基于ArcGIS的礦區(qū)綜合數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建立

劉 鶴，劉碧洪

（1.中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京 100039）

近年來，隨著我國地質(zhì)工作的不斷加強(qiáng)，地質(zhì)勘查事業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無論是成礦理論、找礦思路，還是在技術(shù)手段和儀器設(shè)備等方面，均有了較大程度的提高?，F(xiàn)如今，找礦勘查工作已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)綜合信息化時(shí)代，任何一個(gè)礦床從資料收集、靶區(qū)選取、初步評價(jià)，到預(yù)查、普查、詳查和勘探，以及后期的礦山建設(shè)和開發(fā)，均要涉及到大量的資料和數(shù)據(jù)，包括大地構(gòu)造、區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域地球化學(xué)、區(qū)域地球物理、遙感影像、礦區(qū)地質(zhì)、礦區(qū)地球化學(xué)、礦區(qū)地球物理、槽探、鉆探、坑探、野外地質(zhì)點(diǎn)等等一系列資料，而每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都與找礦方向的研究密切相關(guān)。因此，成熟礦區(qū)的一份完整的詳查或勘探報(bào)告，僅平面圖就要繪制十幾幅甚至幾十幅，方能從各類勘查手段的角度對礦床的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)特征等形成一個(gè)全面的了解和認(rèn)識。由于各類資料以及各種勘查方法的成果具有不同的精度、范圍、比例尺、坐標(biāo)系統(tǒng)和不同的成圖要求，因此，將多類信息進(jìn)行綜合對比成為一項(xiàng)復(fù)雜的工作。例如，在開展勘查工作中可能需要查看1∶1萬土壤化探測量所獲得的幾處異常與1∶2.5萬激電中梯掃面所獲得的極化率異常的套合情況，并查看化探異常和激電異常在1∶5萬和1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖、區(qū)域地球化學(xué)異常圖中的位置，同時(shí)根據(jù)15m分辨率的ETM遙感影像了解礦區(qū)地形地貌，解譯斷裂構(gòu)造的形跡，并分析物化探異常受斷裂構(gòu)造的控制或破壞情況。如果使用普通的繪圖軟件和工具，上述工作恐怕要通過繪制十余幅不同坐標(biāo)系統(tǒng)、不同比例尺的圖件，將各類信息以不同方式標(biāo)注于各類圖件中，并通過反復(fù)對比查看這些圖件方能實(shí)現(xiàn)目的。既需要花費(fèi)大量的時(shí)間制作一系列的圖件，又涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)整理成圖和坐標(biāo)變換等問題。如果將所有需要的信息疊放到一張圖中，又會(huì)使圖件過于復(fù)雜和凌亂，內(nèi)容難以辨認(rèn)。

ArcGIS是一套完整的GIS平臺產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的地圖制作、平面和空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間信息整合、信息發(fā)布與共享的能力，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、石油、礦產(chǎn)、海洋、測繪、公路、鐵路、民航、電信等多種領(lǐng)域［1－9］。ArcGIS平臺由 ArcMap、ArcCatalog、ArcScene、ArcGlobe、ArcReader等不同功能的應(yīng)用程序組成，是目前國際上礦業(yè)行業(yè)最常用的GIS軟件平臺之一，也是我國國土資源部批準(zhǔn)使用的編制正規(guī)報(bào)告附圖的軟件之一。本文以近年來新發(fā)現(xiàn)的位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿巴嘎旗北部的干珠爾善德銀鉛鋅礦床為例，介紹使用ArcGIS建立礦區(qū)綜合信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（簡稱“數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”）的方法和過程，闡述由ArcGIS建立的礦區(qū)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在找礦工作中的實(shí)用意義，以為同行工作者在地質(zhì)勘查和科學(xué)研究工作中提供參考和借鑒。

1 信息收集與數(shù)據(jù)預(yù)處理

干珠爾善德銀鉛鋅礦是近年來發(fā)現(xiàn)的一處熱液型銀多金屬礦床，該項(xiàng)目的預(yù)查工作啟動(dòng)于2008年，為一處未開展過任何勘查工作的空白區(qū)，經(jīng)歷了近5年系統(tǒng)的勘查工作，該項(xiàng)目已經(jīng)基本完成了詳查工作，查明的（332＋333）級資源量達(dá)到中型規(guī)模。5年的勘查工作中使用了多種勘查手段，綜合利用了大量的區(qū)域尺度和礦區(qū)尺度的地、物、化、遙資料，在此期間，由ArcGIS V9.3建立的礦區(qū)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)整理、異常提取、綜合找礦信息對比、成果圖編制、靶區(qū)優(yōu)選等方面起到了十分重要的作用。

干珠爾善德銀鉛鋅礦的勘查所收集的資料包括1∶400萬全國地理信息數(shù)據(jù)、1∶400萬全國成礦區(qū)帶劃分圖、1∶250萬全國數(shù)字地質(zhì)圖、1∶20萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖、1∶5萬區(qū)域地質(zhì)圖和ETM遙感影像?？辈楣ぷ髦猩婕暗降氖侄伟?∶10000和1∶2000地質(zhì)填圖、1∶25000土壤化探、1∶10000土壤化探、1∶10000激電中梯測量、槽探、鉆探等（表1）?？梢钥闯觯鲜龈黝愂占降馁Y料以及不同勘查手段的成果涉及多種比例尺和不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，各種資料及成果的數(shù)據(jù)格式及載體也不盡相同，如果不建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將這些資料匯總到一起，而是將它們按照其各自的比例尺和坐標(biāo)系統(tǒng)單獨(dú)成圖，是很難對礦區(qū)各種資料和成果進(jìn)行準(zhǔn)確的對比研究的。ArcGIS可以方便地將不同比例尺、不同類型的資料賦予不同的屬性和坐標(biāo)信息，并將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到同一個(gè)操作界面中用ArcMap進(jìn)行管理。在數(shù)據(jù)導(dǎo)入之前，首先要對各種資料進(jìn)行預(yù)處理，具體步驟如下所示。

1）設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)。由于收集到的各類區(qū)域圖件及影像屬于不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，首先要使用ArcCatalog對各柵格圖件和矢量圖件逐個(gè)點(diǎn)擊右鍵設(shè)置文件的屬性（Property），從彈出的菜單中編輯各圖件的空間參照信息（Spatial Reference），從而按照表1對各類圖件和數(shù)據(jù)設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)。

2）位置校準(zhǔn)。位置校準(zhǔn)多數(shù)情況下是對收集到的掃描圖件使用的。例如，1∶20萬和1∶5萬的區(qū)域地質(zhì)圖是過去的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的成果，往往只有紙質(zhì)圖件而沒有矢量化的電子文檔，因此，這類圖件需要根據(jù)圖面上的坐標(biāo)值賦予其位置，使得這些掃描得到的柵格圖件具有地理位置信息。具體操作是將這些圖件導(dǎo)入到ArcMap中，然后使用ArcMap中的Georeferencing工具，選取一幅圖的3～4個(gè)點(diǎn)，手動(dòng)輸入其正確的坐標(biāo)位置，并通過Update Georeferencing將這些信息記錄到文件中。

3）點(diǎn)位數(shù)據(jù)成圖。在地質(zhì)勘查工作中經(jīng)常會(huì)涉及點(diǎn)位數(shù)據(jù)，如GPS地質(zhì)觀測點(diǎn)、化探采樣點(diǎn)、物探測量點(diǎn)、鉆孔孔位等。在ArcMap中可以通過Add XY data工具直接將這些點(diǎn)位數(shù)據(jù)的Excel文件（xls）或文本文件（txt或csv）導(dǎo)入到 ArcMap操作界面中。同樣地，如果這些點(diǎn)位數(shù)據(jù)屬于不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，只需要在導(dǎo)入過程中編輯該文件的坐標(biāo)系統(tǒng)，就可以在任意坐標(biāo)系統(tǒng)中正確地顯示各類點(diǎn)數(shù)據(jù)的位置了，并且可以根據(jù)原始數(shù)據(jù)表格中數(shù)據(jù)點(diǎn)的屬性值編輯點(diǎn)的外觀，使其具有分類或分級的顯示效果。為了使這些點(diǎn)位數(shù)據(jù)在后期操作中與ArcGIS的各項(xiàng)功能更具兼容性，可以將這些包含點(diǎn)位數(shù)據(jù)的Excel文件和文本文件導(dǎo)出為ArcGIS的shapefile格式。

4）生成異常平面圖。物化探數(shù)據(jù)常常需要生成異常平面圖或等值線圖，ArcGIS平臺包含有許多模塊，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。其中的三維分析模塊（3DAnalyst）和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析模塊（Geostatistical Analyst）可以很方便地對點(diǎn)位數(shù)據(jù)按照多種常用方法進(jìn)行網(wǎng)格化（如距離反比法、最近鄰法、最小曲率法、克里格法等），并按照用戶自己的要求繪制各類異常平面圖或等值線圖。同時(shí)，ArcGIS與許多著名的制圖軟件和GIS軟件相兼容，可 以 將 由 Surfer、Grapher、Mapinfo、Oasis Montaj等軟件生成的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)和等值線圖導(dǎo)入到 ArcMap中查看［10］。

5）繪制地質(zhì)圖。地質(zhì)圖計(jì)算機(jī)成圖和地質(zhì)圖數(shù)字化是地質(zhì)勘查工作中的必備工作，ArcGIS的矢量文件有點(diǎn)、線、面三種類型，可以滿足編制各類地質(zhì)內(nèi)容的需要。ArcGIS所包含的ArcScan擴(kuò)展模塊可以自動(dòng)識別柵格圖件中的線條，為地質(zhì)圖的矢量化工作提高了效率。

表1 干珠爾善德銀鉛鋅礦勘查所涉及到的部分圖件和數(shù)據(jù)

2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入和管理

在完成各類信息的收集和數(shù)據(jù)的預(yù)處理之后，就可以將它們導(dǎo)入到同一個(gè)ArcMap操作界面中進(jìn)行管理了。

1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入。首先需要新建立一個(gè)ArcMap文件作為工程文件，ArcMap工程文件是獨(dú)立于各圖件和數(shù)據(jù)文件而存在的，是一個(gè)調(diào)用各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合平臺。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置ArcMap工程文件的坐標(biāo)系統(tǒng)，ArcGIS 9.3以上的版本包含了全世界各個(gè)國家的坐標(biāo)系統(tǒng)，用戶還可以根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)設(shè)置自定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，并且可以在后期隨時(shí)進(jìn)行修改而不影響圖件和數(shù)據(jù)文件本身的坐標(biāo)系統(tǒng)。將工程文件建立并保存后就可以逐一導(dǎo)入在前一個(gè)步驟中處理過的各類圖件和點(diǎn)、線、區(qū)數(shù)據(jù)文件。ArcMap支持多種數(shù)據(jù)導(dǎo)入的方法，最直觀的方法是從ArcCatalog中將所要添加的圖件或數(shù)據(jù)文件直接拖拽至ArcMap的操作界面中。

當(dāng)設(shè)計(jì)多種不同坐標(biāo)系統(tǒng)的圖件時(shí)，傳統(tǒng)的制圖軟件和部分GIS軟件要求必須將這些圖件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，方能同時(shí)顯示。而ArcMap支持在某一坐標(biāo)系統(tǒng)下顯示其他不同坐標(biāo)系統(tǒng)的圖件，只要在ArcCatalog中正確設(shè)置了圖件的坐標(biāo)系統(tǒng)并完成了位置校準(zhǔn)，無論各類圖件采用的是何種坐標(biāo)系統(tǒng)，均可以導(dǎo)入到ArcMap由同一個(gè)界面顯示出來。例如，1∶400萬全國成礦區(qū)帶劃分圖采用的是等角割圓錐投影坐標(biāo)系，1∶250萬區(qū)域地質(zhì)圖使用的是北京1954地理坐標(biāo)系，ETM遙感影像使用的是UTM投影 WGS84坐標(biāo)系，1∶20萬和1∶5萬地質(zhì)圖使用高斯投影北京1954坐標(biāo)系6度分帶，而礦區(qū)范圍的各項(xiàng)工作均按照高斯投影北京1954坐標(biāo)系3度分帶成圖，但只要在ArcCatalog中對各類圖件或文件正確定義了坐標(biāo)系，便可以隨時(shí)將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到同一個(gè)ArcMap操作界面中在任意坐標(biāo)系統(tǒng)下瀏覽這些圖件和數(shù)據(jù)。

2）圖層組織和分類管理。添加到ArcMap工程文件中的每個(gè)圖件和數(shù)據(jù)都會(huì)成為一個(gè)單獨(dú)的圖層，在ArcMap中支持對多個(gè)圖層進(jìn)行組合，并根據(jù)圖片顯示的需要調(diào)整圖層組合的上下疊放順序。設(shè)置各類圖件和數(shù)據(jù)的疊放順序的一般原則有兩點(diǎn)：① 將點(diǎn)位數(shù)據(jù)最置于上方，而后是線條類數(shù)據(jù)，最后是區(qū)文件和柵格圖件；② 對于區(qū)文件和柵格文件，應(yīng)將面積小的文件置于上方，將面積大的置于下方。以干珠爾善德銀鉛鋅礦床為例，該項(xiàng)目的勘查工作所涉及的數(shù)據(jù)共可分為9個(gè)大類，按從上到下的順序分別為槽探和鉆探、野外工作、探礦權(quán)、國家地理、化探、物探、地質(zhì)、遙感、區(qū)域地質(zhì)，這樣便可以在一個(gè)視野中盡可能多地顯示所需要的信息。在工作中還可以根據(jù)需要隨時(shí)更改圖層的疊放順序。

在調(diào)整好圖層的分類和疊放順序后，保存ArcMap工程文件就完成了礦區(qū)綜合信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建立了。后期根據(jù)出圖的需要，可以對一個(gè)項(xiàng)目建立多個(gè)ArcMap工程文件。

3 找礦應(yīng)用實(shí)例

建立了礦區(qū)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的ArcMap工程文件以后，就可以根據(jù)需要設(shè)置礦區(qū)信息的顯示方式，為礦區(qū)地、物、化、遙綜合研究和找礦靶區(qū)優(yōu)選提供極大的便利。

ArcMap支持多窗口顯示，通過設(shè)定不同圖層的顯示條件，可以讓主窗口和副窗口中分別以不同的比例尺顯示不同的圖層以方便用戶進(jìn)行對比研究。以干珠爾善德銀鉛鋅礦項(xiàng)目為例，如圖1所見，ArcMap的主顯示區(qū)域以1∶50萬的比例尺顯示1∶250萬的數(shù)字化地質(zhì)圖，而副顯示窗口（Viewer）則以1∶800萬的比例尺顯示全國成礦區(qū)帶劃分圖（1∶400萬）和區(qū)域性斷裂構(gòu)造（1∶250萬），從這樣的圖中可以直觀的看到，干珠爾善德礦區(qū)位于中蒙邊境附近，阿巴嘎旗北部，區(qū)域構(gòu)造上位于二連－賀根山斷裂帶以北，屬于古生代末期西伯利亞板塊南緣的陸緣增生褶皺帶，成礦區(qū)帶劃分上屬于大興安嶺成礦省，東烏珠穆沁旗－嫩江Cu-Mo-Pb-Zn-W-Sn-Cr成礦帶，東烏珠穆沁旗－博克圖成礦亞帶（III-48-2）。區(qū)域地層由奧陶系、泥盆系、二疊系和新生界玄武巖組成，巖漿侵位活動(dòng)以石炭－二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖為主，區(qū)域斷裂主要包括北西向和北東向兩組斷裂構(gòu)造，切割了二疊紀(jì)及二疊紀(jì)以前形成的地層和花崗巖體，并影響著整個(gè)探礦區(qū)的構(gòu)造格局。

圖1 在ArcMap的主窗口和副窗口中分別顯示不同尺度的地質(zhì)內(nèi)容

如圖2所示，ArcMap的左上方副窗口（Viewer）通過顯示礦區(qū)的ETM遙感影像（R、G、B分別賦予7、4、2波段），展現(xiàn)了礦區(qū)的基本地形地貌特征。左下方的副窗口（Viewer）中顯示的是1∶5萬地質(zhì)圖，并標(biāo)注了探礦區(qū)周邊的礦產(chǎn)地，從圖2中可以了解到，干珠爾善德礦區(qū)出露地層由泥盆系和二疊系的沉積地層組成，印支期的花崗巖侵位于泥盆系地層之中，晚期形成的新生代玄武巖又覆蓋在泥盆系、二疊系和印支期花崗巖之上，干珠爾善德銀鉛鋅礦床與周邊地區(qū)的哈達(dá)特陶勒蓋銀鉛鋅礦床和高爾旗銀鉛鋅礦床具有相同的容礦圍巖，區(qū)域性斷裂構(gòu)造走向?yàn)楸睎|東向，哈達(dá)特陶勒蓋和高爾旗兩個(gè)礦床均形成于斷層的西北盤，受北西向次級斷裂構(gòu)造的控制，干珠爾善德銀鉛鋅礦床的含礦熱液可能與高爾旗銀鉛鋅礦床相同，形成于同一期熱液成礦作用中。主窗口以1∶15000的比例尺顯示了礦區(qū)極化率異常平面圖之上疊加了Ag元素的化探異常（設(shè)置為半透明），標(biāo)注了施工的鉆孔和探槽（探礦工程）的位置，并且以不同的符號表示了鉆孔的見礦效果，從主窗口中可以看出，礦區(qū)存在一條NNW向的極化率異常和四處化探異常，在礦區(qū)中南部，極化率異常與化探異常套合較好，是本區(qū)的重點(diǎn)找礦靶區(qū)。經(jīng)系統(tǒng)地槽探和鉆探證實(shí)，該處的物化探異常系由脈狀的銀鉛鋅礦體所引起。而礦區(qū)的北部和西部地區(qū)僅具有化探異常或僅具有物探異常，經(jīng)鉆探驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)礦體規(guī)模相對較小，或品位相對較低。因此，下一步工作重點(diǎn)應(yīng)該繼續(xù)放在物化探異常疊合的區(qū)域。

從上述的找礦實(shí)例中看到，ArcGIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)顯示功能和圖層管理功能為地質(zhì)工作者提供了一個(gè)十分便利的平臺，可以按照用戶的要求以不同的比例尺對比顯示各類勘查工作的成果圖，從而節(jié)省了大量時(shí)間編制各類綜合異常圖，也使得綜合研究礦區(qū)找礦方向的工作更為方便和直觀，極大地提高了工作效率。ArcGIS還有許多強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、圖像編輯、統(tǒng)計(jì)分 析 、3D 建 模 等 功 能［11－12］，與 Google Earth 完 美兼容。

圖2 在ArcMap中同時(shí)顯示地質(zhì)圖、遙感影像、礦區(qū)物化探異常及探礦工程位置

4 結(jié)論

1）ArcGIS是一個(gè)功能強(qiáng)大的GIS數(shù)據(jù)管理平臺，是國土資源部批準(zhǔn)使用的提交正式報(bào)告的制圖軟件。ArcGIS具有強(qiáng)大的制圖功能和綜合數(shù)據(jù)處理功能，能夠方便地繪制和顯示地質(zhì)圖、生成點(diǎn)位數(shù)據(jù)圖和物化探異常平面圖、處理和顯示遙感影像，并能夠在同一個(gè)操作界面中顯示各種不同坐標(biāo)系統(tǒng)、不同尺度、不同比例尺、不同分辨率的圖件及數(shù)據(jù)。

2）ArcGIS的多窗口界面顯示功能和便捷的圖層組織功能使用戶能夠以不同的尺度同時(shí)查看礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)特征、地形地貌特征、物化探異常特征和勘查工程的布置，同時(shí)還能通過調(diào)整圖件和數(shù)據(jù)的顯示樣式及圖層疊放順序，全面研究礦區(qū)各項(xiàng)勘查工作的成果。

3）通過使用ArcGIS建立礦區(qū)的綜合信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，極大地提高了礦區(qū)綜合研究的工作效率，方便了地質(zhì)工作者對礦區(qū)成礦地質(zhì)條件和勘查手段的有效性進(jìn)行歸納總結(jié)，為找礦靶區(qū)的優(yōu)選工作提供了便利。

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