矿产资源储量空间数据库建设与维护中MAPGIS 应用实践

蒋洪明 李雪洁 肖 茜

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（江苏省地质资料馆）

摘 要 利用馆藏地质资料信息对全省矿产资源储量空间数据库进行实时更新维护，是馆藏地质资料服务经济社会的有效途径之一。为了提高建库与维护工作的质量、效率以及加强技术交流，作者对江苏矿产资源储量空间数据库建设应用过程中，地质资料发挥的重要作用，以及利用 MAPGIS 技术采集矿体资源储量估算范围、水平投影图形拐点坐标的方法和步骤进行了总结阐述。

关键词 地质资料 MAPGIS 矿产资源 空间数据库

随着地质资料信息化的发展，对地质资料信息需求也在不断地提高。储量空间数据库建设与数据维护工作，是我省地质资料信息资源管理的一项重要内容。在促进地质资料深化利用过程中，地质资料为矿产资源储量空间数据库建设与维护，提供了重要的基础信息资源。通过地质资料提供的可靠数据信息来源，我馆以 MAPGIS 技术为基础，采用创新方法以及现代化信息系统技术，使矿产资源储量空间数据库数据得到了不断补充、更新与完善，实现了矿产资源储量空间数据库的动态管理，同时，也进一步加强了地质资料信息集群化产业化的发展。

1 储量空间数据库的建设与维护

随着信息技术在国土资源领域的应用发展，2003 年 10 月 14 日，国土资源部办公厅下发了《关于建立矿产资源储量空间数据库的通知》（国土资厅发 [2003]324 号），要求各省国土资源行政主管部门开展矿产资源储量空间数据库建设与日常维护工作，带动矿产资源储量科学化、规范化、标准化、图形化管理发展，促进矿产资源储量管理由传统的“以数管矿”向“以图管矿”新模式的转变，增加矿产资源储量信息对探矿权、采矿权和矿产资源规划等矿政管理工作的支撑力，进一步提高矿政管理现代化水平。此项工作的开展，拓展了馆藏地质资料服务经济社会的新途径。

1.1 矿产资源储量空间数据库建设

根据国土资源部下发的矿产资源储量空间数据库建设工作技术要求，矿产资源储量空间数据库建设，是通过提取地质资料信息，进行矿区矿产特征以及资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标数据等相关信息的采集。

储量空间数据库建库的流程为：确定入库矿产地；收集矿区资料；矿区资料预处理分析，确定作为矿产资源储量估算水平投影的图件；圈定矿体资源储量估算范围水平投影图形，量算拐点坐标；采集矿区地质特征等相关信息；坐标数据与信息采集质量检查与订正；数据录入；数据录入质量检查与订正；提供利用。

1.2 矿产资源储量空间数据库维护

矿产资源储量空间数据库维护工作就是对新发现的矿产地，按建库工作流程，采集坐标数据与信息，填加入库；同时对已提供利用的矿产资源储量空间数据库在应用过程中发现的问题，进行检查、核实与更正，从而增强矿产资源储量空间数据库的现势性、准确性。

2 矿产资源储量空间数据库维护现状

矿产资源储量空间数据库建设与维护是一项长期、持续的工作。在工作应用过程中，发现存在着以下两个方面的问题。

一是矿产资源储量数据库中的矿产基本特征信息的数据采集，来源于汇交至我馆的地质资料报告中的数据，但在实际的工作过程中，仍然有大量的成果地质资料报告并未汇交至我馆。

二是在初期建库阶段，矿体资源储量范围水平投影图形拐点坐标，采用了人工直接在纸质矿区图件上丈量、读取数据、填写数据采集表；这一方法的弊端为采集的数据精度比较低，而且差错率也较高，大大增加了数据录入及校对工作的工作量，从而降低了工作效率。

3 MAPGIS 技术在矿产资源储量空间数据库建设中的辅助作用

针对储量空间数据库应用中存在的问题，我馆总结经验，研究方法，从而采取了相应的解决措施。矿产资源储量空间数据库建设是“以图管矿”思想的体现，其技术关键点是矿体资源储量估算范围水平投影图形科学、合理、准确地圈定，拐点坐标精准地量算。从建库工作流程和此项工作的技术关键点可以看出，矿体资源储量估算范围水平投影图形的拐点坐标精准量算工作环节，存在探索研究的空间与必要性。

为了提高矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标数据采集的精度与工作效率，江苏在矿产资源储量空间数据库建设过程中进行了探索研究，引入 GIS 技术，实现计算机自动、精准采集坐标数据，很大程度上提高了拐点坐标数据采集精度与工作效率，创建了矿体资源储量范围水平投影图形拐点数据采集新方法。

由于矿体是成矿地质作用形成的可开发利用的自然地质体，且形态多样，千差万别，其水平投影范围的平面形状亦是多样、各异。因此，人工量算其坐标点数据，费时、费力，且精度与效率都低。应用MAPGIS 软件的强大功能，可精确、快捷地采集拐点数据，并能自动生成坐标点数据。具体工作步骤如下。

3.1 MAPGIS 生成标准图框

打开 MAPGIS 投影变换模块，利用键盘生成矩形图框，根据需要填写上相应的参数。坐标系通常填写“国家坐标系”，它的起始代号根据原地质图相应的带号填写；标注选择为“公里值”；网起始值是公里网从哪点开始，以光栅图内图廓左下角 X 及 Y 值作为起始公里值，以内图廓右上角 X 及 Y 坐标作为终止公里值，单位选择“公里”。根据原图比例尺，填写网格间距，例如，原图比例尺为 1∶2000，则网格间距为 0.2，网格线类型选择“绘制实线坐标线”，通过以上设置，将生成所需要的标准图框。

3.2 生成 MSI 影像文件

在 MAPGIS 主界面上，通过图像处理模块，打开图像分析，在转换数据类型中选择要转换的光栅文件的类型（如JPG、TIF、BMP等），选择需要转换的光栅文件，然后指定转换后的MSI影像文件存放目录。在影像文件中，选定生成的 MSI 影像文件，打开“镶嵌融合”功能，选择“参照点 / 线 / 区文件”。为保证配准的精度，选取多个控制点，进行配准，每确定一个控制点后，影像图下方控制点 ID 就会依次出现控制点的 X、Y 坐标，然后通过校正预览，查看校正后的影像是否准确，影像完成校正后，对形成的校正影像文件进行保存。

3.3 拐点投影及坐标转换

在 MAPGIS 中，进入实用服务模块，选择投影变换下级目录用户数据点文件投影转换，将已知的坐标点文件（TXT 文本文件）导入进来。通过“用户投影参数”设置，输入投影相应的参数，根据要求，设置相应的文件类型。按要求完成“结果投影参数”的设置。其中，注意比例尺按需要投影的比例尺确定，投影带类型及序号应根据坐标确定，对“点图元参数”进行“子图号”的设定。设置完成后，将点保存，即形成了矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点（含标志点）坐标表，见表 1。

新建一个MAPGIS项目工程，新建一个点文件，打开点编辑，根据属性标注释。然后再新建一个线文件，将点文件按属性标上的序号顺序，进行连接，按住 Ctr 键，点鼠标右键，线将自动闭合。通过其他文字及图的编辑功能，形成矿体资源储量估算范围水平投影图形，见图 1。至此，矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标计算机软件化采集工作完毕。

表 1 矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标表

图 1 矿体资源储量估算范围水平投影图

4 地质资料在矿产资源储量空间库中的作用

从矿产资源储量空间库建设与维护过程可以看出，矿产资源储量空间数据库建设核心任务是采集矿体资源储量估算范围水平投影范围的拐点坐标和矿区地质特征等相关信息进行入库。这两方面的重点信息均蕴藏在矿区地质勘查报告中。因此，收集到合格的矿区地质勘查报告是矿产资源储量空间数据库建设的前提条件。馆藏的矿区地质勘查报告均为通过评审、正式印刷汇交的地质报告；且通过了汇交验收，报告质量与权威性毋庸置疑，其文字内容的齐全性、数据的准确性、图件的精确性，为矿产资源储量空间库的建设提供了数据与信息来源与质量保障。

5 结语

利用馆藏地质资料，通过 GIS 技术在矿产资源储量空间数据库建设中的创新应用，江苏于 2004 年率先建设了全省矿产资源储量数据库，并提供全省矿政管理和基本建设等领域利用。同时根据有关要求，在已建数据库的基础上，不断补充、维护、完善，实现对空间数据库的动态管理。江苏地质资料馆持续应用在实践中自己创建的矿体资源储量范围水平投影图形拐点坐标采集方法，按年度维护与实时维护相结合的方式，开展全省矿产资源储量空间数据库维护工作。截至 2011 年底，全省矿产资源储量空间数据库中入库的矿区达 499 个，涉及 616 个矿产地，较好地维护了江苏矿产地信息的现势性与准确性，为全省矿业权设置、矿产资源规划、建设项目压矿审批等矿政管理工作提供了有力的支撑服务。

GIS在地质学中的应用

石油和矿产勘查要求多种数据集进行综合分析。过去对数据存档、检索及迭加分析通常使用图件或表格数据,对比与综合要花费大量时间,遥感与GIS技术则为这些多源勘探数据综合处理提供了现代化手段。

在石油等矿产勘查时,地质学家首先要对各种地质图件、地球物理和地球化学数据、地震剖面以及遥感图像等数据进行综合分析,以便能清楚地了解各种不同数据集之间的关系。

地质数据通常也是由点、线、多边形三种形态构成的。点数据以地球化学分析数据最典型,它与某一特定的取样点有关;线数据可以是一条岩性分界线或一条断裂;多边形数据如某种岩类的出露范围。这些数据,有的采用图件形式,用颜色表示岩石类型(专题图),符号表示地球化学取样点位置,用等值线表示磁场测量值。许多地质数据还以报告、图形或实验室结果表格等形式提供。在GIS中,这些不同的数据集(如地球化学分析数据、航磁调查数据、地震数据、地质图和地形图以及遥感数据)经过数字化、编码、矢量到网格数据转换,产生连续或离散的数据集,存入建立起目标区的地质数据库,图13-1给出了地质地表数据的输入,分析和建库的过程。

在地质数据库中,地质数据按专题内容分层存贮,几何特征以图形图像表达,属性数据则记录在二维关系表中,两者为一对一或一对多的关系。于是,在这个数据模型的基础上,勘探工作区的所有地球物理、地球化学、岩石学及辐射场的数据都可以纳入数据库。一旦工作区的地质数据库被建立,地质学家便可以利用已有的专家(概念)模型来指导数据分析。例如,在石油勘探中,首先利用石油存贮条件与变量之间已知的物理、化学和地质联系来分析数据库提供的数据,对直接或间接与这些联系有关的数据进行分析、处理、生成各种派生数据。表13-1显示某工作区地质数据库中的原始数据和派生数据集。用这些数据所提供的信息来选定油气储藏有利地区。

如将重力和航磁数据叠合,有助于对基底形态的分析。又由于基底形态对沉积盖层构造发育有影响,因而据重力和航磁的一阶、二阶导数可推断出构造的总体特征。又如,基底隆起地区可能影响盖层构造特征,基底凹陷的地区沉积厚度较大,可能成为盆地的沉积中心。

图13-1 地质地表数据处理、分析及建库流程图

背斜构造是重要储油构造。是油气勘探数据库的重要内容。构造的向下延伸范围是一个最有价值的参数,目前的技术水平还难以确定。在数据库中,背斜用多边形表示,并以背斜轴为中心向下延展来定性表达背斜的地下影响范围。

断层对油气的生、储、盖都很重要。断层等密度图与线性体等密度图是用任一网格单元范围内断层/线性体出现的频数来定义的。用邻域分析法计的研究区内围绕每一象元的5×5象元阵列中断层出现的次数。结果图显示出断层/线性体密度。将断层等密度和线性体等密度图进行叠加,合成出一幅描述断裂密度的新图。对盖层断裂密度高值地区进行分析,判明它对区域油气运移和储集的具体作用。

表13-2给出某研究区域模型及其对应的权重,系统据此运行后生成一个新图像。图像的像元值等于各输入的权值求和,将它们进一步分段,便可以表达工作区中油气产出有利性的不同级别,最后圈出高概率产油区。

这种技术方法同样适用于其它矿产勘查、区域成矿预测,工程地质灾害评估与预测等。

GIS技术的引入可能极大改变地质学家的工作模式,使地学工作者面临的对多源地质数据的采集、配准、存储、分析、综合与检索工作,变得形象直观、灵活多样、快速准确,使各种地学模型的生成和发展,在技术上有了主要的支撑系统。

表13-1 原始和派生地质数据

表13-2 模型的输入与数字加权

基于GIS的成矿预测方法研究

黄旭钊

（地矿部航空物探遥感中心，北京　100083）

地理信息系统（geographic information system；简称GIS）始于50年代；70年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，促使GIS朝实用方面迅速发展，一些发达国家先后建立了许多专业性的地理信息系统；80年代是GIS普及和推广应用阶段；进入90年代，随着数字化信息产品在全世界的普及，GIS逐步深入到各行各业。中国地理信息系统起步较晚，但发展很快。在地质科学发展的进程中，科学家们创造了多种认识地质现象的方法和手段，如地质、物探、化探和遥感等。利用GIS技术，探讨这些信息资源的“开发利用”方法，使其发挥更大的作用，是本文的根本目的。

GIS是一种对空间信息以数字形式进行采集、编辑、处理、存储、组织、模拟、分析并表示的计算机辅助决策系统，它由硬件、软件、数据和应用四大分量组成，其任务则包括数据输入、数据管理、数据分析和数据表示四个方面。它具有如下两个显著特点：一是它不仅可以像传统的数据库管理系统那样管理数字和属性信息，而且可以管理图形信息；二是它可以利用各种空间分析的方法对多种不同的信息进行综合分析，解决空间实体之间的相互关系，对矿产预测水平的提高，起着积极的作用。

一、软件介绍

在GIS引进推广过程中，将MapInfo作为平台，开发一套功能较强、适于应用目的的中小型GIS软件，是行之有效的。它的主要功能如下（图1）。

图1　该系统的主要功能

（一）强大的地图输入、编辑能力

MapInfo对地图的输入提供三种输入方式。

①可以通过数字化仪进行地图的输入。

②支持光栅图像的输入，其格式可以是：BMP,GIF,JPEG,PCX,SPOT（卫星航空照片位图）、TGA,TIFF为后缀的图形格式。光栅图像输入后，用户可以用MapInfo提供的强大的作图工具在其上作图、编辑，然后存成单独的矢量地图层，也可以把光栅图像作为底图显示。

③MapInfo支持标准的DXF文件的输入。

（二）地图与属性管理

MapInfo以表的形式组织文本或图形信息。每个表都有两个文件：①文件名.tab，该文件描述表的结构；②文件名.dat或文件名.wks,.dbt,.xls，这些文件包含表数据；对栅格表相应的扩展名是tif、gif或bmp。如果表里已经含有图形目标还将有两个相关文件，文件名.map和文件名.id，前者描述图形目标，后者是连接属性数据和图形目标的交叉参考文件。这样，就可以在MapInfo内生成数据库文件。

MapInfo采用层的概念组织、管理数据，用户可根据自己对图幅及相关内容的理解，出于自身的实际需要，将某一特定的地理单元划分成不同的层，以满足单层或多层叠加浏览地理单元的需要。

（三）查询统计与空间分析

查询包括空间查询和属性查询两种方式。空间查询是根据图形目标查找对应的专业属性，属性查询则根据专业属性字段构成的数据表达式或逻辑表达式，查找对应的空间实体。该功能能够实现按单一数据项进行数据查询到按多个数据项进行复杂的SQL查询，使我们能够从大量的数据中，迅速得到分析所需要的数据，并进行统计计算。

使用GIS很重要的原因之一是要对数据项进行空间分析。MapInfo中的空间分析主要包括缓冲区分析和叠置分析。缓冲区分析是地图窗口中一个围绕线目标、区域或点等其它目标的区域，可以用设置缓冲区半径的方法控制缓冲区的大小。创建完缓冲区，就能够在缓冲区内寻找目标。叠加分析是将两个不同层内的多边形叠加合并的一种空间操作。该操作生成第三层，从而可对交叉区域进行分析，在MapInfo中该功能需要进一步扩充和完善。仅仅这些空间分析，不能满足成矿预测的要求，因此将传统的成矿预测方法纳入到GIS中是核心任务。目前常见的建模统计方法有信息量计算法、贝叶斯概率统计及特征向量法等。它们的基本思路是由已知典型矿床总结的矿床地质标志、地球物理标志、地球化学标志和遥感影像标志构成综合标志系列；然后，根据相应的数学模型，在选定的成矿带中建立找矿模型，再结合GIS的图形分析功能，最终形成矿产预测图。

（四）输出形式

Maplnfo是基于Windows操作系统上的，凡是Windows支持的外设它都自然支持。

二、地质与地球物理、地球化学概况

研究区位于四川、陕西、甘肃三省交界地带，出露地层有元古界、古生界、中生界及新生界。其中寒武—奥陶系太阳顶群、泥盆系下吾那组、三叠系是微细浸染型金矿的重要赋矿层位。

该区大地构造位置属秦岭褶皱系西段、松潘甘孜褶皱系的一部分。断裂构造十分发育，玛曲—略阳大断裂带、尕海—舟曲—成县大断裂带、玛曲—文县—勉县大断裂带均由数条与走向基本平行的主干断层组成，为多期多次活动的大断裂带，亦是重要的控矿断裂[1]（图2）

图2　构造分区

Ⅰ—西秦岭加里东褶皱带；Ⅱ—西秦岭华力西褶皱带；Ⅲ—西秦岭印支褶皱带；Ⅳ—松潘甘孜褶皱系；Ⅴ—扬子准地台

岩浆活动与内生金属矿关系密切。在本区，大中型金矿床在空间分布上常常与岩体有关，与基岩有关的金矿床多分布于岩体的外接触带上。

由于该区航磁数据和重力数据比例尺较小，因此有些局部异常反映不明显。但该资料对区域构造轮廓、主要断裂构造反映比较清晰。

研究区内水系沉积物资料表明：①共生元素组合Au—As—Sb-Hg及Au—As—Sb或Au—As—Hg主要和微细粒金矿生成有关。②在金的高背景或低背景上的Au、As、Sb、Hg浓集中心有利于形成微细浸染型金矿。③较好的金矿化区，化探异常浓集中心面积并不大，背景不高，浓集中心突出，重合性好。

三、基于GIS的成矿预测方法

（一）多元地学数据的建立与管理

此次研究共收集了五种来源的地学数据，它们是地层及构造数据、矿产数据、航磁数据、重力数据、化探数据。处理流程如图3所示。

图3　处理流程

将以上这些图件通过扫描仪输入到计算机中，形成.tif栅格影像文件。经过配准（一般选择四个控制点）形成.tab文件，便可作为栅格影像图显示出来。地质影像图、航磁平面等值线影像图、矿床分布影像图通过屏幕跟踪实现矢量化，同时亦形成.tab文件，一个.tab文件由一个图层组成，代表一种专题信息。航磁剖面平面影像图、布格重力异常影像图、水系沉积物元素异常影像图未经全部矢量化，只在典型矿床上及其周围做矢量化处理。根据航磁异常和重力异常的基本特征，圈出五条隐伏大断裂及28处隐伏中酸性岩体。参考地质资料，形成断裂及岩体分布图。经过矢量化后的图层，可随时进行编辑，并可创建相应的属性数据库。

（二）查询统计

根据地层分布图，通过条件查询功能检索赋矿地层：下古生界（Pzl）、上古生界（Pz2）及三叠系（T）（图4）。从图中我们可以看到矿床（点）在各地层中的分布情况，还可以进一步作统计分析，结果见表1。

（三）空间分析与成矿远景预测

1.断裂与矿床（点）相关性分析

图4　赋矿地层

表1　赋矿地层与矿床（点）统计

该区矿床与断裂关系甚为密切，因此，研究矿床到线性构造的“距离”是十分重要的。为了确定矿床与断裂构造的相关性，在控矿断裂周围每隔2km设置一个通道，共设置八个通道。设置通道的办法是用缓冲区功能来实现的，对微细浸染型金矿而言，分析结果见表2。从表中可以看出，在距断裂16km的范围内，集中了71.2%的矿床（点），其中包括了全部的大、中型矿床和77.8%的小型矿床。表中还给出了不同距离区间内出现矿产地的频数（%）。上述分析结果为确定断裂影响带宽度提供了客观依据。为此，我们以16km为缓冲区半径，做出该类型金矿的断裂影响带，这是寻找该类型金矿的有利地带。应该指出，我们选择的断裂带都是规模较大的断裂带，本身都由数条主干断层组成，具有较宽的断裂破碎带，当我们用线表示它们时，只反映了它们的中心位置，所以我们做出的断裂影响带的宽度较宽（图5）。

表2　断裂与矿床（点）“距离”统计

图5　断裂与岩体缓冲区

2.中酸性岩体与矿化的关系

已知资料表明，岩浆活动与内生金属矿床关系密切。它不仅对溶液起加热和驱动作用，而且可能在成矿作用中带来某些组分。该区与岩体有关的金属矿属中低温热液型金矿，多分布于岩体外接触带附近，一般在距岩体5km的范围内。因此以5km为半径作缓冲区（图5），这亦是成矿的有利地带。

3.根据水系沉积物异常圈定成矿有利区

根据1:20万水系沉积物异常，将具有Au元素异常浓集中心，或者具有Au元素异常浓集中心、同时伴生As、Sb、Hg或伴生As、Sb或伴生As、Hg元素异常，重合性好的区域确定为有利成矿区；将具有Au元素异常，但浓集中心不明显，伴生As或Sb元素异常的区域确定为较有利的成矿区。

4.叠加分析

（1）断裂影响带与岩体影响带作相加运算

断裂影响带和岩体影响带都是形成金矿的有利地带，为此将断裂缓冲区与岩体缓冲区叠加并取其和，形成断裂与岩体影响带叠加图。

（2）赋矿地层与上述断裂与岩体叠加影响带作相交运算

赋矿地层是形成金矿的必要条件，断裂与岩体影响带，只有在赋矿地层中才是金矿成矿的有利地段。因此将赋矿地层图与断裂与岩体影响带叠加图再进行叠加，取相交部分。

（3）将上述结果与根据化探得到的有利成矿区作相交运算

为了更有效、更准确地得到成矿远景区，我们将上述成矿远景区与根据化探得到的有利成矿区作相交运算，从而得到如图6所示的远景区。一级远景区即赋矿地层、断裂影响带（或岩体影响带）、化探异常叠加的交集，其中有已知大中小型矿床分布。此次共圈定25处一级远景区，其中九处区域与已知矿床（点）完全吻合；六处区域包含已知矿床（点），但范围要大得多；九处区域是新圈出的区域。二级找矿远景区即赋矿地层与断裂影响带（或岩体影响带）叠加的交集；或者满足地层及地球化学找矿标志，但不处于构造有利部位；部分已知中小型矿床落在该区域内。三级找矿远景区即赋矿地层与断裂影响带（或岩体影响带）叠加的交集，该区域内没有已知的矿床（点）分布。

图6　成矿远景区

应该指出的是，上面的例子各种信息量是以等权来对待的，若首先应用上文提到的数学模型确定权重，再做叠加运算，预测效果将会更加准确。

四、结论

通过使用GIS，我们有如下几点体会。

①它改变了传统的手工操作模式，可以很方便地将所需要的信息叠合，并且同时输出。

②数据库具有永久性，可以重复利用，为以后更新数据提供方便，从而减少了重复劳动。

③空间数据和属性数据的联合查询，使我们能够从大量的信息中迅速提取分析所需要的信息。

④MapInfo通过点、线和多边形把数据和地图连接在一起，单击地图上的任意对象，便可以同时看到多个与该对象相关联的所有数据。这样可以帮助我们分析数据。

参考文献

李文元，等.秦岭西部微细浸染金矿成矿条件.中国金矿主要类型找矿方向与找矿方法文集（第二辑），北京：地质出版社，1994

A STUDY OF METALLOGENIC PROGNOSTIC TECHNIQUE BASED ON GIS

Huang Xuzhao

（Aerogeophysical Survey and Remote—Sensing Center,Beijing 100083）

Abstract

The geophysical information system（GIS）has greatly raised the multi-purpose utilization level of spatial data for metallogenic prognosis.Its importance is that it plays the role of a bridge which links the traditional manual superimposition technique with the mathematic technique of spatial analysis,thus avoiding many artificial factors imposed on metal-logenic prognosis.Based on evaluation of metallogenic conditions and integrated prognosis for mineral resources in Sichuan-Shaanxi-Gansu triangular area,this paper discusses the application of GIS technique to metallogenic prognosis.

GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用综述

袁中智

（重庆市国土资源和房地产信息中心，重庆，400015）

摘要：GPS技术已广泛应用于各行业的数据采集、定位、导航、勘测等工作，随“金土工程”的实施，为构建“天上看地上查网上管”的管理新体系，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用将出现新的高潮。为此，本文在探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用基础上，分析了应用中存在的问题，展望GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用前景。

关键词：GPS；矿产资源；应用；综述

GPS广泛应用于土地变更调查、资源清查、滑坡变形监测、大型构筑物位移实时监测、地面沉陷监测、房地产测量，以及所有在室外进行的数据采集、定位、导航、勘测等工作。由于矿产资源勘查、矿区范围的划定、矿体规模的测定等都需要进行定点测量，所以可以使用GPS技术提高作业效率。中国地质调查局制定的《战略性矿产远景调查技术要求》中也明确要求，在进行矿产地质填图、勘查、矿产检查时，应使用GPS进行定点、定位和测量等。

2006年4月5日，国土资源部建部以来第一次科技大会在京召开，大会将发展资源调查、监测技术和实施“金土工程”等作为重要任务进行了部署，这将掀起一场GPS技术在国土资源管理中广泛应用的高潮。由此，本文将探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用情况、存在问题以及应用前景。

1 GPS 技术在矿产资源勘查开发中的应用

1.1 钻孔定位

将GPS技术应用于钻机钻孔定位，远优于操作人员的肉眼控制。即通过安装GPS和相关软件用于钻孔导向，随时了解钻孔位置和钻进情况。GPS用于钻孔定位可以减少现场测量工作，为提出更好的爆破设计创造条件，使炮孔布置精度更高、时间更短；可直接向装药车提供钻孔数据；同时还可以避免超钻和欠钻。

1.2 车辆设备监控调度

对大型采矿场，需随时了解卡车、电铲等设备的位置、状态信息，以便进行监控调度，使用传统的人工调度方法，调度员难以动态了解场内所有车铲的位置和状态，很难做出最优调度，所以调度指挥较为粗放，导致大型采运设备的效率难以充分发挥，生产潜力难以挖掘。使用GPS可以随时精确测定铲车标高，以便工作人员立即发现铲车是否在正确的位置作业。

在矿区，汽车安装GPS后，管理人员可以随时了解车辆在全矿区的运行路线，查看车辆卸载位置是否正确，了解车速，进行汽车调度。建立基于GPS/GIS技术的智能运输系统，可以在开采量一定的条件下，使用最少的卡车和电铲，实现最优调度，大大提高开采作业效率。系统可通过安装在卡车、电铲等工具上的车载终端（GPS接收设备、通信控制设备等），广泛收集各种数据，然后通过无线通信，将数据实时传送至中央计算机，由中央计算机根据矿山数据（作业计划、道路网）进行快速运算，解算出调度方案，同时将调度指令发送给装运设备，从而实现最优调度。

1.3 地表矿料堆体的测算

矿料、燃料是大型冶金、矿山等企业的重要资产，对这类资产的评估需进行体积和重量的测算，由于矿料、燃料一般分布广散（几km2 到几十km2），不仅形状复杂，而且瞬时进出变化大，给资产评估带来很大难度。国内外测算体积主要用航空摄影测量、地面立体测量以及门式装置的激光扫描等，但由于这些方法，或者设备昂贵、测量条件要求高，或者精度不能满足要求，测量周期长等条件限制，使得这些方法的推广应用受到一定限制。虽然电子全站仪同计算机相结合的空间三维快速测算方法具有准确、快速、灵活等特点，但需要投入的人力、物力较多，所需时间较长。

GPS－RTK技术是用来确定待测点三维空间坐标的一种方法，进行GPS－RTK测量，至少需要一台基准站和一台流动站，流动站通过接收基准站发送过来的改正参数和直接的卫星信号，可以快速确定测点位置，实践证明，将GPS－RTK技术应用于地上矿产资源测算，具有准确、灵活、快速、省钱、省时、省力等优点。同时GPS－RTK技术同地质雷达技术结合，还可以有效测算浅层地下矿藏储量。

1.4 矿山环境监测

矿产资源勘探开发过程中常产生环境问题，如废弃的物质和能量会造成水土污染、空气污染（粉尘和有毒有害气体污染）、噪音污染、光污染、辐射污染等环境危害；压占、破坏土地资源、水资源、森林草地等自然环境资源；造成水土流失、土壤侵蚀、土地沙化、地质景观破坏等地质环境破坏；诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面开裂、地面沉降、地面塌陷、河堤溃决、海水入侵等地质灾害。随采矿业的发展，采矿对环境污染日益严重，对大型矿区来说，不仅需要对环境进行连续监测，而且要求有效管理和迅速处理各种监测数据，以便及时采取应对措施。而GPS与GIS结合构成环境监测与分析系统，可实现对环境的时时监测与处理。将各种环境传感器（如瞬时光谱仪、红外辐射仪、温度计、酸碱度测定仪、噪声仪等）与GPS接收机构成一起，传感器采集的数据与GPS数据一起输入到数据库中，使用GIS对监测数据进行展示和分析。这不仅便于监测数据的组织管理，图形的直观、形象表达，而且便于对监测数据的分析，了解其影响范围、发展规律，为进一步预测灾害，防灾减灾提供决策依据。

1.5 物、化探勘查

地球化学勘查中需要进行土壤地球化学测量的测网布设、水系沉积物中的采样点定位，以及岩石测量的定位等。常规的测网布设方法是，先由测量人员做好控制和基线，然后用罗盘仪和测绳布设测网，而水系沉积物和岩石测量的定位常根据地形图和标志物进行定位。常规方法费时费力，而且工作难度较大，若使用GPS技术进行测量，可以绕开控制测量环节，在节省测量时间的同时，降低了施测条件的要求，减轻了工作强度。同样，对于区域物探调查中的重力测量，传统的重力点点位高程测量使用气压测高和航片刺点的方法，不仅操作复杂，而且内业工作量较大，精度较低。使用GPS技术不仅能提高测点点位精度，降低工作强度，而且可以解决在通视条件较差的条件下目测定点困难的问题。

1.6 形变监测

矿区开采，难免使开采区发生地表移动与变形，如建筑物、构筑物的位移、倾斜、沉降，以及矿区的整体下沉等，因此对矿区进行变形监测十分必要。常规的监测技术是应用水准测量的方法监测地基的沉降；应用三角测量的方法监测地基的位移和整体倾斜。由于被监测物体通常几何尺寸较大，监测环境复杂，监测技术要求高，因此应用常规技术监测，不仅时间长、劳动强度大，而且自动化程度低。GPS技术以其在连续性、实时性和自动化程度高等优点，在变形监测中发挥着传统测量无法比拟的重要作用。

矿区GPS变形监测主要有两种方法，一是定期在监测点安置GPS接收机进行变形监测，并分期进行数据处理，根据多期监测数据进行变形分析。二是应用GPS实时监测，即在变形监测点上安置GPS接收机，全天候进行GPS监测，也可根据实际情况，每天施测几个时段，并直接将观测数据传入GPS解算软件，解算出基线变化量与三维坐标变化量。实践表明，GPS实时测量，能够监测出地表的非线性变形，并准确建立地表移动的动态运动模型。

1.7 矿区范围划定

在矿产资源管理中，常需要矿区范围划定，为了防止矿界纠纷，需要准确测定矿区拐点坐标，由于矿区大多地处偏僻，地形条件复杂，使用传统的测量方法既费时又费力，而使用GPS技术进行测量能减少大量人力，提高工作效率。一般来说，GPS 单点定位在30m～100m，虽然工作简单易行，但其定位精度太低，不能满足定位需求；GPS静态测量虽然精度较高，但寻找已知控制点较难。相对而言，使用手持式GPS测量系统更便于野外作业，而且具有观测时间短、精度高、无需通视等特点。

手持式测量包括基准站系统和移动系统。基准站系统一般设置在办公地，天线置于屋顶，移动系统则随待测点移动，其基本原理是基准站系统与移动系统同步观测GPS卫星载波相位信号，利用差分定位原理消除电离层、对流层等带来的误差，提高测量精度，通过随机软件进行基线解算和坐标转换参数解算，求出待测点的坐标。实践证明，手持式GPS测量系统的定位精度在30km范围内可达0.5m，完全满足矿区定界的要求。

1.8 矿区控制网建立

矿区控制网是矿区测绘、勘探、设计和生产建设的基础。运用GPS技术布设矿区控制网，不仅精度高，而且点位精度分布均匀；GPS控制网基本不受边长的限制，边长可以相差较大，较常规的三角网方便灵活，且点间无需通视。经研究表明，采用GPS技术建立平面控制网，所需作业人员仅为同级常规测量控制网的40%，所需作业时间为21%，所需作业经费为35%。

1.9 水文地质调查

在矿区水文地质调查中，需要确定每个调查点的位置，利用罗盘及地形地物定点效果较差，应用手持GPS进行测量定点，可以大大提高点位精度。实践表明，利用手持GPS接收机进行水文地质调查工作，其单点定位精度能控制在5m以内，完全满足工作需要，较好地解决了不同地形及艰险条件下地质填图中点位精度问题。

1.10 地质测绘

地质勘查中需要进行地质填图测量、物探测量、化探测量、地质工程测量等，传统的测量设备主要使用全站仪、罗盘、测绳等，测绘人员工作强度较大，工作效率较低。GPS的应用大大提高了测绘效率，特别是手持GPS与成图软件的配合，不仅可以方便地从接收机中下载野外采集的数据，而且可以将GIS数据导入到接收机中，便于野外工作。

此外，GPS技术还应用于矿井贯通、矿山风井位置确定等。

2 GPS 技术在矿产资源勘查开发应用中存在问题及应用前景

2.1 存在问题

（1）尽管GPS有广泛的应用领域，但由于经费、技术水平，以及思想认识等原因，在矿产资源勘查开发中未得到广泛深入应用，应用成熟度低。

（2）由于建立GPS台站网投入大，维护费用高，我国利用台站网的技术也不成熟，矿产资源勘查开发中仍主要使用RTK技术进行测量作业，这就需要在测区附近建立控制点，架设参考站，给实际工作带来不便，而且精度分布不均。

（3）由于矿产资源的勘查开发工作场所主要在野外，地形和树木的遮挡常影响GPS的收讯，也使GPS技术难以在矿产资源勘查开发得到广泛应用。

（4）目前虽然GPS技术在矿产资源勘查开发的应用逐渐扩大，然而各应用系统还处于各自为政、零打碎敲的散乱状态，没有统一的平台支持，缺乏统一的行业标准。

（5）由于基础地理信息建设滞后，也未形成良好的使用更新机制，加上部门间、地区间对电子地图的控制，严重影响GPS的广泛深入应用。

2.2 应用前景

（1）随金土工程的实施、行业标准的逐步建立、基础地理信息的建设，以及“3S”技术的集成应用，将为GPS技术的应用创造良好的应用环境。

（2） GPS台站网作为获取空间信息的基础设施，具有广泛的应用前景，国内一些主要城市已相继建立了GPS台站网，各地GPS台站网的建立将进一步促进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（3）随GPS接收机的不断改进，体积越来越小，重量越来越轻，价格越来越便宜，以及数据后处理软件的开发利用，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用领域会不断拓宽和发展。

（4）利用GSM和CDMA数字移动通信网具有覆盖范围广，系统可靠性高、控制中心建站方便等优点，GPS与GSM和CDMA的结合将成为矿产资源勘查开发中应用的新亮点。

（5）多元定位系统的发展，GPS与GLONASS组合定位技术的研究与应用，将逐步解决GPS在复杂条件下（如山地、森林）接收信号较差的问题，提高定位精度和可靠性，推进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（6）到2008年，伽利略系统的即将运行，其民用精度可达1m，在不通过差分处理的情况下即可满足大部分定位、导航需求，而且费用便宜，使用可靠，这将使定位技术在矿产资源勘查开发中得到更大范围的普及。

随“金土工程”的实施，GPS技术将在国土资源监管中发挥越来越重要的作用，尽管GPS技术在目前应用中存在这样或那样的问题，但以其本身的技术特点和优势，必将在矿产资源勘查开发中得到广泛应用。

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分享题目：gis技术在采矿中的应用 基于gis的地表采矿点景观视觉影响评价研究
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