第五章1-GIS在资源评价中的应用

第五章GIS在资源评价中的应用一、GIS与资源评价二、证据权法、信息量法等三、MORPAS介绍四、实习资源勘查、开发以及地球科学领域各专业的工作过程，从本质上讲都是信息的获取、处理分析、解释和应用决策的过程。第一节GIS与矿产资源评价矿产资源评价涉及的所有信息几乎都直接或间接地与空间位置有关，都属于地理信息的范畴。–地质体、构造、岩性、采样、样品分析、物化探异常矿产资源评价的过程就是信息的搜集、整理、处理、成矿信息的提取、综合分析、成矿区带或找矿靶区的确定以及成果表示的过程。作为空间信息管理系统的GIS其应用可贯穿于矿产资源评价的整个过程，表现出传统方法不可比拟的优越性。1.基于GIS的矿产资源评价的优势1）将搜集到的各种图形信息(图件)、文字描述信息、数字数据通过合理、有效的空间数据库进行管理，灵活的图形信息与属性的双向查询检索，可大大提高矿产资源评价的效率。–可从图形检索其各种属性，也可根据地质体的各种专题属性检索相应的图形，还可以根据多种属性进行组合条件检索。如可在地质图空间数据库中根据地层、岩性、构造等属性检索出相应的地质体；还可从表示地质现象的点(矿床、钻孔、采样点等)、线(断层、线性构造、河流等)以及面(地层、岩体、异常区等)检索它们的属性。–由于每一个成矿标志都有一个定量化条件，地质学家可用这些条件检查数据库的每一部分，有利于提高研究的深度。1.基于GIS的矿产资源评价的优势2）GIS提供的空间分析(叠加、包含、相邻关系、缓冲区、地形分析)及空间信息计算(面积、周长，距离等)等功能，实现了传统方法难以进行的对各种地质体的多种空间关系的定量分析。–空间分析对于研究地质现象之间的制约关系与相互作用进而提取与矿床或矿化有关的地质标志和信息较为有效。GIS的叠加功能可形象地理解为计算机化的透图台，是资源评价用得最多的空间分析功能。不同图形信息的叠置既可用于地质成矿信息的提取，也可用于多种成矿信息的综合分析。–缓冲区分析是通过计算在点、线、面实体周围自动形成满足一定距离要求的区域，通常用于确定影响范围，是资源评价应用比较多的另一个空间分析功能。如对已知矿床与控矿构造(断层或褶皱轴)的空间距离进行统计分析可确定最佳控矿距离，再用该距离对控矿构造进行缓冲区分析即可分析两侧不同宽度范围的矿化点分布规律，从而判断矿床与断层、褶皱轴的相关关系及构造控矿最大影响域或确定矿化有效区带。–数字化的地形分析功能能自动提取地表梯度信息，计算坡度、坡向、划分汇水盆地图系和河流网，这种地形表面分析对研究地球化学元素在地表各介质环境中的聚集、扩散和迁移有特别的功效。1.基于GIS的矿产资源评价的优势3）GIS为物化探和遥感数据的空间可视化创造了条件，使评价更直观–人们可将物化探异常投影到数字地形之上来直观地表达各种异常与地形的变化关系。–通过GIS矢量模型结合地质图与地球化学样品的空间分布，可对地球化学数据进行正规化处理，这样可以消除不同岩性对地球化学背景数据的影响。1.基于GIS的矿产资源评价的优势4）空间综合分析方法使成矿信息的综合更加合理–根据地质模型及各种数据处理方法分别从地质、地球物理、地球化学、遥感等类信息中提取成矿信息后，如何综合分析这些成矿信息，形成最终的尽可能接近实际的评价结果，是矿产资源评价中需要解决的十分关键的问题。–目前常用的布尔逻辑、证据权法、代数方法、模糊逻辑、神经网络都是综合定量的空间关系生成单幅评价图的方法。这些方法虽然都有各自的局限性，但却反映了多种成矿信息之间的关系。1.基于GIS的矿产资源评价的优势5）计算机辅助评价成果图件的输出可大大提高制图效率–计算机辅助制图是计算机技术对地质领域最大的贡献。它实现了从纸质图件的数字化、交互式编辑修改直至输出具有出版质量的彩色图件全过程的计算机化，使制图工序从传统手工方式的十几道减少到6道，大大缩短了图件准备与出版时间。根据用户的经验，对于新编图件，可提高效率3~5倍，成本降低约三分之一。数字制图技术已从根本上改变了传统的工作流程。–GIS软件如ARC/INFO、INTEGRAPH、MAPGIS等都具有优秀的制图功能，GIS与制图技术相结合，使评价结果图件的输出时间大大缩短。1.基于GIS的矿产资源评价的优势6）所建的数字数据库可反复使用–数据库一旦建立，其中的数字数据即作为一种资源存储在计算机内。当在同一地区进行深入的研究，或进行其他涉及库中信息的研究时，即可应用数据库的管理功能，检索出所需的信息。反复利用数字数据，实现数据共享是数字数据库的基本特点。这种数据共享可提高应用的效率并降低成本。2.基于GIS的矿产资源评价方法与流程根据研究区的工作程度的差别，用于矿产资源预测的空间分析方法可大致分成两类：数据驱动的方法和知识驱动的方法。数据驱动的经验模型方法：利用已知矿床。在工作程度较高，数据比较丰富的地区，可采用数据驱动的经验方法；知识驱动的理论模型方法：利用矿床成因模型。在没有已知矿床或已知矿床很少的情况下，信息由遥感和地球物理数据推断而来，模型仅以地学专家的概念想法存在时，数据驱动的方法就不能使用，而只能采用简单的分级和以知识为基础的方法。2.基于GIS的矿产资源评价方法与流程1）数据驱动的经验模型方法–经验模型法主要是研究区域矿床与多元地质找矿信息的关系，通过定量分析方法，建立起区域成矿有利度和资源潜力值与多参数地质信息的统计规律，根据经验模型进行区域评价。–它强调对各种找矿信息的充分挖掘与综合，因此，科学找矿的各种勘探手段所获取的成矿信息得到了最大程度的利用。–经验模型法根据预测区信息数据资料水平及预测任务，又可细分为不同的方法，如完全从多元地学数据出发，统计研究区的定量找矿标志组合的证据加权法，以及从已知矿床模型出发，以特征分析为基础的矿床综合评价法。–经验模型法的缺陷是，需要一定数量的统计样本单元。地质地球物理地球化学矿产地遥感矿床类型矿床模型量化模型建立数据库数据处理成矿信息提取综合分析成矿有利地区或靶区是/否?生成评价结果图件储量估算是否数据采集经验法基于GIS的矿产资源评价流程1.搜集资料：搜集研究区内与成矿有关的地质、矿点分布、地下岩性和构造、地球化学、航磁、重力等地球物理和遥感等资料。如有可能，在缺乏资料的地区，补充采集资料。据此进行综合研究确定现代地质环境；2.确定矿床类型：根据下列两个方面的研究确定在上述地质环境中可能形成的矿床类型。将研究区内的地质环境与全球范围内已知的某种矿床类型有关的或与研究区内已知的矿床矿点的地质环境对比；3.建立找矿模型：建立这些矿床的描述性模型。列出所有的地质、地球物理、地球化学、遥感等找矿标志；4.模型的定量化与转换：从每一个描述性模型中，选择出能确定该类型矿床存在与否的重要标志和一般性标志，并将其定量化，包括单个空间关系的确定和量化以及多个空间关系集成的量化，确定空间分析的方法并转换成GIS可以表示和处理的形式；5.建立空间数据库：用第一步所搜集的信息建立数据库(空间数据库与属性数据库)，并用GIS实现集成管理与灵活检索.。建库时要解决现存数据的集成问题：比例尺、定位与投影方式、数据精度与格式等；6.成矿信息的提取：根据量化后的模型，首先通过对专题数据的处理，如应用GIS的空间与属性双向检索的功能处理地质数据、对其他专题数据进行处理，如坡度、坡向的运算、物探、化探数据异常的确定，遥感数据的解译等得出参与综合分析的单个条件的空间信息；7.根据所选的空间分析方法，应用GIS进行综合分析得出最终结果确定找矿有利地区或靶区；8.预测资源量或储量：根据确定的特征信息与成矿模型、预测模型计算资源量；9.编制成果图件：实际上，在确定找矿靶区之后，预测的成果图件已经基本完成。此时可根据输出的要求进行制图整饰。2.基于GIS的矿产资源评价方法与流程2）知识驱动的理论模型方法–通过以矿床理论为基础出发点，在总结和研究矿床模型的基础上综合勘查资料，研究区域矿床生成规律，系统、全面地考察矿床形成机制，研究控矿的关键因素标志，从而完成区域矿产资源评价。–步骤如下：研究形成矿床的全部必要条件，并将它们转换成可用GIS图形表示的条件建立高质量的地学GIS应用数据库系统，根据成矿条件条件在数据库中提取成矿信息。数据库的设计要有利于上述提取过程；开发利用GIS数据进行资源评价的方法与软件。该方法不依赖于对最小数目的矿床或矿点的统计分析。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题对评价区的地质和成矿规律的认识是矿产资源评价的前提。在这个前提下，应用GIS进行成功的矿产资源评价还与所掌握数据的种类与质量、所建数据库是否灵活有效、空间分析方法的使用是否合理等因素有关。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题1）丰富的的空间与非空间数据集是成功评价的基础–地理、地质、地球物理、地球化学、遥感等不同方法所获取的信息是地质体不同性质的反映，充分利用一切可能利用的信息。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题2）数据质量问题–数据及其质量是GIS应用的生命线。数据不足或质量不满足要求都会直接导致应用的失败。数据可能是由不同的单位、为了不同的目的、采用不同的采集与分析处理方法获取与存储的。因此，必然形成同一地区的相关数据具有不同的比例尺、不同的精度、不同的投影方式以及不同的存储格式。因此，在应用GIS技术进行综合分析之前，必须根据评价的要求采用多种方法对数据进行预处理，如投影变换、格式转换等。对于专业内容的矛盾要由熟悉研究区的专业人员决定处理方法，采用交互式的方法进行调整。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题3）应用GIS进行矿产资源评价的空间数据库的设计问题–应用GIS进行资源评价的效率在很大程度上与所建的数据库质量成正比。预测中出现的问题一是缺乏地质知识，二是不合理的数据库设计。–数据库设计的原则是开发一种结构，使其达到最大的查询与操作能力。统一的地理定位控制合理的空间数据的组织（图幅为单位？评价区为单位？）专题信息的存储方式（矢量？栅格？其他？）信息的分类与编码空间信息的分层4）找矿信息的量化与转换基于GIS的矿产资源评价要解决的主要任务之一是将成矿信息变成GIS可以理解、处理的形式，这就是基于GIS的资源评价找矿信息的量化问题。GIS可以理解处理的形式主要指将成矿信息用具有空间拓扑关系的点、线、面及相应的属性描述的图层表示。地球物理(重力、航磁等)、地球化学、遥感信息经一定的数学方法处理，得出或推断出与成矿有关的图形信息，如一定取值范围的地球化学异常图、地球物理等值线图、构造图等。根据评价模型，将上述图形信息中参与综合分析的部分赋以属性生成GIS的多边形或线图层存储。对于地质信息，通过GIS提供的属性检索、空间信息的量算以及叠加、缓冲等空间分析功能，可帮助完成从地质信息提取成矿信息的过程，当然，也要形成参与空间分析的图层。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题5）基于GIS的矿产资源评价的空间信息综合分析方法这里所说的空间分析方法是指对与成矿有关的各种地学空间信息进行综合分析的方法，是将由多个图层表示的成矿信息综合成一个评价(预测图层)的方法，是决定GIS应用水平的关键。不管是采用经验的还是理论的方法，其主要目的都是定量化地表示相关的专题空间关系，最终对若干个专题空间关系进行综合分析生成一幅预测图。多数以GIS为基础的矿产预测重点研究对多个专题关系进行综合分析的方法。信息量法、证据权法、特征分析法、模糊逻辑法、决策树法和神经网络法等是几种常用的方法。3.矿产资源评价中成功应用GIS需要解决的关键问题6）基于GIS的矿产资源评价专用软件的开发通用GIS软件不能提供矿产资源评价所需要的功能，必须在GIS通用软件基础上开发专用软件–例如在提取成矿信息时，需要对各种地球物理(重力、航磁、放射性测量等)、地球化学、遥感等信息应用各种方法进行处理，而这种处理一般都不是一个简单的一步到位的工作，而是一个研究的不断深化的过程，如果