0 引言

大地电磁测深（MT）法由 Tikhonov（1950）和 Cagniard（1953）分别提出，以天然交变电磁场作为场源，观测相互正交的电磁场分量信号，通过数据处理获取地下电性结构信息（陈乐寿和王光锷， 1990；杨生，2004）。Berdichevski et al.（1969）提出音频大地电磁（AMT）法，频带较 MT 法向高频段拓展（陈凯等，2013），广泛应用于金属矿勘探、油气田勘探、地下水探测、岩溶探测、断裂与构造探测、地热勘查、水文地质调查和地质灾害调查评价（荆鹏等，2019；刘常鸿等，2019；李炳谦和张明正，2020； 魏滨等，2020；郑小明等，2021；张炯等，2022）。

AMT 测点的数据曲线图是 AMT 法的基础原始资料，包括测点信息、视电阻率和阻抗相位曲线及相应的数据表。AMT 数据曲线图既是评定资料品质的依据，也是了解工作区地电规律的主要手段，对定性解释和建立地质-地球物理模型具有重要意义，DZ/T 0305-2017《天然音频大地电磁法技术规程》要求以曲线图册形式提交。

加拿大 Phoenix Geophysics 公司的 MTU-5A 大地电磁仪和 V8多功能电法仪是国内最常见的 AMT 仪器，原始时间序列文件（TS格式）采用SSMT-2000 软件进行预处理（贺景龙等，2023），生成 EMT 和 MMT 文件（图1 中 Step 1），使用 MT-Editor 软件对 EMT、MMT文件进行频谱编辑，剔除飞点，得到相对平滑的视电阻率和阻抗相位曲线（白运等，2022），编辑后保存为 MPK 格式文件，其记录的是 EMT 和 MMT 文件的路径和功率谱数据的取舍信息。MT-Editor支持从 MPK文件到工业标准的 EDI和 PLT格式数据的批量转换（图1中Step 2），便于进一步的反演处理，其中 EDI 格式数据为 Winglink 等软件所采用（赵维俊和孙中任，2013），PLT 格式数据为 MTsoft-2D等软件所采用（王锐，2016）。EDI和 PLT 文件均包含了 AMT 测点名称、坐标、布极参数等信息，区别是EDI文件记录功率谱数据，PLT文件记录视电阻率和阻抗相位数据。由于PLT文件记录了不同频率的视电阻率和阻抗相位数据，格式固定，为通过编程提取数据提供了先决条件。

awk 是 Linux 下功能强大的文本处理工具（江洪，2012），适于提取数据和标准化输出。 GMT （Generic Mapping Tools），中文名“通用制图工具”，是地球科学使用最广泛的制图软件之一，具有强大的绘图功能和数据处理功能（Wessel et al.，2019）。通过二者的配合使用可完成 AMT 资料 PLT 格式文件到矢量化图形文件（PDF 和 PNG 等）的转化（图1 中 Step 3），利用遍历和循环语句可实现 PLT格式文件的批量绘图工作。

1 绘图软件

数据提取和图件绘制是制作 AMT 测点曲线图的两项核心工作，PLT 格式文件中的测点信息和视电阻率、阻抗相位数据提取由awk命令完成，提取出的数据通过GMT软件完成图件的绘制工作，另有如 ls、grep、echo、rm等Linux命令用于生成遍历文件、定义和删除数据。

1.1 awk命令

awk 是一种用于文本处理的编程语言工具 （Aho et al.，1979），是 Linux/Unix 下功能最强大的数据处理引擎之一，其通过逐行读取文件，查找与命令行中所给定内容相匹配的模式，对数据和文本提取及输出。本文所用 awk 版本为 GNU awk 5.2 （Arnold，2022）。

1.2 GMT软件

GMT 是一款可在 Linux、Windows、macOS 等操作系统下使用的开源绘图软件（高红旗等，2020），其为纯命令行软件，没有任何的图形界面，所有的绘图操作都需要通过在终端和脚本中执行命令来完成，因此其交互性不强（舒颖等，2017）。该软件提供了 100 余个模块，功能强大，用户可编写 Windows 下运行的 bat 脚本或 Linxu、macOS 下运行的bash脚本（李井冈等，2016）。

绘制 AMT 数据曲线图仅需使用 plot、text、set、 subplot 和 basemap 共 5 个模块即可完成。其中 plot 模块用于绘制视电阻率、阻抗相位数据点和曲线， text模块用于添加文本信息，set模块用于字体、图框参数设置，subplot 模块用于管理、设置子图， basemap模块用于绘制边框。本文所用GMT版本为 6.4，在 Windows 下通过 Git for Windows 运行 bash 脚本，也可以直接在Linux或macOS下执行bash脚本。

2 页面布局与参数设置

中国各类纸质地质资料和图件多以 A4 纸规格装订和折叠，故设定 AMT 数据曲线图页面为 A4 纸大小，即210 mm×297 mm。

2.1 页面布局

AMT数据曲线图包括测点信息、视电阻率曲线图、阻抗相位曲线图和测点数据4部分（图2）。测点数据为限制纸张方向的主要因素，其包含60个频率的视电阻率和阻抗相位数据，内容多，所需纵向空间大，适合单独置于页面一侧，故设置纸张方向为纵向，其余 3 部分为横置图表，可置于页面另一侧。测点信息反映测点名称和各类参数，置于页面左上方符合从左到右、从上到下的阅读习惯（图2a），视电阻率曲线图（图2b）和阻抗相位曲线图（图2c）依次置于测点信息之下，测点数据表（图2d）放置在页面右侧。

a—测点信息；b—视电阻率曲线；c—阻抗相位曲线；d—频率、视电阻率和阻抗相位数据

2.2 参数设置

GMT软件在现代模式下会自动裁剪空白区域，因此需在begin模块中定义图件四周留白的尺寸（附录 A），字体和边框尺寸参数影响到输出图件的大小，需要通过set模块定义（附录A）。

3 数据提取

利用awk命令从PLT格式文件中提取文本和数据是本文核心内容之一。PLT文件的数据提取分为两部分，一为测点信息，主要包括测点名称，施工单位、操作员、采集时间、文件名、仪器号、磁棒号、测点坐标、电道极距和方位、电道接地电阻和交流、直流电压等参数；二为实测数据，主要包括不同频率的视电阻率、阻抗相位及误差等数据。

3.1 测点信息提取

测点信息储存在 PLT 文件的“INFO”下。利用 awk命令指定行和列位置提取出常用的 30组参数，保存于info. tmp文件中，为实现批量绘图，将PLT文件名定义为变量。PLT 文件中参数主要以空格间隔，因参数名称中存在空格，故输出数据以“|”间隔，方便 GMT 调入该数据时以两列分别输入。通过代码（附录 A 测点信息提取）可知，大部分参数通过给定参数名称、指定参数所在行和列后直接取出，少量需截断字符串后提取，涉及希腊字母和中文的参数需使用转义字符。

3.2 实测数据提取

实测数据储存在 PLT 文件的“FREQUENCIES” 下，为 60个频率下的视电阻率（ρxy、ρyx）、阻抗相位 （φxy、φyx）及其各自的误差数据。各频率的视电阻率、阻抗相位及误差数据均由7列、9行组成，需将每个频率的数据调整为 1 列，共计 60 行 9 列（包括频率、ρxy、ρxy 误差、ρyx、ρyx 误差、φxy、φxy 误差、φyx、 φyx误差等）。利用awk命令将每组数据所在的9行合并为1行，并拼接在前一个数据之上，再转换行列关系（附录 A 实测数据提取），提取并整合实测数据于dat. tmp文件中。

4 图件绘制

4.1 批量绘图

AMT法通常都不是单点采集，一个项目可能有数十乃至数百个测点数据，通过 ls和 grep 命令遍历 bash 脚本目录下的所有 PLT 文件，生成 list. tmp 文件，使用while循环语句，逐个读取list. tmp中PLT文件名，使得GMT软件能依次完成图件的批量绘制工作（附录 A 建立遍历文件），有效地避免了逐一修改文件名再生成图件的繁琐过程。

4.2 定义变量

绘图之前，首先需要定义测点信息、视电阻率曲线、阻抗相位曲线和数据表等子图的数据范围和尺寸大小，其中测点信息和数据表为自定义数据范围，视电阻率和阻抗相位曲线根据频率和各自的数据变化范围而定（附录A 定义变量）。

4.3 绘图过程

利用 GMT 软件 subplot 模块建立 3×2 的子图布局（纵向 3行，横向 2列），子图 0为测点信息，子图2 为视电阻率曲线，子图4为阻抗相位曲线，子图5为测点数据。子图1、3 位置被子图5 占据，因而不绘制这两个子图。

4.3.1 绘制测点信息子图

测点信息保存在 info. tmp文件中，包含 30行数据，每行分为2列，分别为参数名称和参数值。因行数较多，每行内容较少，分左右两部分绘图更合理，前 15行和后 15行分别置于测点信息子图左侧和右侧。利用 GMT 软件的 text模块将文本绘制到图上，分 4 次调入数据，采用段落模式（-M）输出数据（附录 A 绘制测点信息子图）。text 模块下的段落模式下需先进行参数设定，先通过 awk 将段落数据的位置、字体、行间距、段落宽度和对齐方式等参数增加到 info. tmp 文件首行，选择需输出的行号（1～15 和 16～30）和列（参数名称和参数值），之后通过管道将赋段落属性的数据传递给text模块进行绘图。

4.3.2 绘制视电阻率曲线子图和阻抗相位曲线子图

不同频率的视电阻率数据保存于 dat. tmp 文件中，曲线图的绘制比较简单，只需选择频率、视电阻率和误差所在的列即可绘制，但需注意图层覆盖顺序为先线后点。进入子图2，利用basemap模块绘制图框和轴标注，定义图底色，添加标题；利用 plot 模块分别绘制 ρxy、ρyx 视电阻率曲线和数据点，绘制误差棒，添加图例（附录 A 绘制视电阻率曲线子图）。阻抗相位曲线的绘制与视电阻率曲线类似，选择频率、阻抗相位和误差所在列的数据进行绘制 （附录A 绘制阻抗相位曲线子图）。

4.3.3 绘制数据表子图

利用 text 模块将 dat. tmp 文件中的视电阻率和阻抗相位所在的列增加到子图5 中，为方便数据对齐，利用段落模式分 5 次将频率、ρxy、φxy、ρyx、φyx 数据分别绘制（附录 A 绘制数据表子图）。因标题中含有希腊字母，需设置表格标题所在位置，避免出现位置的上下错动。

5 AMT数据曲线图的应用

5.1 原始数据质量评价

AMT 数据曲线图作为反映数据质量的原始资料，在原始数据质量评价上应用最为广泛。以某地 21~1000 点的 AMT 数据为例，通过数据曲线图（图3），可快速浏览测点信息、视电阻率和阻抗相位曲线图及数据表，进而对该测点的数据质量作出客观评价，根据曲线连续性对测点全频段视电阻率和阻抗相位资料进行定级。此外，基于曲线形态和数据的直观对比，AMT 数据曲线图在一致性试验、质检点（图4）和返工点评价中也有较多的应用。

5.2 曲线类型判别

AMT 测深曲线类型对比和分析是定性解释的重要依据，是研究工作区不同地质单元地电条件规律的主要手段。以某地相邻两点的视电阻率曲线图（图5）为例，相邻两点0~500与0~700视电阻率曲线在首支（高频段）差异较大，0~500点为递增趋势， 0~700 点首支趋于平缓，反映测点浅部存在低阻地质体。针对相邻点视电阻率曲线类型发生的变化，需结合地质资料和物性参数进行综合分析，研究引起视电阻率曲线变化的地质原因，AMT测深曲线类型判别和分析对了解区内地电规律和建立地质-地球物理模型有重要意义。

a—测点视电阻率和阻抗相位曲线；b—质检点视电阻率和阻抗相位曲线

a—测点0~500视电阻率曲线；b—测点0~700视电阻率曲线

6 结论

AMT数据曲线图是AMT法的基础资料，通过简洁的表格和插图可以反映出测点信息和资料品质，是野外班报的有力补充。AMT 数据曲线图也常用于返工点、质检点和一致性等对比性评价中；其反映出的视电阻率曲线是研究工作区地电条件的主要依据，分析和总结不同地质单元电性分布规律对建立地质-地球物理模型具有重要意义。

Phoenix Geophysics 公司的 MTU-5A、V8 电磁仪采集的数据经 MT-Editor软件编辑后可以批量导出工业标准的 PLT 格式文件，通过 awk 命令提取和转换PLT文件中的信息和数据，为AMT数据曲线图的绘制创造了条件。GMT 绘图软件具有开源和多操作系统运行的特点，利用其文本、曲线和符号绘制等几个模块便可快速绘制出矢量化图件，结合循环语句可以一次性生成多个测点的AMT数据曲线图，简单高效。

Linux下的语言很多，本文主要使用awk命令提取数据，PERL 等语言同样可以方便快捷地提取数据，选择熟悉的语言高效地完成工作无疑是最具可行性的。GMT 软件作为地球科学制图的平台具有诸多优势，但其参数众多，需通过命令行及脚本运行，自 GMT6 版本新增现代模式语法后，脚本得以简化，但熟练使用软件的难度仍然较大。

致谢 杨生教授级高级工程师对 AMT 数据曲线图页面布局提出了建议，匿名审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见，在此一并表示感谢。

参考文献