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本文作者：牛翠祎1，2史小翠2作者單位：1中國地質大學地球科學與資源學院2武警黃金地質研究所

GIS礦產預測中應注意的問題

1地質數(shù)據(jù)的問題

礦產預測過程中，收集礦產地質資料，編制地質圖、專題地圖及輔助性圖件是一項工作量很大的基礎性工作。礦產地質數(shù)據(jù)是礦產資源評價預測的基礎。在應用GIS進行礦產預測的過程中，我們收集到的數(shù)據(jù)不僅包括基礎地質數(shù)據(jù)，如地質、構造、地層、巖漿巖、物探、化探、遙感、重砂等，而且還包括基于基礎地質的各項研究成果資料。這些數(shù)據(jù)資料的表達形式各異，如地質圖、素描圖、照片等圖像資料；報告、說明書等文本資料等。對于這些來源多樣、跨越不同的學科和部門的表達方式不一的眾多數(shù)據(jù)如何進行有效地組織和管理，成為GIS礦產預測評價過程中亟待解決的問題。許多研究者對數(shù)據(jù)組合管理進行了探討，如向運川等開發(fā)的Geoexplore系統(tǒng)、胡光道的Morpas系統(tǒng)等都涉及數(shù)據(jù)的組織和管理模塊的開發(fā)，這些系統(tǒng)在數(shù)據(jù)組織和管理方面體現(xiàn)出各自的特色。但不同的礦產預測評價工作應根據(jù)礦產預測評價的目的，以成礦規(guī)律的研究為基礎，從礦床成礦作用的角度對收集到的礦產地質數(shù)據(jù)進行歸納、總結、分類，建立多源地質空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫不僅包括基礎地質數(shù)據(jù)，還包括在成礦規(guī)律及成礦作用研究基礎上，由基礎地質數(shù)據(jù)派生的成果數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)庫建立的好壞直接影響著礦產預測能否順利進行及預測工作的成效，因此空間數(shù)據(jù)庫的建立是礦產預測的基礎及關鍵環(huán)節(jié)。在此過程中必須注意以下問題：

（1）礦產地質數(shù)據(jù)的矢量化?；贕IS的礦產資源預測需要采集大量的礦產地質數(shù)據(jù)，由于上世紀地質工作獲得的基礎地質數(shù)據(jù)大部分都是以紙質和圖形形式存儲，因此圖形的矢量化成為目前地質數(shù)據(jù)獲取的重要方式。而目前采用數(shù)字化儀或基于GIS平臺的屏幕數(shù)字化均存在工作量大、精度控制難等問題。雖然一些GIS平臺（如MAPINFO，AR－CINFO和MAPGIS等）提供了自動數(shù)字化功能，一些專門的矢量化軟件（如R2V，VPStudio和GeoScan等）也可以對圖形自動矢量化，但由于地質數(shù)據(jù)內容的復雜性，其自動矢量化的效果均不理想，交互式半自動矢量化仍是目前圖像數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù)的主要方式。對于數(shù)據(jù)精度問題，目前可行的方法是，在地圖掃描的基礎上，應用GIS的鑲嵌配準功能對掃描圖形進行校正，然后基于GIS平臺或專門矢量化軟件進行半自動、交互式的屏幕數(shù)字化，對矢量化的數(shù)據(jù)再進行誤差校正，以提高矢量化過程中圖形數(shù)據(jù)的精度及準確度。

（2）礦產、地質數(shù)據(jù)的轉換。由于GIS技術的不斷進步與推廣應用，現(xiàn)已建立了大量的地學空間數(shù)據(jù)庫。但由于各部門建立數(shù)據(jù)庫采用的GIS軟件不盡一致，其數(shù)據(jù)的存儲格式多種多樣，如ARC－GIS，MAPINFO，MAPGIS，SURFER等矢量數(shù)據(jù)和JPE，TIF，GIF等柵格數(shù)據(jù)，因此在礦產預測過程中，根據(jù)所選取的預測軟件對數(shù)據(jù)的要求，將不同矢量格式的數(shù)據(jù)轉換為統(tǒng)一的矢量數(shù)據(jù)格式，而柵格數(shù)據(jù)需要通過矢量化方式轉換為統(tǒng)一的矢量數(shù)據(jù)格式。

（3）礦產、地質空間數(shù)據(jù)庫的建立。由于數(shù)據(jù)來源的多樣性，不同來源的空間地質數(shù)據(jù)的坐標系及所用圖形投影參數(shù)存在差別，因此必須根據(jù)基礎地質圖的坐標系和投影參數(shù)對所有的空間數(shù)據(jù)通過誤差校正、投影轉換、鑲嵌配準等功能進行坐標系及投影參數(shù)的統(tǒng)一，使相同地理位置的數(shù)據(jù)在同一坐標系下的誤差控制在預測精度所要求的范圍內，以減少地質數(shù)據(jù)誤差對成礦預測精度的影響。礦產、地質空間數(shù)據(jù)庫不僅包括空間數(shù)據(jù)，其空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)也是礦產預測過程中必不可少的。對于預測過程中數(shù)據(jù)的分類提取，專題圖層的建立具有不可或缺的作用，因此屬性數(shù)據(jù)要根據(jù)預測工作的目的和需要，在成礦規(guī)律研究的基礎上來確定。如在斷裂構造中，不同級別的斷裂對成礦的控制作用不同，區(qū)域深大斷裂控制著巖漿巖帶或礦帶的空間展布，而次級的斷裂則控制著礦體的就位，因此斷裂屬性中斷裂級別是必不可少的。

2地質專業(yè)人員的作用

在成礦預測過程中，地質專家的參與貫穿于成礦預測的全過程，包括數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)庫的建設、成礦規(guī)律及控礦條件的研究、預測模型的建立、地質變量的構建及預測成果的解釋等。由于計算機技術和GIS的應用，礦產預測數(shù)據(jù)處理自動化程度有所提高，但地質人員在成礦預測過程中仍起著不可忽視的作用。礦產地質數(shù)據(jù)組織離不開地質人員的參與，地質人員必須根據(jù)預測目的及預測思路提出礦產地質空間數(shù)據(jù)庫建設的方案。基礎地質礦產數(shù)據(jù)庫建立的好壞影響著地質變量的選取與構建計劃能否順利進行，成礦預測的思路和方案能否實現(xiàn)，成礦預測的成果能否有效指導找礦。在礦產預測過程中收集了大量地質、物化探、遙感、重砂、礦產及基礎地質方面的圖形及文字資料。資料是否完整，能否用于礦產預測，需要地質人員根據(jù)預測的目的、任務、要求對大量的資料進行篩選和補充，同時還要剔除一些不能滿足精度、范圍要求的資料。如在區(qū)域礦產預測中，預測區(qū)內的工作程度各不相同，部分工作程度較高的區(qū)段可能具備有高精度的數(shù)據(jù)，如果預測者將其作為變量而參與建模，而該數(shù)據(jù)在整個預測區(qū)不具有可比性的話，就會造成預測區(qū)該變量的取值不確定而使預測成果的不確定性增加，因此在預測工作中應由地質人員根據(jù)實際情況來決定該數(shù)據(jù)的取舍；又如某些地質圖只有圖形數(shù)據(jù)，其屬性數(shù)據(jù)則應由地質人員根據(jù)相關的基礎地質資料或圖形內容進行補充。遙感數(shù)據(jù)圖像能較好地反映工作區(qū)構造的總體格局，可以作為區(qū)域地質資料中構造信息的補充。人們可以從中提取出區(qū)域地質圖上未能很好反映的隱伏斷裂、巖體等信息，也可對區(qū)分斷裂的規(guī)模、性質，隱伏巖體規(guī)模等起到輔助判別的作用。對于遙感解譯出的各類地質變量，要由地質人員對其進行分析鑒別，如環(huán)形構造反映的是構造信息還是巖體信息？要對環(huán)形構造的細節(jié)與特點結合地質情況進行具體分析，如果由巖體引起的，變量應劃分為巖體變量，而構造作用形成的環(huán)形構造，應按構造變量來對待。同時對遙感解譯信息和地質圖上提供的相關信息進行分析，對一些重復的信息要有所取舍，選擇一些有用的、不重復的數(shù)據(jù)，對遙感數(shù)據(jù)的有效運用需要遙感人員與地質人員的有機配合。變量的選取與構置。地質數(shù)據(jù)不僅包括定量的數(shù)據(jù)，如化探分析數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、有用元素的含量等，還包括許多定性的或描述性的數(shù)據(jù)，如蝕變的強度、礦化強度、礦體的規(guī)模、控礦地質體的產狀、規(guī)模等；不同的數(shù)據(jù)具有不同的單位和量綱。如何在成礦預測過程中把這些語句有機地組合起來，如何把定性的描述性數(shù)據(jù)用定量的數(shù)據(jù)進行合理的表達，需要地質人員根據(jù)各種方法所獲取的數(shù)據(jù)之間的關系，結合地質實際情況進行合理的變量賦值，或根據(jù)數(shù)據(jù)分析所獲得的不同變量之間的關系將相關的變量進行組合，使復雜的變量簡化，優(yōu)化變量結構，使成礦預測過程中涉及到的變量盡可能地少，同時又能有效地反映礦床或礦體空間變化特征，提高預測的可信度和準確性。礦產地質人員在成礦預測的過程中，必須對區(qū)域成礦規(guī)律及控礦地質條件進行研究，把成礦規(guī)律或成礦模型轉換為相應的找礦預測模型。礦產地質人員在礦產預測過程中，需要不斷對預測結果與找礦模型間存在的偏差進行分析，找出造成預測結果與地質事實之間存在偏差的原因，并提出校正的思路和方法，對預測結果進行修正，以保證預測結果的準確性和精確性，最后對礦產預測的結果進行地質解釋與評價。袁峰等［9］和魏芳［10］曾經論述過地質礦產數(shù)據(jù)在GIS預測過程中如何有效組織的問題，礦產時間譜系在GIS預測中如何體現(xiàn)及地質專家與GIS預測評價系統(tǒng)如何有效結合仍是目前GIS預測中需要考慮的關鍵問題。這些問題的解決僅僅依靠GIS系統(tǒng)是不能實現(xiàn)的，必須由地質專家或地質專業(yè)人員在成礦規(guī)律研究的基礎上，根據(jù)礦產資源評價的要求，提出解決問題的思路，通過GIS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效組合與表達，從而提高預測的準確性和可信度。

3單元的劃分

單元是礦產預測的基本單位，預測工作以單元進行觀測和取值，不同大小的單元對地質現(xiàn)象描述的精度不同，影響著地質變量觀測的尺度，最終制約預測評價結果的準確程度。前人對地質單元的劃分進行了研究，提出了地質體單元法、地質異常單元法及網格單元法，如陳永良探討了GIS中地質體單元的劃分［11］，李鐘山等將地質體單元劃分方法應用于華北地臺北緣金礦預測［12］，趙鵬大等應用地質異常單元方法在魯西地區(qū)進行了金礦的預測工作［13］。以上兩種單元劃分方法在GIS系統(tǒng)中的實現(xiàn)還有待探索，由于網格單元法的劃分自動化程度較高，目前依然是網格單元劃分常用的方法。網格單元劃分中網格單元面積、形狀及鋪設的合理性對于預測精度起著至關重要的作用，在劃分過程中需要考慮以下幾個因素［14］：

（1）統(tǒng)計預測的比例尺。統(tǒng)計預測所采用的比例尺決定著預測過程中所使用數(shù)據(jù)的精度，也決定著預測的精度。經過大量礦產預測評價的實踐，地質學家對預測所使用地質圖件的比例尺與預測單元大小之間的關系進行了總結：當預測比例尺為1∶50000時，單元大小宜為0．25～1km2；預測比例尺為1∶200000時，單元大小宜為4～16km2；預測比例尺為1∶500000時，單元大小宜為25～100km2。

（2）研究區(qū)地質條件的復雜程度。合理的單元劃分應該能使建立的模型反映區(qū)域地質構造背景和礦床地質條件變化的信息。在預測目的及預測資料精度確定的前提下，根據(jù)地質條件的復雜程度來確定單元格的面積。如西秦嶺地區(qū)進行1∶500000的金礦資源評價時，地質條件變化復雜，信息量大，為了能客觀地反映預測區(qū)情況，在不增加預測工作量的前提下，采用了5km×5km的單元格。如果地質條件相對簡單，在保證統(tǒng)計預測所要求的單元格數(shù)量的前提下采用較大面積的單元格。

（3）研究區(qū)出露的礦點數(shù)量及空間分布的特征。研究表明，網格單元的面積不同，其礦點分布模型也不同，李新中等［15］對單元格面積與礦點分布模型進行了研究，提出了網格單元劃分的基本準則，推導出確定單元格面積的公式。值得注意的是，研究區(qū)出露的礦點數(shù)量不僅與研究區(qū)成礦地質背景及成礦條件有關，還與研究區(qū)的工作程度密切相關，因此需要在綜合研究成礦地質背景及調查研究區(qū)工作程度的基礎上，對上述公式計算的單元面積進行合理的調整。

（4）保證統(tǒng)計分析所需的單元數(shù)。礦產預測是統(tǒng)計意義的預測，因此單元的劃分必須使含礦單元的數(shù)量滿足統(tǒng)計分析所要求的最小單元數(shù)，即含礦單元數(shù)要大于變量數(shù)［16］。

（5）地質特征的空間變異性。地質變量在空間的分布是不均勻的，通常表現(xiàn)為各向異性，因此在劃分單元格時，要考慮地質變量的空間變化特征，利用區(qū)域化變量理論來研究單元內地質變量的空間結構性。當?shù)刭|變量的結構變化表現(xiàn)為各向同性時，采用正方形單元；當?shù)刭|變量的結構變化表現(xiàn)為各向異性時，則采用長方形單元，并以長方形的短邊平行變化較大的方向。比如在祁連成礦帶進行金礦資源量預測時，由于構造及地層主要呈NW向延伸，表現(xiàn)出較強的各向異性，因此在劃分單元格時采用長方形網格，網格的長邊平行于構造及地層的延長方向（即NW向），而網格單元的短邊則垂直構造和地層的走向（即NE方向）。因此，單元格劃分只有綜合考慮上述因素，找出預測工作區(qū)內影響單元格劃分的主要因素，在合理劃分單元格的基礎上進行預測評價，預測結果才能更好地反映地質客觀事實，達到真實、可靠的要求。

4成礦模型和找礦模型

應用成礦模型和找礦模型進行礦產預測是地質工作者常用的預測方法，如斑巖型銅礦模型、石英脈型鎢礦的“五層樓”模型、長江中下游玢巖鐵礦模型，以及在這些模型基礎上提出的礦床模型預測理論。它們是根據(jù)各類礦床復雜的地質現(xiàn)象和各種各樣找礦信息對成礦規(guī)律及控礦地質條件的高度概括和總結，對礦床成礦作用的研究及找礦勘探具有指導意義。但是成礦模型和找礦模型既有內在的聯(lián)系，也存在著差別。成礦模型是對礦床賦存的地質環(huán)境、控礦因素、內外部特征、時空變化規(guī)律、成礦物質來源、成礦機理的高度概括和綜合，并用圖表和文字進行表達，使人們對同類或相似的成礦作用有完整的認識［16］。找礦模型則是在成礦規(guī)律及成礦模型綜合研究的基礎上建立的，主要對成礦地質作用的結果，即對礦床發(fā)現(xiàn)有特殊意義的地質、物化探、遙感等找礦標志及其在空間的變化規(guī)律進行研究，總結礦床發(fā)現(xiàn)所需要的信息標志及使用的有效方法，是對成礦地質作用過程所表現(xiàn)的外在信息的綜合和概括。在實際應用中出現(xiàn)了各種各樣的找礦模型，并有不少成功的范例，如地質－地球化學模型、地質－地球物理模型、噸位－品位模型等。成礦模型側重礦床成礦的過程和形成機理，揭示的是成礦作用過程內在控制因素的組合規(guī)律；而找礦模型側重的是成礦地質作用的外在表現(xiàn)。只有通過對成礦規(guī)律的研究，建立成礦模型，才能更好地理解哪些找礦信息反映成礦規(guī)律和成礦作用的本質，在礦產預測過程中所起作用的大小，在此基礎上建立找礦模型，更能對所獲得的各種信息數(shù)據(jù)進行有效而充分的綜合，并轉化為礦產預測的各種地質標志，提高找礦預測的效率及準確性。

GIS礦產預測的發(fā)展趨勢

隨著計算機技術的發(fā)展，GIS成為礦產資源評價及成礦預測的一種強有力的工具，在成礦預測實踐中得到廣泛應用，在多源地學數(shù)據(jù)的集成管理、模型建立及空間分析方面具有不可比擬的優(yōu)勢。隨著時態(tài)GIS［17－18］、三維GIS［19－21］、WebGIS［22－24］的發(fā)展，GIS技術在時空演化、三維可視化、數(shù)據(jù)開放共享的方面不斷拓展，這為成礦時空變化規(guī)律的有效闡述、成礦預測的三維立體直觀表達、GIS數(shù)據(jù)的共享提供了實現(xiàn)的途徑，成為GIS目前的發(fā)展趨勢。