ArcGIS格網分析法在整裝勘查區礦業權布局分析中的應用

易繼寧,林 燕,郭 佳,靳 松

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發展研究中心，北京 100037;3.國土資源部礦產勘查技術指導中心，北京100011；4. 中國煤炭地質總局航測遙感局,陜西 西安 610054)

ArcGIS格網分析法在整裝勘查區礦業權布局分析中的應用

易繼寧1,2,3,林 燕4,郭 佳2,3,靳 松2,3

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發展研究中心，北京 100037;3.國土資源部礦產勘查技術指導中心，北京100011；4. 中國煤炭地質總局航測遙感局,陜西 西安 610054)

針對統計分析法、人工判圖法等常規方法在礦業權布局研究中的局限性，本文提出了基于ArcGIS的格網分析法，并應用于大冶-陽新整裝勘查區礦業權布局變化情況研究工作。分析結果顯示，位于最小預測區范圍內的大多數探礦權均處于勘查階段停滯狀態或者是縮減勘查面積。與傳統分析法相比，格網分析法能夠將不規則變化的礦業權數據轉換為規則數據,有利于實現前后多期礦業權信息數據的自動關聯與對比，便于凸顯關鍵信息，能夠大幅提升研究工作效率。

格網；整裝勘查區；礦業權布局

配套找礦突破戰略行動而設立的整裝勘查區是我國陸域礦產資源潛力較大、未來最有可能成為礦業基地的關鍵區域，開展整裝勘查區礦業權設置與空間布局變化情況分析研究，對于實現找礦重大突破具有十分重要的意義。為從源頭上保障礦產資源勘查開采合理布局，2011年國土資源部專門出臺了礦業權設置方案制度，并在整裝勘查區內率先實行[1]。業內學者也紛紛開展礦業權布局方面的研究工作，基于礦業權設置方案相關研究成果，杜雪明(2015)設計提出了礦區布局模型(ML模型)[2]；朱清(2016)根據礦產資源開發在微觀個體、國內經濟、國際貿易中的差異特征，提出了礦產資源開發布局的三個層次[3]；羅小利(2013)和劉曉偉(2015)分別以云南保山-龍陵地區鉛鋅礦整裝勘查區和鶴慶北衙金多金屬礦整裝勘查區為例[4-5]，進行礦業權布局優化分析。

隨著礦業權布局研究工作的不斷深入，常規的分析方法已經難以滿足一定區域內的多個時期的礦業權布局情況對比分析的工作需要。常規的統計分析方法，僅能夠對不同時期的礦業權個數、面積等屬性信息進行比對，難以反映礦業權空間布局上的變化。如圖1所示。盡管分析目標區域內探礦權均已發生變化，但探礦權的個數、勘查區塊總面積卻基本保持不變。而采用多期礦業權分布圖比對的方式，只能輔助分析人員概略比對不同時期礦業權空間布局上的變化，但難以對區域礦業權布局的整體變化情況進行量化分析。

圖1 區域礦業權布局變化對照示意圖

數據的本質是反映空間、時間和屬性之間的關系及內容，數據模型可分為規則和不規則兩類。類似于礦業權數據這樣的不規則數據模型，難以像規則數據模型一樣進行大規模的、有序的處理與分析。因此，本文提出了基于ArcGIS的格網法用以分析不規則的礦業權空間數據，使之整體轉換為一種規則化的空間數據形態，以滿足礦業權布局變化分析。

1 基于ArcGIS的格網分析方法

1.1 數據預處理

參與礦業權布局變化分析的核心數據是礦業權登記數據[6]。該數據為Access格式數據，來源于國土資源部兩權登記數據庫。礦業權登記數據包含：礦業權人、勘查單位、礦種、勘查階段、有效期起止日期、首次發證日期、發證機關、所屬行政區等屬性信息；礦業權拐點坐標字段為標準字符串形式。

由于我國礦業權管理實行部、省、市、縣四級發證，受技術條件或歷史原因影響，部分礦業權登記數據存在空字段或字段信息明顯有誤的情況。特別是礦業權拐點坐標字段常見字符串結構異常、挖空區坐標丟失、XY坐標點對錯位等錯誤。因此，需要對上述礦業權登記數據進行人工篩查、格式轉換(投影變換)、統一空間參考等整理工序，生成統一的shapefile格式文件以滿足后續分析需要(圖2)。此外，參與礦業權布局空間分析的礦產資源規劃禁止區、潛力評價最小預測區等信息數據也需要按照此流程進行整理。

1.2 創建格網

為有效表達礦業權空間布局變化情況，本文采用標準矩形格網建立空間格網模型，如圖3所示，每個格網不僅具有精確的空間位置，而且能夠關聯礦業權相關登記庫屬性信息。

圖2 基礎數據資料分析及整理流程圖

圖3 二維格網關系模型示意圖

考慮到全國整裝勘查區內探礦權平均面積大于20km2，采礦權平均面積小于2km2(易繼寧，2014)，因此本文采用的格網長寬均為1km。格網文件(shapflie格式)采用ArcGIS的Create Fishnet工具統一創建，以全國整裝勘查區空間范圍為模板，設定格網的Left、Bottom、Right、Top大致范圍并采用一致的投影參數。此外，每個格網均有一個唯一且不變的編號，用于后續檢索與分析需要。

經統計，全國非鈾礦整裝勘查區范圍內共涉及44.3萬個格網。考慮到格網邊長每縮小一半，格網總數將增加為原先的4倍，因此從保障數據分析精度和控制數據分析運算量的雙重角度考慮，采用邊長1 km的矩形格網能夠滿足需求。

1.3 構建格網數據與礦業權數據的空間關聯關系

格網只是一個空間信息的載體，只有通過空間關聯的方法為其精確賦值，才能準確地反映礦業權布局與變化情況。同時，考慮到礦業權的空間范圍差別較大且存在部分交叉重疊，要確保每個格網僅對應唯一的礦業權，就需要對相關礦業權數據進行甄別與篩選。因此，完成格網數據與礦業權數據的空間關聯，需要利用ArcGIS程序的Intersect與Spatial join兩個工具。

首先，利用Intersect及相關輔助工具，完成格網數據與礦業權空間數據的平面交叉重疊分析，判斷每個格網與各礦業權的重疊關系并計算其重疊面積。為避免“擦邊”重疊現象干擾格網賦值，對于格網與對應礦業權重疊面積小于0.05km2的，則視為無重疊關系。

然后，利用Spatial join工具，建立格網數據與礦業權數據的空間聯系，并將對應礦業權的相關屬性信息導入相應格網屬性信息。為便于后續分析計算，在此環節可以對探礦權勘查階段分別賦值：預查-1、普查-2、詳查-3、勘探-4；采礦權可視作勘探階段進行賦值。考慮到部分格網可能對應多個礦業權，如圖4所示，為確保格網賦值的有效性，需要對相關礦業權數據進行甄別與篩選，具體賦值方案如表1所示。

圖4 格網賦值甄別與篩選原則示意圖

考慮到上述賦值、計算、分析等步驟涉及分析數據量較大，操作時間長，因此本文通過ArcGIS ModelBuilder工具，結合VB Script和python腳本語言建立數據處理模型，完成多期礦業權登記庫數據篩選、要素格網分析等工作。

1.4 多期次礦業權布局變化對比分析

在完成兩期礦業權數據與格網數據空間關聯的基礎上，以格網單元的空間位置和“格網編號”為索引，可以基于ArcGIS逐一比對各個格網內前后兩期礦業權屬性信息的變化情況。特別是結合探礦權勘查階段程度，通過計算兩期格網勘查階段的數值差并以不同色標表示，可以實現區域勘查階段程度變化情況的可視化分析，鮮明地反映區域內礦業權空間布局的變化情況(圖5)。

表1 不同類型格網賦值方案表

注：為了避免干擾，凡是兩期勘查階段賦值同時為100的格網(意味著該處為空白區)不參與勘查階段程度變化分析計算。圖5 區域礦業權勘查階段變化對比圖

2 應用實例

本文選擇湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區進行實例分析，以驗證格網分析法在礦業權布局研究中的成效。采用的數據源分別為2010年全國礦業權實地核查庫數據和2015年全國探礦權采礦權登記庫數據。為突出整裝勘查區工作特點，此次分析只針對主攻礦種礦業權。

2.1 整裝勘查區概況

湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區位于湖北省鄂東南地區，面積1 212 km2。整裝勘查區處于長江中下游成礦帶西段，以銅、金礦為主攻礦種，礦床類型以矽卡巖型、斑巖型、斑巖型-矽卡巖型、層控矽卡巖型等銅金礦為主。整裝勘查區內密集分布潛力評價最小預測區。整裝勘查區內設有網湖自然保護區核心區；保護區內共涉及一個普查階段探礦權和一個銅礦采礦權，2010～2015年間沒有新設礦業權(圖6)。

截至2015年，湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區內共有主攻礦種探礦權58個，總勘查面積172.86 km2；相對于2010年，探礦權減少了14個，總勘查面積減少了84 km2。在勘查階段程度方面，2015年整裝勘查區內探礦權仍以普查階段為主，詳查及勘探階段探礦權共計16個，總勘查面積9.95 km2；相對于2010年，高階段探礦權大幅增加了13個，總勘查面積增加了8 km2。大冶-陽新整裝勘查區主攻礦種礦業權概況見表2。從統計數據上來看，整裝勘查區內呈現探礦權逐步減少，總體勘查程度較大提升的良好態勢。

圖6 湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區礦業權分布圖

表2 大冶-陽新整裝勘查區主攻礦種礦業權概況

2015年2010年個數面積(km2)個數面積(km2)探礦權預查00111．09普查42162．9168244．11詳查157．520．25勘探12．4511．67合計58172．8672257．12采礦權5924．235223．52

采礦權方面，湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區內主攻礦種采礦權由2010年的52個增加到2015年的59個，但礦區范圍并沒有明顯增加。

2.2 整裝勘查區礦業權布局格網分析

采用格網分析法對湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區進行1km×1km格網化后，全區共劃分為1 315個格網。其中，非空白區格網542個，包括：提升勘查階段的格網166個，占總數的12.62% ；保持不變的格網213個，占總數的16.20%；降低勘查階段的格網163個，占總數的12.40%。如圖7所示，可以清楚發現整裝勘查區大部分已設礦業權區域的勘查階段程度處于停滯或退出狀態。

圖7 整裝勘查區格網變化示意圖

特別是涉及潛力評價最小預測區的657個格網中，提升勘查階段的格網共59個，僅占總數的8.98%；而保持不變的格網183個，占總數的27.85%；降低勘查階段的格網110個，也占到了總數的16.74%。如圖8所示。

圖8 最小預測區格網變化示意圖

結合圖6和圖9可以進一步發現，2010～2015年間，整裝勘查區內勘查階段提升較快的區域主要位于礦業權密度較低的整裝勘查區東部，以空白區新設探礦權為主。相對而言，礦業權分布較為密集的整裝勘查區西部區域的整體勘查階段明顯提升緩慢；其中，相當部分探礦權已經過期，過期時間最長的可達7年之久；還有一部分探礦權屬于被動縮減勘查面積。

潛力評價最小預測區所在地域，作為整裝勘查區內資源稟賦最好、資源潛力最大的區域，同樣應該成為整裝勘查區內勘查進展最快的區域。然而，從格網分析結果和圖面顯示來看，大多數位于最小預測區范圍內的探礦權均處于勘查階段停滯或者是退出狀態，僅有位于整裝勘查區西南部的湖北省大冶市某某詳查探礦權(圖9圓圈所示)提升勘查階段速度較快。

2.3 推進整裝勘查的政策建議

隨著近幾年來國際礦產品價格進入新一輪低谷，國內礦產資源勘查熱潮顯著降溫，鐵、銅、鋁等大宗礦產的勘查資金投入以及鉆探工作量均大幅下降，社會資金投入減少的幅度最大。在這一全國性的勘查投入萎縮的大背景下，整裝勘查區內礦產資源勘查活動同樣受到嚴重影響。

考慮到目前找礦突破戰略行動已經進入第三階段，且當前整裝勘查區內大部分潛力評價最小預測區內均已設置礦業權。要在規定時間內完成找礦突破戰略行動預定目標，實現整裝勘查、快速突破，單純依靠加大空白區新立探礦權出讓力度已經意義不大。因此，下一步整裝勘查區配套激勵政策需要重點引導勘查投資轉向資源潛力較大且具有一定勘查工作程度的已設探礦權，特別是大中型礦山的深部和外圍以及在2011～2015年取得重大突破的探礦權及其外圍。一方面，要充分發揮市場的決定性作用，積極鼓勵社會各類投資主體參與礦產勘查，并允許地勘單位以知識、技術、管理等要素折股參與地質找礦風險投資，分享找礦成果收益；另一方面，還需要繼續推進探礦權監督管理制度改革，維護整裝勘查區內礦產資源勘查行業秩序，盤活整裝勘查區內“沉睡”的存量探礦權。

3 結論

本文應用基于ArcGIS的格網分析法開展湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區2010～2015年礦業權布局變化研究工作，著重分析了探礦權勘查階段程度變化情況，與傳統分析法相比，充分體現了格網分析法在礦業權空間布局分析方面具有以下優點。

1)相對于工作效率低且難以得出有效量化分析結論的傳統人工比對礦業權分布圖件的方式，應用統一的格網分析多期礦業權數據，可以基于ArcGIS程序將礦業權空間變化用規則的形態進行表達，有利于自動比對前后多期礦業權布局的變化情況。

2)由于礦業權登記數據具有時變性特點，傳統數據統計分析法難以實現多期礦業權登記數據之間的嚴格匹配；而采用統一的格網則可以對整裝勘查區全域空間進行礦業權屬性數據賦值，有利于前后多期礦業權屬性信息數據的關聯和比對。

3)采用格網法表達礦業權變化情況，尤其是探礦權勘查階段的變化，有利于減少圖面顏色數量，降低視覺負載，方便分析人員捕捉關鍵信息。

4)伴隨著登記數據逐步積累，登記庫中可能存在同一個探礦權的多期數據項，在進行統計時難以區分和剔除；即便采用設置統一的過期時間的篩選方法，也有可能會誤刪一部分已過期但是并不重復的數據項。而采用格網法，每個格子只能賦一個條屬性值，可以通過條件語句確保每個格網只關聯最新一期的探礦權的數據信息，有利于過濾無效信息、剔除數據庫中的冗余數據。

綜上所述，基于ArcGIS格網分析法能夠滿足礦業權數據靈活、便捷、可擴展存儲式的分析要求，提供了更加直觀、準確、有效的分析結果，在整裝勘查區礦業權布局研究應用中能夠大幅提升工作效率。

圖9 湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區勘查階段程度變化圖

[1] 易繼寧,張福良,郭佳. 我國首批整裝勘查區探礦權設置現狀分析與優化建議[J]. 中國礦業, 2014，23(1)： 28-31, 35.

[2] 杜雪明. 中國礦業權空間布局研究 [D].北京：中國地質大學(北京), 2015.

[3] 朱清. 礦產資源開發布局及其制度優化 [J]. 中國國土資源經濟, 2016(1)：46-50.

[4] 羅小利,呂建偉,朱清. 礦業權設置方案布局優化評估研究——以云南保山-龍陵地區鉛鋅有關方面勘查示范區為例[J]. 中國國土資源經濟，2013(12)：61-64.

[5] 劉曉瑋,楊孟,包從法,等. 整裝勘查區礦業權設置合理性分析：以云南鶴慶北衙金多金屬礦整裝勘查區為例[J]. 中國礦業，2015，24(2)：24-29.

[6] 蔣承菘. 地礦行政與地質勘查[M]. 北京：中國大地出版社，2001.

The application of grid analysis method based on ArcGIS for the layout of mining rights in the equipped exploration districts

YI Jining1,2,LIN Yan3,GUO Jia2,JIN Song2

(1.School of Earth Sciences and Geosciences, China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083, China; 2.Development Research Center， China Geological Survey,Beijing 100037,China;3.Technical Guidance Center of Mineral Resources Exploration, Ministry of Land and Resource, Beijing 100011, China;4.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, China National Administration of Coal Geology, Xi’an 710054, China)

Aiming at the limitation of conventional analysis methods in the study of mining rights layout, such as statistical analysis and manual interpretation,this paper presents a grid analysis method based on ArcGIS, which has been used in the study of the changes of mining rights layout in the Daye-Yangxin equipped exploration districts. According to the analysis results，part of prospecting rights in the prospective area of mineral deposits did not improve exploration phase, and the others reduced exploration area. Compared with the conventional methods, the grid analysis method is able to turn the irregular data into orderly data, such as the prospecting rights data. At the same time, the new method can achieve the automatic correlation of data and compare the data extracted from the minning rights database in different periods. Critical information could be more readily represented on the grid diagram. This can greatly enhance the work efficiency.

grid; equipped exploration districts; the layout of mining rights

2016-05-12

易繼寧(1982-)，男，河北邯鄲人，副研究員，博士研究生，主要從事礦產勘查、GIS應用等方面的研究，E-mail：yijining@163.com。

F205;P23

A

1004-4051(2017)02-0045-06