GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用

孫元

（中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇徐州221116）

GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用

孫元

（中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇徐州221116）

GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用為礦產(chǎn)資源潛力評價提供了新的思路和手段，并對其產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。簡要介紹了 GIS、礦產(chǎn)資源潛力評價及GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并根據(jù)基于GIS礦產(chǎn)資源潛力評價的3個步驟，詳細(xì)闡述了GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的具體應(yīng)用及其優(yōu)越性。

GIS;GIS應(yīng)用現(xiàn)狀;礦產(chǎn)資源潛力;評價路線

礦產(chǎn)資源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著生產(chǎn)力水平的提高和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源的利用程度及其工業(yè)價值也將不斷提高。鑒于礦產(chǎn)資源在經(jīng)濟發(fā)展中舉足輕重的地位，我國已經(jīng)將礦產(chǎn)資源潛力評價作為制定國家礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略、加強資源宏觀調(diào)控的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源評價主要依據(jù)專家的經(jīng)驗，通過對預(yù)測區(qū)范圍內(nèi)地、物、化、遙等資料進行研究，并利用手工方法在圖紙上定性地圈定礦預(yù)測靶區(qū)。該方法存在以下缺點：①評價模型主要是針對數(shù)值型數(shù)據(jù)而非圖形數(shù)據(jù)；②評價過程中難以實現(xiàn)可視化的互操作，并且空間對象之間的復(fù)雜關(guān)系難以直觀地體現(xiàn)；③難以將實現(xiàn)評價的結(jié)果可視化表達(dá)[1]。而 GIS通過圖形操作對空間對象關(guān)系進行分析，在此基礎(chǔ)上通過可視化界面輸出分析結(jié)果，這不僅可以在礦產(chǎn)資源評價過程中實現(xiàn)人機交互操作，并且評價結(jié)果能進行可視化展示。因此該技術(shù)為礦產(chǎn)資源多源信息的集成管理提供了理想的解決途徑；從而很好地彌補了傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源評價中的不足，成為專家們在礦產(chǎn)資源評價方面的有利工具[2]。

1 GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的研究現(xiàn)狀

1.1 GIS簡述

GIS是指在計算機軟硬件支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)方法，對地表空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、顯示、查詢、操作、分析和建模，以提供對資源、環(huán)境和區(qū)域等方面規(guī)劃、管理、決策和研究的人機系統(tǒng)[3]。GIS作為一門新興技術(shù)，從學(xué)科的角度來看，是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和計算機等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科，具有獨立的學(xué)科體系；從應(yīng)用和技術(shù)的角度來看，就是解決空間問題的工具、方法和技術(shù)；從功能的角度看，具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能；從系統(tǒng)學(xué)的角度看，具有一定的結(jié)構(gòu)和功能，是一個完整的系統(tǒng)[3]。GIS所具有的這些實用性特點，使其能夠應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)找礦和礦產(chǎn)資源預(yù)測及評價、土地整治和自然資源管理及區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃、城市規(guī)劃和建設(shè)、各種災(zāi)害的評估和防治、農(nóng)作物估產(chǎn)以及耕地動態(tài)變化等。目前，GIS在理論和應(yīng)用上都處在一個飛速發(fā)展的時期，GIS的廣泛應(yīng)用、普及必將成為21世紀(jì)的一個重要特征。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

GIS應(yīng)用于資源評價中，起始于70～80年代，美國、加拿大、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家較先把GIS技術(shù)與礦產(chǎn)資源評價結(jié)合起來并成功應(yīng)用，而我國GIS技術(shù)應(yīng)用研究起步較晚[4-6]。我國將GIS技術(shù)應(yīng)用于礦產(chǎn)資源潛力評價始于20世紀(jì)80年代中后期，許多研究部門及大專院校，運用GIS技術(shù)在全國一定范圍內(nèi)開展了礦產(chǎn)資源潛力評價的工作，初步研制出基于GIS平臺的礦產(chǎn)資源評價輔助決策系統(tǒng)，并對部分礦種實施了資源潛力評價研究[7]，如中國地質(zhì)科學(xué)院肖克炎博士的課題組在 MapGIS軟件平臺上開發(fā)了礦產(chǎn)資源評價系統(tǒng) (MRAS)[8]，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）數(shù)學(xué)地質(zhì)遙感地質(zhì)研究所開發(fā)了金屬礦產(chǎn)資源評價分析系統(tǒng)（MORPAS）[9]等。

國內(nèi)外實踐證明：把GIS應(yīng)用于礦產(chǎn)資源潛力評價，已成為地質(zhì)學(xué)家在礦產(chǎn)資源潛力評價方面的重要手段，這主要是因為：①它改變了傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源的評價體系；②它提高了礦產(chǎn)資源評價的效率，簡化了評價的過程。隨著GIS和礦產(chǎn)資源潛力評價理論的有機結(jié)合，必將對礦產(chǎn)資源潛力評價體系及地學(xué)工作者的思維方式和研究方法產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 基于GIS礦產(chǎn)資源潛力的評價路線

礦產(chǎn)資源潛力評價是通過研究地質(zhì)工作中所獲得的數(shù)據(jù)與資料，結(jié)合地質(zhì)學(xué)理論及其基本分析方法，在總結(jié)成礦地質(zhì)條件和成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上，將其轉(zhuǎn)化為礦產(chǎn)資源信息，從而實現(xiàn)對地殼的某一部分或某一單元內(nèi)礦產(chǎn)資源的潛力、利用的可能性及其經(jīng)濟價值做出合理的評估[10]。

圖1 礦產(chǎn)資源一般評價過程

國內(nèi)外常用的礦產(chǎn)資源評價方法體系的評價過程如圖1所示，概括為地、礦、物、化、遙和科研資料的匯集，建立空間數(shù)據(jù)庫，成礦信息提取，信息的綜合，成礦理論的應(yīng)用，預(yù)測遠(yuǎn)景區(qū)的圈定和優(yōu)化[11]。由于GIS在管理、分析和綜合多源、多時態(tài)、多層次空間信息方面的優(yōu)勢以及具有高效、快捷、準(zhǔn)確的空間信息分析功能，使其逐漸成為礦產(chǎn)資源潛力評價的主要手段[12-14]。基于GIS的礦產(chǎn)資源潛力評價主要步驟有：①整合地質(zhì)、礦產(chǎn)、航磁、化探、遙感等多源地學(xué)信息，建立空間數(shù)據(jù)庫；②利用GIS的空間分析功能，對收集的資料分別進行深度挖掘；③通過對研究區(qū)找礦標(biāo)志的建立，在GIS技術(shù)支持下，對不同數(shù)據(jù)源的成礦信息分別建立圖層，對找礦信息的空間綜合疊加分析，圈定勘查靶區(qū)[15]，礦產(chǎn)資源GIS評價工作流程如圖2所示。

圖2 礦產(chǎn)資源GIS評價工作流程

3 GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)資源的不斷積累、評價方法研究的深入、GIS軟件功能的增強、高性能硬件設(shè)備價格的大幅度下降，GIS必將在礦產(chǎn)資源潛力評價中發(fā)揮越來越大的作用。以下就基于GIS的礦產(chǎn)資源潛力評價的基本步驟：地學(xué)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，礦產(chǎn)潛力評價綜合模型的建立，礦產(chǎn)資源潛力綜合評價并預(yù)測礦產(chǎn)資源分布進行論述。

3.1 基于GIS數(shù)據(jù)庫的建立

我國開始研制的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫都是基于礦產(chǎn)資源的非空間數(shù)據(jù)的管理，基于空間信息的礦產(chǎn)資源潛力評價不僅涉及到空間信息的位置而且也與其分布有著直接或間接的聯(lián)系。利用GIS手段可以對空間信息進行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化處理，建立礦產(chǎn)資源潛力評價GIS數(shù)據(jù)庫[16,17]。

GIS數(shù)據(jù)庫包括空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計是礦產(chǎn)資源潛力評價信息系統(tǒng)建設(shè)中的一項重要工作，其涉及的技術(shù)關(guān)鍵問題為GIS數(shù)據(jù)庫圖層的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化及圖形采集精度誤差控制分析[18]。屬性是一個實體特征，屬性數(shù)據(jù)是描述真實實體特性的數(shù)據(jù)集，只有空間圖形與屬性數(shù)據(jù)有機的結(jié)合，真正的信息系統(tǒng)才有可能建立。因此，基于單純的圖形或單純的屬性數(shù)據(jù)而建立起來的信息系統(tǒng)是無意義的。礦產(chǎn)資源潛力評價信息數(shù)據(jù)庫中的圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫它們之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 礦產(chǎn)資源潛力評價數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

空間數(shù)據(jù)庫建立之后，圖形信息與屬性之間可以實現(xiàn)靈活雙向查詢檢索，即可從圖形檢索各種屬性信息，也可以根據(jù)地質(zhì)體的各種專題屬性實現(xiàn)其對應(yīng)圖形的檢索，還可以進行多種屬性組合條件的查詢與檢索，如在地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫中根據(jù)地層、巖性、構(gòu)造等屬性檢索出相應(yīng)的地質(zhì)體；還可以通過表示地質(zhì)現(xiàn)象的點（礦床、鉆孔、采樣點等）、線（斷層、線性構(gòu)造、河流等）以及面（地層、巖體、異常區(qū)等）檢索它們的屬性。數(shù)據(jù)庫一旦建立，其中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)即作為一種資源存儲在計算機內(nèi)，可反復(fù)使用。當(dāng)在同一地區(qū)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(yīng)用數(shù)據(jù)庫的管理功能，檢索出所需的信息，這大大提高礦產(chǎn)資源潛力評價的效率[16，19，20]。

3.2 要素提取、綜合與模型的建立

一般GIS在礦產(chǎn)資源評價中可通過以下途徑來進行信息的提取與綜合：①直接利用GIS的一些基本空間分析功能，通過研究空間實體（地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象、礦產(chǎn)實體）及相互關(guān)系（如空間實體的關(guān)系運算、BUFFER分析、疊置分析等）而達(dá)到評價的目的；②結(jié)合礦產(chǎn)預(yù)測數(shù)學(xué)模型進行綜合評價[1]，主要結(jié)合方式如圖4所示[21]。

圖4 信息處理過程

基于GIS的成礦信息提取就是運用GIS空間分析技術(shù)和其他學(xué)科專業(yè)理論知識，將地學(xué)數(shù)據(jù)信息表達(dá)成GIS空間數(shù)據(jù)庫圖層或以圖層方式展現(xiàn)的屬性表（就是GIS能夠理解的方式），并對其中的隱含的成礦信息進行深度地挖掘，找出反映礦床定位和礦床規(guī)模的信息。

3.2.1 空間分析方法

為了能充分利用已經(jīng)建立的基礎(chǔ)地學(xué)數(shù)據(jù)庫，必須使用GIS提供的空間分析功能[22]。GIS空間分析功能包括2個不同的應(yīng)用層次[23]：①根據(jù)空間對象之間的關(guān)系及其分布特征，通過圖形分析操作實現(xiàn)對特征因子的提取，生成新的專題圖層；②根據(jù)具體的應(yīng)用目標(biāo)，模擬真實的地質(zhì)作用過程，通過構(gòu)建空間分析模型實現(xiàn)與GIS系統(tǒng)的集成。

一般GIS空間分析在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用情況可以這樣描述：利用GIS的空間分析功能（如包含、緩沖區(qū)分析、疊加分析、統(tǒng)計分析等）生成新的專題信息圖層，然后利用GIS的空間查詢功能檢索出滿足條件的空間信息，在此基礎(chǔ)上進行信息提取和查詢分析，如將用GIS方式表達(dá)的地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖和構(gòu)造圖等各種地質(zhì)圖件與評價單元文件疊加，可計算得到所需評價單元的定性和定量數(shù)據(jù)信息，還可以利用已有的變量進一步進行地質(zhì)變量綜合與轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對深層次信息的挖掘，使隱含的信息和規(guī)律顯性化。其中在GIS空間查詢中所用到的GIS空間索引技術(shù)在空間數(shù)據(jù)高效、快速檢索的過程中發(fā)揮著重要的作用，它是對存儲在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息的描述，運用于礦產(chǎn)資源潛力評價中可以提高系統(tǒng)對地學(xué)數(shù)據(jù)獲取的效率。空間索引的主要常見方法有：Cell空間索引、四叉樹空間索引、RTree及其擴展的空間索引。目前空間索引技術(shù)主要應(yīng)用于矢量數(shù)據(jù)查詢檢索、空間數(shù)據(jù)庫的管理等[24]。

簡單地說：GIS空間分析功能是成礦信息獲取的主要手段，也是實現(xiàn)成礦信息自動提取與變量轉(zhuǎn)換的主要思路和內(nèi)容。

3.2.2 評價模型的建立

在GIS空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)中一項非常重要的內(nèi)容是根據(jù)預(yù)測評價礦種及資料水平來進行空間數(shù)據(jù)庫地學(xué)數(shù)據(jù)模型的設(shè)計[25,26]，傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源評價是基于專家找礦模型來實現(xiàn)對資源的合理評價，而利用GIS技術(shù)的空間分析功能可以反推找礦模型，這實現(xiàn)了評價模式的轉(zhuǎn)變[27]。礦產(chǎn)資源潛力評價模型實際為基于 GIS的應(yīng)用模型，即根據(jù)具體的應(yīng)用目標(biāo)和問題，借助GIS技術(shù)優(yōu)勢，使觀念世界中形成的概念模型具體化為信息世界中可操作的機理和過程。

礦產(chǎn)資源潛力的評價模型包括反映礦產(chǎn)形成及成礦表現(xiàn)的礦床成礦模型、綜合標(biāo)志找礦模型、礦床地質(zhì)環(huán)境模型和社會經(jīng)濟模型等內(nèi)容[28]。在潛力評價模型的建立過程中，可用GIS表達(dá)模型諸要素，如在礦床模型中可表達(dá)的要素為：成礦地質(zhì)背景、礦床成礦要素、成礦產(chǎn)物、成礦標(biāo)志等。具體過程可以概括為：在多源地學(xué)信息空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)確定的評價因子，利用GIS提供的空間分析功能處理多源地學(xué)信息，進行專題信息的提取和生成，形成適合礦產(chǎn)資源潛力評價的專題圖層和專題屬性，并建立綜合信息評價模型[14]。

3.3 礦產(chǎn)資源潛力預(yù)測

評價科學(xué)理論的3條準(zhǔn)則為：深刻、統(tǒng)一和預(yù)測[29]。由此可見，預(yù)測能力是評價科學(xué)理論的重要標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)測的目的是應(yīng)用當(dāng)代先進的地質(zhì)理論和現(xiàn)代化的技術(shù)方法將與礦產(chǎn)有關(guān)的資料（數(shù)據(jù)或信息）轉(zhuǎn)化為資源量的概念，進而圈定預(yù)測遠(yuǎn)景區(qū)，縮小勘查目標(biāo)區(qū)，減小發(fā)現(xiàn)礦床的風(fēng)險，從而提高找礦成效和預(yù)見性[30]。

在礦產(chǎn)資源潛力預(yù)測中，借助GIS工具能夠探索已知礦帶與地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)圖的組合關(guān)系，最終利用組合圖進行潛力預(yù)測。GIS在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用過程如圖5所示。

圖5 GIS在礦產(chǎn)資源潛力預(yù)測中的工作流程

在礦產(chǎn)資源潛力評價的實際工作中，主要面臨預(yù)測要素信息提取與綜合、多元信息分析與表達(dá)、找礦信息立體化等問題，而這恰好可以用GIS技術(shù)解決。其中，空間分析和空間索引技術(shù)可以解決信息提取與綜合問題；GIS空間數(shù)據(jù)庫可以高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、修改、統(tǒng)計、查詢等功能。同時，GIS的應(yīng)用模型可使觀念世界中形成的概念模型轉(zhuǎn)化為預(yù)測評價模型，并使之具體化、形象化。

4 結(jié) 語

GIS技術(shù)所提供的多源地學(xué)信息的管理能力、空間分析、查詢及圖形可視化能力大大提高了礦產(chǎn)資源潛力的評價效率，使礦產(chǎn)資源潛力評價研究進入了一個嶄新的領(lǐng)域。基于GIS進行礦產(chǎn)資源評價把地質(zhì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)模型聯(lián)系起來，這樣不僅可以深化對可用地質(zhì)數(shù)據(jù)的認(rèn)識，而且可加深對地質(zhì)模型本身的理解。所以說實現(xiàn)礦產(chǎn)資源潛力評價方法與GIS功能的有機結(jié)合，是礦產(chǎn)資源評價發(fā)展史上一次大的飛躍，本文僅簡要地敘述了GIS技術(shù)在礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用，具體實現(xiàn)過程并未涉及。

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Application of GIS in Mineral Resource Potential Assessment

by SUN Yuan

The wide application of GIS technology provides new ideas and means for mineral resources potential assessment,and has farreaching influence in mineral resources potential assessment system. This paper introduced the GIS,mineral resources potential assessment and the application status of the research with GIS in mineral resources potential assessment,also described in detail the GIS in mineral resources potential assessment in the specific application and its superiority based on the three steps of mineral resources potential assessment with GIS.

GIS，GIS application status，mineral resources potential assessment，the route of assessment

2011-11-30

項目來源：國土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測國家測繪局重點實驗室開放基金資助項目（LEDM 2009C03）；中國礦業(yè)大學(xué)青年科研基金資助項目（2009A036）。

P208

B

1672-4623(2012)03-0057-04

孫元，碩士，主要研究方向為基于GIS的礦產(chǎn)資源評價。