

2 GMT 中文顯示

GMT 軟件字體庫內(nèi)沒有中文字體，因此，要在PS圖形中顯示中文的關(guān)鍵是在GMT 字體庫內(nèi)添加中文字體并在顯示時關(guān)聯(lián)中文字體。

首先安裝Ghostscript軟件（9.04版本或以上），然后安裝GSView 軟件（4.8 版本或以上），安裝順序不能顛倒，其中GSView 軟件需要注冊才能使用。

打開GMT 安裝目 錄下的PS＿font＿info.d 文件，在該文檔末尾加入以下四行表示中文字體的代碼（依次表示宋體、仿宋體、黑體和楷體）：

最后把路徑C：＼windows＼fonts 添加到GSView軟件的 Options－Advanced Configure 的Ghostscript Include Path中。至此，Windows系統(tǒng)下利用GMT 繪制出的圖形就可以顯示中文字體。

3 應(yīng)變場的繪制

GMT 繪圖命令較多，從該軟件網(wǎng)站可以獲取較為詳盡的英文使用手冊［6］，筆者參考使用手冊，總結(jié)出2－D 和3－D 應(yīng)變場的繪制步驟。

3.1 2－D應(yīng)變場的繪制

（1）創(chuàng)建grd文件

surface%indata% －R%region% －G%outgrd% －I%wgig% －V

surface是一種連續(xù)彎曲的網(wǎng)格算法命令；%indata%為網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，indata為設(shè)定的變量，%%為引用符號，下文同樣，文件格式為：經(jīng)度，緯度，屬性值；－G 后面為生成的grd數(shù)據(jù)文件；－I表示網(wǎng)格間隔大小；－V 表示顯示該條命令執(zhí)行結(jié)果。

（2）創(chuàng)建cpt色譜文件

grd2cpt%outgrd% －Crainbow－Z－V ＞%tscpt%

grdcpt為創(chuàng)建色譜表文件命令；－Crainbow 表示彩虹色；%tscpt%為生成的cpt文件。

（3）繪制地形圖

grdimage %outgrd% －J%proj% －R%region% －B%ticks% －C%tscpt% －E300－K－V－X6－Y3 ＞%psfile%

grdimage為由一個2－D 網(wǎng)格數(shù)據(jù)組創(chuàng)建影像圖命令；%outgrd%和%tscpt%分別為（1）和（2）生成的grd數(shù)據(jù)和cpt數(shù)據(jù)；－J表示投影方式；－R表示圖形邊框范圍；－B 表示邊框?qū)傩裕ㄩg隔、標記和網(wǎng)格線；－E300表示視角；%psfile%為生成的ps格式的圖形文件；－K 表示有后續(xù)命令；－X和－Y 表示圖形相對左下角的平移量。

（4）繪制構(gòu)造斷層

psxy%faultfile% －R －J%proj% －M －W0.8p／255／255／0－O－K－V＞＞%psfile%

psxy為繪制符號、多邊形和線條命令，本條命令是繪制線條；%faultfile%為斷層數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)格式在參考文獻［5］中已介紹；－M 表示根據(jù)標識符（＄flag）讀入多部分的數(shù)據(jù)文件，讀到標識符則開始繪制新的線段，直到再次讀到標識符；－W0.8p／255／255／0中0.8p表示線寬，255／255／0表示線的rgb顏色；－O 承接前條命令－K 參數(shù)，表示將本條命令的結(jié)果添加到已繪制的%psfile%圖形文件中。

（5）繪制等值線

grdcontour %outgrd% －J%proj% －R%region% －C4 －A8＋s10 －G5i／10 －S4－L－100／－0.1 －W0.2p－Wc0.35pta－V－O－K－Wa0.65pt4＿1.5：0 ＞＞%psfile%

grdcontour %outgrd% －J%proj% －R%region% －C4 －A8＋s10 －G5i／10 －S4－L0／100 －W0.2p －V －O －K ＞＞%psfile%

grdcontour為繪制2－D 網(wǎng)格數(shù)據(jù)組等值線命令；兩條grdcontour命令表示根據(jù)正負變化值分別繪制；－C4表示等值線的間隔；－A8＋s10，8表示標記的間隔，s10表示標記大??；W0.2p 為等值線線寬；－Wc0.35pta，非線性屬性，線寬0.35點，虛線；－Wa0.65pt4＿1.5：0，標記線屬性，線寬0.65點，虛線長4點，間隔1.5點，起點無偏移。

（6）繪制圖例

psscale－D16.3／6.755／13.8／0.3 －B20 －C%tscpt% －I－V－O－K ＞＞%psfile%

psscale為繪制圖例命令；－B20表示顏色棒的間隔為20；－D16.1／6.755／13.8／0.3 表示顏色棒距離左下角的橫向位置／距離左下角的豎向位置／顏色棒長度／顏色棒寬度；－I表示顏色在圖例上的光照效應(yīng)，默認值（最大值）是1，表示光照強度1內(nèi)的效應(yīng)。

（7）繪制相關(guān)地點

psxy %cityfile% －R －K －J%proj% －W1.5p，blue－Sc0.10i／1－O－V ＞＞%psfile%

psxy%dzwzfile% －R－J%proj% －W1.5p，blue－Sa0.5c－O－K－V ＞＞%psfile%

psxy%placefile% －R －J%proj% －Gblue－Sc0.03i－O－K－V ＞＞%psfile%

psxy 為繪制符號命令；%cityfile%、%dzwzfile%和%placefile%分別為城市位置文件、地震位置文件和繪制等值線所用數(shù)據(jù)的站點位置文件；數(shù)據(jù)格式均為：經(jīng)度，緯度；－Sc0.10i／1用圓圈表示城市位置，大小為0.1i；－Sa0.5c用星號表示地震位置，大小為0.5c；－Sc0.03i用圓圈表示站點位置，大小為0.03i。

（8）添加相關(guān)地點中文名字

pstext%city－name% －R －J%proj% －O－K－V ＞＞%psfile%

pstext%dzwz－name% －R－J%proj% －O－K－V ＞＞%psfile%

pstext為添加字符命令；%city－name%和%dzwz－name%檔分別為城市名字文件和地震點名字文件，每行格式都相同，且每行均為7 列：經(jīng)度、緯度、字體大小、角度、字符代碼、對齊方式、標注文本，如“96.0 33.2 6 0.0 35LB 玉樹”。

通過以上步驟，筆者繪制出了青藏高原東北緣2009—2011年東向2－D 應(yīng)變場，如圖1所示。

圖1 青藏高原東北緣2009—2011年東向2－D應(yīng)變場

3.2 3－D應(yīng)變場的繪制

（1）創(chuàng)建grd文件

surface %indata% － R%region% －I%wgig% －Gtmp.grd－V

%indata%為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，格式為：經(jīng)度，緯度，屬性值；－G 后面為生成的grd數(shù)據(jù)；－I表示網(wǎng)格間隔大小。

（2）創(chuàng)建cpt色譜文件

grd2cpt tmp.grd－Crainbow－Z－V＞tmp.cpt

grd2cpt以色譜文件rainbow 為標準由tmp.grd建立色譜文件tmp.cpt；rainbow 表示彩虹色。

（3）繪制3－D 影像圖

grdview tmp.grd － JM5.5i － JZ5i －R94.525／106.735／32.495／40.865／－96.5／90 －B%ticks% －W0.5p－N－50／200／200／200－Ctmp.cpt－E220／50－Qs－K－V＞%psfile%

grdview 表示由一個2－D 網(wǎng)格數(shù)據(jù)組創(chuàng)建3－D透視影像圖；－R94.525／106.735／32.495／40.865／－96.5／90表示范圍x1／x2／y1／y2／z1／z2；X 和Y 軸的長度均為5.5i，Z 軸的長度為5i；－N－50／200／200／200：－50為網(wǎng)格圖底面，200／200／200表示底面顏色為灰色；－W0.5p表示等值線線寬為0.5p；－E220／50表示視角轉(zhuǎn)點／傾角；－Qs：設(shè)置3D 圖類型，s表面圖（類似Suffer軟件的最小曲率算法），m 網(wǎng)格圖，i影像圖。

（4）繪制圖例

psscale－D6.4i／3i／5i／0.3c－Ctmp.cpt－N－B%psscaleb% －K－O－V＞＞%psfile%

psscale為繪制圖例命令；－D7.7i／3i／5i／0.3c為顏色棒位置，顏色棒中心位置距左邊的距離／顏色棒中心位置距下邊的距離／長度／寬度；－B%psscaleb%：顏色棒的數(shù)值間隔。

（5）添加指北標記

echo 93 36 0 0 2｜psxyz－JM －E220／50－R－SV0.2／0.5／0.4－W1p－O －K －N －V＞＞%psfile%

psxyz為在圖上繪制3－D符號、多邊形和線條命令，本條命令為繪制指北符號；“｜”為管道命令符號。

echo 92.6 37.7 6 0 35LM 北｜pstext－JM －E220／50－R－O－K－N－V＞＞%psfile%

pstext為3－D 圖上添加字串命令；本條命令將指北標記“北”字添加到圖上。

通過以上步驟，筆者繪制出了青藏高原東北緣2009—2011年東向3－D 應(yīng)變場，如圖2所示。

圖2 青藏高原東北緣2009—2011年東向3－D應(yīng)變場

4 總結(jié)與建議

通過以上論述，GMT 可以繪制出精美直觀的2－D 和3－D 應(yīng)變場圖形，并加入了斷層數(shù)據(jù)、城市標記和已發(fā)生地震的位置，包含了豐富的信息，能夠更好地服務(wù)于大地形變分析與地震預(yù)報。另外，筆者在使用GMT 繪圖后有以下幾點建議。在安裝軟件Ghostscript初期，筆者安裝了8.64版本，中文顯示功能沒有能夠?qū)崿F(xiàn)，安裝了9.04版本后，中文顯示才能成功，所以建議大家在安裝Ghostscript軟件時選擇較新版本；另外，GMT 軟件功能比較強大，參數(shù)比較多，建議大家多試一下，會繪制出意想不到的精美圖形。

致謝：感謝中國地震局第一監(jiān)測中心楊國華研究員、占偉工程師的指導(dǎo)和幫助！

［1］ 楊國華，江在森，張風(fēng)霜，等.昆侖山8.1級地震對青藏高原東北緣地殼水平形變影響的討論［J］.國際地震動態(tài)，2007，343（7）：53－60.

［2］ 楊國華，韓月萍，楊博.川滇地區(qū)地殼水平運動與變形場的演化特征及其機制討論［J］.地震研究，2009，32（3）：275－281.

［3］ Wessel，P.＆.W.H.F.Smith.GMT A Map－making Tutorial［EB／OL］.http：／／gmt.soest.hawaii.edu.

［4］ 趙國峰.地震定位服務(wù)平臺研究和設(shè)計［D］.北京：中國地震局地震預(yù)測研究所，2007：23－24.

［5］ Wessel，P.＆.W.H.F.Smith.GMT Technical Reference and Cookbook［EB／0L］.http：／／gmt.soest.hawaii.edu.

［6］ 占偉，孟憲綱，劉志廣.GMT 繪制GPS速度場的應(yīng)用［J］.華北地震科學(xué)，2010，28（3）：61－63.