地質圖資料庫

1. 1∶萬區域水文地質圖空間資料庫

一、內容概述

隸屬於國土資源大調查「數字國土」工程基礎資料庫建設計劃項目，是該工程中基礎資料庫重點建設項目之一。由中國地質調查局總工辦公室管理，前期由中國地質環境監測院和中國地質調查局發展研究中心共同組織實施，後期由中國地質環境監測院組織實施，各省（市、自治區）地質調查院和地質環境監測總站共同參與建設工作。

該項目是在制定的「1∶20萬區域水文地質圖空間資料庫圖層及屬性文件格式標准」的基礎上，以信息標准化工作為先導，形成了區域水文地質圖空間資料庫建設的工作流程、質量控制體系和系列工具軟體，建立了涉及全國范圍內共1017幅1∶20萬國際標准圖幅的區域水文地質圖空間資料庫（未在台灣省開展工作）。該資料庫成果基本完成了全國區域水文地質普查工作成果圖件的數字化建庫工作，是目前國內地質領域重要的全國性信息化成果之一，同時也是國內唯一的國家級、完整的區域水文地質信息化成果。

在已完成的全國區域水文地質普查工作成果基礎上，以1∶20萬區域水文地質圖為數據基礎，建立全國區域水文地質圖空間資料庫。

通過開展數字化建設，達到搶救全國范圍內區域水文地質普查成果資料和實現區域水文地質圖信息化建設的目標；通過編制區域水文地質圖空間數據建設工作指南和標准化建設，達到在全國范圍內普及水文地質專業信息化建設相關知識、培訓水文地質專業信息建設人員的目的，進而完善地質成果信息化建設流程、建立信息化建設質量控制體系；通過建立區域水文地質圖空間資料庫，達到全面反映區域水文地質特徵要素綜合空間信息的目標；通過建立元資料庫，實現對區域水文地質空間信息的編目、管理和發布。通過建立區域水文地質圖圖幅管理系統，實現區域水文地質圖信息的檢索查詢，達到為政府主管部門提供水文地質專業需求服務和技術支撐的目標，實現區域水文地質普查成果社會化、公益性服務的目標。

二、應用范圍及應用實例

區域水文地質基礎資料數據的建立，在國土資源合理開發利用、工農業生產建設、區域規劃設計及地質環境保護等方面發揮了巨大作用。但是，隨著時間的推移，傳統紙介質資料圖件逐漸破損、辨認困難，少部分資料年久破損嚴重已無法正常使用。

有鑒於區域水文地質普查資料數據的重要性和資料保存現狀，1∶20萬區域水文地質圖空間資料庫旨在利用GIS（地理信息系統）技術，對以圖件為主要對象的區域水文地質信息（含文字報告、記錄卡片）進行數字化並建立空間資料庫，搶救性保護這批極其珍貴的基礎資料，同時為各行業規劃、生產提供基礎性資料服務，為國家經濟建設宏觀決策、國土資源綜合管理提供高效、便捷的信息化支持服務。

建成了一個全國性的、大型的全國區域水文地質圖空間資料庫，採集、處理了全國范圍內1∶20萬國際標准圖幅1017幅的全要素綜合水文地質圖信息。全部數據量200 G。

通過數字化建庫工作，形成了可滿足政府和社會公益需求和服務為目的的系列產品，主要包括：

（1）MAPGIS格式1∶20萬綜合水文地質圖空間資料庫；

（2）MAPGIS格式1∶20萬綜合水文地質圖全要素數字圖件；

（3）ARCINFO格式數據和E00交換格式數據；

（4）1∶20萬綜合水文地質圖原始資料掃描圖；

（5）國家級、省級和單圖幅的1∶20萬區域水文地質圖空間資料庫元數據。

項目形成的數字化成果，已被廣泛的應用在全國地下水資源調查、四川紅層地區找水、華北平原地面沉降調查、全國汛期地質災害預警預報、城市規劃及川氣東送、地質災害危險性評估等項目中，在行業內產生了巨大的影響，發揮了基礎數據的支撐作用。

三、推廣轉化方式

通過建立區域水文地質圖圖幅管理系統，實現區域水文地質圖信息的檢索查詢，達到為政府主管部門提供水文地質專業需求服務和技術支撐的目標，實現區域水文地質普查成果社會化、公益性服務的目標。

技術依託單位：中國地質環境監測院

聯系人：褚洪斌張斌

通訊地址：北京市海淀區大慧寺20號

郵政編碼：100081

聯系電話：010-62179611

電子郵件：[email protected]，[email protected]

2. 什麼是地質資料庫

就是地質類知道的資料庫，有各種比例尺的地質圖空間資料庫、同位素地質測年資料庫、重砂資料庫、水文地質圖資料庫、地質資料管理資料庫等等，只要內容是地質資料的資料庫都是地質資料庫的一種。

3. 地質空間資料庫建設

一、內容概述

在地質制圖技術手段的變革中，真正具有革命性的是與數字式地質圖生產模式相關的技術進步，涉及從野外地質工作直至最終成果提交的全過程。建立國家數字式地質空間資料庫，是推行這種新工作模式的總體目標和必然結果。為此，各國都下大力氣狠抓資料庫設計、建設和不同類型資料庫的聯網，大力推進地質制圖的標准化，除了對符合現代要求的現有數據進行數字式信息提取之外，還積極創造條件把數字式工作方式延伸到最基礎的野外工作環節。GIS的產生、發展與機助制圖系統存在著密切的聯系，兩者的相同之處是基於空間資料庫的空間信息的表達、顯示和處理。GIS包含了機助制圖系統的所有組成和功能，並且GIS還有數據處理分析的功能。它用空間資料庫和屬性管理地質數據，包括了圖形數據及屬性數據，並可對二者的數據進行空間分析和空間查詢。GlS技術是資料庫技術、圖形圖像處理技術和數據分析與處理技術的綜合，在地質制圖及多學科研究數據的處理、集成、模擬、顯現乃至成果圖件的編繪等方面，都起著不可替代的作用。通過數字式地質圖生產模式的推行，可以使反映新認識、新成果的新數據得以及時輸入資料庫並與原有的數據資源融為一體，既能以常規紙圖的形式輸出，也能以數字產品的形式輸出，必要時還能根據用戶的要求以非標準的專用產品形式輸出。GIS的出現及其在地學領域應用的深入，使地質圖作為地學研究的基礎圖件，正在告別紙質時代，進入數字化時代（姜作勤等，2001；王永生，2011）。

二、應用范圍及應用實例

在國際上，美國、英國等國在20世紀80年代開始進行國家空間資料庫的建設。1992年，美國國會通過了《國家地質填圖法案》，要求開發一個國家地質資料庫（NGMDB），該資料庫涵蓋了地質學、地球物理學、地球化學、地質年代學和古生物學等地質領域。從1997年起，美國地質調查局（USGS）和宇航局（NASA）建立了全國統一的分類標准和數據標准，並開始進行地質圖的數字化工作。至今已完成了占國土面積一半以上區域的地質數據數字化工作，並建立了資料庫。

在國際上，對1∶100萬國際分幅地質圖編制與更新工作非常重視。俄羅斯從1999 年正式開始第三版（第三代）1∶100 萬國家地質圖系列編制和出版工作，並且專門制定了《俄羅斯聯邦1∶100 萬國家地質圖系列編制和出版規范》，英國、法國、南非、印度、蒙古、朝鮮等也編制出版了全國1∶100萬地質圖件或專業圖件，美國和加拿大編制出版了部分地區1∶100萬地質圖件或專業圖件，義大利在2003年新出版了第五版1∶100萬義大利地質圖。

巴西1∶100萬地質圖由46幅按國際標准分幅的地質圖幅拼接而成。這些圖幅組成了數字地質信息庫，通過地質信息系統來操作管理。這些地質圖數據是在野外工作、衛星圖像解譯、采樣、同位素測年等工作基礎上，通過對數據的編輯、分析、綜合以及說明獲得的。資料截止於2003年年底，由巴西地質調查局完成。他們出版了41張包含46幅地質圖幅的電子光碟。

在巴西1∶100萬國際分幅地質圖的基礎上，南美地質編圖委員進行了南美洲1∶100萬地質及礦產資源圖的編制工作。南美洲1∶100萬地質及礦產資源圖由92幅標准圖幅組成，其中包括了巴西的46幅。阿根廷、巴西和烏拉圭地質調查局在修正更新了1∶100萬地質底圖並結合了航天TDM雷達圖像，共同完成了該項工作。

印度地質調查局在20世紀70～80年代編制了一套1∶100萬地質圖集，包括了28個圖幅。近年來又陸續編制了AraValli地區1∶100萬岩石層點陣圖，Kolar Schist Belt 1∶100萬綜合地球物理及地質圖，Madhya Pradest 1∶100萬地質礦產圖（2幅），Chhattisgarh1∶100萬地質礦產圖，喜馬拉雅1∶100 萬地質圖（45 幅），印度及周邊地區1∶100 萬地震構造圖（42幅）。

目前，「planet earth」在2007～2009年的International Year計劃中提出了「透明地球」方案，並已經開始著手實施，目的在於提供不同比例尺的動態的、可以交互操作的覆蓋世界范圍的數字地質圖。該計劃擬採用雙重結構來操作。第一層由UNESCO、IYPE、IUGS、CGMW、ISCGM、ICOGS組成的執行委員會來負責。第二層由各參與國家、調查機構和組織來運作。

該計劃已經確定了由3個部分組成，這3個部分的圖層都可以通過像Google Earth那樣的動態地圖瀏覽器被廣大用戶應用。前兩個部分是為更大比例尺圖層服務的介紹性圖層，由CGMW提供：第一層（「25 G」）建立在GCMW世界1∶2500萬地質圖基礎上；第二層（「5 G」）建立在大陸和大洋1∶500萬地質圖基礎上。這兩個圖層將根據簡單的圖例在地質內容上進行相互協調。第三層「1 M」由英國地質調查局（BGS）開始進行，又被稱為「One Geology」計劃，這個圖層是由各參與國地質調查局提供的1∶100 萬地質圖組成的。不同地質數據間的重疊和不連續問題將由GeosciML（計算機圖形介面數據模型及編碼）軟體來解決。同時，這些地質數據是動態的，可以隨時進行更新。由英國地質調查局（BGS）發起並於2007年3 月12 日～16 日在Brighton召開了會議討論並正式啟動該計劃。

三、資料來源

姜作勤，張明華.2001.野外地質數據採集信息化所涉及的主要技術及其進展.中國地質，28（2）：36～42

王永生.2011.地質資料信息服務集群化產業化政策研究.中國地質大學（北京）博士學位論文

4. 基於GIS數字地質圖資料庫的組成

1.數字地質圖

傳統的紙質模擬地圖是根據地圖模型（map model），按照一定的數學法則、符號、制圖綜合原理和比例，將地球空間實體和現象的形狀、大小、相互位置、基本屬性等表示在二維平面上。「數字地圖」，簡單地說，就是存儲在計算機中數字化了的地圖。一般來講，數字地圖是以地圖資料庫為基礎，以數字形式存貯於計算機外存儲器上，並能在電子屏幕上實時顯示的可視地圖，又稱「屏幕地圖」或「瞬時地圖」。

（1）地質圖

「地質圖」乃是一切地質工作中的基本圖件，用規定的符號、不同的顏色、描繪一地區的地質現象，反映沉積岩、岩漿岩、變質岩、各類礦產、各種型式的地質構造線等，反映它們形成的時代、分布和相互關系，以三維空間的立體形狀表示在二維空間的平面上。金澤蘭等在《地質圖編匯法》中，提出地質圖是一種將出露在地表的地質構造現象按比例投影到平面圖（通常帶有地形等高線，即地形圖）上，並用規定的符號、色譜、花紋予以表示的圖件。它是為特定目的服務的、有選擇性地表示地質對象的時間和空間分布的符號化表現形式。在地質圖上表示的地質對象即可以根據地質屬性分類集合進行選擇，也可以按照地理范圍進行表示，一般情況下是兩者結合進行的。總的來說，地質圖是現實世界中地質客體在人腦中抽象的、具體的表達，是現實地質對象在圖紙上的映射。如圖7-11所示。

圖7-15 以對象為中心的面向對象數據模型實現圖形和屬性統一存儲

這種數據模型徹底解決了長期以來空間對象與其屬性數據，在物理上分離帶來的諸多難題，進而實現基於關系資料庫的GIS空間數據一與其他非空間關系數據一體化管理，給GIS系統開發、應用帶來了極大的便捷性。如利用空間引擎對空間與非空間數據進行操作，同時可以利用大型關系資料庫海量數據管理、事務處理（transaction）、記錄鎖定、並發控制、數據倉庫等功能。

4.GIS與數字地質圖資料庫的結合

GIS是分析和處理海量地理數據的通用技術，藉助GIS，基於大量綜合信息，可進行空間采樣，對構造演化、火成活動、沉積相、礦產形成、模擬區域地質演化等復雜問題進行時空和多元統計分析，對成礦預測和礦產勘查提供有力分析工具。在數據量充裕前提下，GIS分析具有定量、定時、定位的特點，可給出動態（不同時間、不同位置）結果。藉助深部與時間數據，GIS分析實際上可拓展到四維空間。

P.Gardenfors提出在客觀世界和符號表達之間存在著概念層，他將知識表達分為三個層次，即：亞概念層、概念層、符號層，通過亞概念層感知客觀世界，然後通過概念層將感知的內容抽象成為概念進行分類，將概念（分類）通過符號層表達出來。地理信息在概念層形成，在符號層表達，所以地理信息庫的建立就是通過概念層對地理空間（客觀世界）的抽象而形成地理信息概念空間，將該概念空間形式化後就成為本體化的地理信息空間，即可在計算環境下通過符號層（圖形）表達出來。

地質信息系統研究的關鍵問題之一，就是構造圖7-16中的地質模型，目的是通過有限的、不完全的並且含有各種雜訊的觀測數據來推斷地下空間的物質、能量的分布和流動情況。

圖7-16 地質認知過程的簡化示意圖

大部分礦產都不是暴露在表面，而是埋在地表深部。利用GIS的方法通過了解地表上層物質的空間分布，就可以判斷礦藏存在的可能性。在一個找礦預測區域往往已知部分礦區和礦點，這些礦區和礦點具有很多的空間屬性和地理屬性，要想很直觀的用以往普通的資料庫管理系統去把它表達出來，可謂耗時費力。而GIS的出現為礦產資源評價和管理提供了前所未有的評價工具與手段。GIS是採集、管理、處理、分析、顯示、輸出多種來源的與地理空間位置相關信息的計算機系統。隨著GIS與RS（遙感）、GPS（全球衛星定位系統）相結合的「3 S」集成以及計算機互聯網的迅速發展，GIS在地質找礦中將發揮更加重要的作用。

目前，GIS與地質空間資料庫的結合主要體現在以下幾點：

（1）建立地質礦產資源資料庫

描述礦產地屬性的數據內容繁雜，類別眾多，可分為屬性數據和空間數據，礦產地各類屬性信息認識、分析和評價該礦區也很重要。因此，地理空間信息在礦產資源管理中佔有非常重要的地位。地質礦產資料庫在GIS的支持下，結合礦產資源數據類型可建立多種地理空間資料庫和屬性資料庫，利用GIS先進的資料庫和圖庫管理對於各種地質圖件和數據的長期保存及修改變得容易。

（2）圖形顯示的直觀性和形象性

專題圖不僅是一種重要的研究手段，同時也能有效而直觀的反映研究成果。在地質資料庫基礎上，GIS可將各種數據或分析成果以專題圖的形式直觀而有效的顯示，並可進行人機互動式地設計、編輯、修改。在成果輸出方面，GIS能夠提供高質量的預測成果圖件，直觀清晰，一目瞭然。GIS的這些功能，能將各種礦產資源的文字描述與空間地理位置有效的結合與表達，大大提高了礦產資源數據的直觀性和形象性。

（3）空間分析功能

GIS的空間分析功能是GIS區別於其他計算機系統的主要標志。地質資料庫系統涉及GIS多種空間分析功能，結合地質「專家知識」，為大范圍大區域內實現快速、准確的成礦預測創造了有利條件。GIS吸取專家的經驗及知識較容易，並且進行成礦預測具有空間直觀性，避免了預測中的人為因素；能夠彌補一些人工方法的缺陷（如對於斷裂控礦影響寬度帶的確定）。與傳統的方法相比，GIS空間分析功能可以更加迅速地對大量數據進行對比和分析，大大節約了時間，縮短了研究周期，

（4）多源信息的集成

地質資料庫的數據是多源數據。有不同精度、不同比例尺、不同數據源、不同格式的數據，藉助GIS能將這些多源的數據有機地集成在一起，能提供集成管理多源地學數據（包括以文字、數字為主的屬性信息和以圖形圖像為主的空間信息），具有方便建立模型及進行空間模擬分析的能力，使數據的分析更有效和定量化。進而，可以以多尺度、多方位反映某個地區的地質成礦信息。

由此可見，海量的地質數據與GIS強大的空間信息處理和分析功能的有機結合，是地質領域對多源地學信息綜合分析進行成礦預測劃時代的理想工具。

通過以上三個章節的分析論述，GIS在理論和技術上的日臻完善和強大，使得基於GIS地質圖資料庫的應用更加深入人心。在理論上，地理空間和地理信息空間的點本質認識以及地理信息元組概念的提出對地理信息應用特別是在地質領域的應用理論體系的建立提供了一條理論依據和入口；在技術上，以ArcGIS為代表的新一代地理信息系統的日益完善：在地理信息表達上，以本體為核心的地理信息表達方式為地質信息的表達及應用提供了強有力的工具，使得原有地理信息所不能完成的知識發現、復雜環境建模等復雜應用在新地理信息系統下成為現實；在地理信息分析技術上，ArcGIS從地理信息庫（知識庫）、基於知識庫的智能可視化，以及地理信息處理三個角度為地理信息的各種應用提供了強有力的工具支持，特別是9.0版本開發以後，對探索式空間數據分析方法整合使從海量日益復雜的地理信息中進行數據挖掘和知識發現可以在空間、時間、屬性一體化方式下進行。