GMT5でプレート境界面の等深線を描く

GMT

【更新履歴】
2019/5/15　スクリプトを若干修正。
2019/5/26　KMLファイルの出力方法を加筆。
2019/10/27　スクリプトのスペルミスを修正。

 

f:id:sfuno:20190511140308j:plain

 

沈み込み帯でのプレート境界面の形状は、場所によって大きく異なります。沈み込んだ太平洋プレートと上盤側のプレートの境界のコンターを描いてみました。

 

私が知っている限りでは、以下のようなデータが一般に公開されています。他に公開されているものをご存知の方は、ぜひ教えてください。

  1. 気象研究所・弘瀬さんコンパイルのデータ
    日本列島周辺のデータを公開されています。GMTで可視化できるスクリプトも公開されているので、大変便利です。
  2. 東京大学・岩崎さんのデータ
    グローバルなデータと日本列島周辺のデータ（詳細版）を公開されています。GMTで直接描画できるグリッドデータも配布されているので、それをそのまま使うことができます。
  3. Slab2
    グローバルなデータです。スラブの走向・傾斜・深さ・厚さのデータが公開されています。緯度経度を入力するとその場所のデータを出力してくれるスクリプトも配布されています。KMZファイルも公開されているので、Google Earth上で等深線を表示することもできます。

 

これらのうち、沈み込む太平洋プレートについてのデータを利用して、以下のスクリプトで描画し比較してみました（記事冒頭の画像）。スクリプトの一部は弘瀬さんのスクリプトを参考にさせていただきました。

赤線が弘瀬さんのコンパイルしたデータ*1、青線と海溝の線が岩崎さんのデータ*2、オレンジの線がSlab2のデータ*3です。

 

#!/usr/bin/sh

# data source
#KNN: compiled by F. Hirose
# Hokkaido (Kita et al., 2010)
# Tohoku (Nakajima and Hasegawa, 2006)
# Kanto (Nakajima et al., 2009)
datKNN=./KNN/plate_combine.dat
grdKNN=./KNN/pl_plate.grd
#I: Iwasaki et al. (2015)
grdI=./Iwasaki/pac_2017_4a.grd
#H: Hayes et al. (2018), Slab2 model
grdH=./Slab2/kur_slab2_dep_02.24.18.grd

# parameter setting
psfile=test.ps               # output postscript file
region=138/148/34/46  # map region west/east/south/north
proj=M15c                    # map projection and scale
frame=WeSn
xaxis=x4f2                    # xaxis annotation and major tick spacing, minor tick spacing (f)
yaxis=y4f2                    # yaxis

# plot map
gmt pscoast -R$region -J$proj -Dh -Glightgray -Wthinnest,black -P -K > $psfile
gmt psbasemap -R$region -J$proj -B$frame -B$xaxis -B$yaxis -K -O >> $psfile

# plot trench
gmt psxy trench.dat -R$region -J$proj -Sf0.5/0.1+l+t -Wthin,black -Gblack -K -O >> $psfile

# plot KNN
awk '$3>=100 && $3<=410 {print $1,$2,$3}' $datKNN |\
gmt blockmedian -R$region -I0.2 |\
gmt triangulate -G$grdKNN -R$region -I0.1
gmt grdcontour $grdKNN -J$proj -R$region -C50 -A50+f10p+gwhite -Wthin,red,- -K -O >> $psfile

awk '$3>=0 && $3<=110 {print $1,$2,$3}' $datKNN |\
gmt blockmedian -R$region -I0.2 |\
gmt triangulate -G$grdKNN -R$region -I0.1
gmt grdcontour $grdKNN -J$proj -R$region -C10 -A10+f10p+gwhite -Wthin,red,- -K -O >> $psfile

# plot Iwasaki
gmt grdmath $grdI NEG = $grdI #original data: negative value
gmr grdcontour $grdI -J$proj -R$region -C50 -A50+f10p+gwhite -Wthin,blue,- -K -O >> $psfile
gmt grdcontour $grdI -J$proj -R$region -C10 -A10+f10p+gwhite -L0/100 -Wthin,blue,- -K -O >> $psfile

# plot Slab2
gmt grdmath $grdH NEG = $grdH #original data: negative value
gmt grdcontour $grdH -J$proj -R$region -C50 -A50+f10p+gwhite -Wthin,darkorange,- -K -O >> $psfile
gmt grdcontour $grdH -J$proj -R$region -C10 -A10+f10p+gwhite -L0/100 -Wthin,darkorange,- -O >> $psfile

# convert to raseter file
gmt psconvert $psfile -A -Tj -E600

 

それぞれのデータ間の形状の違いが何に起因しているかは分かりませんが、Slab2はグローバルなデータだからか他と比べてあまり合わないですね。

 

ちなみに、等深線をGoogle Earth上で見たい場合は、スクリプトに以下のような文を入れるとKMLファイルが作成されます。
gmt grdcontour $grdI -J$proj -R$region -C5 -L0/60 -DIwasaki_contour.dat
　#-C：間隔　-L：下限上限　-D：出力ファイル名を指定
gmt gmt2kml Iwasaki_contour.dat -Fl -Wthick,pink > Iwasaki_contour.kml
　#-Fl：線として出力

 

なお、弘瀬さんのWebページでは、任意の断面におけるプレート形状データ取得ツールも公開されていて、とても便利です。

http://www.mri-jma.go.jp/Dep/st/member/fhirose/ja/Tools.html

公開されているスクリプトはGMT5に対応していないようなので、BオプションやWオプションなどの記述を新しい書き方に修正する必要があります。また、Fortranのプログラムをコンパイル・実行できる環境が必要です。

*1:Kita, S., T. Okada, A. Hasegawa, J. Nakajima, and T. Matsuzawa (2010) Anomalous deepening of a seismic belt in the upper-plane of the double seismic zone in the Pacific slab beneath the Hokkaido corner: Possible evidence for thermal shielding caused by subducted forearc crust materials, Earth Planet. Science Lett., 290, 415-426.
Nakajima, J., and A. Hasegawa (2006) Anomalous low-velocity zone and linear alignment of seismicity along it in the subducted Pacific slab beneath Kanto, Japan: Reactivation of subducted fracture zone?, Geophys. Res. Lett., 33, L16309, doi: 10.1029/2006GL026773.
Nakajima, J., F. Hirose, and A. Hasegawa (2009) Seismotectonics beneath the Tokyo metropolitan area, Japan: Effect of slab-slab contact and overlap on seismicity, J. Geophys. Res., 114, B08309, doi:10.1029/2008JB006101.

*2:Iwasaki, T., H. Sato, M. Shinohara, T. Ishiyama, and A. Hashima (2015) Fundamental structure model of island arcs and subducted plates in and around Japan, 2015 Fall Meeting, AGU, San Francisco, Dec. 14-18, T31B-2878.
Lindquist, K. G., K. Engle, D. Stahlke, and E. Price (2004) Global Topography and Bathymetry Grid Improves Research Efforts, Eos Trans. AGU, 85, 186.

*3:Hayes, G. P., G. L. Moore, D. E. Portner, M. Hearne, H. Flamme, M. Furtney, and G. M. Smoczyk. (2018) Slab2 - A Comprehensive Subduction Zone Geometry Model, Science, 362, 58-61, doi: 10.1126/science.aat4723.