江山區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的可行性與必要性分析

吳志春， 劉林清， 郭福生， 張樹明， 姜勇彪， 張群喜， 朱志軍

(東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013)

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江山區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的可行性與必要性分析

吳志春， 劉林清， 郭福生， 張樹明， 姜勇彪， 張群喜， 朱志軍

(東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013)

“二維”區(qū)調(diào)需走向“三維”，深部地質(zhì)填圖勢必成為今后發(fā)展的重要方向之一，運(yùn)用數(shù)字地質(zhì)填圖過程中獲取的路線PRB數(shù)據(jù)直接構(gòu)建的淺地表三維地質(zhì)模型可以作為地表地質(zhì)填圖的一種新的表達(dá)方式。簡要介紹了數(shù)字地質(zhì)填圖技術(shù)和數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)，對三維地質(zhì)模型與平面地質(zhì)圖、剖面圖相比所具有的優(yōu)勢進(jìn)行了簡要闡述。從技術(shù)可行性和設(shè)備可行性兩個(gè)方面對江山區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的可行性進(jìn)行了分析，并闡述了引入該技術(shù)的必要性。

數(shù)字地質(zhì)填圖；數(shù)字地質(zhì)填圖建模；可行性分析；江山

吳志春，劉林清，郭福生，等.江山區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的可行性與必要性分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2017，36(1)：87-90.

Wu Zhi-chun, Liu Lin-qing, Guo Fu-sheng, et al.The feasibility analysis on introducing the digital geological mapping modeling techniques in Jiangshan regional geological survey practice[J].Journal of East China University of Technology(Social Science)，2017，36(1)：87-90.

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是國土資源調(diào)查中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性的地質(zhì)工作[1，2]，是其它一切地質(zhì)工作的前期基礎(chǔ)。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查情況很大程度上反映了一個(gè)國家的地質(zhì)研究程度和地質(zhì)科學(xué)技術(shù)水平，世界各國都非常重視區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，尤其是西方發(fā)達(dá)國家。自英國地質(zhì)學(xué)家William Smith于1815年出版第一幅地質(zhì)圖以來，世界各國都在不斷探索區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的新技術(shù)、新方法。傳統(tǒng)的區(qū)調(diào)填圖，是將路線觀測經(jīng)過的軌跡、地質(zhì)點(diǎn)、地質(zhì)界線標(biāo)繪在紙介質(zhì)的地形圖上，路線中的地質(zhì)點(diǎn)、分段路線、點(diǎn)間界線等描述記錄在紙介質(zhì)的記錄薄上，所獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)具有分散不統(tǒng)一、不易修改、不能動(dòng)態(tài)更新、查找與管理困難等缺點(diǎn)。2000年數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)由中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心成功開發(fā)，2004年數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，從此標(biāo)志著我國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。2012年，中國地質(zhì)調(diào)查局在重要造山帶、重要成礦帶與礦集區(qū)、重要經(jīng)濟(jì)區(qū)和城市群三類典型地區(qū)分層次部署了13個(gè)深部三維地質(zhì)調(diào)查試點(diǎn)項(xiàng)目。為了滿足三維地質(zhì)建模的需求，中國地調(diào)局發(fā)展研究中心、中地?cái)?shù)碼集團(tuán)等單位嘗試在數(shù)字地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上直接構(gòu)建淺地表三維地質(zhì)模型和開發(fā)相應(yīng)的軟件，并取得了顯著成果。

江山區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(填圖)實(shí)習(xí)是東華理工大學(xué)(原華東地質(zhì)學(xué)院)地學(xué)類專業(yè)一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，該基地建立于1965年，至今已有50余年的歷史。2009年數(shù)字地質(zhì)填圖技術(shù)引入該區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)[3]，在此之前3S技術(shù)和數(shù)字地質(zhì)成圖技術(shù)已在該實(shí)習(xí)中得到運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)今區(qū)調(diào)成果無法滿足當(dāng)今社會發(fā)展的需求，“二維”區(qū)調(diào)需走向“三維”，深部地質(zhì)填圖勢必成為今后發(fā)展的重要方向之一。

1 數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)

數(shù)字地質(zhì)填圖技術(shù)，是基于3S技術(shù)為平臺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集及數(shù)字化成果的一體化組織、管理、處理分析和提供個(gè)性化的社會服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。野外地質(zhì)填圖路線數(shù)據(jù)以PRB(P, Point; R, Routing; B, Boundary)形式進(jìn)行存儲，也就是用地質(zhì)點(diǎn)(Point，P)、分段路線(Routing，R)、點(diǎn)間界線(Boundary，B)的數(shù)據(jù)模型和組織方式對野外觀測路線地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表述。

地質(zhì)點(diǎn)P過程是指對地質(zhì)界線、重要構(gòu)造、重要地質(zhì)現(xiàn)象和有意義的礦(化)點(diǎn)上進(jìn)行定點(diǎn)控制的過程；分段路線R過程是指對兩個(gè)地質(zhì)點(diǎn)之間的地質(zhì)情況變化的描述；點(diǎn)間界線B過程主要是2個(gè)地質(zhì)體的界線，也可以是1個(gè)地質(zhì)體內(nèi)部變化的界線，但是2個(gè)地質(zhì)體的界線必須要有B過程，其中路線中的產(chǎn)狀、照片、樣品等隸屬于本條路線中的PRB過程，B過程和對應(yīng)的產(chǎn)狀是室內(nèi)地質(zhì)圖連圖的重要依據(jù)。

數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)，是基于三維地質(zhì)建模專業(yè)軟件，利用數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)獲取的野外地質(zhì)路線PRB數(shù)據(jù)直接構(gòu)建三維地質(zhì)模型的技術(shù)方法。有2種實(shí)現(xiàn)途徑：1)根據(jù)每條路線的PRB數(shù)據(jù)制作對應(yīng)的路線剖面，再根據(jù)路線剖面構(gòu)建地質(zhì)界面。路線剖面中的地下地質(zhì)界線由地表對應(yīng)的產(chǎn)狀控制；2)在建模軟件平臺上，利用PRB數(shù)據(jù)中的B數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的產(chǎn)狀生成B過程對應(yīng)的分段地質(zhì)界面，再把同類分段地質(zhì)界面組合生成更大范圍的地質(zhì)界面。運(yùn)用建立好的地質(zhì)界面組合成面模型和實(shí)體(網(wǎng)格)模型。

2 數(shù)字地質(zhì)填圖建模的優(yōu)勢

數(shù)字地質(zhì)填圖建模所需的數(shù)據(jù)源是地形數(shù)據(jù)和填圖過程中獲取的野外路線數(shù)據(jù)，與地質(zhì)圖成圖的數(shù)據(jù)相一致。這些數(shù)據(jù)容易獲取，建模成本低，因此數(shù)字地質(zhì)填圖建模具有較為廣闊的應(yīng)用前景，可以作為地表區(qū)域地質(zhì)填圖的一種新的表達(dá)方式。構(gòu)建的三維地質(zhì)模型與地質(zhì)圖、剖面圖相比，具有眾多優(yōu)勢。

(1)空間關(guān)系的確定性。傳統(tǒng)地質(zhì)圖是以二維形式表達(dá)的，深部地質(zhì)情況只能通過讀者的想象力去構(gòu)建。由于讀者地質(zhì)知識水平和理解能力的差異，每個(gè)人想象中的地質(zhì)模型不盡相同。構(gòu)建的三維地質(zhì)模型以三維數(shù)據(jù)集的形式呈現(xiàn)，地質(zhì)體的三維空間展布和內(nèi)部地質(zhì)體之間的穿插關(guān)系得到清晰的確定性表達(dá)。

(2)三維可視化。三維地質(zhì)模型最大的優(yōu)勢之一是可以給讀者提供多種不同觀察方式：1)三維景觀方式，可以從不同角度、不同距離觀看模型總體形態(tài)；2)選擇顯示方式，觀察者可以有針對性地選擇要顯示的地質(zhì)體，可以觀察單個(gè)地質(zhì)體的形態(tài)，多個(gè)地質(zhì)體的組合關(guān)系；3)透明顯示方式，通過改變地質(zhì)體的透明度，透過前面的地質(zhì)體觀察后面的地質(zhì)體，更加直觀呈現(xiàn)地質(zhì)體之間的接觸關(guān)系；4)切割顯示方式，可以從水平、垂直或任意方向上切開模型，三維顯示切面和未切割部分模型。

(3)分析和計(jì)算功能。模型可以對各個(gè)地質(zhì)體進(jìn)行快速計(jì)算，包括地質(zhì)體的表面積、體積、兩地質(zhì)體的接觸面面積、斷層的斷距等參數(shù)。

(4)成圖與輸出功能。對模型可以切制任意方向任意角度的地質(zhì)剖面圖，也可以對整個(gè)模型或單個(gè)地質(zhì)體進(jìn)行成圖與輸出。

3 引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的可行性分析

3.1 技術(shù)基礎(chǔ)

江山實(shí)習(xí)基地從1965年建立至今，已有50余年的歷史。該實(shí)習(xí)基地經(jīng)過多次建設(shè)，積累了豐富的地質(zhì)資料，對區(qū)內(nèi)的巖石地層、構(gòu)造、古生物等有著深厚的研究基礎(chǔ)。2010年東華理工地質(zhì)調(diào)查研究院承擔(dān)了“江西1∶5萬陀上、鹿岡、樂安縣幅區(qū)調(diào)”項(xiàng)目和“江西玉華山火山盆地礦產(chǎn)資源調(diào)查”項(xiàng)目，2010年6月，中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心對項(xiàng)目組成員進(jìn)行了數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)培訓(xùn)。學(xué)生利用寒暑假和課余時(shí)間充分參與區(qū)調(diào)項(xiàng)目，將江山區(qū)調(diào)實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)的知識在區(qū)調(diào)項(xiàng)目中充分運(yùn)用，參與帶實(shí)習(xí)的老師也基本上是區(qū)調(diào)項(xiàng)目的主要成員，師生都能夠較好地掌握該套填圖系統(tǒng)操作，并在數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)的使用技巧、操作流程、軟件改進(jìn)等方面取得了一系列成果[4-6]。

在“江西1∶5萬陀上、鹿岡、樂安縣幅區(qū)調(diào)”項(xiàng)目和“相山火山盆地深部地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目的依托之下，運(yùn)用地形圖和1∶5萬陀上幅區(qū)調(diào)填圖獲取的232條野外路線為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在GOCAD(Geological Object Computer Aid Design)軟件平臺上直接構(gòu)建陀上幅三維地質(zhì)模型(厚500 m)(圖1)。通過該模型的成功構(gòu)建，對建模操作步驟和建模技術(shù)方法進(jìn)行了總結(jié)[7-9]，編寫了《建模技術(shù)手冊》，培養(yǎng)了一批跨學(xué)科的三維地質(zhì)建模人才。

圖1 陀上幅三維地質(zhì)模型a-三維遙感影像圖；b-矢量三維地質(zhì)圖； c-三維地質(zhì)模型

3.2 設(shè)備基礎(chǔ)

2000年數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)成功開發(fā)，軟件分為野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和室內(nèi)編輯系統(tǒng)兩部分。野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于Windows mobile平臺開發(fā)的，系統(tǒng)需要在特定的平板儀上安裝使用，平板儀的購置費(fèi)相對較高。2010年把原數(shù)字填圖野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)字剖面系統(tǒng)、固定礦產(chǎn)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源調(diào)查數(shù)據(jù)處理與綜合分析系統(tǒng)、資源儲量估算系統(tǒng)和礦體三維顯示系統(tǒng)等6大系統(tǒng)集成為一體化的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)軟件。隨著Android操作系統(tǒng)和高性能、大屏幕智能手機(jī)的普及，2012年推出了Android(安卓)版野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(AoRGMap)，該系統(tǒng)可以安裝在智能手機(jī)上，通過操作手機(jī)中的數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)就可以輕松進(jìn)行GPS定位、路線數(shù)據(jù)采集和實(shí)測剖面數(shù)據(jù)采集，這極大程度上提高了師生在實(shí)習(xí)過程中對該系統(tǒng)的使用率。室內(nèi)編輯系統(tǒng)對軟硬件要求較低，現(xiàn)有計(jì)算機(jī)配置均能夠滿足其使用。

GOCAD軟件由法國南西大學(xué)Jean-Laurent Mallet教授團(tuán)隊(duì)于1989年開始設(shè)計(jì)與研發(fā)，該軟件廣泛應(yīng)用于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、油藏模擬、醫(yī)學(xué)重構(gòu)等領(lǐng)域的三維模型構(gòu)建，現(xiàn)已成為全球通用的三維建模軟件。2006年該軟件被以色列Paradigm公司收購，并將GOCAD軟件改名為SKUA-GOCAD軟件，也稱為SKUA(Subsurface Knowledge Unified Approach，SKUA)軟件。GOCAD軟件能在現(xiàn)今幾乎所有的計(jì)算機(jī)軟硬件平臺上運(yùn)行。

4 引入數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)的必要性

(1)作為地學(xué)類高等院校，應(yīng)該緊跟地學(xué)主要發(fā)展方向，培養(yǎng)的學(xué)生才能適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展需求。隨著地表礦、淺部礦的日益減少，地質(zhì)找礦難度日益增大，找礦效果日益降低。深部找礦已經(jīng)成為許多國家主攻方向[10]。20世界80年代以來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，三維可視化、三維地質(zhì)建模等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)現(xiàn)象的表述及深部地質(zhì)找礦。由此可見，地學(xué)類學(xué)生有必要了解和掌握三維地質(zhì)建模技術(shù)。

(2)當(dāng)前已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，地學(xué)類學(xué)生應(yīng)該掌握管理、使用多源地學(xué)數(shù)據(jù)的能力。我國自1955年以來，按國際分幅標(biāo)準(zhǔn)開展的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查，積累了大量的二維地質(zhì)數(shù)據(jù)和資料。這樣龐大的數(shù)據(jù)和資料，在三維地質(zhì)可視化建模中尚未得到充分利用。而三維地質(zhì)可視化建模首先需要對不同數(shù)據(jù)源進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)和比例尺統(tǒng)一，建立原始資料數(shù)據(jù)庫。原始資料數(shù)據(jù)庫的建立，又極大地方便了數(shù)據(jù)的查詢和管理，也為數(shù)據(jù)二次開發(fā)和成果總結(jié)提供了基礎(chǔ)。由此可見，地學(xué)類學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握三維地質(zhì)建模技術(shù)的過程中既了解了地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，又學(xué)到了三維地質(zhì)建模技術(shù)。

(3)讓學(xué)生掌握最新技術(shù)，為將來從事地質(zhì)工作打下良好的基礎(chǔ)。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)是地質(zhì)教育的重要組成部分，是培養(yǎng)地學(xué)類專業(yè)學(xué)生動(dòng)手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過江山區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)過程，使得學(xué)生在校期間內(nèi)就能夠掌握最先進(jìn)的技術(shù)，為將來從事地質(zhì)工作打下良好的基礎(chǔ)，提高就業(yè)競爭能力。

[1] 中國地質(zhì)調(diào)查局.1∶250000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求(暫行)(DD2001-02)[S].北京：中國地質(zhì)調(diào)查局，2001.

[2] 中國地質(zhì)調(diào)查局.1∶50000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求(DD2006-XX)[S].北京：中國地質(zhì)調(diào)查局，2006.

[3] 張樹明，蔣振頻，張群喜，等.江山區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)引入數(shù)字填圖技術(shù)的必要性及建議[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2009，28(1)：77-80.

[4] 郭福生，吳志春，謝財(cái)富，等.數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)的幾點(diǎn)改進(jìn)意見及實(shí)用技巧[J].中國地質(zhì)，2012，39(1)：252-259.

[5] 吳志春，郭福生，劉林清，等.數(shù)字填圖系統(tǒng)中數(shù)字實(shí)測剖面的校正[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(1)：91-95.

[6]鄭翔，吳志春，郭福生，等.數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)(DGSInfo)空間數(shù)據(jù)庫建立流程及技巧[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2014，28(3)：385-389.

[7] 吳志春，郭福生，鄭翔，等.基于PRB數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)模型的技術(shù)方法研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，89(7)：1318-1330.

[8] 吳志春，鄭翔，張洋洋，等.數(shù)字地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)構(gòu)建斷層面的方法[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，34(11)：1264-1270.

[9] 鄭翔.數(shù)字地質(zhì)填圖建模技術(shù)方法研究[D].南昌：東華理工大學(xué)，2015:1-73.

[10] 陳建平，于淼，于萍萍，等.重點(diǎn)成礦帶大中比例尺三維地質(zhì)建模方法與實(shí)踐[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，88(6)：1187-1195.

The Feasibility Analysis on Introducing the Digital Geological Mapping Modeling Techniques in Jiangshan Regional Geological Survey Practice

WU Zhi-chun, LIU Lin-qing, GUO Fu-sheng, ZHANG Shu-ming,JIANG Yong-biao, ZHANG Qun-xi, ZHU Zhi-jun

(SchoolofEarthScience,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China)

2D regional geological survey needs to advance to 3D, and deep geological mapping is bound to become one of the important directions of future development. Directly building the shallow surface 3D geological model by use of the PRB route data accessed from the digital geological mapping can be a new way of the surface geological mapping. The paper briefly introduces the digital geological mapping technology and modeling technology, and briefly elaborates the advantages of 3D geological model compared with the plan geological map and section map. From two aspects of the techniques and the equipment, the paper analyzes the feasibility of introducing the digital geological mapping modeling technology in Jiangshan regional geological survey practice,and expounds the necessity of introducing the technology.

digital geological mapping; digital geological mapping modeling; feasibility analysis; Jiangshan

2016-05-20

東華理工大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)費(fèi)資助、江西省教改課題項(xiàng)目(JXJG-13-6-5)、江西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目(JXJG-15-6-10)。

吳志春(1986—)，男，江西石城人，講師，碩士，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與地質(zhì)學(xué)教學(xué)研究。

G642.0；P56

A

1674-3512(2017)01-0087-04