fzanalyzer
- 官方文档:
- 简介:
使用交叉剖面分析断裂带
fzanalyzer 是 (Global Seafloor Fabric and Magnetic Lineation Project) 的一部分。 ( 简称 GSFML )。 它读取由 grdtrack 生成的已处理断裂带（FZ）轨迹和横剖面数据。 然后通过检查与 FZ 走向正交的剖面来分析每条 FZ 的轨迹， 并使用一种由 “Atlantic-style” 对称槽和 “Pacific-style” 不对称偶极状异常混合组成的模型， 并结合一些外围隆起进行建模。我们还仅拟合对称槽模型，并检查经验数据的最小值和槽宽。 随后对数据槽的宽度以及由各种模型给出的最佳 FZ 位置的:math:`1-sigma`不确定性进行估计。 我们还计算若干统计指标，并返回沿每条 FZ 距离变化的所有模型参数。
语法
gmt fzanalyzer crossprofiles -Ffzlines [ -Amin/max/inc ] [ -Cmin/max/inc ] [ -Dcorrwidth ] [ -IFZ[/profile] ] [ -S[b|c]] [ -Tprefix ] [ -V[level] ] [ -Wmin/max/inc ] [ -bobinary ] [ -donodata[+ccol] ] [ -iflags ] [ -oflags ] [ --PAR=value ]
必须选项
- crossprofiles
该文件是使用 grdtrack 命令并带有 -C 选项， 从一个或多个断裂带（FZ）的近似数字化轨迹（包含 lon, lat）生成的横剖面表格。 此表格是一个 ASCII（或二进制，参见 -bi）文件，必须包含 7 个数据列： lon, lat, dist, azimuth, vgg, age, fzdist。
- -Ffzlines
- 其中，fzlines 是通过运行 grdtrack 命令并使用
-D 选项获得的重采样轨迹文件。与 crossprofiles 文件类似， 该文件必须包含相同的 7 个数据列：
lon, lat, dist, azimuth, vgg, age, fzdist。
可选选项
- -Amin/max/inc
指定一个或三个参数，用于控制模型信号混合的方式。 其中，min 为最小不对称值 [0，对应 “Atlantic” 型对称槽]； max 为最大不对称值 [1，对应 “Pacific” 型偶极信号]； inc 为搜索时使用的步进增量 [默认 0.05]。 若只需指定一个固定的不对称值（不进行搜索），则只需提供该单一值。
- -Cmin/max/inc
指定一个或三个参数，用于控制 “compression” 模型信号的搜索方式。 其中，min 为最小压缩值 [0]； max 为最大压缩值 [1，对应 “Mexican Hat” 端元模型]； inc 为搜索步进增量 [默认 0.05]。 若只需指定一个固定压缩值（不进行搜索），则只需提供该单一值。
- -Dcorrwidth
指定中心走廊宽度 *corrwidth*（单位：km）[默认 25]。 此走廊用于限定断裂带（FZ）槽位置在重新定位时允许偏离中心的最大范围。
- -IFZ[/profile]
默认情况下，程序会分析所有断裂带（FZ）生成的横剖面。 但你可以使用 -I 指定特定的断裂带 id*（首个为 0）。 还可指定仅处理该断裂带中的某一个 *profile [默认处理全部]。 注意，输出文件仍会包含所有剖面，但仅所选剖面对应的导出参数为非零。
- -S[b**|**c]
以命令行选项设置的参数输出，格式适用于直接嵌入 Bourne/bash shell 脚本中。 若附加 c，则输出为 csh/tcsh 语法格式。
- -Tprefix
设置所有输出文件所使用的文件名前缀 [默认 fztrack]。
- -Wmin/max/inc
指定三个参数，用于控制断裂带（FZ）横向信号建模的方式。 其中，min 为最小 FZ 信号宽度（单位：km），用于非线性宽度搜索 [默认 1]； max 为最大宽度 [默认 50]； inc 为宽度搜索的步进增量 [默认 1]。 建议根据具体研究区域调整合适的取值范围并相应设置 -W。 若选择的范围过宽，可能导致模型拟合受到与 FZ 槽无关的数据特征干扰，从而产生虚假结果。
- -V[level] (more …)
设置 verbose 等级 [w]
- -bo[ncols][type][w][+l|b] (more …)
设置二进制输出的数据格式
- -donodata (more …)
将输出数据中值为 NaN 列替换为 nodata
- -icols[+l][+sscale][+ooffset][,…][,t[word]] (more …)
设置输入数据列及简单变换（0表示第一列，t 表示文本列）
- -ocols[,…][,t[word]] (more …)
设置输出数据列（0表示第一列，t 表示文本列）
- -qi[~]rows[+ccol][+a|f|s] (more …)
筛选输入的行或数据范围
- -^ 或 -
显示简短的帮助信息，包括模块简介和基本语法信息（Windows下只能使用 -）
- -+ 或 +
显示帮助信息，包括模块简介、基本语法以及模块特有选项的说明
- -? 或无参数
显示完整的帮助信息，包括模块简介、基本语法以及所有选项的说明
- --PAR=value
临时修改GMT参数的值，可重复多次使用。参数列表见 配置参数
输入文件
这两个输入文件本身是通过首先运行 grdtrack 生成的。 该步骤需要一组数字化的断裂带（FZ）轨迹（lon, lat）以及三个数据网格： (a) 垂直重力梯度（VGG）文件， (b) 2 分钟分辨率的地壳年龄网格， (c) 与最近断裂带的距离网格（单位：km）， 按上述顺序排列。
其中最关键的是 VGG 网格文件。 如果你没有或不关心年龄和距离信息，可以创建全为 NaN 的虚拟网格文件。 你可以使用 grdtrack 的 -C 和 -D 选项来设计横剖面布局并生成重新采样的断裂带轨迹。
最近断裂带距离
可以使用 grdmath 来生成制作剖面所需的“最近断裂带距离”网格（单位：公里）。 对于 Nazca plate ，示例如下:
gmt grdmath -R-120/-65/-50/5 -I5m -fg digitize.txt LDIST DEG2KM = dist2fz.nc
由于对大量断裂带（FZ）进行该计算的速度较慢，因此没有必要在 -I 中使用过高的分辨率， 因为距离变化是平滑的，插值结果也会近似正确。建议生成一个全球网格，但将其划分为四个象限（或更小的区域块）， 并在多核计算机上并行运行。 例如，要通过象限方式生成全球网格，可以运行以下命令:
gmt grdmath -R0/180/0/90 -I2m -fg -V3 global_FZ.txt LDIST DEG2KM = WN.nc
gmt grdmath -R180/360/0/90 -I2m -fg -V3 FZ_KM.txt LDIST DEG2KM = EN.nc
gmt grdmath -R0/180/-90/0 -I2m -fg -V3 FZ_KM.txt LDIST DEG2KM = WS.nc
gmt grdmath -R180/360/-90/0 -I2m -fg -V3 FZ_KM.txt LDIST DEG2KM = ES.nc
然后使用以下命令将这些象限网格合并为一个全球网格:
gmt grdblend -Rg -I2 -fg EN.nc WN.nc ES.nc WS.nc -Gdist2FZ.nc -V
rm -f WN.nc EN.nc WS.nc ES.nc
若要为 Nazca plate 生成用于年龄和或距离的 NaN 网格，可使用以下命令:
gmt grdmath -R-120/-65/-50/5 -I5m -fg 0 0 NaN = ages.nc
输出文件
fzanalyzer 最多可以生成三个输出文件，具体说明如下：
1. 文件 prefix_analysis.txt 包含每条横剖面的分析结果。该文件共有 61 列输出数据， 包含拟合值或观测值（参见“确定参数”部分）。此文件可被 fzblender 使用， 以生成对断裂带的平滑且最优的拟合。
2. 文件 prefix_cross.txt 包含每条横剖面的观测值和最佳拟合模型的预测值。 可用于逐剖面绘图或结果的可视化分析。
3. 文件 prefix_par.[c]sh 是一个 Bourne shell 脚本(-S) 或 C shell 脚本(-Sc)， 其中包含命令行指定的所有参数作为 shell 变量。你可以在自定义绘图或分析脚本中引用这些变量。
4. 最后，虽然不是 fzanalyzer 的输出文件，你应使用 prefix_resampled.txt 作为 grdtrack -D 的输出文件名，因为绘图脚本会以此文件为输入。
示例
为了分析数字化的断裂带（FZ），我们使用 Sandwell/Smith 的 VGG 数据 （1 分钟分辨率的垂直重力梯度，@earth_vgg_01m）、 1 分钟分辨率的地壳年龄网格（@earth_ages_01m）以及最近断裂带距离网格（单位：km）。 假设多段文件 fz_digitized.txt 中包含潜在的断裂带位置，我们设置横剖面长度为 40 km， 剖面间隔为 5 km，沿横剖面的采样间隔为 2 km，并运行命令:
gmt grdtrack fz_digitized.txt -C40k/2k/5k -G@earth_vgg_01m -G@earth_ages_01m -Gdist.nc -Dtraces_resampled.txt -fg --FORMAT_GEO_OUT=ddd.xxxx --FORMAT_FLOAT_OUT=%.1f > xprofiles.txt
生成的这两个数据表即可用于 fzanalyzer 分析轨迹。此处， 我们设置中央走廊宽度为 20 km，并接受大部分参数的默认值:
gmt fzanalyzer xprofiles.txt -D20 -Ftraces_resampled.txt -Ttraces -S --FORMAT_GEO_OUT=ddd.xxxx --FORMAT_FLOAT_OUT=%.1f
之后，可以使用以下命令绘制带有最佳拟合曲线及参数的横剖面图:
fzprofiler traces -W6i -H2i -N2
该命令会将所有横剖面以 6×2 英寸的尺寸绘制在同一垂直面板中。 若希望在地图视图中展示这些信息，可使用:
fzmapper traces -W9i -L1 -Ffz_digitized.txt
更多细节请参见 fzprofiler 和 fzmapper 的文档。
确定参数
以下是 61 列输出数据的列名及其含义：
XR：原始数字化轨迹的经度。
YR：原始数字化轨迹的纬度。
DR：原始数字化轨迹上各点的距离。
AR：原始数字化轨迹上各点的方位角。
ZR：数字化位置处的数据值。
TL：断裂带左侧的地壳年龄估计（负距离）。
TR：断裂带右侧的地壳年龄估计（正距离）。
SD：数据最小值相对于原始轨迹起点的偏移（单位：km）。
ST：槽模型最小值相对于原始轨迹起点的偏移（单位：km）。
SB：混合模型最小值相对于原始轨迹起点的偏移（单位：km）。
SE：混合模型最大坡度相对于原始轨迹起点的偏移（单位：km）。
BL：最佳混合值 [0-1]。
OR：混合模型剖面方向（-1 表示左侧为老地壳，+1 表示左侧为年轻地壳）。
WD：数据槽宽度。
WT：模型槽宽度（槽模型）。
WB：模型槽宽度（混合模型）。
AD：数据的峰-谷振幅。
AT：模型的峰-谷振幅（槽模型）。
AB：模型的峰-谷振幅（混合模型）。
UT：压缩指标（槽模型）。
UB：压缩指标（混合模型）。
VT：模型方差减小百分比（槽模型）。
VB：模型方差减小百分比（混合模型）。
FT：F 统计量（槽模型）。
FB：F 统计量（混合模型）。
XDL：数据最小值左界经度。
XD0：数据最小值经度。
XDR：数据最小值右界经度。
YDL：数据最小值左界纬度。
YD0：数据最小值纬度。
YDR：数据最小值右界纬度。
ZDL：数据最小值左界值。
ZD0：数据最小值。
ZDR：数据最小值右界值。
XTL：槽模型最小值左界经度。
XT0：槽模型最小值经度。
XTR：槽模型最小值右界经度。
YTL：槽模型最小值左界纬度。
YT0：槽模型最小值纬度。
YTR：槽模型最小值右界纬度。
ZTL：槽模型左界预测值。
ZT0：槽模型最小值预测。
ZTR：槽模型右界预测值。
XBL：混合模型最小值左界经度。
XB0：混合模型最小值经度。
XBR：混合模型最小值右界经度。
YBL：混合模型最小值左界纬度。
YB0：混合模型最小值纬度。
YBR：混合模型最小值右界纬度。
ZBL：混合模型左界预测值。
ZB0：混合模型最小值预测。
ZBR：混合模型右界预测值。
XEL：混合模型最大坡度左界经度。
XE0：混合模型最大坡度经度。
XER：混合模型最大坡度右界经度。
YEL：混合模型最大坡度左界纬度。
YE0：混合模型最大坡度纬度。
YER：混合模型最大坡度右界纬度。
ZEL：混合模型最大坡度左界预测值。
ZE0：混合模型最大坡度预测值。
ZER：混合模型最大坡度右界预测值。
相关模块
fzblender, fzinformer, fzmapper, fzmodeler, fzprofiler, grdmath, grdtrack mlconverter
参考文献
Wessel, P., Matthews, K. J., Müller, R. D., Mazzoni, A., Whittaker, J. M., Myhill, R., Chandler, M. T.,2015, “Semiautomatic fracture zone tracking”, Geochem. Geophys. Geosyst., 16 (7), 2462–2472.https://doi.org/10.1002/2015GC005853.