浅析矿产资源勘查中坐标系统的选择应用

纪名夺，许丽云，姚海龙

(中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北保定071051)

一、引 言

随着我国经济建设的快速发展，矿产资源在国民建设中起到了非常重要的作用，矿产资源由表层矿产资源勘查向深部矿产勘查发展，相对过去复杂了很多。测绘技术作为找矿的主要辅助手段也在突飞猛进地发展，仪器也由传统的测量仪器向GPS发展。GPS的广泛应用，为矿产资源勘查提供了便捷、准确的测量定位方法。

二、全球定位系统

1973年12月，美国国防部批准陆、海、空三军联合研制卫星导航系统:NAVSTAR/GPS(navigation satellite timing and ranging/global positiong system)。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。GPS首先以军事目的研制发展，现在基本全面向民间开放。继美国之后，俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略定位系统也开始投入民用，我国也在紧锣密鼓地研制北斗导航系统，并在部分领域开始运营。

三、坐标系统

1.1954北京坐标系和1980西安坐标系

20世纪50年代，在我国天文大地网建立初期，鉴于当时的历史条件，采用了克拉索夫斯基椭球元素(a=6 378 245 m，α =1/298.3)，并与前苏联1942年普尔科沃坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954北京坐标系。

随着我国建设的发展，发现1954北京坐标系与我国的大地水准面有些不适用，为了进行全国天文大地网整体平差，采用了新的椭球元素进行了定位和定向，1978年以后，建立了1980国家大地坐标系。

1980国家大地坐标系的大地原点设在我国陕西省径阳县永乐镇。该坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于由地球地心指向1968.0地极原点(JYD)的方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度零方向;Y轴与Z，X轴成右手坐标系。

4个基本常数是:

2.WGS-84大地坐标系

WGS-84大地坐标系的几何定义是:原点位于地球质心，Z轴指向BIH 1984.0定义协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z，X轴构成右手坐标系。对应WGS-84大地坐标系有WGS-84椭球。

4个基本常数为:

3.2000国家大地坐标系

2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下:

四、坐标系统在矿产资源勘查工程中的应用比较

国家坐标系是一个系统、连贯的坐标系统，新中国成立后，我国的基础设施建设是在1954北京坐标系基础上开展的，其中就包括资源勘查。虽然在1978年我国建立了1980国家大地坐标系，但是工程建设采用1954北京坐标系的还是比较普遍。

现代矿产勘查形式多种多样，比较传统是在国家资源大普查的基础上找矿的，大普查进行的地质填图和圈定的异常区等工作基本上也是在1954北京坐标系上的进行的，后续工作只能在此基础上开展，这样才能更好地衔接，并准确定位矿产资源异常范围。

在矿产资源勘查阶段矿区范围内测量工作分为两种情况:

1.测区内有国家控制点

测区内有国家控制点，测量工作可以采用国家坐标系，这样的好处是可以为矿产资源勘查从初级阶段找矿到矿产的开采提供统一的坐标系统，减少误差的出现。对于在遥感图片上圈定异常区的方式，遥感图片也必须转化到国家坐标系统上来，这样才能准确地将异常区确定到实际位置。

2.测区内没有国家控制点

对于测区内没有控制点的矿区，虽然测量工作可以从测区外向测区内通过控制测量把控制点引到测区，这样做虽然能够建立与国家的坐标系相一致的坐标系统，但这样会浪费大量的人力和物力，不利于成本的节约原则，因此可以在矿区建立相对独立的坐标系。

相对独立坐标系的建立应具体情况具体分析:①对于在已有资料上进行矿产资源勘查的情况，独立坐标系的建立应尽量与已有资料的坐标系保持一致，这样异常区的圈定就不会出现同一异常区有不同坐标的情况;②通过遥感圈定异常区的矿区，对于相对坐标系的建立要保持与遥感图片的坐标系一致，同样是为了使遥感图片异常区的圈定在实地位置不会出现偏差;③对于测区内没有任何资料，一切工作从头开始的情况，相对坐标系的建立比较灵活，可以任意建立，但是坐标系的坐标北方向与地理北方向尽量保持一致，这样能接近真实地理方向。

现代矿产资源勘查无论是采用国家坐标系统还是独立坐标系统，测量定位仪器基本上都采用了手持GPS或RTK测量模式，然而GPS单点定位的坐标及相对定位中的基线向量属于WGS-84大地坐标系，因为GPS卫星星历是以WGS-84坐标系为根据而建立的，要使用当地国家坐标系或其他独立坐标系，必须进行WGS-84坐标系与当地坐标系的参数转换，才能进行后续的测量工作。

对于独立坐标系的建立，尽量采用WGS-84椭球，因为这样不需要进行参数转换，同时由于使用的是WGS-84坐标系，这使得点位后续工作向国家统一坐标系转换更容易，不需要反复转换，从而减少工作量及转换过程误差，提高经济效益。

五、工程实例

某地区采用独立坐标系进行矿产资源勘查，收集到地质资料为遥感图片确定的异常区，遥感图片的坐标系统为WGS-84坐标系下的UTM投影，为了统一，本工区坐标系选择的是WGS-84下的UTM投影直角坐标系。根据物探线绘制的三维地形图如图1所示。

图1 某矿区根据物探线绘制的三维地形图

根据物探数据绘制的反演图件如图2所示。

图2 地质综合图件

图1是矿区内物探线的地形线，并根据各条地形线的坐标绘制的三维地形图，为矿区勘查提供地形参考。图2为根据物探数据绘制的反演图件，底色为物探等值线图，线条为各条物探线的位置。根据地质工作和其他工作确定的几个异常区，根据异常区的UTM坐标放到实际位置进行钻探工作，各个钻孔都取得了很好的效果，说明坐标系的选择比较合适，各工作采用了统一坐标系从而为异常区的实际定位减小了误差。

六、结束语

以上的叙述是建立在矿产资源勘查找矿初级阶段，建议用户在矿区内进行勘查时测量坐标系的选择应具体情况具体对待，保证图上圈定异常区确定的坐标放到实际位置不出现错误的情况下减少投资浪费，但在矿产开采阶段必须与国家的统一坐标系进行联测，特别是周围有其他矿区同时在开采时，这样才能更好地保证本矿区不越界，同时保护了自己的经济利益。

［1］李青岳，陈永奇.工程测量学［M］.北京:测绘出版社，1995.

［2］徐绍栓.GPS测量原理及应用［M］.修订版.武汉:武汉大学出版社，2003.

［3］孔祥元，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础［M］.武汉:武汉大学出版社，2006.