gis與礦產資源評價(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 疆哈密等六個地區開展了不同礦種的礦產資源評價應用試驗。 　　八五期間，中國地質大學（武漢）物探系、物化探所、原部石油海洋地質局江陵綜合研究隊、成都理工學院通過各種項目的實施都進行過應用GIS進行多源地學信息系統綜合成礦預測的研究(姜作勤，1999)。　　1995年4月，地調局為提高預測水平和找礦效果，在川西揚子地臺西緣部分地區4個1:200000圖幅立項開展地理信息系統應用的試驗研究。其目的是在GIS技術的支持下，研究區域地、物、化、遙等多源地學信息的綜合管理、數字地質圖庫數據庫的分層標準，礦產資源評價的空間分析方法以及采用新技術的工作方法和流程，以提高預測水平和找礦效果。1998年5月，項目按預期目標完成了任務，建立了目標圖層綜合的數學模型，在ARC/INFO上開發了證據加權法軟件模塊（李裕偉，1998）。這些工作的完成，使GIS在礦產資源評價中的應用由試驗、研究階段開始向實際評價工作深入。　　值得指出的是，九五開始，為了進一步推動GIS在礦產資源評價領域中的應用，原國家科委及地礦部又立項研究開發基于GIS的礦產資源評價的工具軟件。　　　 　家科委九五科技攻關項目96914要求：在先進的礦產勘查理論和數學地質方法的指導下，以成礦區帶找礦靶區的優選和評價為重點，研究礦產資源評價的空間分析方法；在工具型地理信息系統軟件MAPGIS系統的基礎上，開發一套適用于礦產資源評價的專用軟件系統。所開發的系統MORPAS采用數據倉庫、數據挖掘等技術，實現了對多源地學信息的集成管理及對數據中潛在模式的提取(胡光道，2001)。　　趙鵬大教授也在九五期間將GIS技術應用于地質異常圈定和成礦預測。總結出應用GIS可進行的研究：區域成礦可能地段分析、組合異常的找礦可行地段分析、組合異常的找礦有利地段分析、多源信息的潛在資源地段分析以及多源信息的遠景礦體地段分析(趙鵬大，2001)； 　地礦部重點科技項目基于GIS的固體礦產資源評價系統目的是研究基于GIS的礦產資源評價中的成礦信息提取及評價方法模型，開發相應的資源評價系統。所開發的系統包括地、物、化、遙單專題的成礦信息提取及成礦信息的綜合能力，可支持用戶針對不同的評價對象采用不同的評價方法(宋國耀等，1999)； 　地礦部重點科技項目大型、特大型金礦床密集區綜合信息成礦預測地質信息系統，簡稱AuGIS。項目以山東省大型、特大型金礦密集區為研究對象，根據王世稱教授的評價思想，在MAPGIS平臺上進行二次開發，形成大型、特大型金礦床密集區綜合信息成礦預測地質信息系統。 雖然上述系統還只是原型系統，但是一種良好的開端。　　二十一世紀初，礦產資源評價越來越依賴于地質學家和工程師有效地獲取、存儲、管理、分析和解釋大量增加且種類繁多的多維空間信息的能力。隨著數據資源的不斷積累、預測方法研究的深入、GIS軟件功能的增強、高性能硬件設備價格的大幅度快速的下降，GIS必將在礦產資源評價的實際工作中發揮越來越大的作用。 四、GIS在礦產資源評價中的作用　　1. 基于GIS的礦產資源評價的優勢(與傳統工作方式相比) 礦產資源評價涉及的所有信息幾乎都直接或間接地與空間位置有關，都屬于地理信息的范疇。離開空間位置談地質體、構造、巖性、采樣、樣品分析、物化探異常，談礦產資源評價就沒有意義。礦產資源評價的過程就是信息的搜集、整理、處理、成礦信息的提取、綜合分析、成礦區帶或找礦靶區的確定以及成果表示的過程。作為空間信息管理系統的GIS其應用可貫穿于礦產資源評價的整個過程，表現出傳統方法不可比擬的優越性。　　 將搜集到的各種圖形信息(圖件)、文字描述信息、數字數據通過合理、有效的空間數據庫進行管理可大大提高礦產資源評價的效率 　　 　合理、有效的空間數據庫建立起來以后，可實現靈活的圖形信息與屬性的雙向查詢檢索，即可從圖形檢索其各種屬性，也可根據地質體的各種專題屬性檢索相應的圖形，還可以根據多種屬性進行組合條件檢索。如可在地質圖空間數據庫中根據地層、巖性、構造等屬性檢索出相應的地質體；還可從表示地質現象的點(礦床、鉆孔、采樣點等)、線(斷層、線性構造、河流等)以及面(地層、巖體、異常區等)檢索它們的屬性； 　于每一個成礦標志都有一個定量化條件，地質學家可用這些條件檢查數據庫的每一部分，有利于提高研究的深度。 數據庫的建立與靈活的檢索功能是提高礦產資源評價效率的最根本的保證。 　　 GIS提供的空間分析(疊加、包含、相鄰關系、緩沖區、地形分析)及空間信息計算(面積、周長，距離等)等功能，實現了傳統方法難以進行的對各種地質體的多種空間關系的定量分析 這種空間分析對于研究地質現象之間的制約關系與相互作用進而提取與礦床或礦化有關的地質標志和信息較為有效(陳秋明，2001)。　　GIS的疊加功能可形象地理解為計算機化的透圖臺，是資源評價用得最多的空間分析功能。不同圖形信息的疊置既可用于地質成礦信息的提取，也可用于多種成礦信息的綜合分析。當然，這種透圖臺的功能比傳統透圖臺的功能要強大得多。傳統資源評價綜合分析的最簡單方法是使用透圖臺對多種評價圖件進行直接疊置。這種方法一次最多能操作3張圖件，而且由于疊置的結果很難形成中間結果保存、利用，因此也很難對更多的圖件進行操作。所有GIS軟件都提供的空間疊加分析功能，可非常容易地實現圖形疊置，而且由于疊加分析的中間結果可根據用戶的需要進行保存，因此原則上可實現無限制的疊置，可方便地對更多的因素或條件進行研究，減少盲目性。計算機化的透圖臺的優越性還表現在對多種信息不是簡單的疊加，還可通過綜合分析的方法反映信息之間的關系（見綜合分析方法一節）。　　緩沖區分析是通過計算在點、線、面實體周圍自動形成滿足一定距離要求的區域，通常用于確定影響范圍，是資源評價應用比較多的另一個空間分析功能。如對已知礦床與控礦構造(斷層或褶皺軸)的空間距離進行統計分析可確定最佳控礦距離，再用該距離對控礦構造進行緩沖區分析即可分析兩側不同寬度范圍的礦化點分布規律，從而判斷礦床與斷層、褶皺軸的相關關系及構造控礦最大影響域或確定礦化有效區帶。　　此外，數字化的地形分析功能能自動提取地表梯度信息，計算坡度、坡向、劃分匯水盆地圖系和河流網，這種地形表面分析對研究地球化學元素在地表各介質環境中的聚集、擴散和遷移有特別的功效。　　 GIS為物化探和遙感數據的空間可視化創造了條件，使評價更直觀 人們可將物化探異常投影到數字地形之上來直觀地表達各種異常與地形的變化關系（Grunsky＆smee，1999），再比如，通過GIS矢量模型結合地質圖與地球化學樣品的空間分布，可對地球化學數據進行正規化處理，這樣可以消除不同巖性對地球化學背景數據的影響（Harris et al，1999）。　　　　 空間分析方法使成礦信息的綜合更加合理 根據地質模型及各種數據處理方法分別從地質、地球物理、地球化學、遙感等類信息中提取成礦信息后，如何綜合分析這些成礦信息，形成最終的盡可能接近實際的評價結果，是礦產資源評價中需要解決的十分關鍵的問題。目前常用的布爾邏輯、證據權法、代數方法、模糊邏輯、神經網絡都是綜合定量的空間關系生成單幅評價圖的方法。這些方法雖然都有各自的局限性，但卻反映了多種成礦信息之間的關系。隨著空間分析方法研究的不斷深入，資源評價綜合分析的精度會越來越高，評價結果也會越來越接近實際。 　　 計算機輔助評價成果圖件的輸出可大大提高制圖效率 可以說，GIS被廣泛應用之前，計算機輔助制圖是計算機技術對地質領域最大的貢獻。它實現了從紙質圖件的數字化、交互式編輯修改直至輸出具有出版質量的彩色圖件全過程的計算機化，使制圖工序從傳統手工方式的十幾道減少到6道，大大縮短了圖件準備與出版時間。根據用戶的經驗，對于新編圖件，可提高效率3 ~ 5倍，成本降低約三分之一。數字制圖技術已從根本上改變了傳統的工作流程。多數重要的GIS軟件如ARC/INFO、INTEGRAPH、我們自主開發的MAPGIS等都具有優秀的制圖功能，GIS與制圖技術相結合，使評價結果圖件的輸出時間大大縮短。　　 所建的數字數據庫可反復使用 數據庫一旦建立，其中的數字數據即作為一種資源存儲在計算機內。當在同一地區進行深入的研究，或進行其他涉及庫中信息的研究時，即可應用數據庫的管理功能，檢索出所需的信息。反復利用數字數據，實現數據共享是數字數據庫的基本特點。這種數據共享可提高應用的效率并降低成本。 　　綜上所述，GIS技術所提供的多源地學信息的管理能力、靈活的查詢檢索能力、空間分析方法以及計算機輔助制圖的能力不僅大大提高了礦產資源評價的效率，而且有利于發揮地質學家的主觀能動性。數據庫建立以后，如何利用數據庫中的數據取決于地質模型。而作為整個評價工作基礎的地質模型隨地質學家的經驗、專長和智慧而變。一旦地質模型改變，通過 GIS所提供的上述功能，可迅速形成另一套評價專題圖件。這樣，就有可能使地質學家變換思路，嘗試不同的評價方法，產生不同的評價結果（李裕偉，1998）。專家們也可在這個過程中，反復補充和精煉模型。實際上，應用GIS進行礦產資源評價不僅可加深對可用地質數據的理解，而且可加深對地質模型本身的理解。專家們可在交互式地對多源地學信息進行對比、綜合及分析中獲得新的啟發或認識，完善與總結規律。這也是傳統的工作方式很難或無法實現的，是基于GIS礦產資源評價方法的最大優點。據有經驗的地質學家估計，采用傳統手工方式，編制一套評價圖件需幾個月甚至半年的時間，因此，即使有了新的想法，常常因時間或經費等原因而無法實現。　　2. 正確認識GIS在礦產資源評價中的作用 　　 基于GIS的礦產資源評價的效果從根本上仍然取決于評價專家 GIS技術的優勢是提供集成管理多源地學數據、方便地建立模型及進行模擬的能力，是使數據的分析更有效和定量化。但是必須明確，在資源評價中GIS只是為礦產資源評價的專家們提供了前所未有的評價工具與手段。它既不能代替專家，也不能解決數據或數據庫本身存在的問題，從而本身也無法取得科學意義上的突破（John L. Dwyer and J. Thomas Nash, 1991）。實際上，預測過程既是知識驅動又是數據驅動。如果所分析的數據是不完全或有質量有問題，預測結果就不會好。如果缺乏對預測礦床特點的認識，預測的結果也不會好。礦產預測評價中起決定作用的是各領域專家，評價的每一步都需要有經驗的專家參與。 　　 關于提高效率的問題 前面已經提到過，資源評價效率提高的基礎是合理有效地建立數據庫。而數據庫的建立既需要技術，又需要花費大量的時間。數據庫的設計者不僅需要對評價目標有深刻的理解，正確地確定數據的內容，同時要掌握空間數據庫的設計技術，解決數據質量所引起的數據集成問題。數據的準備占整個評價的大部分時間，這早已被人們認識。就是說，效率的提高要在數據庫建立的基礎上。因此，對于缺少數字數據資源的評價，加上數據準備的時間，整體時間可能比傳統方式還要長。當然，如果有了數字數據的積累，在此基礎上進行礦產資源評價，不僅效率會大大提高，所需費用也會大幅度降低。據USGS對幾十個在數據庫基礎上完成的GIS應用項目費用的統計，平均降低70%。 五、基于GIS的礦產資源評價方法與流程 　　根據研究區的工作程度的差別，用于礦產資源預測的空間分析方法可大致分成兩類：經驗的和理論的。前者利用已知礦床，后者利用礦床和成因模型。在工作程度較高，數據比較豐富的地區，可采用數據驅動的經驗方法；在沒有已知礦床或已知礦床很少的情況下，信息由遙感和地球物理數據推斷而來，模型僅以地學專家的概念想法存在時，數據驅動的方法就不能使用，而只能采用簡單的分級和以知識為基礎的方法。 　　經驗模型法主要是研究區域礦床與多元地質找礦信息的關系，通過定量分析方法，建立起區域成礦有利度和資源潛力值與多參數地質