GIS在地质学中的应用

石油和矿产勘查要求多种数据集进行综合分析。过去对数据存档、检索及迭加分析通常使用图件或表格数据,对比与综合要花费大量时间,遥感与GIS技术则为这些多源勘探数据综合处理提供了现代化手段。

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在石油等矿产勘查时,地质学家首先要对各种地质图件、地球物理和地球化学数据、地震剖面以及遥感图像等数据进行综合分析,以便能清楚地了解各种不同数据集之间的关系。

地质数据通常也是由点、线、多边形三种形态构成的。点数据以地球化学分析数据最典型,它与某一特定的取样点有关;线数据可以是一条岩性分界线或一条断裂;多边形数据如某种岩类的出露范围。这些数据,有的采用图件形式,用颜色表示岩石类型(专题图),符号表示地球化学取样点位置,用等值线表示磁场测量值。许多地质数据还以报告、图形或实验室结果表格等形式提供。在GIS中,这些不同的数据集(如地球化学分析数据、航磁调查数据、地震数据、地质图和地形图以及遥感数据)经过数字化、编码、矢量到网格数据转换,产生连续或离散的数据集,存入建立起目标区的地质数据库,图13-1给出了地质地表数据的输入,分析和建库的过程。

在地质数据库中,地质数据按专题内容分层存贮,几何特征以图形图像表达,属性数据则记录在二维关系表中,两者为一对一或一对多的关系。于是,在这个数据模型的基础上,勘探工作区的所有地球物理、地球化学、岩石学及辐射场的数据都可以纳入数据库。一旦工作区的地质数据库被建立,地质学家便可以利用已有的专家(概念)模型来指导数据分析。例如,在石油勘探中,首先利用石油存贮条件与变量之间已知的物理、化学和地质联系来分析数据库提供的数据,对直接或间接与这些联系有关的数据进行分析、处理、生成各种派生数据。表13-1显示某工作区地质数据库中的原始数据和派生数据集。用这些数据所提供的信息来选定油气储藏有利地区。

如将重力和航磁数据叠合,有助于对基底形态的分析。又由于基底形态对沉积盖层构造发育有影响,因而据重力和航磁的一阶、二阶导数可推断出构造的总体特征。又如,基底隆起地区可能影响盖层构造特征,基底凹陷的地区沉积厚度较大,可能成为盆地的沉积中心。

图13-1 地质地表数据处理、分析及建库流程图

背斜构造是重要储油构造。是油气勘探数据库的重要内容。构造的向下延伸范围是一个最有价值的参数,目前的技术水平还难以确定。在数据库中,背斜用多边形表示,并以背斜轴为中心向下延展来定性表达背斜的地下影响范围。

断层对油气的生、储、盖都很重要。断层等密度图与线性体等密度图是用任一网格单元范围内断层/线性体出现的频数来定义的。用邻域分析法计的研究区内围绕每一象元的5×5象元阵列中断层出现的次数。结果图显示出断层/线性体密度。将断层等密度和线性体等密度图进行叠加,合成出一幅描述断裂密度的新图。对盖层断裂密度高值地区进行分析,判明它对区域油气运移和储集的具体作用。

表13-2给出某研究区域模型及其对应的权重,系统据此运行后生成一个新图像。图像的像元值等于各输入的权值求和,将它们进一步分段,便可以表达工作区中油气产出有利性的不同级别,最后圈出高概率产油区。

这种技术方法同样适用于其它矿产勘查、区域成矿预测,工程地质灾害评估与预测等。

GIS技术的引入可能极大改变地质学家的工作模式,使地学工作者面临的对多源地质数据的采集、配准、存储、分析、综合与检索工作,变得形象直观、灵活多样、快速准确,使各种地学模型的生成和发展,在技术上有了主要的支撑系统。

表13-1 原始和派生地质数据

表13-2 模型的输入与数字加权

实验六 数字地质填图技术与方法

一、实验目的

通过简项操作和参观学习数字地质填图的全过程演示，了解野外区域数字填图的PRB过程和室内的PRB编辑成图的主要过程、方法与步骤；熟悉掌上机野外填图和RGMapGIS桌面系统的主要操作界面，建立对区域数字填图的感性认识，为野外地质填图实验和部分生产实验奠定基础。

二、实验内容

1.实验基本内容及主要仪器设备

①掌上机野外填图主要操作方法和步骤实验；②RGMapGIS 桌面系统的简项操作；③参观学习数字地质填图的全过程演示。

数字地质填图野外采集系统主要仪器设备如图6-1所示。

图6-1 数字地质填图野外采集系统主要仪器设备

2.实验重点

通过对掌上机野外填图的简项操作，初步了解野外数字填图的PRB过程，了解掌上机填图的主要操作方法和步骤；通过对RGMapGIS桌面系统的简项操作，了解室内的PRB编辑成图的主要过程、方法与步骤。结合课堂学习知识，总结3S 技术在区域地质调查（填图）中的主要应用方面、现状与发展趋势。

三、实验课时

2学时。

四、实验要求

明确实验目的，实验前认真复习课堂内容，熟悉MapGIS软件的操作等；实验结束后写出实验报告。

五、注意事项

遵守实验室各项规章制度，按规定操作各实验仪器、设备，防止学生自带存储设备中有病毒感染计算机等。

六、基础知识简介

地质填图是采用数字填图技术及数字填图系统，从应用计算机野外数据采集技术入手，遵循传统区域地质调查的规律，在不约束地质工作者地质调查思维的前提下，保证地质工作者取全、取准各项地质观测资料数据，达到以翔实的地质观察研究为基础，以计算机野外数据采集和空间数据存储与表达技术为手段，填制不同比例尺的数字地质图。

数字地质填图，是把野外地质观测路线与实际材料图的完全人工制作过程跨越式转变为野外现场地质调查与调查信息数字化的复杂过程（图6-2）。该技术集GPS、GIS、RS技术为一体，开创了地质填图的数字化时代。

图6-2 数字区域地质填图概念框图

（据李超岭等，2002a，有改动）

数字地质填图主要技术是以采集、存储、管理、描述、分析和再现地质实体在地球表面空间分布有关数据的信息系统。它提供了在计算机辅助下，通过野外观测路线的调查，对地质、地理、地球物理、地球化学和遥感等多源地学进行综合分析和解释，并进行地质制图。其工作流程如图6-3所示。

数字区域地质填图的主要过程简称为PRB过程。其核心技术是PRB数据模型。PRB数据模型是由实体点（地质点，POINT）、网链（分段路线，ROUTING）、全链或几何拓

图6-3 数字填图技术流程

（据李超岭等，2002a）

图6-4 数字填图技术工作流程框图

（据李超岭等，2002a）

扑环（点和点间界限，BOUNDARY）组成的数据模型，用这种模型来描述野外地质路线的过程就是PRB过程。以工作阶段为基础，把数字区域地质填图划分为前期PRB过程、PRB初期过程、野外PRB过程、野外驻地PRB过程、室内PRB终结过程和PRB成果提交过程。这些PRB过程构成了数字区域地质填图技术过程流程原形模型（图6-4 ，图6-5）。

图6-5 数字填图PRB 技术主流程

（据李超岭等，2002）

七、实验材料

（一）掌上机野外PRB过程填图

现行的基于GIS技术与GPS辅助导航图形界面的野外数字填图技术，是建立在掌上机野外填图、室内PC机群，通过网络技术、3 S技术、4 D技术、数据库技术等处理而实现的。数字填图的目标决定了数字填图技术主流程的步骤。

野外PRB过程是区域数字收集资料（地质填图）的过程。主要通过掌上机的野外路线采集操作而完成的。分为路线PRB数据采集、剖面PRB数据采集等主要过程。表6-1为PRB数据实体表。以路线调查的野外PRB过程为实验重点，掌上机实验主要操作方法和步骤如下：

1）打开工作路线。选择“手图”菜单中的“打开地图”，选择一个路线号的 map文件。

2）输出当日路线信息。选择“手图”菜单中的“图层管理”，选择设计路线GROUTE图层，用“点选”工具，选中设计路线；用“属性编辑”工具，打开GROUTE属性编辑窗口，引用PRB字典，输入“天气”“任务”等信息。

3）选择P采集图层。选择“手图”菜单中的“图层管理”，选择地质点GPOINT图层添加一个地质点，或用“点选”工具选择已经存在的一个地质点。用“属性编辑”工

表6-1 PRB 数据实体表

具打开GPOINT属性编辑窗口，利用PRB字典输入各项信息，用手写输入其他字典中未储备的信息。

续表

注：☆为主码标识；其中地质点POINT、分段路线ROUTING、点和点间界限BOUNDARY，还有非结构化文件，分别以地质点号与P、R、B组成文件名。坐标指公里网横坐标与纵坐标；经纬度指经度、纬度，用度-分-秒表示。

（据李超岭等，2003，有改动）

4）选择PRB其他采集图层。选择“手图”菜单中的“图层管理”进入需要的PRB图层。

5）利用编辑工具进行编辑。

6）加入采集实体。用“输入点”或“输入线”工具在落笔处添加一个采样点、一条地质界线或一条分段路线，该点/线则为选中状态。或“点选”一个已经存在的点或线，框选一个图元。

7）编辑采集实体。利用图形窗口中的“移动”“删除”工具，在落笔处添加一个采样点、一条地质界线或一条分段路线，该点或线则为选中状态。或“点选”一个已经存在的点或线，框选一个图元。加入采集实体和编辑采集实体是野外PRB过程中最繁重的工作，属性的加入和编辑操作是这一过程的最重要内容。属性内容主要见表6-1。

8）输入属性信息。用“属性编辑”工具，系统自动打开相应的PRB属性编辑窗口，利用PRB字典输入各项信息或手写输入有关信息。

完成当点工作后，选择“保存文件”及时进行数据保存。通过“转出PC数据”将野外填图全部信息转换成PC数据文件。掌上机野外填图的主要操作界面如图6-6、图6-7、图6-8所示。

（二）室内PRB过程及地质成图

室内PRB过程，就是将野外全部数据经PRB终结过程处理后导入RGMapGIS桌面系统，再进行室内编辑成图的过程。实验主要操作方法和步骤如下：

图6-6 地质点数据录入界面

图6-7 分段路线录入界面

图6-8 剖面数据采集主界面

1）RGMapGIS桌面系统数据备份。打开RGMapGIS桌面系统，将CF卡上的野外全部数据按采集先后顺序逐一备份到“采集日备份”目录中。

2）PRB数据检查、工作量统计与路线PRB小结。在PRB图幅内，统计指定的路线长度、地质点数、材样点、照片数等工作量，通过工作量文本窗口进行小结。

3）信息查询。利用“空间到属性查询”和“属性到空间查询”进行路线PRB照片信息查询、PRB属性空间到实体空间查询、PRB条件查询（P过程查询和R过程查询），通过信息查询，全面了解PRB数据和资料。

4）PRB数据质量评价。利用GIS的空间分析功能，统计图幅内的地质点数、点间地质界线个数等。

5）生成PRB图幅库。

6）PRB地质连图。通过多源数据的叠加和不同的查询方法，得到对地质体的全面认识后，按地质特征和属性特征，进行地质连图，如断层的线性连接、地质体的圈闭等。

7）PRB数据输出。利用操作系统可分别输出：生成野外记录簿、生成野外数据表、生成地质图等，并可对其部分任意裁减输出成报告插图。

八、实验方法

掌机模拟操作和上机桌面系统操作。

九、实验步骤

第一步：教师介绍掌机操作的程序与主要要求，介绍RGMapGIS桌面系统的操作要领与基本方法、步骤等；提供实例让学生操作桌面系统的主要功能模块；对学生读图提出明确要求。

第二步：学生分组进行掌机模拟操作与RGMapGIS桌面系统操作练习。

第三步：讨论与解答学生操作过程中遇到的问题，总结有关操作技巧与方法。

十、实验任务

掌机模拟操作与RGMapGIS桌面系统操作练习。

十一、实验作业

①总结数字地质填图RGMapGIS桌面系统操作的基本方法与步骤；②谈谈你对数字地质填图系统与传统区域地质填图在资料获取、记录与操作等方面的感受。

十二、实验报告要求

论述要有据。报告中要用自己实验实例回答作业中的相关问题。

十三、思考题

1）数字地质填图有何优缺点？数字地质填图掌机操作中的最大难点是什么？

2）RGMapGIS桌面系统的主要模块和功能有哪些？

实验三十一 遥感线性构造等密度图制作

一、实验目的

通过对ETM＋遥感影像上解译获得的线性构造按单位面积条数数值化，实现对线性构造空间分布的定量化表示和趋势规律定量分析，初步掌握制作遥感影像线性构造等密度图的方法。

二、实验内容

①花山花岗岩体ETM＋遥感影像线性构造解译；②线性构造统计；③运用Surfer软件对所统计的线性构造作等密度图。

三、实验要求

（①将广西花山ETM＋遥感影像线性构造密度统计数据导入Excel表格；②运用Surefr软件作线性构造等密度图；③输出线性构造等密度图；④全部解译整个花山花岗岩体的线性构造工作量较大，可采取分区分组解译方法，具体由指导老师根据实际情况安排；⑤编写实验报告。

四、技术条件

①微型计算机；②广西花山ETM＋遥感影像线性构造统计数据；③Surfer8.0软件；④Excel软件；⑤ACDSee软件（ver.4.0以上）。

五、实验步骤

（1）将广西花山ETM＋遥感影像线性构造解译图导入MapGIS软件工作平台窗口，按1km ×1km网度，在影像区域内覆盖网格。

（2）按顺序对每个网格中的线性构造条数进行统计，统计数记录在Excel表中。统计表设计有三列数据，即行号、列号和线性构造条数，见表31-1。

（3）用Surfer软件绘制广西花山线性构造等密度图，具体操作步骤如下：

1）在Surefr软件主菜单栏中，选择“网格＞数据”，打开线性构造统计Excel文件。

2）在网格化数据一数据路径及名称对话框中（图31-1），选择数据列，X、Y分别对应Excel表格中的列号与行号；Z 对应统计出的线性构造条数。

表31-1 线性体统计表

按实际需要设置所需参数后，选择输出网格文件路径，文件名默认为输入Excel文件名，后缀为grd，点击【确认】按钮，输出网格化数据。

图31-1 网格化数据—数据路径及名称对话框

3）在Surfer软件主菜单栏中，选择“地图＞等值线图＞新建等值线图”，打开上一步中保存好的网格化数据，生成线性构造等密度图。

4）在生成的线性构造等密度图上，双击鼠标左键，打开“Map: Cont ours属性……”对话框，如图31-2 所示。

图31-2 等值线图属性设置对话框

在“Map: Contours属性……”对话框中，选择“常规”可以填充等值线、平滑等值线、编辑断层线条属性（图31-2）。

选择“等级”可以编辑线条颜色、样式、宽度等属性；可以对不同等级填充颜色、图案（需注意，如需填充，需要在“常规”窗口选中“填充等值线”和“颜色比例”选项）；另外，可以对标注和影线进行编辑，如图31-3所示。

图31-3 等值线图等级编辑对话框

在“Map: Contours属性……”对话框中，还可以根据实际需要对“查看”、“比例”、“限制”和“背景”内容进行编辑，完成所有内容编辑后，点击【应用】按钮，完成对线性构造等密度图的编辑。

5）线性构造等密度图输出。在Surfer软件主菜单栏中，选择“文件＞输出”，选择存储路径及文件名，保存为JPG 格式图像，根据自己的线性构造统计数据，作线性构造等密度图，保存到自己的工作文件夹中。等密度图样式如图31-4所示。

图31-4 广西花山ETM＋影像解译的线性构造等密度图（单位：条）

六、实验报告

（1）简述实验过程。

（2）回答问题：①遥感线性构造等密度图的含义是什么？它有什么作用？②制作遥感线性构造等密度图需要用到哪些软件？③本实验制作遥感线性构造等密度图采用的单位是面积的线性构造条数，除此之外，还可以制作何种内容的遥感线性构造等密度图？

实验报告格式见附录一。

GIS二次开发的实验报告问题~！谁会啊~

1.用面向对象的方法分析ESRI几何对象之间的关系；

联系（association）便描述了类之间的关联。在两端的类中可以定义多重性（ Multiplicity）关联。多重性关联就是限制对象类与其它对象关联的数目关系。

类继承（type inheritance）定义了专门的类，它们拥有超类的属性和方法，并且同时也有自身的属性和方法。

实例化（Instantiation）指定一个类的对象有这样的方法，它能够创建另外一个类的对象。

聚合（Aggregation）是一种不对称的关联方式，在这种方式下一个类的对象被认为是一个“整体”，而另一个类的对象被认为是“部件”。

组成（Composition）是一种更为强壮的聚合方式，此种方式下，“整体”对象控制着“部分”对象的生存时间。

2.空间查询和拓扑规则之间关系；

空间查询是基于合适的拓扑规则上进行的，而拓扑规则体现了空间查询的实用性与合理性

3.结合实验结果，简述AO中的接口编程方法。

抽象类：不能创建或实例化，从来没有一个抽象类的实例

用于定义子类的公共接口，子类继承其定义的接口。

OMD符号为：二维的内部有阴影的矩形。

实例化类：不能创建，从别的对象获得实例。

OMD符号为：3D矩形内部没有阴影。

可创建的类：用New关键字创建对象或者从别的对象获得运行实例。

OMD符号为：带阴影的3D矩形符号。

面向接口的编程是面向对象的精髓，通过定义接口（比如IWorkspaceFactory），有许多类实现该接口，达到一种封装的效果。可以通过类工厂创建不同类的对象。即可以通过接口实现对类的访问。