淺談數(shù)字填圖技術(shù)在煤炭地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

郝力生

（山西省煤炭地質(zhì)勘查研究院，山西 太原 030031）

山西省河?xùn)|煤田隰縣寨子勘查區(qū)煤炭預(yù)查區(qū)位于呂梁山主峰西麓，河?xùn)|煤田的南段，地貌屬破碎黃土塬區(qū)，地勢為東高西低，地形標(biāo)高多在1 000 m以上。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)被一組軸向近南北的向背斜構(gòu)造所控制，東部邊界為離石大斷裂南段。地層總體走向呈南北向，向西緩傾斜。區(qū)內(nèi)大面積為第四系黃土掩蓋，基巖僅在較大的溝谷內(nèi)出露。主要出露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系和新生界第三系、第四系。

1 數(shù)字填圖系統(tǒng)

1.1 數(shù)字填圖

數(shù)字填圖是指在地質(zhì)調(diào)查中，以地理信息系統(tǒng)（GIS）、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）和遙感系統(tǒng)（RS）等技術(shù)為平臺，以計(jì)算機(jī)野外數(shù)據(jù)采集和空間數(shù)據(jù)存儲與表達(dá)技術(shù)為手段，通過填制不同比例尺的數(shù)字地質(zhì)圖，查明調(diào)查區(qū)的地層、巖石、古生物、礦物、構(gòu)造以及其他各種地質(zhì)體的特征，并研究其屬性、形成時代、形成環(huán)境和發(fā)展歷史等基礎(chǔ)地質(zhì)問題。

1.2 數(shù)字填圖系統(tǒng)組成

數(shù)字填圖系統(tǒng)分為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，其中軟件系統(tǒng)由野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、剖面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、素描圖系統(tǒng)、CEGPS模塊、數(shù)字剖面系統(tǒng)及室內(nèi)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)由用于野外數(shù)據(jù)采集的掌上計(jì)算機(jī)、GPS模塊、便攜式計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)字錄音筆等數(shù)碼產(chǎn)品組成。

1.3 數(shù)字填圖系統(tǒng)主要功能

野外定點(diǎn)GPS化，提高了定位精度；野外PRB觀察數(shù)據(jù)的一次性數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)化采集；室內(nèi)PRB數(shù)據(jù)的數(shù)字化整理編輯，實(shí)現(xiàn)了高效的圖幅數(shù)據(jù)管理、檢索與更新；利用“3S”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多元數(shù)據(jù)間的整合應(yīng)用，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)編輯和地質(zhì)圖件的編輯制作提供了便捷；專題信息的自動提取，縮短了專題圖件的制作過程，并提高了精度；提高了數(shù)據(jù)輸出功能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。

2 數(shù)字填圖在煤炭地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

2.1 室內(nèi)資料準(zhǔn)備

2.1.1 創(chuàng)建PR B庫

本次填圖采用1/5萬電子地形圖作為地理底圖，涉及圖幅有石樓幅、交口幅、隰縣幅、下李幅、水堤幅和黃土幅。在創(chuàng)建PRB前，首先利用MAPGIS軟件對原圖文件進(jìn)行文件合并、地圖配準(zhǔn)，并按照填圖系統(tǒng)要求對點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)文件進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，將原圖單位由“mm”轉(zhuǎn)化成“m”。然后利用RGMAPGIS桌面系統(tǒng)建立1/5萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅PRB庫。

2.1.2 PR B字典編輯與修改

圖幅PRB字典是地質(zhì)工作者對測區(qū)地質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)間描述和地質(zhì)界線實(shí)體信息的描述性詞匯，是數(shù)據(jù)采集過程中查詢、檢索和應(yīng)用詞匯的數(shù)字化工具文件。

勘查區(qū)出露的基巖地層主要為奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系等沉積地層。在PRB字典庫編輯過程中，側(cè)重從沉積巖的分類描述、基本層序、沉積相、沉積構(gòu)造等方面建立文件目錄和相應(yīng)記錄，方便地質(zhì)人員在野外現(xiàn)場完成規(guī)定的內(nèi)容，一次性取全地質(zhì)數(shù)據(jù)和描述內(nèi)容。另外，根據(jù)勘查區(qū)地層特征，依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范對地層、巖性、構(gòu)造等描述內(nèi)容和順序建立了補(bǔ)缺填空式字典庫，以規(guī)范和統(tǒng)一地質(zhì)描述內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、記錄格式等，避免地質(zhì)人員在現(xiàn)場漏記地質(zhì)現(xiàn)象。

2.2 路線地質(zhì)調(diào)查

本次野外地質(zhì)調(diào)查方法為路線調(diào)查法。根據(jù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)和地層走向，結(jié)合地貌特征，調(diào)查路線基本保持1 km的間距，參照地形地貌垂直于地層走向和區(qū)域構(gòu)造方向布置，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地段，地質(zhì)路線密度適當(dāng)加密。在穿越路線難以控制地質(zhì)體和重要構(gòu)造形跡的空間展布及其分布規(guī)律時，采用穿越和追索路線相結(jié)合的方式進(jìn)行布線。

路線調(diào)查由地質(zhì)點(diǎn)（P）、點(diǎn)間路線（R）、點(diǎn)上和點(diǎn)間界線（B）三個基本過程組成。

2.2.1 地質(zhì)點(diǎn)（P）過程

在調(diào)查路線通過地質(zhì)界線、地質(zhì)構(gòu)造或重要地質(zhì)現(xiàn)象時，首先采集GPS點(diǎn)，并根據(jù)周邊地形核對GPS點(diǎn)位準(zhǔn)確無誤后，按點(diǎn)類型將相應(yīng)點(diǎn)實(shí)體的字圖樣式添加在準(zhǔn)確位置后進(jìn)行數(shù)字化記錄。P過程記錄力求詳盡全面。

2.2.2 點(diǎn)間路線（R）過程

在路線穿越過程中出現(xiàn)地質(zhì)體的變化時，根據(jù)不同地質(zhì)實(shí)體之間的內(nèi)容和變化來進(jìn)行分段描述記錄，并在數(shù)字地形圖上勾繪出實(shí)際觀察的分段空間實(shí)體。R過程要重點(diǎn)突出路線地質(zhì)變化的情況。

2.2.3 點(diǎn)上和點(diǎn)間界線（B）過程

在進(jìn)行P和R的過程中，根據(jù)地質(zhì)體空間分布特征及地形地貌，在數(shù)字地形圖上勾繪出實(shí)際觀察的地質(zhì)界線并進(jìn)行描述記錄。在進(jìn)行描述記錄時，應(yīng)準(zhǔn)確填寫界線左、右地層單位，重點(diǎn)突出地質(zhì)體接觸關(guān)系特征；在地質(zhì)點(diǎn)或地質(zhì)界線交匯位置上出現(xiàn)兩聯(lián)點(diǎn)以上地質(zhì)界線時，應(yīng)將其斷開或分段繪制，并給予其相應(yīng)的順序編號；勾繪封閉的地質(zhì)體時，地質(zhì)界線的兩端必須斷開，作為兩條地質(zhì)界線處理。

2.3 調(diào)查數(shù)據(jù)整理完善

2.3.1 室內(nèi)PR B數(shù)據(jù)整理

當(dāng)日野外路線調(diào)查結(jié)束后，必須對野外路線調(diào)查采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的檢查整理，具體內(nèi)容如下：①對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)邏輯檢查，重點(diǎn)要根據(jù)野外路線PRB數(shù)據(jù)的編號規(guī)則對各類采集數(shù)據(jù)（地質(zhì)點(diǎn)、界限、點(diǎn)間路線、采樣、照片、產(chǎn)狀素描等）進(jìn)行各種編號檢查。對路線PRB數(shù)據(jù)應(yīng)注意檢查P，R，B過程中各類采集數(shù)據(jù)的編號，防止因PRB編號重復(fù)發(fā)生文件覆蓋而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失、破壞、混亂。②對各采集層記錄項(xiàng)及表述空間位置的點(diǎn)、線、面圖形進(jìn)行檢查，內(nèi)容包括：屬性表內(nèi)容是否規(guī)范、準(zhǔn)確；野外地質(zhì)描述的齊全和正確程度；點(diǎn)、線圖形空間位置正確性；逐張檢查圖像導(dǎo)入是否正確。③對野外P，R，B過程中采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性、準(zhǔn)確性、一致性整理，尤其是點(diǎn)號的標(biāo)注、產(chǎn)狀的旋轉(zhuǎn)及注釋、素描圖及信手剖面要素的完善等。

最后利用系統(tǒng)提供的PRB數(shù)據(jù)質(zhì)量程序檢查合格后將野外手圖導(dǎo)入圖幅PRB庫。

2.3.2 原始資料的補(bǔ)充完善

由于人員素質(zhì)和設(shè)備精度的原因，野外采集的PRB數(shù)據(jù)位置或形態(tài)與實(shí)際地質(zhì)體的位置或界線有一定的誤差，偏差較大時應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷幕蛱幚怼?/p>

2.4 成果圖的制作

2.4.1 實(shí)際材料圖的制作

在進(jìn)行了數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)整理、PRB數(shù)據(jù)程序檢查并消除數(shù)據(jù)采集錯誤后，開始制作實(shí)際材料圖。①將整理好的路線數(shù)據(jù)及剖面數(shù)據(jù)重新入庫，形成最終新的圖幅PRB庫，更新實(shí)際材料圖形成最新的實(shí)際材料圖庫，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際材料圖的編繪。②添加地理底圖的內(nèi)容后，運(yùn)用“V”字型法則及地質(zhì)體壓蓋關(guān)系，按由新到老的順序進(jìn)行地質(zhì)界線的勾繪。在勾繪過程中，可利用系統(tǒng)命令將PRB的點(diǎn)線實(shí)體變換成不同的顏色、子圖或線型，以方便勾繪地質(zhì)體界線，勾繪好以后再恢復(fù)其參數(shù)。③進(jìn)行拓?fù)湓靺^(qū)，完善地質(zhì)體的屬性結(jié)構(gòu)和增加需要的檢索要素，對不同地質(zhì)體根據(jù)屬性進(jìn)行統(tǒng)一著色。

2.4.2 地形地質(zhì)圖的制作

將實(shí)際材料圖按圖幅的相對位置進(jìn)行接圖處理、圖面整飾及相關(guān)要素的編輯提取后，添加標(biāo)準(zhǔn)地理底圖內(nèi)容、圖名、圖示圖例、圖切剖面、接圖表等圖件要素形成地形地質(zhì)圖。

3 結(jié)束語

數(shù)字地質(zhì)填圖從根本上改變了傳統(tǒng)地質(zhì)填圖的技術(shù)流程和方法，提高了地質(zhì)填圖效率、研究精度，降低了勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)成果的全新表達(dá)及載體多樣化，為研究和開發(fā)新成果提供了方便。著重從建立原始基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫開始，通過對原始數(shù)據(jù)庫的凝煉，自然過渡到最終成果數(shù)據(jù)庫。強(qiáng)調(diào)在計(jì)算機(jī)技術(shù)全程化支撐下，對地質(zhì)、地理、地球物理、地球化學(xué)和遙感等多源地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和地質(zhì)制圖，真正實(shí)現(xiàn)地學(xué)多源數(shù)據(jù)的整合，提高了數(shù)字地質(zhì)填圖的效率和質(zhì)量。

數(shù)字化地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)為拓寬基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容和領(lǐng)域提供了關(guān)鍵的技術(shù)保證。對取得的相關(guān)成果及數(shù)據(jù)，可編制多種數(shù)字化專題圖件，使地質(zhì)調(diào)查成果在更廣闊的領(lǐng)域?yàn)榻?jīng)濟(jì)及社會的發(fā)展服務(wù)。