蔡青山，張彥平，賈建江，李云鵬

（1.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測重點實驗室，新疆烏魯木齊830047；3.新疆地礦局信息中心，新疆烏魯木齊830000）

·地質(zhì)與礦業(yè)工程·

中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成中的若干問題

蔡青山*1,2，張彥平1,2，賈建江2，李云鵬3

（1.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測重點實驗室，新疆烏魯木齊830047；3.新疆地礦局信息中心，新疆烏魯木齊830000）

中亞造山帶豐富的礦產(chǎn)資源皆延伸到新疆，傳統(tǒng)地質(zhì)制圖方法往往無法有效的整合多源、多尺度的復雜地質(zhì)信息數(shù)據(jù)。隨著GIS理論與地質(zhì)理論的應用和發(fā)展，大量研究實踐表明，地質(zhì)工作已發(fā)生實質(zhì)性改變，即以信息化集成技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)地質(zhì)制圖方法。以ArcGIS為平臺構建中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)為例，為新疆大規(guī)模礦產(chǎn)勘查提供技術支撐和導向，旨在說明數(shù)字環(huán)境下中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成過程中出現(xiàn)的若干問題及原因，并且分析了日后地質(zhì)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的發(fā)展問題。

中亞造山帶；新疆；ArcGIS；地質(zhì)數(shù)據(jù)集成

1 中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)在中亞造山帶的作用與意義

中亞位于歐亞大陸腹地核心，北抵西伯利亞大草原南緣，南與伊朗、阿富汗接壤，東與我國新疆為鄰，西至里海和伏爾加河，具有顯著的區(qū)域特色[1]。數(shù)據(jù)庫的集成跨越了哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦和中國的新疆維吾爾自治區(qū)，其獨特的地理位置因素已受到世界各國尤其是亞洲國家的普遍關注，比環(huán)太平洋、喜馬拉雅—阿爾卑斯等世界級造山帶更為復雜多樣[2]。

10億年來的陸殼演化，多個古巖石圈板塊的相互作用造就了天山造山帶，并聚集了豐富的礦產(chǎn)資源，造山帶形成后又經(jīng)歷了中生代長期的剝蝕、夷平和新生代的強烈再造山改造。其大型—超大型礦床多期多階段富集特征明顯，是全球礦產(chǎn)資源潛力最大的區(qū)域[3]，基底的成礦預富集作用對大型—超大型礦床的形成具有重要意義，中亞造山帶成礦類型豐富，成礦機制多樣，成礦過程復雜，不能被其他造山帶成礦模型所涵蓋。因此自20世紀80年代以后，通過各種形式的國際合作，將中亞造山帶作為一個整體進行研究的高潮疊起且至今不減的原因。

新疆地處中亞腹地，是我國和中亞各國聯(lián)接的重要陸上通道，且中亞造山帶（CAOB）中的各個主要的成礦帶幾乎都延伸到新疆。中亞中比例尺的地質(zhì)數(shù)據(jù)集成，可為中亞造山帶提供科學的數(shù)據(jù)依據(jù)，并能從整體上正確認識新疆地質(zhì)演化、礦產(chǎn)分布及其形成規(guī)律，為以后開展大型礦產(chǎn)普查與礦產(chǎn)預測提供支持，特別對于加快礦產(chǎn)資源集中區(qū)成礦帶整體研究與勘查技術水平。

在“十一·五”、“十二·五”期間，通過國家“973”計劃和科技支撐計劃的實施，依據(jù)收集到的境外數(shù)據(jù)和資料，建立的關于中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫。本文以此為基礎，從信息科學與空間數(shù)據(jù)集成的角度，探討數(shù)字環(huán)境下中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成過程中出現(xiàn)不一致性問題及其相關原因，以及日后地質(zhì)數(shù)據(jù)集成發(fā)展問題。

2 目前存在的問題

2.1 數(shù)據(jù)集成中若干問題

隨著地質(zhì)資源數(shù)據(jù)的多方收集、信息數(shù)字化的開展，根據(jù)數(shù)字化成果進行地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)的集成成為本次實踐任務的重要組成部分。其基本思路是在收集大量以中比例尺圖件為基礎地質(zhì)信息資料及相關地質(zhì)說明書的前提下，利用ArcGIS為技術平臺，在數(shù)字環(huán)境中通過對地質(zhì)資料進行簡單的地質(zhì)要素提取、化簡、概括和疊加。為滿足新疆大規(guī)模礦產(chǎn)勘查及礦產(chǎn)資源預測的需要、中亞中比例尺地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設，于十一五期間收集中亞1∶20萬、1∶50萬中比例尺地質(zhì)礦產(chǎn)標準圖幅各680幅、92幅，用于數(shù)字化采集和空間數(shù)據(jù)集成工作。中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成過程如圖1所示。

圖1 中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成過程示意圖

這個過程中的第三個階段是集成地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)的關鍵環(huán)節(jié)。雖然GIS技術已不斷走向成熟，然而，由于各種地質(zhì)圖信息的不確定性，以及地質(zhì)因素之間相互作用的復雜性，基礎資料的有效處理一直是困擾中亞中比例尺地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的一道難題。

在地質(zhì)數(shù)據(jù)集成的過程中，項目所要收集的資源和信息范圍廣、種類多、數(shù)量大。特別是中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)庫跨越了6個國家，如何能把多個國家的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息組織結合在一起，是一個相當大的空間數(shù)據(jù)處理任務。而且這些資料大部分來源于不同的單位（即使同一單位又涉及不同的部門、不同版本以及不同的軟件），因此如何有效地收集和組織數(shù)據(jù)材料是一項非常基礎又很繁重的工作[4]。根據(jù)已有的資料（引用文獻）和項目實踐證明，各國地質(zhì)圖信息制造者（制圖者）是最大的挑戰(zhàn)：由于不同的解譯方法、可變的數(shù)據(jù)輸入、描述概括和繪圖質(zhì)量技術方法的不一致，都會導致地質(zhì)圖疊加的不一致。

數(shù)據(jù)庫（圖形數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)，關系數(shù)據(jù)）是Arc-GIS系統(tǒng)運行的基礎，其邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、空間準確性關鍵在于數(shù)據(jù)的內(nèi)容及其關系的掛接程度。在此次中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的實踐中，針對上述情況出現(xiàn)的典型問題總結如表1所示。

表1 中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)集成問題一覽表

2.2 數(shù)據(jù)集成中問題實例

問題a：可變的數(shù)據(jù)輸入、描述概括對同一地質(zhì)實體有不同的空間形態(tài)、結構和細節(jié)。由于客觀的“可變”差異會產(chǎn)生一些不一致的地層界線，圖2中選中區(qū)域的二疊（P2）左側邊界和泥盆紀（D3kru）右側邊界應該是對接在一起。

問題b：各國地質(zhì)圖信息制造者（制圖者）對地質(zhì)實體的認識不統(tǒng)一。圖2上側是γPz3?Ⅲ，下側是γαC2同樣是花崗巖，但是兩側的地質(zhì)學家對其命名不一致（花崗巖時代不一致，其成分也不一致)。

問題c：地層不一致，圖2的上側二疊（P2）和下側石炭（C1b）應該對接起來。對于這種在關鍵地史時期地層劃分不一致的問題，應進行綜合研究、分析各種數(shù)據(jù)資料。

如上所述，如何保證空間數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、空間準確性是影響一個集成數(shù)據(jù)庫優(yōu)劣的重要因素，為確保其科學性、有效性，數(shù)據(jù)集成人員應盡最大可能確保數(shù)據(jù)庫的高質(zhì)量。既然人為因素是主導，那么怎么去消除或者減弱人為的不良影響呢？畢竟，在一個短暫的時間內(nèi)，地質(zhì)信息制造者（制圖者）都是根據(jù)當時的任務去完成的地質(zhì)填圖[5]，可以達到他們既定的目標。但是，如果把這些根據(jù)各自任務完成的地質(zhì)圖疊加在一起時，就會出現(xiàn)一些明顯不一致的巖層類型。在以后這個不一致的問題可能會被解決，但一定會花費大量的時間和精力去研究這個不一致性，因而有個原則或標準是很亟需必要的。隨著社會對各類地學數(shù)據(jù)庫的需求，我們應嚴格按照符合我國實際、并與國際標準接軌的地質(zhì)空間信息的有關技術標準。

圖2 中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)集成過程中部分不一致問題

3 解決方案

3.1 現(xiàn)狀

（1）與國家基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)相比，中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成具有如下特點：內(nèi)容豐富，信息傳輸效率低；信息老化速度快；數(shù)據(jù)生產(chǎn)與更新的周期長、費用高；各個國家多使用獨立的平面參考系統(tǒng)，造成不同國家的地質(zhì)數(shù)據(jù)參考基準不一致。

（2）就地質(zhì)數(shù)據(jù)的覆蓋和質(zhì)量狀況而言，發(fā)達國家明顯好于發(fā)展中國家。數(shù)字式地質(zhì)數(shù)據(jù)正在成為地質(zhì)信息的主導形式，但其標準化則相對落后。集成的矢量信息易于被用戶所接受，成為當前的最主要數(shù)據(jù)形式。

（3）中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成方面存在著不少問題，主要是：地質(zhì)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性差，可用性低；各國地學發(fā)展不平衡，多數(shù)國家用于數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的資金投入嚴重不足；數(shù)據(jù)生產(chǎn)和提供的現(xiàn)狀仍然不能滿足應用的需求。在中亞地質(zhì)數(shù)據(jù)的共享上，一方面，經(jīng)常缺乏實用性高的數(shù)據(jù)；另一方面，已有數(shù)據(jù)并沒有得到充分有效的利用，重復性生產(chǎn)現(xiàn)象十分嚴重。

就基于ArcGIS的中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成而言，空間基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)依然是制約其發(fā)揮實際效應的“瓶頸”。在許多國家，重硬軟件、軟數(shù)據(jù)和重建立系統(tǒng)、輕實際應用的現(xiàn)象依然存在[6]。與此次項目一樣，我國當前的數(shù)字地質(zhì)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)也缺乏宏觀的規(guī)劃和引導。

3.2 解決方法

從地質(zhì)科學與信息科學角度分析，地質(zhì)信息的積累與管理是一項永無完結的工作[7]，遠非僅僅是在數(shù)字化環(huán)境中對地質(zhì)信息進行簡單的要素提取、化簡、概括和疊加，而是要從地質(zhì)的角度出發(fā)，重點要實現(xiàn)年代地層與巖石地層相結合的原則，在野外驗證、遙感技術和圖幅柱狀圖對比等方面對問題進行處理，才能創(chuàng)建出符合實際地質(zhì)情況的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在集成空間數(shù)據(jù)時，圖形數(shù)據(jù)會出現(xiàn)地層缺省、贅余等問題，應進行必要的拓撲錯誤檢查、拓撲重建來實現(xiàn)地層歸并、簡化、綜合取舍和補充新資料。

針對上述問題，主要對策如下：

（1）針對地質(zhì)單元邏輯不一致性問題，主要是從地質(zhì)方面出發(fā)，參照地質(zhì)圖、相關圖例說明及地層對比資料，并輔以遙感數(shù)據(jù)進行修改。

（2）針對數(shù)據(jù)完整性問題，應充分了解中亞各國當前地學發(fā)展水平，分析中亞各國地質(zhì)數(shù)據(jù)的精確性和可靠性。在此基礎上，應根據(jù)我國的實際需求，重新定義數(shù)據(jù)精度的比例尺。

（3）針對空間準確性的問題，用已有的大—中比例尺地質(zhì)圖進行校正修改。出露好的地方也可用遙感圖對比進行補充。空間數(shù)據(jù)庫的存儲最好是由一個相對了解項目地層情況的地質(zhì)團隊完成，這樣就不會出現(xiàn)技術方法上的差異。

4 地質(zhì)數(shù)據(jù)更新與發(fā)展

對于地質(zhì)地層方面而言，空間數(shù)據(jù)庫的建立相對困難和緩慢，如何保證這些地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，實現(xiàn)信息實時更新，滿足國家建設和社會發(fā)展的需要，成為每一個地質(zhì)行業(yè)部門目前迫切需要解決的重要問題。

空間數(shù)據(jù)庫更新不同于初始的數(shù)字化建庫，它需要利用各種來源的現(xiàn)勢性[8-9]數(shù)據(jù)資料，確定地理要素的范圍變化和屬性變化[10-11]。本文數(shù)據(jù)集成建庫所用軟件是ArcGIS9.3，人機交互是數(shù)字環(huán)境下制圖關鍵。因而，數(shù)據(jù)更新并非是計算機軟件盲目自動的進行數(shù)據(jù)更新，而是要充分發(fā)揮人的決策力，對地質(zhì)現(xiàn)象、地理信息進行總結、增刪、變更等，最好達成以“以人的主觀決策為主，計算機數(shù)據(jù)處理為輔”的最佳原則。前人（蔣捷，2000；陳軍2004；Snjezana Mihalic，2005；何新東，2008）根據(jù)資料來源的不同，總結出三類數(shù)據(jù)庫更新機制，同樣適用于本次地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)庫的構建：

（1）基于影像的綜合判別更新。為了保證影像與數(shù)字地圖之間相對精確，對照影像與地圖添加“新地物”，刪除或修改老（或變更的）地物是必要手段；

（2）基于大—中比例尺數(shù)據(jù)更新小比例尺數(shù)據(jù)的縮編更新；

（3）基于野外地質(zhì)調(diào)查與專題研究相結合的數(shù)據(jù)更新。

其中，由于中亞的1∶20萬、1∶50萬數(shù)據(jù)資料收集比較齊全，在這次構建中亞地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)庫中，主要是利用中比例尺數(shù)據(jù)更新小比例尺數(shù)據(jù)，在此基礎上輔以數(shù)字化大比例尺新成果數(shù)據(jù)資料，使其空間數(shù)據(jù)庫的建立盡善盡美。

5 結論

中亞中比例尺地質(zhì)空間數(shù)據(jù)集成是根據(jù)要素實體數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)）和屬性數(shù)據(jù)（非空間數(shù)據(jù)）相結合的思想，達到空間數(shù)據(jù)庫的邏輯一致性、空間準確性和數(shù)據(jù)完整性的原則。本文主要特點是在數(shù)字環(huán)境下解決地質(zhì)空間數(shù)據(jù)集成過程中出現(xiàn)的相關問題，提供現(xiàn)勢性好、實用性強的地層數(shù)據(jù)和與之相匹配的屬性數(shù)據(jù)一體化[12]的中亞地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，能夠最大限度滿足國家對各種現(xiàn)代區(qū)域地質(zhì)信息集成的需求。這個由海量中比例尺數(shù)字地質(zhì)數(shù)據(jù)集成的小比例尺數(shù)字地質(zhì)圖所構建的空間數(shù)據(jù)庫，方便而又高效地為各種空間分析提供準確的空間數(shù)據(jù)，既能滿足復雜的、具有不確定性結構的環(huán)境分析、預測和過程模擬能力的要求，又能為地球科學研究、國民經(jīng)濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展提供最新的圖件和地質(zhì)信息，為實現(xiàn)基礎性、公益性地質(zhì)調(diào)查工作成果的社會共享奠定基礎，具有十分很重要的科學意義和使用價值。上述談到的幾個問題，只是作者在“十二·五”中亞中比例尺地質(zhì)數(shù)據(jù)集成項目過程中研究的部分成果的總結，這項工作還在繼續(xù)進行，還有一些問題需要解決。

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The Several Issues about the Medium Scale Geological Data Integration of CentralAsia

CAI Qing-shan1,2,ZHANG Yan-ping1,2, JIAJian-jiang2,LI Yun-peng3
(1.Geology&Mining Engineering Institute of Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830047,China;2.The Key Laboratory of Central Asian Orogenic Belt Continental Dynamics and Metallogenic Prediction,Urumqi Xinjiang 830047,China;3.The Information Centre of Xinjiang Geology and Mineral Resources Bureau, Urumqi Xinjiang 830047,China)

The mineral resources of central Asia orogenic belt all extended to Xinjiang,so the traditional geological mapping method often cannot effectively integrate multi-source and multi-scale complex geological information data.With the application and development of GIS theory and geology theory a large number of practical shows that the geological work has been a substantial change that means information integration technology instead of traditional geological mapping method.Taking building the medium scale central Asia geological data integration system on the basis of ArcGIS as an example the paper provide technical support and guidance for large-scale mineral exploration in Xinjiang,its aims to explain some problems and causes in the process of the medium scale geological data integration in digital,and analyzed the development of the geological data integration system in future.

central Asian orogenic belt；Xinjiang；ArcGIS；geological data integration

P623

A

1004-5716(2015)11-0081-05

2014-11-06

2014-11-27

國家“十二·五”科技支撐計劃項目（編號：2011BAB06B08）中的成果。

蔡青山（1989-），男（漢族），甘肅武威人，新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院在讀碩士研究生，研究方向：礦產(chǎn)普查與勘探。