宋德朋
(江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校 江蘇 南京 211135)
數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中的應(yīng)用
宋德朋
(江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校 江蘇 南京 211135)
數(shù)字地質(zhì)填圖是進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的一種新手段。文章對安徽巢湖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中應(yīng)用數(shù)字地質(zhì)填圖的教學(xué)模式進(jìn)行了分析,詳細(xì)介紹了數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中從野外數(shù)據(jù)采集到室內(nèi)整理以至形成最終階段成果的過程。
數(shù)字地質(zhì)填圖;區(qū)域地質(zhì)調(diào)查;巢湖地質(zhì)實(shí)習(xí)
區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是地質(zhì)工作中具有戰(zhàn)略意義的綜合性基礎(chǔ)工作,是一切地質(zhì)工作的先行步驟。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的進(jìn)展情況和研究程度高低,往往是衡量一個(gè)國家地質(zhì)工作和地質(zhì)科學(xué)技術(shù)總體水平的標(biāo)志,也是制約這個(gè)國家資源勘查、經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素。因此,區(qū)域地質(zhì)調(diào)查方法是地質(zhì)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)重要基本技能。傳統(tǒng)的地質(zhì)工作,是通過野外觀測和觀察,把獲得的第一手基礎(chǔ)資料記錄在紙介質(zhì)上,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,特別是GIS相關(guān)技術(shù)、地學(xué)信息化技術(shù)的發(fā)展,許多國家在20世紀(jì)90年代后相繼開展了數(shù)字地質(zhì)填圖的研究和實(shí)驗(yàn),投入了大量的人力物力,發(fā)展和制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,研制和開發(fā)了部分軟件和硬件,并開展了試點(diǎn)工作。
我校自2006年設(shè)立地質(zhì)專業(yè)以來就開設(shè)了《區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》課程,實(shí)習(xí)地點(diǎn)一般選擇在距離南京120公里處的安徽省巢湖市鳳凰山地區(qū),于2008年與安徽省巢湖鑄造廠簽訂了巢湖實(shí)習(xí)基地協(xié)議。經(jīng)過全國二十多所地質(zhì)類院校的共同建設(shè),目前巢湖實(shí)習(xí)基地已經(jīng)擁有了專門的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)室,有了一套相對完整的教學(xué)體系,并有采用集成地理信息系統(tǒng)(GIS)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和遙感系統(tǒng)(RS)等技術(shù)的數(shù)字地質(zhì)填圖軟件和虛擬教學(xué)基地。
安徽巢湖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)是我校針對五年制高職地質(zhì)專業(yè)四年級學(xué)生的綜合性野外地質(zhì)實(shí)習(xí)課程,是在學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)專業(yè)課程(普通地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、古生物地史學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等)和完成了普地認(rèn)識實(shí)習(xí)后進(jìn)行的。該實(shí)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)會區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基本工作方法,進(jìn)一步理解已學(xué)的基礎(chǔ)地質(zhì)理論,提高對各種地質(zhì)現(xiàn)象的分析能力,同時(shí)為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課和進(jìn)行生產(chǎn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)打下基礎(chǔ)。巢湖市鳳凰山地區(qū)分布有海西—印支期構(gòu)造運(yùn)動形成的復(fù)式褶皺,組成褶皺的地層包括所有的沉積巖種類,背斜和向斜形態(tài)完整,斷裂構(gòu)造典型而簡單,加上距離地區(qū)行政中心巢湖市區(qū)不足5公里,距離江蘇省省會南京市120公里,交通非常便利,是較為理想的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)基地。
區(qū)域地質(zhì)調(diào)查一般遵循立項(xiàng)論證、收集資料及野外踏勘、設(shè)計(jì)編審、野外調(diào)查、資料整理、圖件編制、野外驗(yàn)收、報(bào)告編寫、成果驗(yàn)收、資料歸檔等程序。除立項(xiàng)論證等少數(shù)項(xiàng)目外,其余均是巢湖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容,對于培養(yǎng)學(xué)生野外地質(zhì)填圖、地質(zhì)調(diào)查報(bào)告編寫、相關(guān)圖件編制和實(shí)際操作能力等是很好的訓(xùn)練。
傳統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是靠地質(zhì)人員手持地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡的“老三件”,通過連續(xù)的野外地質(zhì)路線觀測和觀察,把獲得的第一手基礎(chǔ)資料記錄在紙介質(zhì)的記錄簿和工作手圖上,再根據(jù)各種觀測資料進(jìn)行歸納總結(jié)、編寫出地質(zhì)報(bào)告,繪制地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、構(gòu)造綱要圖等地質(zhì)圖件。地層產(chǎn)狀、方位角、坡角等地質(zhì)數(shù)據(jù)主要依靠羅盤測制,精度往往不高,文字、圖件、數(shù)據(jù)等資料保存困難,而且無法對測區(qū)資料進(jìn)行適時(shí)更新。運(yùn)用數(shù)字地質(zhì)填圖后,區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)發(fā)生了根本變化。
數(shù)字地質(zhì)填圖是集GPS、GIS、RS技術(shù)于一體,結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集、處理、成圖和分析一體化的數(shù)字作業(yè),實(shí)現(xiàn)了野外路線觀察過程精確的定量化描述。在實(shí)習(xí)過程中,教師首先講授數(shù)字地質(zhì)填圖和相關(guān)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),使學(xué)生能用自編計(jì)算機(jī)軟件對實(shí)測地層剖面制作、野外地質(zhì)路線觀測、定位、各種地質(zhì)圖件成圖的全過程進(jìn)行精確的定量化及數(shù)字化描述,實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的數(shù)字化表達(dá),完成整個(gè)實(shí)習(xí)過程從文字到圖件的計(jì)算機(jī)處理。實(shí)習(xí)中我們廣泛使用了野外數(shù)據(jù)采集掌上機(jī)、手持GPS、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等“新五件”,采集、記錄野外資料、野外定點(diǎn)、剖面測制均在電子地圖上進(jìn)行。從野外踏勘、實(shí)測地質(zhì)剖面到野外地質(zhì)填圖各階段,實(shí)習(xí)從以教師為主導(dǎo)逐步過渡到以學(xué)生為主導(dǎo)。學(xué)生對這種實(shí)習(xí)方式很感興趣,對高新設(shè)備感到很新奇,都能提高專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)熱情,教學(xué)效果非常好。
資料收集工作 第一,選擇并收集備齊合適比例尺的地形圖數(shù)據(jù)或紙質(zhì)地形圖作為數(shù)字填圖所需背景圖層的底圖。我校所用1∶10000巢湖鳳凰山地區(qū)數(shù)字地形圖是在1∶50000地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上按有關(guān)規(guī)定放大、裁剪編制的,以此作為數(shù)字地質(zhì)圖及專題圖的底圖。第二,充分利用前人工作成果,收集涉及測區(qū)的地層、巖石類型、礦產(chǎn)種類、物化探等資料。第三,確定填圖范圍和填圖比例尺,在綜合研究的基礎(chǔ)上,統(tǒng)一野外巖礦石命名,統(tǒng)一填圖方法和要求,統(tǒng)一圖式圖例。
技術(shù)裝備 除常規(guī)填圖所必需的技術(shù)裝備外,數(shù)字地質(zhì)填圖還需要一些特定的硬件設(shè)備:如筆記本電腦、數(shù)碼照相機(jī)、GPS、移動硬盤、數(shù)碼攝像機(jī)等。軟件支撐包括野外采集系統(tǒng)和室內(nèi)桌面系統(tǒng),如用于數(shù)字地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)處理的GiSP、實(shí)測地層內(nèi)業(yè)處理的SDP軟件、用于繪圖的MapGis、Coreldraw等。
制定教學(xué)計(jì)劃 整個(gè)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)主要分為野外數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)資料整理兩個(gè)階段。其內(nèi)容、時(shí)間安排如表1所示。實(shí)習(xí)時(shí)間共21天,行路等工作耗時(shí)2天,實(shí)際工作時(shí)間19天。
野外數(shù)據(jù)采集階段主要包括路線踏勘、地層剖面實(shí)測、地質(zhì)填圖三部分。
路線踏勘 路線踏勘的目的是認(rèn)識測區(qū)內(nèi)分布的地層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特點(diǎn)、地層接觸關(guān)系及識別特征,認(rèn)識測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的基本框架。這一階段由實(shí)習(xí)教師負(fù)責(zé)講解,要求學(xué)生練習(xí)使用GPS進(jìn)行定點(diǎn),同時(shí)地形特征明顯時(shí),用羅盤練習(xí)后方交匯法定點(diǎn),并完成野外記錄。路線安排:(1)觀察志留系剖面、泥盆系剖面(獅子口附近);(2)觀察石炭系剖面(駐地附近);(3)觀察二疊系剖面、三疊系剖面(柴火山一帶)。踏勘階段要求學(xué)生掌握GPS的使用方法,學(xué)習(xí)使用數(shù)字地質(zhì)測量軟件。每天路線踏勘后,下午和晚上進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理,要求各學(xué)生小組按規(guī)范完成野外記錄,繪制剖面示意圖。
表1 區(qū)域調(diào)查內(nèi)容、時(shí)間安排表
實(shí)測地層剖面 在一個(gè)地區(qū)進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí),首先必須確定填圖單位。不同的比例尺填圖單位也不同,不同的地區(qū)(如侵入巖地區(qū)、變質(zhì)巖地區(qū))填圖單位確定原則和方法也不同。沉積巖地區(qū)是以巖石地層單位為基礎(chǔ)劃分,通過實(shí)測地層剖面查明地層層序和厚度,確定填圖單位的。實(shí)測剖面前一天下午進(jìn)行實(shí)測地層剖面知識準(zhǔn)備,安排專題講座,要求各小組利用課后和晚上的時(shí)間在駐地進(jìn)行模擬測量。實(shí)測時(shí)分成4隊(duì),按照實(shí)習(xí)隊(duì)的安排對各自地質(zhì)剖面進(jìn)行實(shí)地測量。第二天進(jìn)行實(shí)測剖面資料整理,編寫報(bào)告。根據(jù)各小組的數(shù)據(jù),要求每個(gè)學(xué)生提交一份完整的綜合成果圖,并提交文字報(bào)告。
地質(zhì)填圖 地質(zhì)填圖階段采取穿越地層路線法為主、追索路線法為輔布置路線。地質(zhì)填圖前一天進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)測量階段的知識準(zhǔn)備,安排相應(yīng)的講座。填圖時(shí)間安排6天,前兩天班級全體學(xué)生在實(shí)習(xí)教師的示范下,沿小山王東北經(jīng)平頂山向斜、鳳凰山背斜至7410廠附近,開展由一個(gè)向斜和一個(gè)背斜組成的完整地質(zhì)路線測量,旨在建立學(xué)生對測區(qū)褶皺體系的全面認(rèn)知,為最后接圖做準(zhǔn)備。后3天班級分成兩隊(duì),在實(shí)習(xí)教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生進(jìn)行野外地質(zhì)測量,通過實(shí)習(xí)教師的言傳身教,使學(xué)生掌握地質(zhì)測量的基本方法。最后一天安排野外路線考試。
接圖和補(bǔ)充測量(補(bǔ)點(diǎn)) 野外實(shí)習(xí)最后一天進(jìn)行接圖、補(bǔ)點(diǎn)以及提交實(shí)際材料圖。
室內(nèi)整理包括數(shù)據(jù)整理和編輯、編制各種地質(zhì)圖件、編寫地質(zhì)報(bào)告三部分。室內(nèi)整理是整個(gè)實(shí)習(xí)的重要環(huán)節(jié),是學(xué)生提出問題、綜合分析問題、總結(jié)提高的過程。在室內(nèi)整理過程中,實(shí)習(xí)教師每天要組織講評,及時(shí)糾正成果編制中的失誤。
實(shí)測地層剖面數(shù)據(jù)的編輯與整理 實(shí)測地層剖面是指在選擇好的剖面線上對地層進(jìn)行劃分、測量與研究。室內(nèi)數(shù)據(jù)處理包括對各個(gè)數(shù)據(jù)記錄的校對和完整性的檢查、分層的室內(nèi)歸并以及真厚度計(jì)算,主要通過SDP實(shí)測地層內(nèi)業(yè)處理軟件完成。在實(shí)測地層剖面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(SDP)中,首先要將野外取得的數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,然后再對它們進(jìn)行加工整理,自動繪制成各類表格和地質(zhì)圖件,并可以將計(jì)算結(jié)果、表格和圖件打印輸出。目的是提高實(shí)測地層剖面工作的質(zhì)量和效率,減輕區(qū)測工作人員的勞動強(qiáng)度。
GiSP數(shù)據(jù)的輸入和整理 GiSP是依托GIS技術(shù)研發(fā)的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)處理平臺,用來對野外確定的位置點(diǎn)進(jìn)行信息補(bǔ)充和完善,同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上形成實(shí)際材料圖。GiSP數(shù)據(jù)管理器具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)編輯功能,導(dǎo)入巢湖地區(qū)填圖區(qū)域地圖后,可以根據(jù)需要錄入、編輯或刪除點(diǎn)位數(shù)據(jù)。位置點(diǎn)和地層產(chǎn)狀的標(biāo)注分別采用“數(shù)據(jù)圖示”菜單中的“標(biāo)注位置點(diǎn)”和“標(biāo)注產(chǎn)狀”選項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)。目前GiSP試用版僅能輸出實(shí)際材料圖框架??蚣軋D由位置點(diǎn)及其點(diǎn)號、位置點(diǎn)的產(chǎn)狀、測區(qū)范圍構(gòu)成。輸出實(shí)際材料圖使用“圖件輸出”的“導(dǎo)出圖檔”選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)。為了獲得最佳的解析度,在使用“輸出圖檔”選項(xiàng)之前,應(yīng)該通過“顯示比例控制”設(shè)置顯示窗口,盡量將工作區(qū)鋪滿整個(gè)地圖視圖窗口,然后再使用“輸出圖檔”輸出圖形。GiSP輸出的圖檔可以導(dǎo)入到Coreldraw軟件中與事先打開的專業(yè)圖件底圖疊加進(jìn)行精細(xì)加工。
實(shí)際材料圖和地質(zhì)圖的制作 實(shí)際材料圖是在地形圖上的野外操作手圖,反映全部野外工作行為(路線、地質(zhì)點(diǎn)、地層產(chǎn)狀、地層/巖石單位、礦產(chǎn)資源、斷裂構(gòu)造),是地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖的基礎(chǔ),具有原創(chuàng)性、綜合性和質(zhì)量屬性。繪圖要求上墨不著色。野外所有地質(zhì)點(diǎn)信息檢查整理無誤后,首先,輸入GiSP數(shù)據(jù)處理軟件,標(biāo)注在地形圖上之后選擇輸出,將點(diǎn)位信息導(dǎo)入Coreldraw實(shí)際材料圖底圖。其次,通過不同檢索手段在符合V字型法則的基礎(chǔ)上,進(jìn)行地質(zhì)連圖。再次,對所連地質(zhì)界線賦屬性,線轉(zhuǎn)弧段造區(qū),賦予區(qū)屬性,最終形成實(shí)際材料圖。地質(zhì)圖是在實(shí)際材料圖基礎(chǔ)上的簡化,去掉路線、地質(zhì)點(diǎn),簡化地形線,反映野外工作實(shí)測的和推測的地質(zhì)現(xiàn)象,包括主圖和附圖。主圖要具備四要素:地層產(chǎn)狀、地層/巖石單位、礦產(chǎn)資源、斷裂構(gòu)造。附圖對地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行簡要解釋,其中綜合地層柱狀圖是對測區(qū)地層的解釋,地質(zhì)剖面圖是對測區(qū)構(gòu)造框架的解釋。繪圖要求根據(jù)地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行不同地質(zhì)實(shí)體的著色、花紋填充,提取和疊加注記、產(chǎn)狀、礦產(chǎn)等圖層,最終即可完成數(shù)字地質(zhì)圖的初步編輯工作。構(gòu)造綱要圖是突出構(gòu)造的地質(zhì)圖的簡化,要求以構(gòu)造旋回為單位,突出褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造,繪出褶皺軸跡。
內(nèi)業(yè)資料處理結(jié)束后,要求每個(gè)學(xué)生提交野外記錄本、巖石標(biāo)本及化石標(biāo)本,實(shí)測剖面綜合成果圖及文字報(bào)告和一份實(shí)習(xí)報(bào)告,每個(gè)小組提交一套圖件(包括實(shí)際材料圖、地質(zhì)圖、構(gòu)造綱要圖等)。
區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中應(yīng)用數(shù)字地質(zhì)填圖,從野外數(shù)據(jù)采集過程入手,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)觀察的圖、文、像的數(shù)字化。2009年至今,學(xué)生在巢湖數(shù)字化區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí),進(jìn)一步證實(shí)了該技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)是切實(shí)可行的。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)提出以下幾個(gè)值得重視的問題。
應(yīng)重視地質(zhì)基本技能訓(xùn)練 傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖理論與方法是數(shù)字化地質(zhì)填圖的基礎(chǔ)。野外巖石、礦物的識別,各種構(gòu)造及地質(zhì)現(xiàn)象的分析,羅盤及地形圖的使用等是一切地質(zhì)工作的基礎(chǔ),是從事地質(zhì)工作必須具備的最基本技能。如果不重視這些基本方法和基本技能的訓(xùn)練,野外數(shù)字化填圖就無法開展。因此,不能因?yàn)閿?shù)字化填圖就放棄傳統(tǒng)工具的使用,在教學(xué)安排上必須強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識和基本功、基本技能的訓(xùn)練,必須人人動手、動腦,每個(gè)學(xué)生都必須觀察、記錄、素描,每天結(jié)束后每人都得寫當(dāng)天路線小結(jié),并提出新認(rèn)識、新觀點(diǎn)和新建議。
增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力 野外數(shù)據(jù)采集的每個(gè)階段,教師講解、示范后,都應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立完成,教師負(fù)責(zé)檢查和督查。室內(nèi)每個(gè)學(xué)生都必須獨(dú)立完成所有圖件和報(bào)告。實(shí)習(xí)結(jié)束前我們安排野外考試檢驗(yàn)學(xué)生野外工作能力。學(xué)生以小組為單位沿考試路線統(tǒng)一行動。個(gè)人在野外記錄本上獨(dú)立完成野外記錄和路線剖面示意圖,在考試路線的終點(diǎn)將野外記錄本交給監(jiān)考教師;實(shí)習(xí)結(jié)束后還以小組為單位選出優(yōu)秀實(shí)習(xí)成果進(jìn)行展示和評比。
要加強(qiáng)師生交流,保證實(shí)習(xí)任務(wù)完成 要想讓數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中得到高質(zhì)、高效的應(yīng)用,就要求野外填圖人員都必須提高對GIS及地質(zhì)專業(yè)的理解和綜合能力。在實(shí)習(xí)中我們采取多種方式確保實(shí)習(xí)任務(wù)的完成,教師對野外所有地質(zhì)現(xiàn)象統(tǒng)一備課、統(tǒng)一認(rèn)識,野外踏勘間隙安排多次技術(shù)講座,每天都要討論明天的教學(xué)內(nèi)容安排,總結(jié)當(dāng)天的教學(xué)情況,同時(shí)下班與學(xué)生一起總結(jié)當(dāng)天的路線地質(zhì)情況,解答學(xué)生的問題。
綜上所述,將最新的數(shù)字地質(zhì)填圖方法應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)踐教學(xué)中,可使學(xué)生在校期間就掌握最先進(jìn)的技術(shù),體現(xiàn)五年制高職實(shí)踐教學(xué)體系與時(shí)俱進(jìn)、積極面向社會需求的特點(diǎn),為學(xué)生將來從事地質(zhì)工作打下良好基礎(chǔ),提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。
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宋德朋(1983—),男,山東夏津人,江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校地質(zhì)工程系助教,研究方向?yàn)榈V產(chǎn)勘查技術(shù)。
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A
1672-5727(2012)01-0168-03